1. 용량-반응평가(dose-response assessment)
위해도 HRA의 두번째 단계는 동물실험을 통하여 유해물질의 노출용량과 독성반응과의 상관관계를 파악하는 반응-용량평가이다. 이 단계는 역학조사만을 통해서는 짧은 기간에 정확한 자료를 확보할 수 없기 때문에 대부분 동물실험에 의존하고 있다. 용량-반응평가는 한계치가 있는 물질과 한계치가 없는 물질로 구분하여 다음과 같이 실시한다.
(1) 한계치가 있는 유해물질의 용량-반응평가
이 경우 위해성평가에 사용되는 독성값은 일반적으로 NOAEL 근처의 용량을 선정하여 평가한다. 또한 동물실험에서 얻어진 NOAEL에는 불확실한 요인들이 포함된 관계로 신뢰성을 높이기 위하여 이를 보정할 필요가 있다. 이때 사용되는 계수가 안전계수로서 일반적으로 10, 100, 1,000, 10,000을 사용한다. 일반적으로 어떤 유해물질의 NOAEL을 안전계수로 나눈 값을 인간에 대한 참고용량(Rf): reference dose)으로 삼는다. RID는 한계치가 있는 유해물질의 위해성을 평가하는 참고 독성치로서 인간이 평생에 걸쳐 매일 노출되어도 안전한 용량을 말하며 ADI와 같은 의미로 볼 수 있다. 물론 RfD 이하의 경우일지라도 완전히 안전하다고 말할 수 없으며, 또한 RFD 이상의 용량일 경우라고 항상 독성이 나타난다고 보장할 수는 없다. 따라서 RED는 참고용량 이하로 노출되면 독성이 나타날 가능성이 매우 낮기 때문에 허용될 수는 있다는 의미일 뿐이다.
REDNOAEL/SF 단위(mg/kg•일)
NOAEL: 최대무영향농도, SF: 안전계수
(2) 한계치가 없는 유해물질의 용량-반응평가
한계치가 없는 유해물질(예를 들면 발암물질)인 경우는 제로 용량에서만 위해성이 없다고 가정한다. 여기서 가장 일반적인 예로서 발암물질의 경우를 설명한다. 발암성을 갖는 유해물질의 경우 발암위해성을 평가하기 위하여 일정 농도에서 일생동안 노출됨으로써 증가되는 발암 정도를 나타내는 단위위해도를 사용한다. 대표적인 환경매체별 단위위해도는 다음과 같이 산출된다.
대기유해물질의 단위위해도(위해도//g/m²)
=기울기인자/평균체중(kg)×평균호흡률(㎥/일)×10-3
수중유해물질의 단위위해도(위해도/g/L)=・기울기인자/평균체중(kg)×평균섭수량(L/일)×10-3
여기서 기울기인자는 어떤 유해물질의 발암능력을 나타내는 것으로 주로 고용량의 동물실험결과로부터 수학적 모델을 이용하여 저용량으로 외삽하여 산출한 용량-반응곡선의 기울기로서 잠재인자(potency factor)이라고도 한다. 발암물질의 경우 NOAEL치를 구한다는 것은 매우 어려운 작업이지만 대부분의 경우 다음 두 단계를 거쳐 구한다.
첫 단계는 고용량에서 저용량으로의 외삽 단계로서 발암물질을 고용량으로 실험동물에 투여한 다음 얻은 발암 독성자료를 발암기전을 근거로 설정한 수학적인 모델을 이용하여 평생에 걸쳐 암이 발생하지 않는 인간에 대한 노출농도를 구하는 방법이다. 현재 일반적으로 이용되고 있는 수학적모델은 한점(one-hit)모델과 다단계(multistage)모델이 있으며 특히 미국 EPA에서는 주로 선형다단계(linearized multistage)모델을 주로 활용한다.
두 번째 단계는 실험동물종에서 인간으로 외삽하는 단계로서 실험에 사용된 동물의 특성과 인간과의 생물학적인 종차이에 기인한 물질대사와 크기 등을 보정해주는 기법이다. 이 단계에서 항상 염두에 두어야 할 기본적인 사항은 다음과 같다.
① 동물실험을 통하여 구한 독성반응은 대부분 고농도를 기준한 결과로써 환경매체를 통하여 실제적으로 인간에게 노출되는 농도보다 수십배~수만배나 높은 농도라는 점
② 같은 유해물질이라도 동물과 인간의 반응성이 다르다는 점③ 실험동물에 비하여 인간 집단은 유전적 동질성이 떨어진다는 점
2. 노출평가(exposure assessment)
노출평가는 인체에 노출된 유해물질의 양을 추정하는 과정으로서 유해물질의 정량, 노출경로 및 환경매체내 거동 등에 관한 사항을 분석한다. 또한 노출평가는 과거의 노출, 현재의 노출 뿐만 아니라 미래의 노출 가능성에 대해서도 평가해야 한다. 대부분의 경우 인간에 대한 노출평가를 위해서는 노출에 관련된 요인들에 대한 상세한 정보가 필요하다. 인간에 대한 노출평가시 필요한 주요 정보들을 기술하면 다음과 같다. ① 유해물질 생산 관리와 환경으로의 배출 관리에 관한 정보배출양과 배출지역 그리고 배출시점에 관한 정보
③ 환경으로의 배출 후 이동, 지속성, 분해와 관련되는 요인들에 관한 정보(왜냐하면 분해되는 경우 원래의 독성에 변화가 발생하기 때문에)
④ 인간의 유해물질 흡수도에 관한 정보
그러나 대부분의 경우 이들 자료를 완전히 확보한다는 것이 간단하지 않는 관계로 유해물질의 물리·화학적인 성질을 이용한 수학적 모델을 이용하여 평가하는 경향이 많다. 따라서 아직은 노출평가 단계가 과학적으로 완전성을 갖추지는 못하고 있는 실정이다. 향후 노출에 관련된 여러 가지 요인을 파악할 수 있는 제도적 장치가 마련된다면 정확한 노출평가가 수행될 수 있을 것이다.
3. 위해도결정(risk characterization)
이 단계는 HRA의 마지막 단계로서 유해물질의 노출에 의하여 인간에게 나타날 수 있는 악영향의 발생정도를 추정하는 과정이다. 즉 지금까지의 각종 정보와 분석 결과를 조합하여 어떤 물질의 노출과 관련되어 있을 수 있는 여러 가지 위해성을 평가하는 것이다. 유해물질에 대하여 일반적으로 수행되고 있는 위해도결정 방법은 다음과 같다.
(1) 비발암성물질 혹은 발암성은 있으나 비발암적으로 영향을 주는 물질의 경우노출안전역(MOE, margin of exposure)을 구한다. 이는 NOAEL을 추산된 노출용량으로 나누어서 구한다.
(2) 발암물질의 경우
용량-반응평가에서 산출된 단위위해도에 실제 인간에 대한 노출 용량을 곱하여 구한다. 사실은 유해물질의 위해도결정은 이보다 훨씬 복잡하지만 최종적인 목적이 노출안전역과 발암위해성을 구하는 것이라고 볼 수 있다. 따라서 노출안전역을 위해성에대한 안전역으로 대치한다. 즉 노출안전역을 크게 하면 그만큼 위해성은 줄어들게된다는 의미로써 사실상 노출안전역이 상당히 크면 그만큼 인간 건강이 위협받지 않는다는 의미이다. 그러나, 물질에 따라서 노출안전역은 서로 차이가 있을 수 있으며이는 참고용량 산출시의 안전계수의 설정방법과 같다고 볼 수 있다.