아트로핀과 프랄리독심(옥심): 치료인가, 억제인가.

 

 
2024.03.29 - [전술 장비 및 술기/CBRN 핵 및 화생방] - [해설] 신경 작용제와 해독제제 

[해설] 신경 작용제와 해독제제

 
↑ 위 글을 읽다가 문득 여러 생각거리가 생겨 정리해 봄.

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KMARK-1

다들 알고 있겠지만, KMARK-1은 아래와 같이 생겼다.

이 글은 신경작용제 노출 시 군인의 일차 대응 물자로 보급되는 KMARK-1을 중심으로, 장비 구성·작동 원리·투여 요령·현장적 쟁점과 국제적 관행을 정리한 것이다. 핵심은 단순하다. KMARK-1은 ‘치료(cure)’가 아니라 ‘증상 억제(care)’를 위한 물자이다. 약물 투여는 시간을 벌기 위한 응급 처치일 뿐이며, 즉각적인 후송과 전문 처치가 권고된다.

 

* 기초군사훈련이나 동원예비군훈련에서는 아트로핀은 증상 억제, 2-PAM은 원인 치료라고 교육하곤 했다(현장에서는 시간에 쫓겨 축약 설명을 하는 경우가 많았다고 본다). 그러나 KMARK-1은 증상의 원인인 독소를 체내에서 해독(detoxify)하지 못하므로, 임상적으로는 증상 억제와 원인 억제를 병행하는 물자로 이해하는 것이 적절하다.

 
KMARK-1은 일반적으로 아트로핀 황산염 자동주사기와 염화프랄리독심(2-PAM) 자동주사기로 구성된 개인용 처치 키트이다. 화생방 오염 지역 또는 오염 의심 지역에 배치되는 인원에게 보급하며, 노출 징후가 있을 때 자가 투여(self-aid) 또는 동료 투여(buddy-aid)로 즉시 투여할 수 있도록 설계되었다. MARK-1 계열의 투여 목표는 무스카린성 과다자극과 근육 약화를 억제하고, 아세틸콜린에스터라제(AChE) 재활성을 시도해 사망을 예방하는 데 있다. 구체적 투여 절차와 권고는 FM 4-02.285 합동 교범 등에서 확인할 수 있다.
 

KMARK-1은 해독제?

여기서 한 가지 의문이 생긴다. KMARK-1은 확정적인 해독 능력이 없음에도 ‘해독제(Antidote)’라 부른다. 독성학 교재의 정의를 보면 그 이유를 알 수 있다. Casarett & Doull’s Toxicology (2019), Hayes’ Principles and Methods of Toxicology (2014)는 해독제를 “독성 작용을 억제·길항·제거하여 중독 증상을 완화하거나 치료하는 약제”로 정의한다. 즉, ‘완전한 분해(detoxification)’만을 뜻하지 않는다.

An antidote is any thrapeutic substance used to counteract the toxic actions of a poison. — Casarett & Doull’s Toxicology: The Basic Science of Poisons, 9th ed. (2019)

Antidotes are agents that neutralize or antagonize the effect of a poison. — Hayes' Principles and Methods of Toxicology

 

이를 두 가지 관점에서 정리할 수 있다.

임상적 관점

• 아트로핀은 무스카린 수용체 길항 작용으로 증상을 억제하는 대증 치료제(symptomatic therapy)이다.
• 프랄리독심은 아세틸콜린에스터라제(AChE) 재활성을 촉진하는 원인 교정제(casual therapy)이다.
• (TMI: 상황에 따라 경련 억제제인 CANA(diazepam)가 보조적으로 사용된다.)

독성학적 관점

• GB, VX와 같은 신경작용제 분자를 체내에서 완전히 분해하여 무해화하는 약제는 현재까지 보고되지 않았다 . 즉, definitive detoxification은 불가능하다고 평가된다.
• 그러나 독성학에서의 ‘antidote’는 독성물질을 완전히 화학적으로 분해하는 것에 한정되지 않는다. 독성 작용을 차단·억제·우회하여 결과적으로 생리 기능을 회복시키는 약제 전반을 포괄한다.
• 즉, 임상적으로 증상과 원인을 조절하는 약제도 ‘Antidote’ 범주에 속한다.

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자동주사기?

맞다. KMARK-1은 자동주사기이다. 일반 주사기처럼 바늘을 꽂고 바이알에서 약물을 뽑아 주사한 뒤 버리는 번거로운 과정을 거치지 않는다. 주사하고자 하는 부위에 수직으로 고정하고 그대로 눌러주면 된다.

사진은 RAMPART 임상시험 전용으로 제작된 연구용 자동주사기로, 메커니즘은 KMARK-1과 매우 유사하다.

자동주사기의 작동 과정은 단순하다. ⑴ 안전 캡을 제거한다 (아트로핀은 황색 마개, 2-PAM은 회색 마개다). ⑵ 주사할 부위에 수직으로 댄다. ⑶ 그대로 (위 아래 어디든) 누르면 내부 스프링 고정이 해제되면서 바늘이 밀폐 고무와 피하조직을 관통하고 약물이 1-2초간 분출된다. (FM 4-02.285, Appendix E)
 
군 교육 현장에서는 종종 '내려 찍는다'는 표현이 쓰이지만 실제로는 단순히 수직으로 고정하고 눌러주는 것만으로 충분하다. 투여 후에는 바늘이 돌출된 상태로 남으므로 취급에 주의하고, 필요 시 피복 주머니 또는 방독면 주머니 등에 바늘을 통과시킨 뒤 구부려 걸어두는 것을 고려할 수 있다.

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주사 방법 (내려 찍을 필요가 없다)

진급 평가나 교육 훈련 간 용사들에게 KMARK-1 사용법을 물어보면 '대퇴부에 내려찍는' 시늉을 하거나, 이와 유사한 설명을 하던 경향이 있었다. 하지만 이는 실전적으로나 해부학적으로 근거 없는 설명이다. 교육 훈련 간 구분 동작을 휘두르는 행위로 착각했을 가능성이 있다.

물자를 눈 앞에서 왼손으로 파지하고, 오른손으로 주사기를 탈거, 이후 외측광근 또는 둔근 상외측에 주사하는 구분 동작을 한 번에 이어서 하는 것으로 오해한 것이 아닐까 싶다.

자동주사기의 핵심 성공 요건은 바늘이 목표 근육층에 대해 수직으로 진입하는 것이며, 강하게 내려찍는 동작 자체가 이를 보장하지는 못한다. 실제로 손에 펜을 쥐고 본인 대퇴 후면 같은 부위를 ‘내려찍어’ 보면 바늘이 수직으로 꽂히지 않는다는 걸 곧바로 알 수 있다.
 
혼란·공포 상황에서 자기투여를 전제로 설계된 KMARK-1의 현실적 목표는 ‘쉽고 재현성 있게 수직성을 확보하는 것’이다. 따라서 다음 원칙을 고려하자.

• 표준적 원칙
  • 외측광근(anterolateral mid-thigh, vastus lateralis)을 표준적 목표로 삼아 수직으로 댄다 (FM 4-02.285, Appendix E). 대퇴 외측 중앙은 근육량이 충분하고, 혼란 중에도 접근·고정이 비교적 쉽다.
  • 과격하게 내려찍을 필요 없다. 단단히 고정한 상태에서 주사기를 피부에 직각으로 대고 일정한 압력을 가하면 내부 스프링이 작동하여 바늘이 돌출되고 약물이 투여된다. 중요한 것은 ‘수직성’과 ‘고정’이지, 충격의 크기가 아니다.
• 예외적 원칙
  • 의복·장비 상황을 고려하라. KMARK-1 계열은 옷 위 투여가 가능한 설계인 경우가 많지만, 두꺼운 내의·화생방보호의 등은 피하층 두께와 각도에 영향을 주므로 가능하면 노출·고정 후 투여하는 것이 바람직하다. 다만 오염 위험이 있거나 교범이 옷 위 투여를 허용하면 그 지침을 따를 것.
  • 타인이 투여하는 경우는 삼각근·둔부도 고려 가능하다 (Tsai et al., 2014), (Kearns et al., 2023) . 그러나 자기투여 상황에서는 삼각근은 각도 확보와 피하층 변이 때문에 권장되지 않는다.

주사 요령에 관련한 영상을 첨부하겠음: Administration of a Mark-1 Auto Injector

나도 저 훈련 키트 가지고 싶다

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주사 위치 (부제: 팔에 꽂아도 되나요?)

KMARK-1의 표준 투여 부위는 대퇴부 외측광근(vastus lateralis)이다. 근육량이 크고 피하지방 두께 변이가 적어 자동주사기의 짧은 바늘(약 18–23 mm)이 근육층에 도달할 확률이 가장 높기 때문이다 (최동원 외, 2010).

둔부 상외측(gluteus maximus)은 교범상 허용되지만, 피하지방 분포가 개인차가 크고 자기투여 시 수직 각도를 잡기 어렵다는 한계가 있다. 병원에서는 긴 바늘(25–38 mm)을 사용할 수 있기 때문에 둔부도 흔히 사용되지만, 전장의 자동주사기는 바늘 길이가 고정되어 있어 신뢰도가 낮다.
 
삼각근(deltoid)은 타인 투여 시 접근성이 좋아 자주 거론되지만, 초음파 연구에서는 피부-근육 간 거리(skin-to-muscle depth)가 개인차가 크며 특히 여성·비만자에서 실패율이 높았다 (Tsai et al., 2014; Kearns, 2023). 따라서 근육이 많고, 체지방이 낮은 체형에서는 가능할 수 있지만, 일반 인원에게는 안정성을 보장하지 못한다.

근육 발달이 충분한 체형에서는 가능할 수 있다.

결국 핵심은 '바늘이 근육층에 도달할 수 있는가'에 달렸다. 이 조건을 가장 안정적으로 만족하는 부위가 외측광근이므로, 전 세계 대부분의 자동주사기 지침은 이를 “자가투여 표준 부위”로 지정한다 (Nakajima et al., 2019). 둔부와 삼각근은 대퇴 사용이 불가능할 때 고려할 수 있는 대체 부위일 뿐이다.

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아트로핀 황산염과 염화프랄리독심

아트로핀 황산염 (Atropine sulfate) — MSDS data

본 화학식은 Atropine sulfate에 물 분자가 포함된 수화물 형태, 즉 Atropine sulfate monohydrate 를 나타낸다. KMARK-1에서는 안정성과 규격화를 위해 monohydrate 형태가 표준으로 사용된다.

아트로핀 황산염(C₁₇H₂₃NO₃, 이하 AS)은 무색 또는 백색의 결정성 분말로 존재하며, 물에 매우 잘 녹는다(1:05). 알코올에도 비교적 잘 녹는다(1:5).
 
AS의 약리 작용은 아세틸콜린(ACh)의 무스카린성 수용체(muscarinic AChR, mAChR)에 '경쟁적으로 길항'하는 데 있다. 이를 통해 평활근과 분비샘, 중추신경계의 부교감 신경 반응을 억제한다. 결과적으로 심박출량을 높이고, 분비샘 활성을 억제하며, 기관지를 확장시킨다. 미주신경 자극 차단을 통해 서맥을 교정하고, 과도한 부교감 자극을 차단하여 심박수를 상승시킨다. 따라서 기관지 평활근에서 ACh의 작용을 길항해 기도 수축을 막고, 세기관지를 확장시켜 호흡 기능을 보조한다.
 
이러한 효과 덕분에 AS는 유기인산계 독소(살충제, 신경작용제) 중독에서 핵심적 해독제로 사용된다. 무스카린 수용체를 차단해 과도한 ACh 축적에 따른 분비·서맥·기관지 수축을 역전시킴으로써, 생명을 위협하는 급성 증상을 완화한다.
 
임상적으로는 신경작용제뿐 아니라 서맥 교정, 마취 전 투여(분비 억제, 반사성 서맥 예방), 기관지 확장 보조 등 다양한 상황에서 활용된다. 다만 구강 건조, 시야 흐림, 요정체, 빈맥 같은 부작용이 나타날 수 있어 주의가 필요하다.
 
한 가지 분명히 할 점은, 아트로핀은 마약류(narcotics)가 아니다. 아트로핀은 벨라도나 알칼로이드 유도체로 분류되는 항무스카린제이며, 작용 기전은 ACh의 무스카린성 수용체에 대한 경쟁적 길항이다. 중추신경계에 제한적으로 작용할 수 있지만, 모르핀이나 코카인 같은 마약류처럼 중독성·의존성을 유발하지 않는다. 실제로 국제적으로도 아트로핀은 WHO 필수의약품에 포함되어 있으며, 국내외 법규상 마약류 관리 대상이 아닌 일반 의약품/전문의약품으로 분류된다. 따라서 아트로핀은 신경작용제 해독제, 심혈관계 긴급처치, 마취 보조제 등 의학적 맥락에서 안전하게 사용되는 약물이지, 남용을 전제로 하는 마약은 아니다.
 

프랄리독심(Pralidoxime chloride, 2-PAM) — MSDS data

Pralidoxime chloride(2-PAM Cl)의 화학 구조. Pyridinium oxime 양이온과 chloride 음이온으로 구성된 염(salt) 형태이다.

프랄리독심(C₇H₉ClN₂O)은 옥심(oxime) 계열 화합물로, 백색 또는 담황색의 결정성 분말 형태로 존재한다. 수용성이 높아 물과 에탄올에 잘 녹으며, 안정적이므로 자동주사기 제제(KMARK-1 등)에 적합하다.

 

2-PAM의 작용 기전은 신경작용제에 의해 인산화된 아세틸콜린에스터라제(AChE)를 재활성화하는 것이다. 옥심기가 인산화 효소에 결합해 인산기를 분리시킴으로써, 효소 활성과 근육 무력, 호흡곤란 등 니코틴성 증상을 역전시킬 수 있다.

 

다만 이 효과는 시간 의존적이다. 인산화된 AChE는 시간이 지나면 안정화되는 ‘노화(aging)’ 과정을 거치는데, 일단 aging이 진행된 효소는 2-PAM으로 되살릴 수 없다. 예컨대 사린(GB)은 aging 속도가 비교적 느려 수 시간 내에는 재활성이 가능하지만, 소만(GD)은 수분 단위로 aging이 일어나 치료 효과가 제한된다 (Maxwell & Koplovitz, 1990).

 

또한 2-PAM은 혈뇌장벽 통과가 제한적이어서, 중추신경계 증상에는 직접 효과가 없다. 따라서 임상에서는 아트로핀과 병용하여 말초와 중추 증상을 함께 조절한다.

신경작용제별 aging 소요 시간
GA; Tabun	GB; Sarin	GD; Soman	GF; Cyclosarin	VX
14-15 hrs	3-5 hrs	1-2 min	6-8 hrs	48 hrs ≤

* Novichok 역시 유기인산계 신경작용제이므로 aging 개념이 적용된다. 다만 GA~VX처럼 명확한 시간 값은 비공개라 학계에서도 ‘빠르다’ 정도로만 알려져 있으며, 옥심 반응성도 제한적일 수 있다는 점에서 대응은 더욱 신속해야 한다.
** 'aging’은 오직 신경작용제에서만 의미가 있는 현상이다. 혈액, 질식, 수포 작용제는 효소 억제가 아니라 다른 방식으로 독성을 유발하기 때문에, 시간에 따라 ‘해독제 제한’으로 고정되는 개념은 적용되지 않는다.

 
임상적으로 2-PAM은 유기인산계 살충제 및 신경작용제 중독에 대한 특효적 보조제로 쓰인다. 아트로핀 단독으로는 무력감·호흡근 마비 같은 니코틴성 증상을 해결할 수 없으므로, 2-PAM 병용이 필수적이다. 보통 아트로핀으로 무스카린성 증상을 조절하면서, 동시에 2-PAM을 투여해 효소 회복을 시도하는 것이 표준 치료 절차이다.
 
부작용으로는 고용량 투여 시 어지럼, 시야 흐림, 오심, 일시적 고혈압 등이 보고되며, 신속 정맥주입 시 근육 경직이나 호흡곤란을 악화시킬 수 있어 주의가 필요하다.

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요약

• KMARK-1은 전장에서 생존 시간을 벌기 위한 대증·원인 억제 응급 처치제이지, 체내 독을 제거하는 치료제는 아니다.
• ‘해독제(Antidote)’라는 명칭은 독성 자체의 분해가 아니라, 독성 작용을 차단·길항해 임상 효과를 역전시키는 약제를 포함하는 독성학적 용어다.
• 아트로핀은 무스카린성 증상을 억제하는 대증 치료제이고, 프랄리독심은 AChE 재활성을 촉진하는 원인 교정제다. 단, aging 이후에는 효과가 제한되며 특히 소만(GD)에서 빠르게 진행된다.
• 자동주사기는 내려찍을 필요가 없다. 대퇴 외측광근(vastus lateralis)을 표준 부위로 하여, 수직으로 고정하고 누르는 것이 핵심이다.
• 둔부 상외측은 타인 투여 시 대안이 될 수 있으나, 삼각근은 실패 위험이 커 비권장된다.
• 투여 직후에는 즉시 후송과 전문 처치가 전제되어야 하며, KMARK-1만으로는 ‘완전 해독(definitive detoxification)’이 불가능하다는 점을 명확히 해야 한다.

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