대기오염이 알레르기비염에 미치는 영향 이기일,

서  론

최근 전세계적으로 대기오염에 의한 여러가지 사회적인 문제가 발생하고 있으며 이에 따른 호흡기질환의 영향에도 관심이 높아지 고 있다. 호흡기질환 중에서 알레르기비염은 콧물, 코막힘, 재채기 를 주증상으로 하며 비점막이 항원 자극 이후 IgE 항체 매개성의 1형 과민반응을 보이는 질환이다. 알레르기비염의 유병률(preva- lence)은 전세계적으로 성인에서 약 10%–30% 정도로 보고되고 있 으나 자가 진단 및 치료하는 경우가 많아 실제로는 더 높을 것으로 추정하고 있다.

최근에는 미세먼지, 초미세먼지, 자동차 및 공장 매연과 같은 대기오염이나 기후 변화 등의 환경적인 요인이 작용하 여 알레르기비염의 유병률은 점차 늘어나고 있는 추세이다.

국내 대기오염은 계절에 따라 국외 영향과 국내 영향의 비중이 다른 것 으로 알려져 있는데, 코로나바이러스감염증-19 (coronavirus dis-

ease 2019, COVID-19)의 유행이 문제가 되고 있는 현시점에서

이 동제한과 사회적 거리 두기를 하고 경제 활동이 감소되어 미세먼지 (particulate matter, PM)와 이산화질소(nitrogen dioxide, NO

) 농 도가 줄어들고 대기 오염에 긍정적인 역할을 하며,

간접적으로 국 내 알레르기비염 환자의 의료보험청구가 감소하였다고 한다. 이러 한 상황에서 환경적, 계절적인 요인에 의해 많은 영향을 받는 알레 르기비염에서 대기 오염에 따른 변화와 그 임상적 의미를 고찰해보 고자 한다.

대기오염이 알레르기비염에 미치는 영향: 역학적 분석

1. 대기오염물질

최근 World Allergy Organization은 대기오염에 의해 악화되는 알레르기비염에 관해서 전문가 합의서(expert consensus state-

Allergy Asthma Respir Dis 9(1):3-11, January 2021 https://doi.org/10.4168/aard.2021.9.1.3 REVIEW

Correspondence to: Ji-Hun Mo https://orcid.org/0000-0003-1331-364X

Department of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, Dankook University College of Medicine, 201 Manghyang-ro, Dongnam-gu, Cheonan 31116, Korea

Tel: +82-41-550-3933, Fax: +82-41-556-1090, Email: [email protected]

•

This research was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Science, ICT & Future Planning (2019R1F1A1060589) and funded by the Ministry of Education (2018R1D1A3B07048683).

Received: November 27, 2020 Revised: December 21, 2020 Accepted: December 21, 2020

© 2021 The Korean Academy of Pediatric Allergy and Respiratory Disease The Korean Academy of Asthma, Allergy and Clinical Immunology

대기오염이 알레르기비염에 미치는 영향

이기일,

정영준,

모지훈

1

건양대학교 의과대학 이비인후과학교실,

단국대학교 의과대학 이비인후과학교실

The impact of air pollution on allergic rhinitis

Ki-Il Lee,

Young-Jun Chung,

Ji-Hun Mo

1

Department of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, Konyang University College of Medicine, Daejeon;

Department of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, Dankook University College of Medicine, Cheonan, Korea

Recently, air pollution has become more and more severe globally and has decreased the quality of life significantly in subjects with or without allergic diseases. Air pollution more severely affects patients with allergic diseases, including allergic rhinitis (AR); there- fore, it could devastate quality of life. Many epidemiological studies have shown that air pollutants increased outpatient clinic visits as well as the prevalence/severity of AR and decreased quality of life in patients with AR. Traffic-related air pollution also increases the severity and occurrence rate of AR, and heavy traffic is also associated with an increased prevalence of AR. Immunologically, air pollutants increase airway inflammation and mucin production by triggering the generation of reactive oxygen species and induc- ing the nucleotide-binding domain, leucine-rich repeat protein 3 inflammasome and apoptosis. Since air pollution affects both the upper and lower airways and is known to be a risk factor for AR, proper diagnosis and treatment should be applied. In this review ar- ticle, we will address several epidemiological and clinical studies about the effects of air pollution on AR, mechanisms by which air pollutants aggravate AR, and treatment of AR triggered by air pollutant. (Allergy Asthma Respir Dis 2021;9:3-11)

Keywords: Air pollution, Allergic rhinitis, Epidemiology, Immunology, Traffic-related pollution

ment)를 발표하였다.

알레르기비염은 전세계적으로 수백만 명의 삶의 질에 영향을 미치는데, 대기오염은 알레르기비염의 증상을 악 화시키고, 이환율(morbidity)을 증가시킨다. 한편, 연간 약 300만 명 의 사람들이 유해한 실내 공기오염과 관련되어 사망한다고 알려져 있다.

대기오염물질(air pollutant)은 크게 실내(indoor)와 실외(out- door) 오염물질로 나눌 수 있다. 실내 오염물질로는 미세먼지, 휘발 성유기화합물(volatile organic compounds), 라돈(radon), 곰팡이 (mold), 집먼지진드기(house dust mite) 등이 있는데 이 중 곰팡이 나 집먼지진드기는 알레르기비염을 유발하는 대표적인 항원이다.

Wang 등

은 50명의 알레르기비염 환자를 대상으로 한 효소결합면 역흡착측정(enzyme-linked immunosorbent assay) 분석을 통해 집먼지진드기가 중요한 실내 알레르기 항원이며 집먼지진드기에 장기간 노출되면 알레르기 증상이 심해진다는 점을 확인하였다. 또 한, 실내 오염물질인 곰팡이 노출이 소아에서 천식 악화, 성인에서 직업성 천식 및 비염 발생과 관계된다고 알려져 있다.

실외오염물 질에는 미세먼지, 산화질소(nitric oxides), 일산화탄소(carbon monoxide), 산화황(sulfur oxides), 오존(O

, ground level ozone), 자동차 매연 유발 대기오염(traffic-related air pollultion, TRAP), 디 젤가스입자(diesel exhaust particles) 등이 포함된다. 미세먼지와 휘 발성유기화합물은 실내, 실외 오염물질 모두에 속하는 물질이다.

산업화 국가에서 사람들은 대부분의 시간을 실내에서 보내기 때문 에 실내 공기 상태가 중요한데 실내 오염물질의 원인으로는 담배연 기, 실내 난방, 요리, 청소, 양초(candle, incense) 사용, 가구나 장식 품을 들 수 있다. 한편, 실외 오염물질의 원인으로는 화석연료 사용 에 의한 공장 및 자동차 유발, 주택 난방, 쓰레기 소각 등을 들 수 있 다. 또한, 오염물질은 대기 중에 방출되는지 여부에 따라 일차성 (primary)과 이차성(secondary)로 구분되는데 산화질소, 휘발성유 기화합물, 일산화탄소, 산화황은 일차성이고 오존, 디젤가스입자 등은 이차성에 속한다.

미세먼지는 입자 크기에 따라 구분되는데 이는 입자크기에 따라 체내 분포 범위가 달라지기 때문이다. 지름 10 µm 이하 미세먼지 (PM

)는 상기도인 비강(nose), 경부(throat)의 상부까지 분포할 수 있으며, 2.5 µm 이하 초미세먼지(fine particulate matter, PM

)는 주로 폐에 분포하여 하기도까지 영향을 준다.

극초미세먼지(ultra- fine particles, PM

)는 입자가 0.1 µm 이하이며 금속이나 다른 유 기화합물(organic compounds)의 수송체(carrier vehicle)로서 작용 할 수 있는데 상대적으로 하기도질환과의 연관성이 높으며 전신으 로 흡수되어 영향을 끼친다.

지표면의 오존은 이산화질소, 휘발성유기화합물이 태양열에 반 응하여 발생하는데 인체에 악영향을 미치고 알레르기비염, 천식, 아토피피부염과 역학적 관련성이 높다는 연구 결과들이 있다.

Cabrera 등

은 스페인 마드리드 지역에서 1996과 2009년을 비교하

여 기온 및 오존, 미세먼지 등의 실외 오염물질과 계절성 알레르기 비염의 관계를 분석하였는데, 2009년에 알레르기 증상 점수가 높 아졌고 이는 기온과 오존의 증가에 기인한다고 하였으며 이를 줄이 려면 온실가스 배출과 대기 오염을 줄이도록 노력해야 한다고 주장 하였다. 디젤가스입자는 산소나 질소 같은 무독성 무기물 기체(in- organic gas) 성분과 탄소나 금속 등이 결합된 고체 응집체(solid aggregate)로 구성된다. 디젤가스입자는 인체 발암물질로 알려져 있으며, 산화 스트레스(oxidative stress)를 유발하여 하기도에 독성 작용을 한다. Diaz-Sanchez 등

은 비내 자극(nasal challenge)을 통 한 체내실험(in vivo test) 연구에서 돼지풀(ragweed), 집먼지진드기 에 디젤가스입자 자극을 더하면 2형 면역반응의 부가효과(syner- gistic effect)가 있음을 확인하였다.

2. 대기오염과 알레르기비염에 대한 역학적 연구

대기오염물질과 알레르기비염과의 관계를 조사한 연구들은 대부 분 역학적 연구인 경우가 많아 이를 논하지 않고 이야기할 수 없다.

먼저 호흡기질환에서 대기 오염이나 공기알레르겐(aeroallergen) 의 영향에 관해 역학적으로 분석한 연구 결과들이 있다.

독일의 Heinrich 등

은 구 동독 지역에서 통일 이후 대기 중의 총 부유 입 자물질(total suspended particulate)과 이산화황(sulfur dioxide)이 감소하여 소아에서 비알레르기 호흡기질환이 감소하였다는 것을 보고하였다. Wouters 등

은 비염 및 호흡기질환의 주관적 증상, 혈 청검사 및 비강 세척액을 통한 염증성 사이토카인 분석을 통해서 청소 노동자군에서 정상대조군에 비해 상기도 감염 빈도와 비염 등의 임상 소견이 심하고 이는 중성구(neutrophil)의 증가와 연관 성이 있다고 확인하였다. 위와 같은 비알레르기 호흡기질환에서뿐 만 아니라 알레르기비염에서 대기오염의 역할에 대해서도 많은 역 학적 연구들이 진행되고 있다. 최근까지 보고된 알레르기비염 및 호흡기질환에서 대기 오염에 관한 역학적 연구는 Table 1과 같다.

알레르기비염과 천식 등의 기도 면역 질환에서 대기 오염 정도가

심해지면 공기알레르겐에 의한 점막 자극이 증가해서 임상적으로

는 실제 외래 방문 횟수가 늘어난다. Zhang 등

은 중국 북경 지역

에서 시간 경과에 따른 분석을 통해 미세먼지, 이산화황, 이산화질

소의 농도가 증가함에 따라 알레르기비염 환자의 외래 방문 빈도

가 증가한다는 점을 확인하였다. 또한, 알레르기비염 외래 방문 횟

수를 기준으로 이산화탄소, 이산화질소, 미세먼지, 초미세먼지, 이

산화황 중에서 이산화질소 및 이산화황 농도가 외래 방문 횟수에

가장 많은 변화를 초래했다는 연구 결과도 있다.

여러 국내외 연

구에 따르면, 거주 지역 별로 실내외 대기 오염물질 농도에 차이가

있고 이에 따른 알레르기비염이나 천식의 임상 양상, 진단 및 치료

에도 차이가 있다.

최근 산업화, 도시화 이후 지구 온난화가 기

후변화를 가속화하여 극지방의 온난화, 장기간의 장마, 홍수, 가뭄

등 극단적인 기상 사건(weather event)들이 일어나고 있다. 이로 인

한 단열(insulation) 현상 및 습도 증가로 실내에서는 개, 고양이 등 애완동물, 집먼지진드기, 곰팡이, 바퀴벌레 같은 공기 알레르겐뿐 만 아니라 극초미세먼지나 휘발성유기화합물이 증가한다. 실외에 서는 자동차 매연, 난방, 화석연료 사용으로 인한 공장 매연이 화분 (pollen), 곰팡이, 디젤가스입자, 미세먼지, 산화질소 및 오존의 증 가를 유발하고 이는 실내로도 유입되어 공기 오염에도 영향을 미쳐 악순환이 지속된다.

장기간 대기오염물질에 노출되면 알레르기비염의 빈도뿐만 아니 라 중증도(severity)도 증가하게 된다. 유럽 지역의 1,408명의 비염 환자를 대상으로 한 연구에서 미세먼지에 장기간 노출되면 보정 교 차비(adjusted odds ratio, OR) (95% confidential interval [CI])가 경 도(mild)에서 1.20 (0.88–1.64), 중등도(moderate)에서 1.53 (1.07–

2.19), 고도(severe)인 경우에는 1.72 (1.23–2.41)의 결과를 보여 장기 간의 미세먼지 자극이 알레르기비염 중증도에 많은 영향을 미친다 고 보고하였다.

소아에서도 메타분석을 통해 이산화질소, 이산화 황, 미세먼지, 초미세먼지 자극으로 알레르기비염 유병률이 높아지 는 것이 확인되었는데, 유럽 지역에 비해 아시아 지역에서는 이산화 황, 미세먼지의 연관성이 다소 떨어지는 지역별 차이를 보였다.

이 는 알레르기비염이 환경적 요인뿐만 아니라 아토피, 천식과 동반되 는 경우가 많고 인종이나 유전적 영향을 받는 숙주 요인(host fac- tor)이 존재한다는 점에서 이해할 수 있다.

한편, 최근 모바일 애플리케이션 기술을 이용하여 알레르기비염

에서 대기오염과 꽃가루 시즌(pollen season)의 관계에 대한 연구 결과가 발표되었다.

새로운 모바일 기술과 컴퓨터 학습 기법을 이 용하여 다양한 공기 오염물질과 계절적 요인, 그리고 증상 및 삶의 질 측면에서 분석한 연구로서 잡초 화분 시기(grass pollen season) 에는 조절되지 않는 비염(uncontrolled rhinitis)과 오염물질(pollut- ant) 사이에 연관성이 높다는 점을 입증하였다. 또한, European In- stitute of Innovation and Technology Health에 의해 시행되는 POLLAR (Impact of air POLLution on sleep, Asthma and Rhini- tis)

라는 대규모 프로젝트가 있는데, 이는 유럽지역의 대기오염에 관한 지리적 정보를 바탕으로 모바일 앱과 머신러닝 기술을 이용 하여 대기오염, 수면 그리고 알레르기비염의 관계에 대해 보고하는 연구이다. 대기오염, 수면 상태, 알레르기 증상 등을 종합하여 새로 운 치료 가이드라인을 제시하고, 국가간 네트워크를 형성함으로써, 궁극적으로 대기오염과 알레르기비염의 상호작용을 체계적으로 평가할 수 있다는 의의가 있다. 위와 같은 연구들은 알레르기비염 을 포함한 천식, 아토피 등 알레르기 면역 질환에서 미래에 나아가 야 할 새로운 연구 방향을 제시하고 있다.

3. 자동차 매연 유발 대기오염(TRAP)과 알레르기비염

자동차 매연으로 공기질이 악화되면 알레르기비염, 아토피피부 염, 천식 등 알레르기질환에 악영향을 준다. Min 등

은 서울 지역 에서 큰 도로 주변, 4층 이하에 거주하는 14,614명의 소아를 대상으 Table 1. Epidemiologic studies with regard to air pollution on respiratory diseases including allergic rhinitis and asthma

Study Design Air pollutants Subjects Description

Heinrich et al.

2002 Prospective, cross-sectional survey TSP, SO

7,632 Children The prevalence of non-allergic respiratory symptoms was decreased, along with improvements of air pollutants.

Wouters et al.

2002

Comparative, cross-sectional study Organic dusts 36 Waste collectors and 11 controls

Waste collectors revealed the increased upper airway inflammation and manifestations compared with controls.

Zhang et al.

2011 Time-series study by biomedical big

data analysis PM

, SO

, NO

1,506 AR patients There were strong associations between daily concentration of air pollutants and daily number of outpatients for AR.

Wang et al.

2020 Time-series study by biomedical big

data and 4 hospital data sets PM

, PM

, SO

, NO

, O

, CO 14,965 AR patients Exposure to air pollutants was associated with increased AR risks and children might be more vulnerable.

Morand et al.

2010

Objective, cross-sectional study Benzene, VOC, SO

, PM

, NO

, CO

4,907 Children There was an association between urban air pollution and childhood asthma and allergies.

Jeong et al.

2011

Comparative, cross-sectional study CO, CO

, O

, NO

, PM

, PM

, formaldehyde, VOC, HDM, endotoxins

1,226 Students from Incheon and 1,748 students from Jeju city

The children in Incheon, industrialized area, had a high rate of AR and asthma symptoms compared to children in Jeju city, nonindustrialized area.

Burte et al.

2020 Cross-sectional study from

2 European cohorts NO

, PM

, PM

, PMcoarse 1,408 Adults with rhinitis Rhinitis patients living in higher level of pollution had more severe nasal symptoms.

Bedard et al.

2020 Investigative study by using mobile

app O

, PM

36,440 VAS person-day

(3,323 users) There was a strong interaction between air pollutants and rhinitis symptoms in grass pollen season.

TSP, total suspended particulates; SO

, sulfur dioxide; PM

, particulate matter; NO

, nitrogen dioxide; AR, allergic rhinitis; PM

, fine particulate matter; O

, ozone; CO, carbon

monoxide; VOC, volatile organic compounds; HDM, house dust mite; VAS, visual analog scale.

로 자동차 매연의 이산화질소, 미세먼지, 초미세먼지 자극에 의한 알레르기비염, 아토피피부염, 천식의 위험도를 통계적으로 분석하 였다. 이 중에서 아토피피부염에서 자동차 매연에 의한 연관성이 높다고 하였는데 오염물질별로 살펴보면 이산화질소(OR, 1.07; 95%

CI, 1.02–1.13), 미세먼지(OR, 1.08; 95% CI, 1.03–1.14)는 아토피피부 염 증상과 진단에 있어 통계적으로 유의한 결과를 보였으나, 초미 세먼지(OR, 1.01; 95% CI, 0.95–1.07)는 아토피피부염과 통계적 유 의성을 보이지 않았다. 알레르기비염의 경우에는 미세먼지와 통계 적으로는 의미가 없었으나 경향성(marginal association)을 보였다.

한편, 국내에서 5,334 명의 학령기 아동을 대상으로 한 다기관 연구 에서는 큰 도로 주변 대기 오염이 학령기 아동에서 천식과 알레르 기비염의 진단, 알레르기 감작 및 폐기능 저하와 연관이 높다는 점 을 확인하였다.

특히 큰 도로에 가까울수록 폐기능에서 forced expiratory volume in 1 second (FEV

), FEV

/forced vital capacity 및 FEF

(forced expiratory flow from 25% to 75% of the vital capacity)와 역의 상관관계(inverse association)를 갖는다고 하여 소아 폐기능에 있어 자동차 매연 유발 대기오염의 역할을 확인할 수 있다. 또한, 천식을 동반한 484명의 9–19세의 소아, 청소년기 알 레르기비염 환자를 대상으로 한 연구에서도 미세먼지(OR, 1.83;

95% CI, 1.33–2.52)와 자동차 매연에 의한 대표적인 유해물질인 흑 탄소(black carbon; OR, 1.80; 95% CI, 1.22–2.66)에 의한 부가 효과 (additive effect)가 입증되어, 교통 매연이 심할수록(heavy traffic) 알레르기비염의 위험도가 증가한다는 것을 알 수 있다.

반면에, 알레르기비염에서 자동차 매연에 의한 역할이 크지 않다 고 보고된 연구들도 있다. 소아 알레르기비염에서 자동차 매연 유 발 대기 오염에 관한 6개의 코호트 연구에 따르면, 미세먼지는 교차 비 1.37 (95% CI, 1.01–1.86)의 결과를 보였다. 하지만, 알레르기비염 에서 자동차 매연에 의한 역할은 미미하고 유병률을 증가시키지 않 으며, 유전자 소변이(minor variation)가 염증과 산화스트레스 대 사(oxidative stress metabolism)에 관여하며 이 점이 알레르기비염 의 고위험 인자라고 하여 환경적 요인보다는 숙주 요인을 강조하였 다.

스웨덴에서 성인 2,000명을 대상으로 한 교통 혼잡도와 알레 르기질환과의 연관성 연구에 따르면,

자동차 매연 노출이 많아질 수록 알레르기비염과 알레르기 천식의 유병률이 높아지기는 하였 으나, 비알레르기비염과는 연관성을 보이지 않아 모든 천식과 비염 에서 매연노출의 역할이 동일하지는 않다고 하였다.

대기오염물질이 알레르기비염을 악화시키는 기전

알레르기비염은 대기오염, 계절적 영향 등 환경적 요인뿐 아니라 개개의 유전자형(genotype)에 따라 발현되는 전사체(transcrip- tome)가 다른 후생유전학적(epigenetics) 영향을 받으며 이에 따라 면역 세포와 점막 면역의 반응이 달라지는 복잡한 기전으로 나타

나는 질환이다. 대기오염물질에 의해 조직에 산화 스트레스가 축적 되고 조직 염증 반응과 세포 사멸(apoptosis)이 유발되며 궁극적으 로 알레르기비염을 발현시킨다는 가설이 최근 발표되었다.

대기오 염물질에 의해 유발된 비IgE 매개(non-IgE mediated) 염증 반응은 우선 비염증단계(non-inflammatory phase)와 염증단계(inflam- matory phase)로 나뉘게 된다. 비염증단계에서는 대기오염물질에 의해 활성산소(reactive oxygen species)가 생성되고, 이는 자체적으 로 가지고 있는 항산화기전(glutathione, superoxide dismutase)에 의해 산화환원반응(redox)으로 대사되어 중화된다. 하지만 활성산 소의 양이 증가되어 자체 황산화기전으로 처리가 안 되면 heme ox- ygenase 1 (HO-1), glutathione S-transferase같은 항산화효소가 새 로 생성된다. 이때 antioxidant response element 유전자가 관여하 고 전사인자로는 nuclear factor erythroid 2-related factor2 (Nrf2), activator protein 1, nuclear factor-kappa B 등이 관여한다. 이러한 항산화과정(antioxidation)에 의해 활성산소가 중화되는데 이 역치 를 넘어서게 되면 결국 산화 스트레스에 의한 염증 반응이 일어나 게 되는 것이다. 이후 염증세포들이 동원(recruitment)되어 IgE매 개 면역반응이 활성화되어 알레르기비염이 악화된다는 기전이다.

이러한 면역 반응은 대기오염물질에 따라 차이가 있을 수 있지만 Th2 염증반응보다는 Th1/Th17염증반응이 더 관여하리라 생각되 고 있다. Gao 등

은 만성폐쇄성폐질환(chronic obstructive pulmo- nary disease, COPD) 환자에서 미세먼지, 이산화질소, 일산화탄소 자극 이후에 폐기능이 감소하고 전신 염증은 증가하는 것을 확인 하였다. 이때 대기오염물질 자극 이후 혈청 검사에서 염증 인자는 1 형 반응 인자인 interleukin (IL)-2, IL-12, interferon-γ (IFN-γ)와 IL-17A는 증가하는 반면에, 2형 인자인 IL-4, IL-13 및 eotaxin 등은 큰 변화가 없었다.

Eguiluz-Gracia 등

은 담배연기, 대기오염물질에 의한 자극 이 후 점막 내 선천면역과 후천면역의 변화를 연구하였는데, 담배연기 가 점막 내 미생물군유전체(microbiome)을 변화시켜 황색포도상 구균(Staphylococcus aureus)에 의한 미생물막(biofilm)을 형성하 고 점액섬모운동(mucociliary transport)를 악화시킨다는 점을 입 증하였다. 미세먼지에 의한 외부 자극을 받으면 기도 점막에서는 기도 상피 세포(airway epithelial cell) 내에 염증조절복합체(in- flammasome)인 NLRP3 (nucolotide-biding domain, leucinrich repeat protein 3)가 발현되어 CXCL1 케모카인을 분비하여 혈액내 중성구(neutrophil)를 모집(recruitment)한다. 한편, 흑탄소 자극을 받으면 점막 내 탈메틸화(demethylation)를 거쳐 IL-4가 생성되며, 이는 점막에서 호염기구(basophil) 및 Th2, B세포와 반응하여 국 소 IgE 생성이 증가한다(Fig. 1).

Hong 등

은 인간 비강 상피 세포주(human nasal epithelial

cells)를 이용한 체외(in vitro)실험에서 초미세먼지가 산화 스트레

스와 염증 반응을 유발하는 것을 확인하여 궁극적으로 비내 염증

질환을 일으킬 수 있다고 보고하였다. 이는 초미세먼지가 세포 성 장(cell growth)과 비내 상피 보호 기능(nasal epithelial barrier function)을 저해하여 세포 독성(cellular injury)을 갖는다는 점을 의미한다. Cho 등

은 산화 스트레스 실험 모델과 인간 대상 연구를 통해 급성폐손상/급성호흡부전(acute lung injury/acute respiratory distress syndrome), 만성폐쇄성폐질환, 천식, 감염 및 폐암 등의 질 환에서 Nrf2의 보호 역할을 정리하여 보고하였다. 한편, 꽃가루 노 출이 호흡기바이러스에 대항하는 선천면역을 약화시킨다는 연구 가 있는데 Gilles 등

은 마우스 동물실험, 세포 실험 및 빅데이터 코 호트 분석을 종합하여 알레르기비염에서 호흡기 융합바이러스 (respiratory syncytial virus)와 자작나무 화분(birch pollen) 자극 에 따른 변화를 연구하였다. 동물실험과 체외 실험에서 바이러스 및 화분 자극으로 IFN-γ는 낮아지고 바이러스 활성도는 높아졌으 며, 20,062명을 대상으로 한 코호트 분석에서도 자작나무 화분과 호흡기융합바이러스는 양의 상관관계를 갖는다고 확인하여, 알레 르기비염 고위험군에서 화분비산과 호흡기바이러스의 유행이 일 치하는 기간에는 외부 활동을 자제할 것을 제안하였다. 또한, 알레 르기비염 환자에서 비알레르기비염 환자보다 상대적으로 염소 (chlorine) 가스 같은 비특이적 자극에 의한 코막힘이 더 크게 나타 난다는 연구 결과가 있는데,

이는 대기오염물질에 의한 반응이 알 레르기비염에서 상대적으로 크게 나타난다는 기존의 역학적 연구 결과와 일치한다. 또한, 오존 자극 후에 정상인과 아토피성 천식 환

자의 객담에서 면역 반응 인자를 측정한 결과, 정상인에서는 오존 유발 반응을 감소시키는데 반해 천식 환자에서는 산화 스트레스 에 의한 면역 인자 반응이 증가되는 것이 확인되었으며 알레르기 소인이 있는 경우 대기오염물질에 더 예민하게 반응하는 기전을 보 여준다.

진단 및 치료

1. 알레르기비염의 진단

알레르기비염 진단을 위해서는 알레르기 비(nasal)증상, 안(ocu-

lar)증상에 대한 병력 청취와 함께, 비갑개 비대나 성인에서 비중격

만곡증이나 소아에서 아데노이드 비대증과 같은 동반질환에 대한

신체진찰이 무엇보다 중요하다. 하지만, 알레르기비염 증상은 대부

분 비특이적인 경우가 많기 때문에 병력 청취와 이학적 검사만으로

대기오염에 의한 알레르기비염을 특정하는 것은 쉽지 않다.

따라

서, 병력 청취나 신체진찰 이외에 IgE 매개 과민반응(IgE-mediated

hypersensitivity)을 객관적으로 확인해야 하는데 혈청검사나 피부

반응검사가 이용될 수 있다. 임상에서 주로 시행하는 체외검사(in

vitro test)로는 혈청 총 IgE 검사(serum total IgE), 특이 IgE 항체 검

사인 RAST (radioallergosorbent test), MAST (multiple allergen si-

multaneous test), immunocap system과 혈액 호산구와 호산구 양

이온단백(eosinophil cataionic protein) 검사 및 비세포 검사(nasal

Fig. 1. Innate and adaptive immune responses by outdoor air pollution on respiratory epithelium. NLRP3, nucolotide-biding domain, leucinrich repeat protein 3; IL, in-

terleukin. Modified from Eguiluz-Gracia et al. Allergy 2020;75:2170-84.

, with permission of Wiley.

cytology) 등이 있다. 체내검사(in vivo test)는 크게 피부반응검사 와 유발검사(provocation test)로 나눌 수 있다. 이 중에서 피부반응 검사는 침습적이지만, 원인 항원을 규명할 수 있는 기본적이면서도 경제적이고 진단적 가치가 높은 임상 검사법으로서 피부단자검사 (skin prick test)와 피내검사(intradermal test)가 있다. 하지만, 임상 현장에서 알레르기비염 진단에 이용하는 대기오염물질에 대한 개 별 검사법은 아직까지 없는 실정이다.

2. 알레르기비염의 일반적인 치료

일반적인 알레르기비염의 약물치료는 중증도(severity)와 지속 기간(duration)에 따라 Allergic Rhinitis and its Impact on Asthma (ARIA) guideline 권고안을 따르고 있다. ARIA guideline에서는 비증상의 지속기간에 따라 간헐성(intermittent) 혹은 지속성(per- sistent)으로 분류하고 수면이나 일상생활 지장 여부에 따라 경증 (mild) 혹은 중등도-중증(moderate-severe)으로 분류한다.

이에 따라 단계적으로 약물치료를 결정하는데 현재 임상에서 알레르기 비염 치료에 사용되는 대표적인 약제는 국소 스테로이드제, 경구 항히스타민제이며 혈관수축제, 항콜린제, 류코트리엔조절제, 비만 세포안정제, 국소 항히스타민제가 보조적으로 사용된다. 국소 스테 로이드제는 적정 용량을 사용하였을 때 전신 흡수가 거의 없어 부 작용을 최소화하고 증상을 가장 효과적으로 조절할 수 있는 단일 제이다. 염증성 사이토카인 유전자를 변환시켜 호산구, 호중구 및 림프구 등 염증세포가 항원 자극부위로 모이는 것을 억제하는 작 용을 하는데 혈액 내의 T세포 수를 줄이고 활성화를 억제하는 역 할을 하지만 효과가 느리게 나타난다는 단점도 있다.

경구 항히스 타민제는 히스타민 분비를 억제시켜 혈관 확장과 투과성을 감소시 키고 비점막 말단에 자극을 줄여서 가려움증, 재채기, 콧물을 조절 한다. 혈관수축제는 교감신경 수용체에 작용해서 비점막 혈관을 수축시킴으로써 코막힘 개선 효과를 나타낸다. 혈관수축제는 경 구용과 국소용 제재로 분류되는데 점막수축효과는 국소용 제재에 서 강하지만 장기간 사용하면 약물성비염 등 비가역적인 만성비후 성비염을 유발할 수 있어 유의해야 한다.

항콜린제는 아세틸콜린 수용체에 결합하여 아세틸콜린의 작용을 억제시켜 콧물 감소에 효 과가 좋고, 류코트리엔조절제는 알레르기 염증반응에서 중요한 염 증매개체이면서 아라키돈산의 대사산물인 류코트리엔을 억제하 는 약제이다. 류코트리엔조절제는 임상적으로 코막힘 개선에 효과 가 있고 천식 동반된 경우에 도움이 되는 것으로 알려져 있다.

비 만세포안정제는 비만세포의 세포막을 안정화해서 화학매개체의 유리를 억제하는데 임상적으로는 예방약제로 사용되며 알레르기 노출 전에 사용하면 알레르기 증상 완화를 기대할 수 있다.

국소 항히스타민제는 비점막의 히스타민 수용체를 차단할 뿐 아니라 항 염증작용을 가지고 있고 임상적으로 빠른 효과를 나타내는 것이 특징이다.

ARIA pharmacy 2018에서

는 알레르기비염에서 자가 치료 (self-care), 일반의약품(over-the counter), 약국 및 약사의 역할에 대해서 리뷰하였다. 국가별로 차이가 있기는 하지만 경구 항히스타 민제와 국소 스테로이드제가 일반의약품으로 널리 사용되는데 환 자 선호도면에서는 경구 항히스타민제가 높지만 전반적인 효과면 에서는 국소 스테로이드제가 높다고 하였다. 시각아날로그척도(vi- sual analog scale, VAS)에서 50 이하이면 경구 항히스타민제를 우 선 고려하고 VAS 50 이상이면 국소 스테로이드제를 사용하는데 10일간 사용 후에도 VAS 50 이상으로 지속되는 경우에는 의사에 게 진료받을 것을 권하고 있다.

3. 대기오염에 의해 악화된 알레르기비염의 치료

대기오염에 의해 심해진 알레르기비염의 경우에 우선 담배연기, 곰팡이나 일산화탄소, 이산화질소, 이산화황, 미세먼지, 디젤가스 입자 같은 공기 알레르겐을 차단하는 개인적 회피요법이 가장 중요 하다.

화분비산 시기에는 창문을 닫고 공원 같은 야외 활동을 가 급적 삼가는 것이 좋고, 출퇴근 시간에는 난방, 교통량 증가 등으로 미세먼지가 많아지고 공기질이 나빠지므로 실외 활동을 피하는게 좋다. 오존 레벨이 최고로 높아지는 여름철 오후시간에 야외 활동 을 줄이는 것만으로도 대기오염물질에 의한 자극을 줄일 수 있으 며 교대 근무, 개인보호구 착용이나 근무 시간 조정 등도 회피요법 의 한 가지 방법이 될 수 있다. 또한, 건조한 가을이나 겨울철 날씨에 는 안구에 자극을 줄 수 있기 때문에 미세먼지가 높은 시기에는 손 으로 안구를 접촉하지 않고 콘택트렌즈 대신 안경을 착용하는 것 을 권한다. 한편, 실내오염은 상기도를 자극하고 기도과민성을 증가 시켜 비증상을 유발하기 때문에 실내오염물질을 최대한 줄이고, 충분한 환기와 실내 흡연 금지 등을 시행해야 한다. 실내 항원 노출 을 완벽하게 회피하는 것은 현실적으로 불가능하지만, 알레르기 증상 완화에 도움이 되고 약물 사용을 줄이는 역할을 할 수 있다.

그러나, 아직까지 대기오염에 의해 악화된 알레르기비염을 구별하 는 검사법이나 특별한 치료법은 없기 때문에 위와 같은 회피 요법에 대한 환자, 보호자 교육이 도움될 수 있다. 구체적인 회피요법과 대 기오염에 대한 대응 요령에 대해서는 뒷부분(고농도 미세먼지나 대 기오염에 대한 대응 요령)에 자세히 기술하였다.

한편, 대기오염에 의해 악화된 알레르기비염에서 구체적인 약물

치료 효과에 대한 연구는 현재까지 많지 않은 실정이다. 디젤가스

입자에 의한 돼지풀 유발성 알레르기비염에서 2세대 항히스타민제

인 펙소페나딘(fexofenadine, Allegra)의 효용성 및 안정성을 보고

한 연구가 있는데 위약군에 비해 펙소페나딘 치료군에서 디젤가스

입자와 돼지풀 자극 이후 비증상 개선 정도가 우월하다고 하였다.

향후 연구에서는 다양한 대기오염물질과 노출 방법에 따른 임상적

의미에 대한 연구가 필요할 것으로 생각한다. 예를 들면, 다양한 자

동차 엔진에서 나오는 오염물질들은 다양한 미세먼지 레벨과 가스

성분을 만들어 내는데 이에 대한 각각의 임상적 효과는 다를 수 있 다.

그리고, 대기오염물질과 알레르기 항원을 동시에 자극하는 체 임버를 이용하여 오존, 이산화질소, 디젤가스입자 같은 개별 오염 물질에 의한 알레르기비염의 심각도(severity)를 확인하는 것도 좋 은 연구 주제가 될 것으로 판단된다. 또한, 알레르기비염에서 여러 대기오염물질 자극 이후에 증가된 산화스트레스가 다양한 약물치 료로 인해 얼마나 변화하는지 확인하는 기초 연구들과 이를 바탕 으로 임상적으로 치료에 접목할 수 있는 연구들이 필요할 것으로 생각한다.

기타 대처방안

일반 마스크는 미세먼지를 걸러주는 효과가 적고 세탁 시 효과 가 감소하기 때문에 일회용 마스크를 사용해야 한다. 국내 식품의 약품안전처 기준으로 효과가 입증된 보건용 마스크(Korea filter, KF)를 사용해야 하는데 KF 80 이상에서 미세 먼지 등의 공기 알레 르겐 차단 효과가 있고 KF 94 이상에서 전염성 질병 차단 효과가 있 다. 건강보험심사평가원과 국민건강보험공단 자료에 의하면, 국내 에서 COVID-19 감염증에 대한 경각심 때문에 2020년 초반부터 마스크 착용과 손씻기가 강조된 이후 진료 환경이 변화하는 경향 이 있다. 화분비산 시기인 2020년 3–7월에는 전년 동기 대비하여 진 료비 기준으로는 알레르기질환이나 상기도감염질환을 다루는 이 비인후과, 소아청소년과에서 각각 45.6%, 67.3% 감소하였으나 정신 건강의학과에서 12.9% 증가하였다. 질환별로는 건강보험심사평가 원 자료에 의하면 환자수 기준으로 2019년 3월 대비 2020년 3월에 는 알레르기비염의 경우 52.6% 감소하였다. 인플루엔자, 급성상기 도감염, 폐렴은 각각 98%, 50.4%, 60.9% 감소하였으나 우울증 등 기분 장애는 7.1% 증가하는 결과를 보였다. 이를 통해 알레르기비 염이나 상기도감염 및 호흡기질환에 마스크 착용이나 손씻기가 중 요한 예방 수칙임을 추정할 수 있다. 대기오염물질에 의한 자극을 회피하기 위해서는 올바른 마스크 착용이 무엇보다 중요한데, 고정 심이 내장된 부분을 위쪽으로 하여 코와 입을 완전히 가리도록 착 용하며 양손으로 코편 부분이 코에 밀착되도록 클립을 눌러주고 마스크 전체를 감싸서 공기 누설이 생기지 않도록 해야 한다.

대기오염의 유해성 때문에 최근 공기 청정기에 대한 관심이 높아 지고 있다. 공기 청정기는 제거할 수 있는 먼지 크기와 먼지 제거율 에 따라 필터의 등급이 구분되는데 세미 헤파필터(semi- high effi- ciency particulate air, semi-HEPA filter E10-12), 헤파필터(high ef- ficiency particulate air, HEPA filter H13, 14), 울파필터(ultra-low penetration air, ULPA filter U15-17)로 되어있으며 숫자가 높을수 록 집진 효율이 우수하다(Table 2). 이중 헤파필터는 0.3 µm의 미세 먼지까지 차단하기 때문에 일반 공기청정기나 청소기, 에어컨의 에 어필터 등으로 다양하게 사용되며 울파필터는 더 복잡한 섬유조직

으로 구성되어 있어 0.1 µm의 유해물질까지 걸러낼 수 있는데 무균 실험실, 병원 수술실, 반도체 연구실 등에서 주로 사용된다. 일반적 으로 H13 이상의 필터는 99.95% 이상의 집진 효율을 가지고 있어 자동차 배기가스, 세균, 곰팡이, 바이러스, 미세먼지 등을 걸러낼 수 있다. Park 등

은 다기관 무작위 이중 암맹연구를 통해 헤파필 터 사용이 집먼지진드기 유발 알레르기비염에서 약제 사용을 줄이 고, 실내에서 위치에 관계없이 미세먼지 농도를 유의하게 감소시킴 을 확인하여 알레르기비염에서 실내 공기 청정기의 역할을 보고 하 였다. 90명의 쑥(Artemisia pollen) 유발 알레르기비염 환자를 대상 으로 한 무작위 이중 암맹 연구를 통해, 실내 공기 청정기 이후 알 레르기 증상 점수 면에서 유의한 개선효과가 확인되었다.

고농도 미세먼지나 대기오염에 대한 대응 요령

(1) 외출은 가급적 자제하고 실외 모임, 스포츠 활동 등의 실외 활 동을 최소화한다.

(2) 외출 시 식약처 인증 보건용 마스크(KF 80 이상)을 올바른 방 법으로 착용한다.

(3) 외출 시 대기 오염이 심한 곳은 피하고, 활동량은 줄인다. 미세 먼지 농도가 높은 도로변, 공사장 등에서 지체 시간을 줄이고 격렬 한 외부활동을 줄인다.

(4) 외출 후 손, 발, 눈, 코를 흐르는 물에 깨끗이 씻고 양치질한다.

(5) 적절한 환기, 물청소 등 실내공기 질을 관리하고 필요 시 공기청 정기를 가동한다. 공기청정기의 필터는 주기적으로 점검, 교체한다.

(6) 자가용 운전 대신 대중교통을 이용하고 폐기물 소각을 자제 하여 대기오염 유발 행위를 최소화한다.

결  론

대기오염물질은 상기도와 하기도에 영향을 주게 되며 알레르기 Table 2. The classification for rating the efficiencies of HEPA and ULPA filters

Filter class Filter type Percentage (%) based on MPPS Efficiency Penetration

E10 Semi-HEPA ≥ 85 15

E11 Semi-HEPA ≥ 95 5

E12 Semi-HEPA ≥ 99.5 0.5

H13 HEPA ≥ 99.95 0.05

H14 HEPA ≥ 99.995 0.005

U15 ULPA ≥ 99.9995 0.0005

U16 ULPA ≥ 99.99995 0.00005

U17 ULPA ≥ 99.999995 0.000005

HEPA, high efficiency particulate air; ULPA, ultra-low penetration air; MPPS, most

penetrating particle size.

비염의 위험 인자이다. 면역학적으로는 대기오염물질에 의한 활성 산소 형성과 이와 관계된 산화 스트레스, 조직 염증 반응 및 세포 사 멸이 알레르기비염에 중요한 기전으로 작용한다. 이 종설에서 기술 한 다양한 역학적, 임상적 연구 결과들을 통해 대기오염물질이 알 레르기비염과 기도질환을 악화시킨다는 점을 확인하였다. 임상의 로서 알레르기비염에 대한 대기오염의 이러한 의미를 이해하여 진 료 현장에서 효율적인 진료를 시행할 수 있는 실제적인 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.

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