김진수 한국원자력의학원 방사선의학연구소 박사와 박민현 서울대병원 이비인후과 교수, 최종훈 중앙대 창의ICT공과대학 융합공학부 교수팀은 미세플라스틱이 내이(內耳)를 손상시켜 청력 손실 및 균형감각 저하를 일으킬 수 있다는 것을 세계 최초로 밝혔다.

귀는 외이(外耳), 중이(中耳), 내이(內耳)로 구성되는데, 이중 내이는 달팽이관, 전정기관, 세반고리관으로 이뤄져 소리를 감지하고 몸의 평형을 유지하는 역할을 한다.

연구팀은 일회용품 등에 쓰이는 플라스틱 종류 중 하나인 폴리에틸렌을 실험쥐에 4개월 간 매일 10 마이크로그램씩 먹이고 내이의 청력 및 균형감각 측정, 뇌 포도당 대사 분석, 전사체 분석 등을 시행하여 미세플라스틱 폴리에틸렌이 내이를 손상시켜 청력손실 및 균형장애를 일으킨다는 것을 입증했다.

연구팀은 지방을 제거해 빛에 완전히 투명하게 만드는 조직투명화 기법으로 내이를 구성하는 달팽이관(청력 담당)과 전정기관(균형감각 담당)에 폴리에틸렌이 0.144마이크로그램 축적된 것을 관찰했다.

이어 청력 측정시험에서는 정상군은 31.7데시벨, 폴리에틸렌 섭취군은 54데시벨에 반응해 폴리에틸렌 섭취군이 정상군보다 22.3데시벨 더 큰 소리에 반응함으로써 그만큼 폴리에틸렌의 청력 기능이 손상됐음을 확인했다.

청력 손실 정도는 데시벨(db) 수치에 따라 작은 소리(20~39데시벨)가 안 들리는 경도(10% 청력손실), 보통 소리(40~69데시벨)가 안 들리는 중도(50% 청력손실), 큰소리(70데시벨)도 잘 못 듣는 고도(70% 이상 청력손실) 등으로 구분한다. 

균형감각은 트레드밀을 이용한 운동부하 검사를 시행하여 안정적으로 달린 시간을 측정한 결과, 정상군은 평균 515.7초, 폴리에틸렌 섭취군은 평균 322.1초로 폴리에틸렌 섭취군이 운동 지속 능력이 낮았다. 로타로드 회전봉 검사에서는 정상군에 비해 폴리에틸렌 섭취군이 회전봉 위에서 2배 빨리 떨어졌고, 손발의 악력도 30% 낮은 것으로 나타났다.

뇌 포도당 대사 분석은 포도당 유사체 방사성의약품을 폴리에틸렌 섭취군에 주사 후 양전자방출단층촬영(FDG PET) 시행 결과, 청력 감소 시 나타나는 대뇌 측두엽의 포도당 대사 감소를 관찰했다. 이로써 폴리에틸렌의 내이 손상 기전을 확인했다.

소리가 내이에 도달하면 달팽이관의 림프액을 진동시키고, 청각세포가 진동에 반응해 청신경으로 신호를 바꿔 뇌로 전달해 뇌는 소리를 인식하게 되며, 측두엽과 두정엽은 들리는 내용을 판단한다. 내이가 손상돼 청력이 떨어지면 청각 정보를 처리하는 대뇌 측두엽이 제대로 기능하지 않아 측두엽의 포도당 대사가 감소한다. 

단백질 관련 유전정보를 담고 있는 RNA의 총합인 전사체 분석에서는 폴리에틸렌 섭취군에서 세포사멸과 염증 관련 유전자(PER1, NR4A3, CEBPB)가 많이 발현돼 달팽이관과 전정기관에서 세포사멸로 인한 손상이 진행된 것을 검증했다.

이번 연구 성과는 환경과학 분야 국제학술지 ‘위해물질저널’(Journal of Hazardous Materials, IF=12.2, 환경과학 분야 상위 3.35%) 7월 18일자 온라인판에 ‘Microplastic polyethylene induced inner ear dysfunction in murine model’라는 제목으로 게재됐다.

연구팀은 “이번 내이 연구로 미세플라스틱의 생체 위해성을 다시 한 번 입증했다”며 “무분별한 플라스틱 사용에 대한 경각심을 일깨우는 계기가 마련되기를 바란다”고 밝혔다. 

건강보험심사평가원 자료에 따르면 난청의 연간 진료환자는 2019년 95만3372명에서 2022년 106만4533명으로 늘었으며, 이에 연구팀은 난청과 같은 청력장애와 최근 여러 질환의 발병 원인으로 지목되고 있는 미세플라스틱과의 상관관계를 찾아보기 위해 이번 연구를 진행했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국원자력의학원 RI응용부 기관고유사업의 하나로 수행됐다.