할로겐화합물 및 불활성기체 소화약제의 인체에 대한 유해성 (LOAEL, NOAEL)과 PBPK (Physiologically based pharmacokinetic) 모델링
소화약제의 한 종류인 할로겐화합물 및 불활성 기체는 화재안전기술기준 NFTC 107A에서 설치기준 등을 확인할 수 있습니다.
할로겐화합물 및 불활성 기체의 소화 메커니즘은 부촉매 효과와 질식 효과에 의한 것이며 일정농도 이상의 할로겐화합물 및 불활성 기체 소화약제에 인간이 노출될 경우 부정적인 영향을 받게 됩니다.
| 구분 | 할로겐화합물 | 불활성 기체 |
| 소화 메커니즘 | 부촉매 효과 | 질식 효과 |
| 인체영향 | 독성 | 질식 |
▣ NOAEL과 LOAEL
NOAEL(No Observed Adverse Effect Level)은 해당 위험물질에 노출되었을 때 인체에 독성 또는 생리적 변화를 일으키지 않는 최고 농도
LOAEL(Lowest Observed Adverse Effect Level)은 해당 위험물질에 노출되었을 때 인체에 독성 또는 생리적 변화를 일으키는 최소 농도
NOAEL이나 LOAEL과 같은 지표들은 물질, 목적별로 다양한 실험방법이 존재하지만 소화약제의 경우 동물실험을 통해서 얻어진 결과로 해당 위험물질의 농도별로 5분의 시간기준을 두고 동물 실험군을 노출시켰을 때의 결과를 수치화시킨 것입니다.
할로겐화합물 소화약제가 인체에 미치는 영향은 일정 농도이상의 할로겐화합물 소화약제에 노출될 경우 심장 감작 (cardiac sensitization)을 유발하며, 불활성기체 소화약제의 경우 일정 농도이상에 노출되면 호흡곤란 등 질식(asphyxiation)을 일으킬 수 있습니다.
이렇듯 할로겐화합물과 불활성기체 소화약제가 사람이 상주하는 곳에 방출되었을 때 인명피해가 발생할 우려가 있어 NFTC 107A에서는 각 소화약제별로 NOAEL을 기준으로 최대허용 설계농도를 규정하고 있습니다.
위의 표에서 할로겐화합물 소화약제의 경우 소화약제별로 최대허용설계농도가 다른 반면 불활성기체 소화약제(IG-XXX)의 경우 최대허용설계농도가 모두 43%로 동일합니다.
이는 불활성기체의 농도가 높아짐에 따라 상대적으로 산소 농도가 떨어지게 되어 위험한 상황이 만들어지기 때문이며 산소 농도를 12% 이하로 낮추는 불활성 기체의 농도를 기준으로 NOAEL을 규정했습니다.
불활성기체 43% 일 때의 산소 농도는 다음 식을 통해서 계산할 수 있습니다.
할로겐화합물 소화약제의 최대허용 설계농도 또한 약제별 NOAEL을 기준으로 하여 정해진 것으로 할로겐화합물 소화약제의 NOAEL과 LOAEL은 아래 테이블을 참고하면 되겠습니다.
할로겐소화약제의 NOAEL 값과 NFTC 107A에서 규정하고 있는 할로겐화합물 소화약제의 최대허용 설계농도를 비교하면 HFC-125와 HFC-227ea를 제외하고 모두 동일한 것을 확인할 수 있습니다.
| 소화약제 | NOAEL(%) | 최대허용 설계농도(%) |
| HFC-125 | 7.5 | 11.5 |
| HFC-227ea | 9.0 | 10.5 |
▣ PBPK (Physiologically based pharmacokinetic) modeling
PBPK 모델링은 실험대상체인 동물군과 인간의 신체적 차이를 고려하여 이를 보정을 하기 위한 것으로 소화약제 적용에 유연함(flexibility)를 제공합니다.
앞서 설명한 바와 같이 소화약제의 NOAEL, LOAEL 등의 값은 5분이라는 시간을 기준으로 해당 소화약제에 노출되었을 때의 인체독성이나 생리적 변화 여부를 근거로 하여 정해진 것이라고 할 수 있으나 어디까지나 동물실험을 통해 얻어진 값으로 인간이 같은 농도에 노출되었을 때도 같은 결과를 얻게 된다고는 할 수 없을 것입니다.
이러한 차이를 PBPK 모델링을 통해 보정을 하는 것이며 예를 들어 일정농도 이상의 특정 할로겐화합물 소화약제를 동물실험군에 노출시켰을 때 5분 후 부정맥 증상을 보였다면 그때의 동물실험군의 동맥혈 농도를 인간에게도 동일하게 적용하였다고 가정할 경우 약 6분 후에 동일한 증상이 나타나게 된다는 것이고 이 결과 값을 인간에게 노출시켰을 때 5분까지 노출되어도 안전한 값으로 보정하여 최대허용 설계농도를 구하는 것입니다.
위의 테이블은 NOAEL이 각각 9.0(%)과 7.5(%)인 HFC-227ea와 HFC-125를 PBPK 모델링을 통해 인간이 5분간 노출되어도 안전한(5분 안에 안전한 장소로 대피) 농도를 계산한 결과가 각각 10.5(%)와 11.5(%)라는 것이며 이 두 가지 소화약제의 경우 PBPK 모델링 값으로 얻은 계산값을 관련 화재안전기술기준 NFTC 107A에서 최대허용 설계농도로 규정을 한 것입니다.
추가적으로 PBPK 모델링은 거주특성이나 NOAEL, LOAEL의 조건에 따라 적용여부가 달라지며 PBPK 모델링을 적용하는 조건은 아래와 같습니다.
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