반수 치사량

독물학에서 반수 치사량(Median lethal dose), LD₅₀ (약칭 "50% 치사량"), LC₅₀ (50% 치사 농도), LCt₅₀은 주어진 화학 물질의 치사량을 측정하는 독성 단위이다.^[1] 물질의 LD₅₀ 값은 지정된 테스트 기간 후에 테스트한 개체군의 절반을 죽이는 데 필요한 용량이다. LD₅₀ 수치는 종종 물질의 급성 독성에 대한 일반적인 지표로 사용된다. LD₅₀이 낮을수록 독성이 강하다는 것을 나타낸다.

LD₅₀이라는 용어는 존 윌리엄 트레반에게서 유래되었다.^[2] 이 테스트는 1927년 J. W. 트레반이 만들었다.^[3] 반치사량이라는 용어는 특히 외국어 번역에서 동일한 의미로 가끔 사용되지만, 아치사량을 의미할 수도 있다. LD₅₀은 일반적으로 실험실 쥐와 같은 동물에 대한 테스트를 통해 결정된다. 2011년, 미국 식품의약국은 동물 실험 없이 화장품 약물인 보툴리눔 독소를 테스트하기 위한 LD₅₀의 대체 방법을 승인했다.^[4][5]

관례

LD₅₀은 일반적으로 시험 대상의 단위 질량당 투여된 물질의 질량으로 표현되며, 일반적으로 킬로그램 체중당 밀리그램의 물질로, 때로는 나노그램 (보툴리눔 독소에 적합), 마이크로그램, 그램 (아세트아미노펜에 적합)으로 표현된다. 이 방식으로 표현하면 다른 물질과의 상대적 독성을 비교하고 노출된 동물의 크기 변화를 정규화할 수 있다(다만 독성이 항상 체중과 단순히 비례하는 것은 아니다). 독성 증기나 어류에게 독성 있는 물 속 물질과 같이 환경에 있는 물질의 경우, 환경 내 농도(입방 미터당 또는 리터당)가 사용되어 LC₅₀ 값을 표기한다. 그러나 이 경우 노출 시간이 중요하다(아래 참조).

50% 치사율을 벤치마크로 선택하면 극단에서 측정할 때 발생할 수 있는 모호성을 피하고 필요한 테스트 양을 줄일 수 있다. 그러나 이는 LD₅₀이 모든 대상에게 치사량인 것은 아님을 의미한다. 일부는 훨씬 적은 양으로도 사망할 수 있으며, 다른 일부는 LD₅₀보다 훨씬 높은 용량에서도 생존할 수 있다. "LD₁" 및 "LD₉₉" (각각 테스트 개체군의 1% 또는 99%를 죽이는 데 필요한 용량)와 같은 측정치는 특정 목적을 위해 가끔 사용된다.^[6]

치사량은 종종 투여 방법에 따라 달라진다. 예를 들어 많은 물질은 정맥 주사로 투여할 때보다 경구 투여할 때 독성이 덜하다. 이러한 이유로 LD₅₀ 수치는 종종 "LD₅₀ i.v."와 같이 투여 방식과 함께 명시된다.

관련된 양인 LD₅₀/30 또는 LD₅₀/60은 치료 없이 30일 또는 60일 이내에 개체군의 50%에게 치명적인 용량을 나타내는 데 사용된다. 이러한 측정치는 이온화 방사선에 대한 방사선 보건물리학에서 더 일반적으로 사용되는데, 60일 이상 생존하면 보통 회복되기 때문이다.

유사한 측정값은 LCt₅₀으로, 노출로 인한 치사량과 관련이 있으며, C는 농도이고 t는 시간이다. 이는 종종 mg-min/m³으로 표현된다. ICt₅₀은 사망보다는 무력화를 유발하는 용량이다. 이러한 측정치는 일반적으로 화학전 제제의 비교 효능을 나타내는 데 사용되며, 흡입의 경우 호흡률(예: 안정 시 = 10 L/min) 또는 피부 침투의 경우 의복 정도에 따라 용량이 결정된다. Ct의 개념은 프리츠 하버가 처음 제안했으며 때로는 하버의 법칙이라고도 불린다. 이 법칙은 100 mg/m³의 1분 노출이 10 mg/m³의 10분 노출과 동일하다고 가정한다(1 × 100 = 100, 10 × 10 = 100).

사이안화 수소와 같은 일부 화학 물질은 인체에 의해 빠르게 해독되며 하버의 법칙을 따르지 않는다. 이러한 경우 치사 농도는 단순히 LC₅₀으로 주어지고 노출 기간(예: 10분)으로 한정될 수 있다. 독성 물질의 물질 안전 보건 자료에는 물질이 하버의 법칙을 따르더라도 이 용어 형식이 자주 사용된다.

질병을 유발하는 유기체의 경우, 반수 감염 용량이라는 측정값도 있다. 반수 감염 용량(ID₅₀)은 투여 경로(예: 경구당 1,200 org/man)에 따라 사람 또는 시험 동물이 받은 유기체 수이다. 용량 내 실제 유기체 수를 세는 어려움 때문에 감염 용량은 일부 시험 동물에 대한 LD₅₀ 수와 같은 생물학적 분석 측면에서 표현될 수 있다. 생물전에서 감염 용량은 공기 1입방 미터당 감염 용량 수에 노출 시간(분)을 곱한 값이다(예: ICt₅₀은 100 중간 용량 - min/m³이다).

한계

독성 측정으로서 LD₅₀은 다소 신뢰할 수 없으며 표본 개체군의 유전적 특성, 시험한 동물의 종, 환경 요인 및 투여 방식과 같은 요인으로 인해 테스트 시설마다 결과가 크게 다를 수 있다.^[7]

종마다 큰 변동성이 있을 수도 있다. 쥐에게 비교적 안전한 것이 인간에게는 매우 독성이 강할 수 있으며(아세트아미노펜 중독 참조), 그 반대도 마찬가지이다. 예를 들어, 인간에게는 비교적 무해한 초콜릿은 많은 동물에게 독성이 있는 것으로 알려져 있다. 뱀과 같은 독성 생물의 독액을 테스트하는 데 사용될 때, LD₅₀ 결과는 쥐, 랫트, 인간 간의 생리학적 차이로 인해 오해의 소지가 있을 수 있다. 많은 독사는 쥐를 전문적으로 포식하며, 그 독액은 쥐를 무력화하는 데 특별히 적합할 수 있다. 그리고 몽구스는 예외적으로 저항력이 있을 수 있다. 대부분의 포유류는 매우 유사한 생리를 가지고 있지만, LD₅₀ 결과가 인간과 같은 모든 포유류 종에 동일하게 적용될 수도 있고 아닐 수도 있다.

예시

참고: LD₅₀을 기준으로 물질(특히 약물)을 서로 비교하는 것은 많은 경우 유효 용량(ED₅₀)의 차이로 인해 오해의 소지가 있을 수 있다. 따라서 LD₅₀ 대 ED₅₀의 비율인 치료유효량으로 이러한 물질을 비교하는 것이 더 유용하다.^[8]

다음 예시는 LD₅₀ 값을 기준으로 내림차순으로 나열되어 있으며, 적절한 경우 LC₅₀ 값이 {괄호 안에} 함께 표시된다.

물질	동물, 경로	LD50 {LC50}	LD50 : g/kg {LC50 : g/L} 표준화	참고
물 (H 2O)	쥐, 경구	>&&&&&&&&&&&90000.&&&&&090,000 mg/kg	>90	[9]
수크로스 (식용 설탕)	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&29700.&&&&&029,700 mg/kg	29.7	[10]
옥수수 시럽	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&25800.&&&&&025,800 mg/kg	25.8	[11]
포도당 (혈당)	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&25800.&&&&&025,800 mg/kg	25.8	[12]
글루탐산 나트륨 (MSG)	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&16600.&&&&&016,600 mg/kg	16.6	[13]
스테비오사이드 (스테비아에서 유래)	쥐 및 랫트, 경구	&&&&&&&&&&&15000.&&&&&015,000 mg/kg	15	[14]
휘발유	쥐	&&&&&&&&&&&14063.&&&&&014,063 mg/kg	14.0	[15]
비타민 C (아스코르브산)	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&11900.&&&&&011,900 mg/kg	11.9	[16]
글리포세이트 (아이소프로필아민 염)	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&10537.&&&&&010,537 mg/kg	10.537	[17]
락토스 (우유 설탕)	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&10000.&&&&&010,000 mg/kg	10	[18]
아스파탐	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&10000.&&&&&010,000 mg/kg	10	[19]
요소 (OC(NH 2) 2)	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&&8471.&&&&&08,471 mg/kg	8.471	[20]
시아누르산	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&&7700.&&&&&07,700 mg/kg	7.7	[21]
황화 카드뮴 (CdS)	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&&7080.&&&&&07,080 mg/kg	7.08	[22]
에탄올 (CH 3CH 2OH)	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&&7060.&&&&&07,060 mg/kg	7.06	[23]
소듐 아이소프로필 메틸포스폰산 (사린의 대사 산물)	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&&6860.&&&&&06,860 mg/kg	6.86	[24]
멜라민	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&&6000.&&&&&06,000 mg/kg	6	[21]
타우린	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&&5000.&&&&&05,000 mg/kg	5	[25]
멜라민 시아누레이트	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&&4100.&&&&&04,100 mg/kg	4.1	[21]
과당 (과일 설탕)	쥐, 경구	4,000 mg/kg	4	[26]
몰리브덴산 나트륨 (Na 2MoO 4)	쥐, 경구	4,000 mg/kg	4	[27]
염화 나트륨 (식탁용 소금)	쥐, 경구	3,000 mg/kg	3	[28]
아세트아미노펜	쥐, 경구	2000 mg/kg	2	[29]
아스피린 (아세틸살리실산)	쥐, 경구	1,600 mg/kg	1.6	[30]
델타-9-테트라히드로칸나비놀 (THC)	쥐, 경구	1,270 mg/kg	1.27	[31]
칸나비디올 (CBD)	쥐, 경구	980 mg/kg	0.98	[32]
메탄올 (CH 3OH)	인간, 경구	&&&&&&&&&&&&5628.&&&&&0810 mg/kg	0.81	[33]
트라이나이트로톨루엔 (TNT)	쥐, 경구	790 mg/kg	0.790
비소 (As)	쥐, 경구	763 mg/kg	0.763	[34]
이부프로펜	쥐, 경구	636 mg/kg	0.636	[35]
폼알데하이드 (CH 2O)	쥐, 경구	600–800 mg/kg	0.6	[36]
솔라닌 (가지과 식물 중 감자에 있는 주요 알칼로이드)	쥐, 경구 (2.8 mg/kg 인간, 경구)	&&&&&&&&&&&&&590.&&&&&0590 mg/kg	0.590	[37]
아트로핀 (벨라돈나풀, 독말풀, 맨드레이크 및 브루그만시아에서 유래)	쥐, 경구	500 mg/kg	0.500	[38]
알킬 다이메틸 벤잘코늄 클로라이드 (ADBAC)	쥐, 경구 어류, 침수 수생 무척추동물, 침수	304.5 mg/kg {0.28 mg/L} {0.059 mg/L}	0.3045 {0.00028} {0.000059}	[39]
쿠마린 (신남산 및 기타 식물에서 유래)	쥐, 경구	293 mg/kg	0.293	[40]
실로시빈 (환각버섯에서 유래)	쥐, 경구	280 mg/kg	0.280	[41]
염산 (HCl)	쥐, 경구	238–277 mg/kg	0.238	[42]
케타민	쥐, 복강내	229 mg/kg	0.229	[43]
카페인	쥐, 경구	192 mg/kg	0.192	[44]
삼산화 이비소 (As 2S 3)	쥐, 경구	185–6,400 mg/kg	0.185–6.4	[45]
아질산 나트륨 (NaNO 2)	쥐, 경구	180 mg/kg	0.18	[46]
메틸렌디옥시메스암페타민 (MDMA)	쥐, 경구	160 mg/kg	0.18	[47]
초산 우라늄 이수화물 (UO 2(CH 3COO) 2)	쥐, 경구	136 mg/kg	0.136	[48]
디클로로다이페닐트라이클로로에테인 (DDT)	쥐, 경구	135 mg/kg	0.135	[49]
우라늄 (U)	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&&&114.&&&&&0114 mg/kg (추정)	0.114	[48]
비소프롤롤	쥐, 경구	100 mg/kg	0.1	[50]
코카인	쥐, 경구	96 mg/kg	0.096	[51]
염화 코발트(II) (CoCl 2)	쥐, 경구	80 mg/kg	0.08	[52]
산화 카드뮴 (CdO)	쥐, 경구	72 mg/kg	0.072	[53]
티오펜탈 나트륨 (독살형에 사용)	쥐, 경구	64 mg/kg	0.064	[54]
데메톤-S-메틸	쥐, 경구	60 mg/kg	0.060	[55]
메스암페타민	쥐, 복강내	57 mg/kg	0.057	[56]
플루오린화 나트륨 (NaF)	쥐, 경구	52 mg/kg	0.052	[57]
니코틴	쥐 및 랫트, 경구 인간, 흡연	50 mg/kg	0.05	[58]
펜타보란	인간, 경구	50 mg/kg	0.05	[59]
캡사이신	쥐, 경구	47.2 mg/kg	0.0472	[60]
비타민 D3 (콜레칼시페롤)	쥐, 경구	37 mg/kg	0.037	[61]
피페리딘 (후추에서 유래)	쥐, 경구	30 mg/kg	0.030	[62]
헤로인 (다이아모르핀)	쥐, 정맥내	21.8 mg/kg	0.0218	[63]
리세르그산 다이에틸아마이드 (LSD)	쥐, 정맥내	16.5 mg/kg	0.0165	[64]
삼산화 비소 (As 2O 3)	쥐, 경구	14 mg/kg	0.014	[65]
금속 비소 (As)	쥐, 복강내 주사	13 mg/kg	0.013	[66]
코니인 (독당근에서 유래)	쥐, 정맥내	8 mg/kg	0.008	[67]
사이안화 나트륨 (NaCN)	쥐, 경구	6.4 mg/kg	0.0064	[68]
클로로톡신 (CTX, 전갈목에서 유래)	쥐	4.3 mg/kg	0.0043	[69]
사이안화 수소 (HCN)	쥐, 경구	3.7 mg/kg	0.0037	[70]
카펜타닐	쥐, 정맥내	3.39 mg/kg	0.00339	[71]
가지과 속의 니코틴	쥐, 경구	3.3 mg/kg	0.0033	[58]
백린 (P)	쥐, 경구	3.03 mg/kg	0.00303	[72]
스트리크닌 (호미자나무에서 유래)	인간, 경구	1–2 mg/kg (추정)	0.001–0.002	[73]
아코니틴 (바꽃 및 관련 종에서 유래)	인간, 경구	&&&&&&&&&&&&&&-0.&800001–2 mg/kg	0.001–0.002	[74]
염화 수은(II) (HgCl 2)	쥐, 경구	1 mg/kg	0.001	[75]
칸타리딘 (가뢰과에서 유래)	인간, 경구	500 μg/kg	0.0005	[76]
아플라톡신 B1 (누룩곰팡이 곰팡이에서 유래)	쥐, 경구	480 μg/kg	0.00048	[77]
플루토늄 (Pu)	개, 정맥내	320 μg/kg	0.00032	[78]
부포톡신 (두꺼비속 두꺼비에서 유래)	고양이, 정맥내	&&&&&&&&&&&&&&-0.300000300 μg/kg	0.0003	[79]
브로디파쿰	쥐, 경구	270 μg/kg	0.00027	[80]
세슘-137 (137 Cs)	쥐, 비경구	&&&&&&&&&&&&&&-0.21500021.5 μCi/g	0.000245	[81]
플루오로아세트산 나트륨 (CH 2FCOONa)	쥐, 경구	220 μg/kg	0.00022	[82]
삼플루오린화 염소 (ClF3)	쥐, 피부 흡수	178 μg/kg	0.000178	[83]
사린	쥐, 피하 주사	&&&&&&&&&&&&&&-0.172000172 μg/kg	0.000172	[84]
로부스톡신 (시드니깔때기그물거미에서 유래)	쥐	&&&&&&&&&&&&&&-0.150000150 μg/kg	0.000150	[85]
VX	인간, 경구, 흡입, 피부/눈을 통한 흡수	&&&&&&&&&&&&&&-0.140000140 μg/kg (추정)	0.00014	[86]
브라질떠돌이거미 독액	쥐, 피하	&&&&&&&&&&&&&&-0.134000134 μg/kg	0.000134	[87]
아마톡신 (알광대버섯 버섯에서 유래)	인간, 경구	100 μg/kg	0.0001	[88][89]
다이메틸수은 (Hg(CH 3) 2)	인간, 경피	&&&&&&&&&&&&&&-0.&8000050 μg/kg	0.000050	[90]
TBPO (t-부틸-바이사이클로포스페이트)	쥐, 정맥내	36 μg/kg	0.000036	[91]
펜타닐	원숭이	30 μg/kg	0.00003	[92]
내륙타이판 독액	쥐, 피하	&&&&&&&&&&&&&&-0.&2500025 μg/kg	0.000025	[93]
리친 (피마자 식물에서 유래)	쥐, 복강내 쥐, 경구	&&&&&&&&&&&&&&-0.&2200022 μg/kg 20–30 mg/kg	0.000022 0.02	[94]
2,3,7,8-테트라클로로다이벤조다이옥신 (TCDD, 고엽제에 함유)	쥐, 경구	&&&&&&&&&&&&&&-0.&2000020 μg/kg	0.00002
파란고리문어속의 테트로도톡신	정맥내	&&&&&&&&&&&&&&-0.&&82008.2 μg/kg	0.0000082	[95]
CrTX-A (라스톤입방해파리 독액에서 유래)	가재, 복강내	&&&&&&&&&&&&&&-0.&&50005 μg/kg	0.000005	[96]
라트로톡신 (과부거미 독액에서 유래)	쥐	&&&&&&&&&&&&&&-0.&&43004.3 μg/kg	0.0000043	[97]틀:Self-published inline
에피바티딘 (에피페도바테스 안토니 독화살개구리에서 유래)	쥐, 정맥내	1.46-13.98 μg/kg	0.00000146	[98]
바트라코톡신 (독화살개구리과에서 유래)	인간, 피하 주사	&&&&&&&&&&&&&&-0.&&20002–7 μg/kg (추정)	0.000002	[99]
아브린 (홍두에서 유래)	쥐, 정맥내 인간, 흡입 인간, 경구	0.7 μg/kg 3.3 μg/kg 10–1000 μg/kg	0.0000007 0.0000033 0.00001–0.001
삭시톡신 (특정 해양 와편모충류에서 유래)	인간, 정맥내 인간, 경구	0.6 μg/kg 5.7 μg/kg	0.0000006 0.0000057	[99]
태평양 시구아톡신-1 (시구아테라 어류에서 유래)	쥐, 복강내	250 ng&&&&&&&&&&&&&&-0.&&&250/kg	0.00000025	[100]
팔리톡신 (팔리토아 산호에서 유래)	쥐, 정맥내 [{{{설명}}}]	45 ng/kg 2.3–31.5 μg/kg	0.000000045 0.0000023	[101]
마이토톡신 (시구아테라 어류에서 유래)	쥐, 복강내 주사	50 ng&&&&&&&&&&&&&&-0.&&&&50/kg	0.00000005	[102]
폴로늄-210 (210 Po)	인간, 흡입	&&&&&&&&&&&&&&-0.&&&&1010 ng/kg (추정)	0.00000001	[103]
디프테리아 독소 (코리네박테리움에서 유래)	쥐	&&&&&&&&&&&&&&-0.&&&&1010 ng/kg	0.00000001	[104]
시가 독소 (이질균 박테리아에서 유래)	쥐	&&&&&&&&&&&&&&-0.&&&&&22 ng/kg	0.000000002	[104]
파상풍 독소 (클로스트리디움 테타니에서 유래)	쥐	&&&&&&&&&&&&&&-0.&&&&&22 ng/kg	0.000000002	[104]
보툴리눔 독소 (클로스트리디움 보툴리눔에서 유래)	인간, 경구, 주사, 흡입	&&&&&&&&&&&&&&-0.&&&&&11 ng/kg (추정)	0.000000001	[105]
이온화 방사선	인간, 조사	3–5 그레이 (Gray)	—	[106][107][108]

독성 척도

반수 치사량 LD₅₀의 상용로그의 음수(−log₁₀(LD₅₀))를 포함하는 11개 자릿수 범위의 선형 독성 척도. 물은 가장 낮은 독성 척도(1)를 가지며, 독성 척도는 보툴리눔 독소(12)가 가장 높다.^[109]

LD₅₀ 값은 매우 넓은 범위를 가진다. 알려진 가장 독성이 강한 물질인 보툴리눔 독소는 1 ng/kg의 LD₅₀ 값을 가지는 반면, 가장 독성이 없는 물질인 물은 90 g/kg 이상의 LD₅₀ 값을 가진다. 이는 약 1000억분의 1, 즉 11자릿수의 차이이다. 여러 자릿수만큼 다른 모든 측정값과 마찬가지로, 로그 스케일로 보는 것이 바람직하다. 잘 알려진 예로는 지진 규모, 수용액의 산성 또는 염기성 특성을 측정하는 pH 값, 데시벨로 표시되는 소리 크기가 있다. 이 경우, 체중 kg당으로 표준화된 LD₅₀ 값의 음의 상용로그(−log₁₀(LD₅₀))를 고려한다.

발견된 무차원 값은 독소 척도에 입력할 수 있다. 기준 물질인 물은 음의 로그 독소 척도에서 거의 1이다.

절차

LD₅₀을 도출하기 위해 여러 절차가 정의되었다. 가장 초기 절차는 트레반이 1927년에 개발한 "전통적인" 절차로, 40마리 이상의 동물을 필요로 한다. 1984년에 제안된 고정 용량 절차는 정의된 용량으로 투여하고 독성 징후를 관찰하여(사망을 요구하지 않고) 독성 수준을 추정한다.^[110] 1985년에 제안된 상하향 절차(up-and-down procedure)는 한 번에 한 마리의 동물에게만 투여하면서 LD₅₀ 값을 산출한다.^[111][112]

같이 보기

• 동물 실험
• 리드-뮤엔치 방법
• "약인지 독인지 결정하는 것은 용량이다" – 어떤 물질이든 많은 양은 치명적이라는 독성학적 격언

다른 독성 측정치

• IDLH
• 특정 안전 계수
• 치료유효량
• 보호 지수
• 반수 독성 용량 (TD50)
• 최저 치사량 (LDLo)
• EC₅₀ (절반 최대 유효 농도)
• IC₅₀ (절반 최대 억제 농도)
• 드레이즈 테스트
• 지시적 한계값
• 무관찰 유해 영향 수준 (NOAEL)
• 최저 관찰 유해 영향 수준 (LOAEL)

관련 측정치

• TCID₅₀ 조직 배양 감염 용량
• 플라크 형성 단위 (pfu)