Ⅰ. 서 론

의료기관에서 방사선을 이용하여 시행하는 검사과정에서 병변의 선별력과 영상의 대조도를 증가시키는 여러 가지 방법 중에서 조영제를 이용한 진단검사가 상당히 높아지고 있다. 조영제는 전산화단층촬영(Computed Tomography: CT), 자기공명영상(Magnetic Resonance Image: MRI) 등 과 같은 진단검사에서 인체 내에 주입하여 조직의 내부나 조직 주변에 침투되어 정상적인 해부학적 구조의 변형정도 를 정확하게 알 수 있게 도와주는 보조 의약품이다[1,2]. 그 러나 조영제는 약물 부작용 발생을 일으킬 수 있으므로 사 용할 때 이에 대한 위험을 인식해야 한다[3-5].

조영제 부작용 사고를 예방하기 위해서는 조영제를 이용 한 진단검사를 시행하기 전에 동의서를 작성하여 발생 가능 한 부작용에 대해 피검자에게 충분한 설명과 검사 내용을 전달하고, 부작용 경험 및 병력 확인하거나, 피부반응검사 (AST), 안구검사(Eye ball test), 알레르기검사 등을 실시 하여 부작용에 대한 준비와 주의 의무를 알려야 한다[6]. 조 영제의 안전사고 발생은 오심, 구토 등의 가벼운 부작용과 응급조치를 취할 정도의 심한 부작용으로 의료 사망사고가 있는 것으로 보고되고 있다.

혈관 조영제에서 발생하는 부작용의 기전은 조영제의 화 학적 독성과 특이 체질 반응에 의한 것으로 구분할 수 있다 [7]. 화학적 독성과 관련한 부작용은 투여되는 조영제의 용 량에 비례하여 신체장기에 부작용을 야기하는 경우이다. 그 러나 환경요인에 의해 조영제의 물리·화학적 변화가 인체에 미치는 영향에 대해서는 논의된 바 없다.

연구 문헌에서 이온성 조영제의 부작용 유병률이 3∼8배 높은 것으로 추정되고[8], 조영제의 반복 투여 시 17∼35% 의 발생률와 비이온성 조영제가 사용되는 경우 5%의 발생 률로 감소할 수 있다[9]는 결과에 따라 의료기관에서 혈관 계 조영제로 가장 많이 사용하고 있는 실정이다.

본 연구에서 비이온성 요오드화 조영제인 Iopamidol 제제의 P조영제와 Ioversol 제제의 O조영제를 대상으로 환경요 인 중 온도의 변화에 따른 물리･화학적 변화를 NMR Spectrometer를 이용하여 비교･분석을 하였다. 조영제 제품 설명서에 따르면 조영제의 보관온도는 실온보관(1∼30℃)으 로 권장하고 있으며, 고온에서 장기간 보관하는 동안 제품의 보관 수명을 단축할 수 있다는 문헌 보고도 있다[10].

물질의 화학적 구조를 분석하는 가장 유용한 방법은 분광 학(spectroscopy)이다. 분광학에서 가장 우수한 방법은 미 량의 시료까지 분석이 가능한 핵자기공명분광법(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy; NMRS)이라고 할 수 있으며, 최근 화학물질의 구조뿐만이 아니라 정량분석이나 의약개발과 설계를 위한 대사체학(Metabonomics) 분야로 응용분야를 넓혀가는 등 물질을 다루는 모든 분야로 확대되 어 가고 있다[11].

이에 본 연구에서는 의료기관에서 사용되고 있는 조영제 의 환경요인 중 온도변화에 따른 물리･화학적 변화를 NMR Spectrometer를 이용하여 비교･분석을 하였고, 도출된 문 제점에 대해서는 개선 방안을 마련하고, 환자의 안전 확보 에 기여하고자 한다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 연구대상

의료기관에서 혈관계 조영제로 가장 많이 사용하고 있는 비이온성 수용성 조영제인 Iopamidol 제제의 P조영제와 Ioversol 제제의 O조영제를 대상으로 선택하였다.

P조영제는 국내 최초로 자체 원료합성 및 제품화한 고 순도 X선 조영제로 국내에서 널리 사용되는 Iopamidol 제제이다[12]. Iopamidol 제제의 분자식은 C₁₇H₂₂I₃N₃O₈이 며[Fig. 1], 주성분은 1 ㎖ 당 Iopamidol 510㎎으로 전체 성분의 51%를 함유한다. 첨가제로는 완충제 역할을 하는 Tromethamine과 중화제 역할을 하는 Disodium EDTA가 소량 첨가되며, 기타 첨가제로 pH조절제 역할을 하는 염산 및 수산화나트륨과 49%에 해당하는 주사용수로 구성되어 있다[13].

O조영제는 1989년에 처음으로 출시되었으며, 1996년에는 프랑스, 벨기에, 룩셈부르크와 스위스에서 수동 또는 자동 주입이 가능한 Pre-filled 시린지(해외 제품명 Ultraject®) 로도 출시된 Ioversol 제제이다. Ioversol 제제의 분자식은 C₁₈H₂₄I₃N₃O₉이며[Fig. 2], 주성분은 1 ㎖ 당 Ioversol 678 ㎎으로 전체 성분의 68%를 함유한다. 첨가제로는 완충제 역 할을 하는 Tromethamine와 중화제 역할을 하는 Disodium EDTA가 소량 첨가되며, 기타 첨가제로 pH조절제 역할을 하는 염산 및 수산화나트륨과 32%에 해당하는 주사용수로 구성되어 있다[14].

2. 분석장비

혈관계 조영제의 환경요인에 따른 물리･화학적 분석 을 위해 사용된 장비는 한국기초과학지원연구원(KOREA BASIC SCIENCE INSTITUTE; KBSI)에서 보유한 Bruker Avance(독일)의 500 ㎒ Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer이다[Fig. 3].

분석 가능한 시료 상태는 다양한 용매에 용해되는 액체 또는 고체이고, 시료양 및 크기는 ¹H에서 1∼5㎎이며, 13C에서는 10∼30 ㎎ 정도이다. Bruker Avance의 500㎒ NMR Spectrometer은 CryoProbe를 장착하여 NMR Probe 에서 나타나는 전기적인 Noise는 온도를 내리면 작아지는 원리를 이용하여 액화질소로 코일 부분의 온도를 –30℃까지 냉각시키면 기존의 Signal/Noise를 증가시켜서 800㎒의 성능 효과를 낼 수 있는 장치로서 기존에 Overnight시키는 Acquisition을 수 시간 내에 얻을 수 있는 장점이 있다.

CryoProbe Prodigy의 특징으로는 Observe & Inverse detection in full automation시스템을 갖추고 있고, ¹H 및 19F의 S/N 비율은 2(vs. RT probe)보다 낮은 계수를 가지고 있으며, 모든 핵에서 Cold preamplifiers(BB/¹H/²H) 할 수 있다. 그리고 Z-gradient와 ATM 호환이 가능하며, 샘플 온도 범위는 0∼80℃에서 가능하다. 용도 및 활용분야는 유 기화합물, 무기화합물의 구조분석 및 정성･정량분석이 가능 하고, 화학반응 진행과정의 추적과 구조 해석, 반응속도 측 정 및 분자의 운동성 연구에 적용되며, 작용기들의 화학적 환경 등에 관한 연구와 단백질 및 핵산을 포함하는 생화학 물질의 분석이 가능한 장비이다[Table 1].

3. 연구방법

혈관계 조영제(A) 용액을 축출(B)하고 용매 D2O를 사용하 여 희석하는 전처리 과정(C)을 걸친 용액을 특수 유리로 만들 어진 NMR 튜브(D)에 채운 다음 ¹H-NMR Spectrometer에 삽입하여 스펙트럼을 획득하였다(E). 이후 표준시료 조영제 의 NMR 스펙트럼 Data로부터 물질의 구조를 유도해 내어 화학 이동(chemical shift) 값의 사용으로 물질구조의 요소 들을 추정하여 분석하였다[Fig. 4].

온도변화에 따른 시료는 시중에 판매되는 온장고를 이 용하여 요오드화 조영제인 Iopamidol 제제의 P조영제와 Ioversol 제제의 O조영제를 대상으로 각각 온장고에 35℃, 45℃, 60℃, 80℃로 설정하고, 24시간 동안 보관 유지하였 다[Fig. 5]. 온도의 환경요인에 자극을 받은 조영제는 용매 D2O를 사용하여 희석하는 전처리 과정을 걸쳐 ¹H-NMR Spectrometer로부터 스펙트럼을 획득하였다. 획득한 NMR 스펙트럼과 표준시료의 Data로부터 물질의 구조를 유도해 내어 화학 이동(chemical shift) 값의 사용으로 물질구조의 요소들을 추정하여 표준시료와 비교･분석하였다.

Ⅲ. 결 과

1. 35℃에 따른 분석

Iopamidol 제제 P조영제를 설정 온도 35℃로 가열한 후 ¹H-NMR 스펙트럼을 표준시료와 비교･분석한 결과, 물 리･화학적 변화의 peak의 공진 변화가 나타나지 않았다 [Fig. 6].

Ioversol 제제 O조영제를 설정 온도 35℃로 가열한 후 ¹H-NMR 스펙트럼을 표준시료와 비교･분석한 결과, 물리･ 화학적 변화의 peak 공진이 나타나지 않았다[Fig. 7].

2. 45℃에 따른 분석

Iopamidol 제제 P조영제를 설정 온도 45℃로 가열한 후 ¹H-NMR 스펙트럼을 표준시료와 비교･분석한 결과, 물리･ 화학적 변화의 peak의 공진 변화가 나타나지 않았다[Fig. 8].

Ioversol 제제 O조영제를 설정 온도 45℃로 가열한 후 ¹H-NMR 스펙트럼을 표준시료와 비교･분석한 결과, 물리･ 화학적 변화의 peak 공진이 나타나지 않았다[Fig. 9].

3. 60℃에 따른 분석

Iopamidol 제제 P조영제를 설정 온도 60℃로 가열한 후 ¹H-NMR 스펙트럼을 표준시료와 비교･분석한 결과, 1.1 ppm영역에서 표준시료에는 없었던 peak가 doublet peak 로 나타나기 시작하였다[Fig. 10].

Ioversol 제제 O조영제를 설정 온도 60℃로 가열한 후 ¹H-NMR 스펙트럼을 표준시료와 비교･분석한 결과, 물리･ 화학적 변화의 peak 공진이 나타나지 않았다[Fig. 11].

4. 80℃에 따른 분석

Iopamidol 제제 P조영제를 설정 온도 80℃로 가열한 후 ¹H-NMR 스펙트럼을 표준시료와 비교･분석한 결과, 1.1 ppm영역에서 표준시료에는 없었던 peak가 doublet peak 의 공진이 명확히 나타났고, 이것은 1개의 이웃하는 양성자 를 갖는다[Fig. 12].

Ioversol 제제 O조영제를 설정 온도 80℃로 가열한 후 ¹H-NMR 스펙트럼을 표준시료와 비교･분석한 결과, 물리･ 화학적 변화의 peak 공진이 나타나지 않았다[Fig. 13].

Ⅳ. 고 찰

1895년 11월 8일 독일 뷔르츠부르크에서 Wilhelm Conrad RRntgen은 새로운 광선을 발견하여 이것을 X선이라고 불 렀으며, 초기에 X선 장치의 낮은 전력으로 인해 석회화된 림프절, 섬유종, 결핵과 같은 석회화의 특성을 구별하기가 어려웠다[15]. 이를 해결하기 위해 복부 압박장치를 사용하 여 도움이 되었지만 보다 의미있는 영상을 얻을 수 있는 강 력한 X선 장치의 개발이 필요하였다. 1901년 처음으로 Chmidt와 Kolischer는 방광경을 사용하여 복부 방사선검사 가 가능한 요관 카테터를 도입하였고, 1904년 Klose가 제안 한 바와 같이 방사선 불투과성 물질의 주입으로 이어졌다[16]. 최초의 성공적인 정맥 내 주입용 물질은 N-methyl-5- iodo-2-pyridone으로 된 Selectan Neutral이었다. 그러 나 Swick은 1927년 5월 Rath에 의해 특허된 독성이 적고 가용성이 높은 5-iodo–2-pyridine–N-acetate sodium으 로 된 Uroselectan을 권장하였다[17,18]. Uroselectan이 도 입된 후 1929년 Binz와 Rath는 pyridine ring-diodrast (Diodone)와 neo-ipax(Uroselectan B, Iodoxyl)의 두 가지 추가 변형된 물질을 개발했으며, 각 분자에는 두 개의 요오 드 원자가 포함되어 있었다. 베를린의 Schering Kahlbaum 은 Binz와 Rath의 pyridone agents 개발을 지원하여 세계 최고의 혈관 내 조영제 제조업체가 되었고, 이 화합물은 매 우 성공적이었으며 20년간 표준 혈관 내 또는 요로조영제로 사용하였다. 1953년에 Wallingford는 side chain C3 위치 의 amine(-NH2) group에 acetyl(-COCH3)과 같은 수소원 자 중 하나를 대체할 수 있음을 보여 주었고, 이 acetyl-amino group은 tri-iodo 화합물의 독성을 크게 감소시켰으며, acetrizoate(Urokon, Diaginol)는 최초로 의료에 도입된 이온성 요오드화 조영제이다[19].

조영제의 약리학을 연구한 스웨덴의 젊은 방사선 전문의 인 Torsten Almén은 HOCM의 매우 높은 삼투압(생체학 적 삼투압의 최대 8배)이 많은 조영제 독성의 원인이 된다 고 생각하여 non-radio-opaque 양이온을 amide와 같은 non-ionizing radical로 대체하여 조영제의 삼투압 감소를 제안하였다[20]. 1969년 11월 생물학적 및 약리학적 시험 후, 화합물 16(Sweet Sixteen이라고 함)이 가장 적합한 것 으로 나타났으며, 이는 저삼투압 조영제(LOCM)인 최초의 Amipaque로 metrizoate의 glucose amide를 기본으로 하는 metrizamide라는 비이온성 요오드화 조영제가 처음 개발된 것이다. 비이온성 조영제의 개발은 종래의 이온성 조영제의 문제를 크게 개선시켰으며, 특히 단백 결합률을 현저하게 낮 추는 것은 물론 삼투압도 크게 저하시켰다. 하지만 Amipaque 는 화학독성을 크게 줄이지는 못하였다. 그 후 glucose amide 대신에 3개의 친수성 원자만을 결합시켜 화학적 안정성을 높 인 비이온성 조영제들이 개발되었다[21]. 그러나 조영제는 질 병을 진단하고 치료에 중요한 역할을 함과 동시에 부작용도 증가되고 있으며 매년 사망사례도 보고된다[22]. 조영제 제품 설명서에 따르면 조영제의 보관온도는 실온(1∼30℃)보관으 로 제약회사는 권장하고 있으며, 온장고에 조영제를 보관하여 사용하면 점도가 낮아 혈관 내에서 조영제의 흐름이 원활해진 다[23,24]. 그러나 본 연구와 같이 고온에 의한 물리적 변화 로 인해 고온에서 장기간 보관하는 동안 제품의 보관 수명을 단축할 수 있다는 것을 인식해야 한다.

Ⅴ. 결 론

비이온성 요오드화 조영제인 Iopamidol 제제의 P조영제 와 Ioversol 제제의 O조영제를 대상으로 온도의 변화에 따 라 물리･화학적 변화를 NMR Spectrometer를 통해 비교･ 분석하였다. 온도변화에서 Ioversol 제제의 O조영제에서는 물리･화학적 변화가 나타나지 않았다. 그러나 Iopamidol 제제의 P조영제에서 60℃ 시료의 1.1 ppm영역에서 doublet peak가 나타나기 시작하여 80℃ 시료에서는 doublet peak 가 명확히 나타났다.

¹H-NMR 분석에서 Iopamidol 제제의 P조영제는 60℃ 이상의 고온으로 상승함에 따라 화학결합에서 해리되어 이 물질 생성의 결과로 물리적 변화가 있음을 알 수 있었고, Iopamidol 제제의 P조영제보다 Ioversol 제제의 O조영제 에서 물리･화학적 안정성이 있는 것으로 평가되었다.

본 연구에서 나타났듯이 조영제의 제제별 온도에 대한 물리･ 화학적 변화는 다르게 나타났다. 그러므로 다양한 환경요인에 따라서 조영제의 물리･화학적 변화를 분석할 필요가 있다.