맞춤 의료는 어떻게 가능할까? 약동학, 약력학 그리고 약물 유전체학 -맞춤 의료는 어떻게 가능할까? 약동학, 약력학 그리고 약물 유전체학 -

Posted at 2014.06.06 02:07 | Posted in Ph.D : Medical Scientist/Medical Research

10년 전 의과대학 1학년 시절 배웠던 약리학을 지금 전공하고 있는 입장에서 설명해 보고자 합니다. 배경 지식에 따라, 경우에 따라서 어렵게 느껴질 수 있겠지만, 그런 경우 질문을 남겨 주시면 답변을 하도록 하겠습니다. 그럼 시작합니다.

약리학이란 이름 그대로 풀이하자면 약의 이론에 대해서 공부하는 학문이다.

약이 인체 내부로 들어온 이후 발생하는 모든 변화에 대해서 탐구하는 일이 약리학 전공 연구자가 하는 일이라고 할 수 있겠다. 약리학에는 더 세분화된 많은 분야가 있지만 약리학에 대한 이해를 위해서 약리학을 세 가지의 큰 카테고리로 나누어 보고자 한다.

1)약동학 2)약력학 그리고 3)약물 유전체학이 그 세가지 큰 카테고리이다.

우리가 약을 먹으면 약이 우리 몸에 어떤 영향을 미칠 것이다. 반대로 약이라는 물질의 입장에서 생각해보면 우리 몸 또한 약에게 어떤 영향을 미칠 것이다. 이것이 약리학을 크게 세분하는 두 가지 개념인 약력학과 약동학이다.

약동학: 인체가 약에 미치는 영향 (몸에 의에 영향을 받는 약의 농도 변화)

약력학: 약이 인체에 미치는 영향 (약의 힘)

물론 약동학과 약력학이 언제나 서로 연관되어 작용한다는 사실은 쉽게 예측 가능하다. 다음의 간단한 사례를 통해서 약력학과 약동학 상호 작용의 예를 찾을 수 있다.


24세 남자가 세 시간 전부터 열이 나서 타이레놀을 먹었다.

40분 정도 지나자 체온이 정상 온도로 회복되었다.


이 남자에게 일어난 타이레놀의 약동학과 약력학적 작용을 지금부터 알아보자
.

<그림 1, 타이레놀 경구 투여 이후의 혈중 농도 그래프 >

타이레놀의 약동학적 작용: 위 그림과 같이 약을 먹은 후 타이레놀은 흡수되어 혈중 농도가 30분 이내에 최고치가 될 것이다. 이후 각 조직과 장기로의 분포, 간에서의 대사, 신장 등에서 배설을 거치면서 혈중 농도는 점차 낮아지게 되는데 뒤쪽에서는 반감기인 2-3시간을 주기로 반씩 낮아지는 양상을 보인다.


<그림 2, NSAIDs의 프로스타글란딘 억제 작용,>


타이레놀의 약력학적 작용: 타이레놀은 흡수된 후 중추신경계에서 프로스타글란딘의 방출을 억제하여 열 조절 센터에서의 발열을 회복시켜준다.

이렇게 인체가 약에 미치는 영향, 약의 혈중 농도 변화 추이를 연구하는 분야가 약동학이며, 약의 효과에 대한 기전을 연구하는 분야가 약력학이다.

예로 들었던 문장 자체에는 약력학적 작용만이 드러나 있지만 (체온이 정상 온도로 회복되었다) 약동학과 약력학은 언제나 서로 맞물려서 일어나는 현상이다.

 

하지만 평소 약을 복용할 때,

모든 사람들에게서 동일한 효과가 나타나지는 않는다는 것을 우리는 경험적으로 알고 있다.

어떤 이는 약효가 좋고, 어떤 이는 약효가 느리게 나타나거나, 심지어 약에 내성이 생기기도 한다. 이렇게 동일한 약을 복용하는 경우에도 사람마다 약동학과 약력학에 차이가 나타날 수 있는데, 이러한 현상의 원인을 밝히는 연구 분야가 약물 유전체학이다. 사실 유전체학이라는 연구 분야가 이미 존재하는데, 유전체학을 약리학에 적용시킨 것이 약물 유전체학이다.

유전체학은 2000년대 초반에 인간 게놈 프로젝트가 완료되어 사람의 유전자 서열 정보가 모두 드러난 이후 급속도로 발전한 학문 분야이다. 유전체학은 모든 학문 분야에 적용될 수 있으며 예를 들면 질병의 발생을 연구하는 분야에서는 질병 유전체학 (인간 유전자 서열에 따라서 질병의 발생 확률이 달라짐을 연구한다) 이라는 이름으로 연구 분야가 개척되어 있다.

유전체에 대해서 더 자세하게 알아보고 싶은 분은 현재 유전학 분야에서 맹렬한 연구를 하고 있는 eveningTea가 쓴 유전체 관련 글(Human Genome (인간 유전체) 그리고 의학) 을 참고하면 좋을 듯 하다.

지금까지 알아보았던 약리학의 큰 두 가지 분야, 약동학약력학에 관여하는 유전자 염기 서열의 개인간 차이를 바탕으로 약동학과 약력학적 현상에 차이를 보이는 것을 연구하는 것이 약리학과 유전체학의 접목인 약물 유전체학이다.


<그림 3, 약물 경구 투여시의 혈중 농도 그래프, 참고로 타이레놀 복용시의 그래프는 아니므로, 그래프 양상만을 참고하자, >

타이레놀을 하루에 두 번씩 꾸준히 먹는다면 반감기의 4-5배 정도 지난 시간부터는 일정한 농도를 유지하게 된다 (녹색). 그런데 유지된 농도가 너무 낮으면 (파란색) 약효가 나타나지 않을 수 있고, 너무 높다면 (빨간색) 독작용이 나타날 수 있다.

타이레놀이 간에서 CYP2E1이라는 효소에 의해서 대사된다고 할 때, 효소의 활성이 높아서 타이레놀을 잘 분해시키는 사람은 파란색 그래프의 혈중 농도를 보일 것이다. 이는 같은 용량의 타이레놀을 복용해도 그 사람의 상대적으로 혈중 농도가 낮을 수 있다는 것을 의미한다. 즉, 약의 효과가 떨어질 수 있다는 이야기이다.

반대로, 효소의 활성이 낮아서 타이레놀이 잘 분해되지 않는 사람이 계속 타이레놀을 복용한다면 빨간색 그래프의 양상을 보일 것이다. 같은 용량을 먹어도 상대적으로 이 사람의 경우에는 혈중 농도가 높아서 오히려 부작용이 나타날 가능성이 커지게 되는 것이다.

이처럼 사람마다 각기 다른 효소의 활성 정도는효소를 발현시키는 정보가 담겨있는 그 사람이 가지고 있는 DNA의 염기 서열에 따라서 영향을 받을 수 있다. 이 것이 바로 약물 유전체학의 핵심이다.

예컨대, 효소 활성이 높아서 파란색 그래프를 보이는 사람은 녹색의 농도로 맞추기 위해서 약을 더 자주 혹은 높은 용량으로 복용할 수 있겠고, 효소 활성이 낮아서 빨간색 그래프를 보이는 사람은 약 복용 주기를 늘리거나 용량을 줄일 수 있을 것이다. 약물 유전체학의 최종 목표는 사람에 따라 최적화된 약물 처방을 하는 맞춤의료라고 할 수 있겠.

지금까지 설명한 바와 같이 약리학은 크게 약동, 약력, 약물 유전체학으로 나누어 볼 수 있다. 각각에 대해서 더욱 세분화된 연구 분야가 있지만, 약리학 전공자가 아닌 분들은 이 정도만 알고 계셔도 충분할 것같. 기회가 된다면 오늘 다룬 약리학의 분야를 바탕으로 약리학 전공 의사가 하는 일에 대해서 소개해 보겠다.

Posted by 케로로sw
  1. jh
    재미있게 봤습니다. 그런데 국내에서는 법적으로 약의 투여 방법을 개인별로 조절하지 못하게 제한하고 있지 않나요?
    • 2014.06.09 15:53 신고 [Edit/Del]
      질문 감사합니다.
      투약 방법에 대한 의료법의 내용은 저도 잘 모르겠습니다.
      하지만 현재 약을 사용하고 있는 임상 현장의 모습을 보면 그런 법은 아마도 없지 않나 생각됩니다.
      vancomycin이라는 항생제를 예로 들어보면 환자의 키, 몸무게, serum Cr 농도 등을 고려하여 보통 1g qd나 bid로 시작을 많이 하지만 경우에 따라서 고농도가 필요한 경우 1g tid로 시작하기도 합니다.
      그리고 TDM (therapeutic drug monitoring)이라는 의료 행위가 있는데 환자의 피를 뽑아서 약의 혈중 농도를 재고 농도가 치료 농도의 범위를 벗어나서 너무 높거나 혹은 낮으면 용량이나 빈도를 낮추거나 높이는 식으로 투약 방법을 조절하고 있습니다.
      의료 현장에서 이런 서비스들이 현재 이루어지는 것으로 보아서 개인별 투약 방법 조절에 대한 법적 규제가 특별히 없지 않은지 생각됩니다. 다만 의료 상식을 벗어난 잘못된 투약 같은 것은 삭감이 되거나 할 수 있겠지요.
      후에 TDM에 대한 글도 포스팅해 보겠습니다.
  2. 약리학과 흔히 약학이라고 알고 있는 학문과는 다른건가요?? 포스팅을 봐서는 약리학은 신약개발에 쓰이는 것 같은데 약대나온 분들도 제약회사에서 신약개발하고 그러지 않나요??
  3. 답변이 많이 늦었네요. 약리학과 약학은 비슷합니다.

    약리학은 의과대학 소속의 기초의학 중 약을 다루는 하나의 과이고
    약학은 약학대학의 약에 대해 다루는 학문들을 합쳐서 부르는 용어입니다.

    약리학은 약동학, 약력학, 임상약리학, 약물유전체학 등의 분야로 이루어져 있으며
    약학은 약물학, 예방약학, 임상약학, 약품화학, 약제학, 물리약학, 분석약학, 생약학, 천연물과학 등의 분야로 나눌 수 있습니다.

    약리학과 약학은 많은 분야에서 서로 겹쳐 있습니다.
    신약 개발은 대학 보다는 주로 제약 회사에서 담당하는 경우가 많습니다.
    하지만 하나의 신약을 개발하기 위해서는 고려해야 할 요소가 아주 많기 때문에 제약회사만의 능력으로 신약 개발의 모든 단계를 커버할 수 없습니다. 따라서 의과대학과 약학대학에서 담당하고 있는 여러 분야에 나누어 의뢰하여 함께 신약 개발의 단계를 맡아서 진행하게 됩니다.

    약리학과 약학이 많은 부분에서 겹쳐 있지만 의사와 약사의 고유 영역이 있는것 처럼 서로 교집합을 이루고 있다고 이해하시면 되겠습니다.
  4. 비밀댓글입니다
    • 2014.12.23 12:23 신고 [Edit/Del]
      댓글 달아주신 분의 고민이 의료현실과 맞는 부분과 맞지 않는 부분 모두 있는 것 같습니다. 현재 약사들은 임상 약학 분야로의 진출에 많은 힘을 쏟고 있습니다. 그래서 의사들의 입원 환자 회진 시 따라 돌면서 약 농도 등에 대한 조언을 한다던지 등의 역할을 하고 싶어 하는데요, 그 부분에 있어서는 제 생각으로는 그것이 얼마나 가능할지 모르겠습니다. 과연 약제부와 협의가 잘 되어서 임상 의사가 회진 시 약사를 회진에 끼어주고 실제로 그들의 조언을 깊이 새겨 듣는 경우가 얼마나 될 지 의문이 드네요. 약물의 농도의 양을 조절하는 것은 TDM 서비스로서 가능한데 그것은 보통 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 이루어집니다. 저도 지금 TDM 서비스를 하고 있는데 보통의 대학병원에서 TDM 서비스는 진단검사의학과, 임상약리학과, 약제부 이 세 곳에서 맡아서 하게 됩니다. 대부분은 진단검사의학과에서 담당하는 병원이 가장 많습니다. 임상약리학과의 파워가 센 병원은 많지 않기 때문에 임상약리학과에서 주도적으로 하는 경우는 지금 제가 있는 병원과 서울대병원 정도인 것으로 생각됩니다. 이외에 대부분은 진단검사의학과나 약제부에서 담당하고 있습니다. 약사 님께서 원하시는 "약물의 농도와 양을 조절하여 의료사고를 미연에 방지하고 ...소통을 하는" 의 역할이 TDM 서비스입니다. 그냥 임상 약사로서 회진을 따라다니는 행위만으로는 TDM 서비스에서 하는 조언을 할 수 없다고 생각합니다. 따라서 지금 원하는 일을 하고 싶다면 졸업 후 대학병원 약제부에 들어가서 TDM 일을 배워서 하시는 방법이 현재 최선이라고 생각합니다. 다만 내가 취직할 병원은 약제부에서도 TDM 서비스를 하고 있는지를 미리 알아보시고 취직하시기를 권장합니다. 비밀댓글인데 실명이 없으셔서 메일로는 보내지 않았습니다. 메일로 개인적인 소통을 할 경우 어느 정도 개인 신상의 공개를 하셔야 가능하지 않을까 생각됩니다.
  5. 안녕하세요
    이 포스팅 덕분에 궁금했던 사항이 너무도 쉽게 해결됐습니다. 감사합니다.

    그런데 평소에 궁금했던 사항이 있는데, 질문드려도 될까요?

    약학대학 홈페이지에 들어가보면 약학에 대하여 설명하고 있는데, 약리학을 약학의 하위분야라고 소개해놓았더라고요. 실제 백과사전에서 '약학'을 찾아봐도 똑같이 설명하고 있고요. 하지만 의과대학 홈페이지에 들어가보면 약리학을 (기초)의학의 한 분야로 소개하고 있습니다. 또한 백과사전에서 '의학'을 찾아봐도 약리학은 의학의 하위분야라고 소개하고 있습니다.

    한편 약대 교과과정에는 약리학이 있고, 약대에는 약리학을 전공하신 교수님들이 계시며, 약리학을 연구하는 연구실이 있습니다. 그런데 그건 의대도 마찬가집니다. 의대 교과과정에도 약리학이 있고, 의대에도 약리학을 전공하신 교수님들이 계시며, 약리학을 연구하는 연구실(약리학 교실)이 있습니다.

    그래서 헷갈립니다. 약리학은 약학의 하위분야인가요? 의학의 하위분야인가요?
    • 2015.04.02 00:56 신고 [Edit/Del]
      분야를 나누는게 왜 중요한지 잘 모르겠네요. 요즈음에는 각 과별 구분이 의미가 없는 시대가 되었습니다. 고전적인 의미에서 약리학, 생리학, 면역학 등 과별의 경계가 허물어진지는 꽤 되었어요. 의대 정규교과과정에서 학생들 교육 때문에 나뉘어져 있는거지, 실제로 각 교실별 교수님들의 연구분야는 굉장히 다양하답니다. 그리고 자연과학이라는 것이 대게 그렇듯 여러 분야의 사람들이 모여서 연구하는 곳이에요. 약리학은 약대에서도, 의대에서도, 다른 자연대에서도 정규교과목으로 배울 수 있는 학문입니다. 아마 방명록에도 비슷한 내용을 쓰신 것 같던데, 왜 그렇게 분류에 연연하시는거죠?
    • 안녕하세요
      2015.04.02 05:30 [Edit/Del]
      우울증에걸린마빈님께 답변드립니다.

      왜 분류에 연연(?)하냐고 물어보셔서 답변드립니다. 학문을 분류하는게 바람직한지 아닌지는 별론으로 하고, 현실적으로 학문의 분류가 존재하는 것은 사실이잖아요? 연구의 대상을 기준으로 분류하든, 연구의 방법에 따라 분류하든 분류는 존재하는 게 사실이고, 그러한 분류에 따라 각 학문에 이름이 붙여져 있는 건 사실이잖아요? (당장 이 블로그 글에서 약리학을 약물동태학, 약물동력학, 약물유전체학으로 구분하고 계신데, 이 역시 학문의 분류이지요. 블로그의 필자께서도 학문을 분류하고 계시지 않습니까?)

      제가 학문 분류에 연연하는게 아니라요 (사실 제가 연연하건 안하건 그게 뭐 중요하겠습니까? 제가 무슨 학계에 영향을 미칠만한 위치에 있는 사람도 아닌데....) 위에서 말씀드렸듯이 학문의 분류라는 것이 존재하는 상황에서, 약리학의 경우는 학문분류체계상 어디에 속하는건지, 약리학의 위치는 어디인지 궁금한 것 뿐입니다. 백과사전에서 "약학"을 찾아보면 약리학은 약학에 속한다고 하는데, 백과사전에서 "의학"을 찾아보면 약리학은 의학에 속한다고 하니, 저처럼 두 학문 모두를 전공하지 않은 비전공자로서는 헷갈릴 수 밖에요.

      더불어 좀 더 설명드리자면, 개인적으로는 '과학사/과학철학'에 대해서 관심이 많고, 최근에는 생물학 및 의학 쪽 과학사에 관한 공부를 하고 있는데, 관련하여 이 쪽 분야의 학문 분류 체계에 대해서 알아야 필요가 있어서 여쭈어 보게 된 것입니다.
    • 2015.04.02 15:07 신고 [Edit/Del]
      굳이 학문의 분류를 나누자면, 약리학의 경우는 의학, 약학, 생물학의 하위분야입니다. 읭? 백과사전에는 그렇게 안 나와 있다구요? 위키 보시면 되엽. (http://en.wikipedia.org/wiki/Pharmacology) 위키는 꽤 정확합니다. 적어도 쓰레기같은 네이버 지식인보다는 훨씬 나아요. 질문해주신 김에, 저도 약리학교과서의 챕터1을 오래간만에 다시 들여다 보았구요.ㅎㅎ (Basic & Clinical Pharmacology, Katzung, 12th edition) Pharamcology는 그리스어 pharmakon (poison, drug)과 ~ology (study)의 합성입니다. 당연히도 약물 (substances)의 임상적인 의미와 독성 등에 대해서 연구하는 학문입니다. 이 녀석의 역사를 쭉 살펴서 올라가 보면, 선사시대로 올라갈꺼에요. "배가 아팠을 때 우앙~ 이거 씹어먹으니깐 낫더라~" 부터 시작될껍니다. (근데 아직도 한의학쪽에서는 "우앙~ 이거 먹으면 병이 다 나아요ㅋ" 이러는 거 보면 얘네들은 아직 선사시대에 머물러 있는 것 같아엽.) 뭐, 이런 이후에 문헌적으로 약리학이 거론되기 시작한게 1500년대, 그리고 학문으로 정립된게 18세기~19세기 정도라고 합니다. 이러한 약리학의 하위 분야로는 clinical pharmacology, neuropharmacology, psychopharmacology, pharmacogenetics, pharmaco genomics, pharmacoedipemiology, toxicology, theoretical pharmacology, posology, pharmacog nosy, behavioral pharmacology, environmental pharmacology 등이 있다고 위키에는 나오는데 사실 이것 말고도 무궁무진할꺼에엽. 저같은 경우는 약리학 박사를 받아서 immunology를 하니깐 pharmacoimmunology를 한다고 볼 수 있고, 최근 핫한 nanoparticle하시는 분들은 nanopharmacology를 만들지도 모르지요. ㅎㅎ (근데 사실 nanoparticle의 경우에는 기존의 ligand-receptor에 의한 이론과는 많이 다르기 때문에 약동/약력학적 교과서가 다시 쓰여지기는 해야 할 껍니다. 이쪽을 물고 빠는 건 아니지만, 좀 혁명적이기는 해요.)

      여기까지는 교과서등에서 설명하고 있는 분류이고, 지금까지 살아오면서 개인적으로 이러한 학문의 분류로써 pharmacology가 필요했던 경우는 단 세 가지 경우에서 입니다.

      1) 박사학위 받을 때, 2) 학생들 강의할 때, 3) 학회 놀러가서 뻘쭘하기 싫으니깐,

      이 이야기는 요즘 같이 분자생물학이 발전된 시대에서는 학문의 경계가 그리 중요하지 않다는 이야기이도 합니다. 분류도 당연히 그 의미가 퇴색되고 있는거구요. 1900년대 의학이 태동 할 때만 해도 해부,약리,생리 등 고전적인 의미에서의 학문의 분류가 중요했었지만 요즈음은 안 그래요.

      이게 정 이해가 안 되신다면, 소설을 한 번 생각해 보세요. 소설의 장르는 많습니다. 고전, 과학, 로맨스, 무협, 사변, 역사, 판타지, 추리, 호러 등등. 뭐 유구한 인류의 역사에서 다양한 장르의 소설들이 나왔겠죠. 그런데, 폴 오스터의 소설은 이러한 장르에서 어디에 속할 것 같습니까? 아니, 장르를 따지는 게 의미가 있나요? 폴 오스터가 "얍! 나는 사변소설을 쓰는 사람이니깐, 장르의 특성에 맞게 요러케 요러케 써야쥐~"하면서 뉴욕3부작을 쓰지는 않으셨을테고, 독자들도 폴 오스터의 뉴욕3부작이 어떤 장르에 속하는지 알 필요는 없을꺼에요. (옆에서 훈수두는 평론가들에게나 필요할 듯 싶기는 하지만. 근데, 요즈음도 장르문학 위주로 평론하시는 분들이 좀 있으신지 궁금해지는군요. 요즘 소설을 하도 못 읽어서. 개인적으로 최근에 읽은 책은 "세계정복은 가능한가", "나의 한국현대사", "건국의 정치(여말선초 혁명과 문명전환)" 정도 밖에는 없네요. 한 달에 한 권 정도는 읽어야 하는데.)

      의학연구도 똑같아요. 면역학, 약리학, 생리학 등등 장르가 별로 의미가 없어요. 그냥 재미있거나, 의미가 있으면 되는 겁니다. (여기에서 재미는 기초과학적인 의미에서 재미를 말하고 있는 거고, 의미는 질병의 이해 등에 대한 의미를 뜻합니다.)

      연구자들도 마찬가지에요. 소설쓰는데 꼭 국어국문학과 박사 출신만 써야 되는 건 아니잖아요. 세계적인 교수부터 노숙자 아저씨들까지 소설을 쓸 수 있는 것처럼 의사도, 약사도, 생명공학자들도, 수의사들도, 공대출신들도 다 연구할 수 있는 겁니다. 그냥 재미있으면 하는 거에요. 기초과학분야는 경쟁력이나 생산성을 따져야 되는 분야가 아닙니다. "우리나라 기초과학분야 발전을 위해서, 대학교에 과를 신설하고 얘네들만 집중적으로 투자하면 몇 년 내로 노벨상 딸꺼얍" 이따위 생각으로 연구하는 게 아니란 말입니다. (근데 이 정권은 이런 생각하고 있는 것 같아용 ㅎㄷㄷ)그냥 재미있으니깐 하는 거고, 의미가 있을 것 같으니깐 하는 겁니다. 그리고 별 생각없이 했던 연구들이 나중에는 임상적으로 큰 발견이 되거나 과학적으로 큰 발견이 되는거구요. 그러다 보니 소가 뒷걸음치다 쥐잡듯 노벨상도 타는거고.

      자, 정리해봅시다. 의과학분야에서 학문의 분류는 별 의미가 없다고 생각합니다만, 굳이 알고 싶으시다면 동네 도서관에 가셔서, 각 분야 전공 서적의 chapter 1을 읽으시면 대충의 history가 나올껍니다. 이도 저도 안 되면 그냥 위키피디아 보세엽. (아님 리그베다위키 보시면 잉여력 가득찬 정보를 얻으실 수 있습니다. ㅎㅎㅎ) 그리고 면역학, 생리학 등 전통적인 의미에서 의과학분야는 의학, 약학, 생물학 모두의 하위 분야라고 보시면 됩니다.

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