선수의 소변에서 검출된 스테로이드가 외부 유입 물질인지 판별하기 위한 방법은 어떻게 되나요?

Question

선수의 소변에서 검출된 스테로이드가 외부 유입 물질인지 판별하기 위해, 기체 크로마토그래피-연소-안정동위원소 질량분석기를 통해 탄소 동위원소 비율을 정밀 분석하는 방법을 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

선수의 소변에서 검출된 스테로이드가 스스로 만든 것인지 외부에서 주입한 약물인지 판별하는 데는 탄소 동위원소 비율 분석이 쓰입니다. 우리 몸과 자연계의 탄소는 질량수가 다른 탄소12와 탄소13이라는 안정동위원소로 존재하며, 기체 크로마토그래피와 연소 장치, 질량분석기가 연결된 장비로 이들의 비율을 측정합니다.

​먼저 기체 크로마토그래피 단계에서는 소변 샘플을 기화시켜 긴 분리관을 통과시킵니다. 이 과정에서 혼합물 상태인 소변 속에서 확인하고자 하는 스테로이드 성분만을 순수하게 분리해 냅니다. 분리된 스테로이드는 연소 장치로 이동하여 고온에서 산소와 반응해 이산화탄소 가스로 완전히 전환됩니다. 스테로이드를 이루던 탄소 원자들이 모두 이산화탄소 형태로 바뀌는 것입니다.

​마지막으로 이 가스는 질량분석기로 들어가 이온화된 후 자기장 영역을 통과합니다. 이때 가벼운 탄소12가 포함된 이산화탄소와 아주 미세하게 더 무거운 탄소13이 포함된 이산화탄소는 질량 차이로 인해 궤적이 다르게 휘어지며 검출기에 도달합니다. 이를 통해 두 동위원소의 정밀한 상대적 비율을 계산합니다.

​이 분석이 도핑을 판별하는 기준이 되는 이유는 원료의 차이 때문입니다. 공장에서 합성하는 약물은 주로 특정 식물성 원료를 사용하는데, 이 식물들은 광합성 특성상 탄소13을 적게 흡수하므로 인공 스테로이드는 탄소13의 비율이 인체 호르몬보다 눈에 띄게 낮습니다. 반면 인간의 몸이 스스로 만든 호르몬은 고유의 일정한 비율을 유지합니다. 따라서 특정 스테로이드의 탄소13 비율이 인체 기준치보다 비정상적으로 낮으면 외부 유입 물질로 판단합니다.

Answer 2

안녕하세요.

선수의 소변에서 검출된 스테로이드가 체내에서 자연적으로 생성된 것인지, 혹은 외부에서 투여된 것인지를 구별하기 위해 사용하는 대표적인 방법 중 하나가 기체 크로마토그래피-연소-안정동위원소 질량분석법인데요, 이 기술은 탄소 안정동위원소 비율을 분석하여 외인성 스테로이드 여부를 판단하는 데 활용됩니다. 먼저 선수의 소변에서 분석 대상 스테로이드를 추출하며, 이후 기체 크로마토그래피 단계에서 복합 혼합물 속 여러 성분을 분리합니다. 각 스테로이드 분자는 컬럼을 통과하는 시간 차이 때문에 개별적으로 분리되어 다음 단계로 이동합니다.

분리된 물질은 연소 장치에서 완전히 산화되어 주로 이산화탄소 형태로 전환됩니다. 이때 원래 분자에 포함되어 있던 탄소 동위원소 정보는 유지됩니다. 다음으로 안정동위원소 질량분석기에서 생성된 CO₂의 13C/12C 비율을 매우 정밀하게 측정하는데요, 이때 체내에서 자연적으로 합성된 스테로이드와 식물 유래 원료 등을 통해 제조된 합성 스테로이드는 탄소 동위원소 조성이 다를 수 있습니다. 합성 스테로이드는 종종 특정 식물을 원료로 제조되는데, 이러한 생합성 경로 차이 때문에 탄소 동위원소 비율이 인체 내 자연 생성 스테로이드와 구별되는 경향을 보입니다. 실제 판별에서는 검출된 스테로이드 자체의 동위원소 비율만 보는 것이 아니라, 동일 소변 내 내인성 기준 물질과 비교하는데요 만약 목표 스테로이드의 값이 기준 물질과 통계적으로 유의한 차이를 보인다면, 이는 외부 투여 가능성을 시사합니다. 감사합니다.