The analysis of ethylene glycol and metabolites in biological specimens

Ethylene glycol (EG) is produced commercially in large amounts and is widely used as antifreeze or deicing solution for cars, boats, and aircraft. EG poisoning occurs in suicide attempts and infrequently, either intentionally through misuse or accidental as EG has a sweet taste. EG has in itself a low toxicity, but is in vivo broken down to higher toxic organic acids which are responsible for extensive cellular damage in various tissues caused principally by the metabolites glycolic acid and oxalic acid. The most conclusive analytical method of diagnosing EG poisoning is determination of EG concentration. However, victims are sometimes admitted at a late stage to hospitals or died during emergency treatment like a gastric lavage or found rotten dead, when blood EG concentrations are low or not detected. Therefore, in this study, the identification of EG was not only performed by gas chromatograpyc-mass spectrometry (GC-MS) following derivatization but also further toxicological analyses of metabolites, glycolic acid (GA) and oxalic acid (OA), were performed by ion chromatography in various biological specimens. A ranges of blood concentrations (3 cases) was $10\sim2,400\;{\mu}g/mL$ for EG, $224\sim1,164\;{\mu}g/mL$ for GA and ND $\sim40\;{\mu}g/mL$ for OA, respectively, In other biological specimens (liver, kidney, bile and pleural fluid), a range of concentrations (3 cases) was ND $\sim55,000\;{\mu}g/mL$ for EG, ND $\sim1,124\;{\mu}g/mL$ for GA and ND $\sim60\;{\mu}g/mL$ for OA, respectively. Liver and kidney tissues were recommended specimens including blood because OA, a final metabolite of EG, was identified large amounts in these despite no detectable EG caused by some therapy.

생체시료에서 에틸렌 글리콜과 그 대사체 분석에 관한 연구

에틸렌 글리콜은 주로 자동차, 선박, 항공기 등의 부동액 성분으로 우리 실생활에 널리 쓰 이고 있으며 그 만큼 접근성이 용이하여 자살 목적이나 보관 사용 단계에서 의도적 혹은 실수로 인한 오용 사고가 끊이지 않고 있다. 에틸렌 글리콜 자체는 인체에 대한 독성이 그리 크지 않으나 생체 내에서 대사 과정을 거치면서 보다 독성이 높은 대사체를 생성하게 되며, 특히 글리콜산과 옥살산 대사체는 에틸렌 글리콜 중독의 주된 독성 발현체로서 대사성 산증 및 조직 손상 등을 유발하고 최종적으로 치사에 이르게 한다, 에틸렌 글리콜 중독으로 판정할 수 있는 가장 결정적인 데이터는 생체 시료 중 에틸렌 글리콜 농도가 되겠으나, 에틸렌 글리콜은 반감기가 3 ~ 5시간 정도로 매우 짧아 발견 당시 이미 상당 수준의 단계로 대사가 진행되어 있는 경우가 많고, 병원 등에서 위 세척 등 응급 치료 중 사망하기도 하며, 경우에 따라서는 매우 늦게 발견되어 시체가 부패되어 혈액을 채취할 수 없는 등, 에틸렌 글리콜 분석만으로 사인을 규명하기 어려운 때가 있으며, 이런 경우에 대사체의 분석이 필수적이다. 본 연구에서는 에틸렌 글리콜로 인하여 사망한 4건의 사례에서 혈액 및 조직 등 11점의 생체 시료에서 에틸렌 글리콜과 초기 대사체인 글리콜산 및 최종 대사체인 옥살산의 함량을 분석하고 그 분포에 대하여 살펴보았다. 에틸렌 글리콜 분석은 유도체화 후 가스크로마토그래프/질량분석법으로, 글리콜산과 옥살산 분석은 이온크로마토그래피로 수행하였으며, 혈액에서(3건)에서 에틸렌 글리콜 농도는 $10\sim2,400\;{\mu}g/mL$ 글리콜산 농도는 $224\sim1,164\;{\mu}g/mL$ 옥살산 농도는 불검출 $\sim40\;{\mu}g/mL$ 이었다. 간, 신장, 담즙, 흉강 액의 시료(3건)에서는 에틸렌 글리콜 농도는 불검출 $\sim55,000\;{\mu}g/mL$ 글리콜산 농도는 불검출 $\sim1,124\;{\mu}g/mL$ 옥살산 농도는 불검출 $\sim60\;{\mu}g/mL$ 이었다. 간 조직과 신장 조직에서는 치료 등에 따라 에틸렌 글리콜이 검출되지 않더라도 최종 대사체인 옥살산이 의미 있는 양으로 검출되어, 혈액과 더불어 유용한 생체 증거물 시료로서 권장되었다.