초미세먼지의 심혈관계와 호흡기계 입원영향 평가 및 건강편익 산정

응용경제 제18권 제3호 2016년 9월,한국응용경제학회

초미세먼지의 심혈관계와 호흡기계 입원영향 평가 및 건강편익 산정 ^*

배현주

초록

입자상 대기오염물질 중 상대적으로 건강위해 가능성이 더 크다고 보고된 초 미세먼지(PM2.5)의 건강영향에 대한 관심이 고조되고 있다.본 연구에서는 서울 시 65세 이상 연령집단을 대상으로 초미세먼지(PM2.5)가 심혈관계 입원과 호흡 기계 입원에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다.일반화 부가모형을 이용하 여 분석결과,초미세먼지(PM2.5) 농도 10㎍/㎥ 증가시 심혈관계 입원위험이 3.74%,호흡기계 입원위험이 8.84% 증가하였다.

또한 수도권 지역의 초미세먼지(PM2.5)농도 수준이 세계보건기구의 대기질 권고 기준을 달성한다고 가정하였을 때 기대되는 건강편익을 산출하였다.초미 세먼지(PM2.5)농도개선으로 인하여 30세 이상 연령집단에서 조기사망은 7,852 명(95% CI:5,396～10,251명)감소하였다.65세 이상 연령집단에서 호흡기계 입원과 심혈관계 입원은 각각 12,572건(95% CI:8,577～16,567건)과 12,378 건(95% CI:6,557～18,321건)감소하는 것으로 추정되었다.이것을 경제적 비 용으로 환산하면 3조 2,744억원에 해당한다.

투고:2016년 8월 28일;수정:2016년 9월 13일;게재확정:2016년 9월 14일

*본 연구는 한국환경정책⋅평가연구원의 「초미세먼지(PM2.5)의 건강영향 평가 및 관리정책 연구」의 연구결과 일부입니다.

**제1저자 :한국환경정책평가연구원 연구위원

주소 :세종특별자치시 시청대로 370세종국책연구단지 B동

전화 :044-415-7681,팩스 :044-415-7644,E-mail:hjbae@kei.re.kr

환경오염으로부터 건강을 보호하는 것은 사회경제적으로 가장 중요한 편익으 로,다양한 대기관리정책에 대하여 건강편익 산정결과를 토대로 정책의 효과와 효율성을 평가함으로써 정책의 우선순위와 우선대상지역을 결정하는 데 유용한 판단 근거로 활용할 수 있다.

JEL:I0,I1

핵심주제어:초미세먼지,심혈관계 입원,호흡기계 입원,건강영향,건강편익

I .서 론

입자상 대기오염물질은 입자 크기에 따라 분류하는데 공기역학적으로 입자 직경이 10㎛ 이내의 입자를 미세먼지(PM10)로 정의하고,입자 직경이 2.5㎛ 이 내의 입자를 초미세먼지(PM2.5)로 규정하고 있다. 입자상 물질(Particulate Matter)의 농도 증가는 폐기능 감소,호흡곤란 등 호흡기계 증상,만성기관지 염,천식 등 호흡기계 질환 발생위험과 관계가 있다는 결과들이 보고되었다.¹⁾²⁾³⁾ 그리고 입자상 물질은 허혈성심장질환,부정맥,심근경색 등 심혈관계 질환 발 생위험과도 유의한 관련성이 있는 것으로 보고되었다.⁴⁾⁵⁾⁶⁾

2013년 세계보건기구(World Health Organization) 산하의 국제암연구소 (InternationalAgency forResearchonCancer)는 대기오염물질 중 입자상 물질을 인체발암물질(Carcinogenictohuman)인 1급 발암물질로 규정하였고,⁷⁾ 이에 따라 입자상 물질의 건강영향에 대한 관심이 높아지고 있다.

입자상 대기오염물질 중 미세먼지(PM10)와 초미세먼지(PM2.5)의 건강위해 차 이는 크게 두 가지 관점에서 정리될 수 있다.첫째,미세먼지(PM10)에 비해 초 미세먼지(PM2.5)는 입자가 인체 내로 더 깊숙이 침투하여 폐포 단위까지 침적 이 가능하다.호흡기관의 해부학적 형태와 이로 인한 호흡기도 내에서 공기흐름 의 역학을 고려할 때,상대적으로 크기가 작은 입자들이 호흡과정에서 폐 깊숙 이 침투할 수 있는 형태이다.⁸⁾따라서 미세먼지(PM10)중에서 상대적으로 입자 크기가 큰 조대입자(입자 직경이 2.5～10㎛)는 대부분 상기도에서 걸러지게 되 지만 크기가 작은 입자(입자 직경이 2.5㎛ 이내,즉 PM2.5)는 폐 깊숙이 도달하 여 폐포염증 반응을 비롯하여 보다 큰 건강영향을 나타낼 가능성이 있다.⁸⁾

둘째,미세먼지(PM10)와 초미세먼지(PM2.5)의 화학적 조성의 차이가 있다.일 반적으로 조대입자는 발생원이 주로 풍화작용 또는 토양먼지와 같은 자연상태 의 것으로,화학적 조성은 토양성분 등과 같이 비교적 건강영향 정도가 작은 것 들이다.⁸⁾그러나 초미세먼지(PM2.5)의 발생원은 화석연료 연소 또는 산업활동으 로 배출되는 배출가스 등으로 조대먼지에 비하여 유해성이 큰 화학물질들로 구 성된다.⁸⁾따라서 두 가지를 고려할 때 미세먼지(PM10)에 비하여 초미세먼지 (PM2.5)가 상대적으로 건강영향 가능성이 더 크다고 할 수 있다.그러나 초미세 먼지(PM2.5)측정자료의 제한으로 인하여 대기환경기준을 과학적으로 뒷받침하 기 위한 초미세먼지(PM2.5)와 건강영향에 대한 연구는 미비한 상황이다.

본 연구에서는 서울시 65세 이상 연령집단을 대상으로 초미세먼지가 심혈관 계 입원과 호흡기계 입원에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다.또한 수도권 지역의 초미세먼지 농도 수준이 세계보건기구의 대기질 권고 기준을⁹⁾달성한다 고 가정하였을 때 기대되는 건강피해 감소의 건강편익을 산출하여,국민 건강을 보호하기 위해 대기질 개선 정책의 필요성을 제시하고자 한다.

Ⅱ.연구자료 및 연구방법

본 연구는 2006년부터 2010년까지 서울시를 대상으로 건강보험 청구자료,대 기오염자료,기상자료를 이용하여 초미세먼지(PM2.5)로 인한 건강영향을 평가하 였다.초미세먼지(PM2.5)의 건강영향 평가결과인 농도-반응함수를 이용하여 수도 권 지역을 대상으로 초미세먼지(PM2.5)농도개선에 따른 건강편익을 산정하였다.

2 . 1건강영향자료

초미세먼지(PM2.5)의 건강영향은 국민건강보험공단의 건강보험 청구자료를 이 용하였다.건강보험 청구자료에서 진료개시일이 2006년 1월 1일부터 2010년 12 월 31일이고,주민등록상의 거주지가 서울특별시인 사람을 대상으로 하였다.그 리고 국제질병분류코드(InternationalClassification ofDisease-10)에 따라 주상병명 또는 부상병명이 심혈관계 또는 호흡기계 질환에 해당되고,진료형태 가 입원인 자료를 분석대상으로 선정하였다.심혈관계 또는 호흡기계 입원자료

를 입원 에피소드 건수로 가공하여 사용하였다.진료에피소드는 질환의 발생부 터 사망,치료 종료,회복 등 질환의 종료까지를 하나의 사건으로 측정하는 단 위로,진료에피소드는 질환과 환자를 중심으로 지표를 산출하는 것이다.¹⁰⁾

2 . 2초미세먼지 자료

초미세먼지(PM2.5)자료는 서울시 보건환경연구원의 대기오염 측정자료를 이 용하였고,서울시는 27개 대기오염자동측정소를 운영하고 있다.대기오염측정소 의 시간별 초미세먼지(PM2.5)농도값을 평균하여 일별 24개 시간별 농도값을 산정하고,일별 시간별 농도값으로 일별 평균값을 산출하였다.

2 . 3기상자료

기온과 상대습도의 기상자료는 기상청의 기상 자동측정망 자료를 이용하였다.

건강영향의 변동은 기온과 습도에 따라 관련성이 있는 것으로 보고되었으므 로,¹¹⁾초미세먼지(PM2.5)의 건강영향 평가에서 기온과 상대습도를 보정하였다.

기온의 일별 대푯값은 당일과 하루 전날 일별 평균 기온의 이동평균값을 적용 하였고,상대습도의 일별 대푯값은 일별 평균값을 이용하였다.

2 . 4통계분석방법

초미세먼지(PM2.5)농도 증가에 따른 심혈관계 입원영향과 호흡기계 입원영 향을 평가하기 위하여 시계열분석을 실시하였다.대기오염으로 인한 건강영향을 정량적으로 평가하기 위하여 일반화 부가모형(Generalized additivemodel)을 사용하였다.본 연구에서는 장기추세,요일 효과,기온과 습도의 기상요인 등의 혼란변수를 보정하였으며,초미세먼지(PM2.5)의 심혈관계 입원영향과 호흡기계 입원영향에 대한 최종 분석 모형은 다음 식과 같다.

lnE[Y]=B0+B1(Pollutant)+D(Dayofweek)+S1(Temperature) +S2(Humidity)+S4(Date)

여기서,E[Y]=일별 기대 심혈관계 입원에피소드 또는 호흡기계 입원에피소 드 건수이고,요일(day ofweek)은 가변수를 적용하여 요일과 휴일효과를 보 정하였고,S는 각 변수에 대한 Loess평활함수이다.

최종 분석모형의 선정은 Akaike'sinformationcriterion(AIC)값을 모형적 합도의 기준으로 이용하여 AIC가 가장 작은 값을 가지는 모형을 선정하였다.¹²⁾ 그리고 대기오염의 건강영향 평가에서 심혈관계 입원 또는 호흡기계 입원의 지 연효과를 고려하였다.즉,대기오염의 건강영향은 대기오염이 발생한 당일에 건 강영향을 줄 수도 있지만,일정한 기간이 경과하고 건강영향이 나타날 수도 있 으므로 건강영향 발생 당일 부터 6일 전까지 지연효과를 평가하였다.

일반화 부가모형의 분석결과로 산출되는 회귀계수(β)는 초미세먼지(PM2.5)의 단위 농도 증가가 심혈관계와 호흡기계 입원에피소드건수에 미치는 영향 정도를 의미한다.초미세먼지(PM2.5)의 건강영향 발생위험인 백분율 변화(percentage change)는 다음 식과 같이 계산한다.

백분율 변화(Percentagechange)=(exp(β)−1)×100

분석자료의 정리는 SAS 9.2version를 이용하였으며,일반화 부가모형을 이 용한 시계열분석은 S-Plus6.1version을 이용하였다.

2 . 5건강편익산정

대기오염농도 변화에 따른 건강피해 또는 건강편익을 산정하기 위해서 미국 환경보호청(Environment Protection Agency)에서 개발한 BenMAP (EnvironmentalBenefits Mapping and Analysis Program)을 적용하였 다.¹³⁾

대기오염 농도 변화에 따른 건강피해 또는 건강편익을 산정하기 위해서는 4 가지 요소가 필요하다.첫째는 대기오염 농도변화에 따른 건강영향의 변화를 평 가한 농도-반응(Concentration-Response)함수이고,둘째는 분석대상 시나리오 인 대기오염물질의 농도 변화,셋째는 대기오염에 노출되는 분석지역의 인구수, 넷째는 인구집단의 기본 건강상태를 반영하는 분석대상 건강영향의 발생률 또 는 유병률을 다음 식과 같이 계산한다.¹⁴⁾¹⁵⁾

HealthImpactFunction=(exp(Beta×(DeltaQ)−1))×Pop×Incidence

여기서,Beta:대기오염으로 인한 건강영향을 평가한 농도-반응함수 DeltaQ:대기오염물질의 농도값의 차이

Pop:대기오염물질에 노출되는 분석지역의 인구수 Incidence:건강영향의 발생률 또는 유병률

분석 시나리오에 따른 초미세먼지(PM2.5)농도를 rollbacktostandard방법 을 적용하여 시뮬레이션하여 초미세먼지(PM2.5) 농도 변화값을 계산하였다.

Rollback tostandard 방법은 목표 농도를 초과하는 대기오염 농도값들이 목 표농도를 달성하도록 대기오염 농도값을 줄여주는 시뮬레이션 방법이다.

Ⅲ.연구결과

3 . 1기술 통계 분석

2006년부터 2010년까지 서울시 기상자료,초미세먼지(PM2.5)농도,건강영향 의 평균값,표준편차와 분포는 <표 1>과 같다.분석기간동안 일평균 기온은 12.88℃이었으며,일평균 습도는 61.26%이었다.초미세먼지(PM2.5)의 연평균 농 도는 2006년 29.43㎍/㎥에서 2010년 24.79㎍/㎥으로 지속적으로 감소하는 추세 를 보였다.연구기간동안 초미세먼지(PM2.5)의 일평균 농도는 27.18㎍/㎥이었으 며,총 연구기간인 1,826일에서 초미세먼지(PM2.5)일평균 대기환경기준인 50㎍ /㎥을 초과하는 것은 153일이었다.

2006년부터 2010년까지 서울시 65세 이상 인구집단에서 심혈관계 입원에피소 드는 총 325,713건 발생하였고,호흡기계 입원에피소드는 총 131,411건이 발생 하였다.

변수

Percentile

평균 표준 최소 25% 중앙값 75% 최대값 편차

기온(℃) -13.15 4.29 14.39 21.97 30.04 12.88 10.18 습도(%) 9.42 50.47 61.96 72.07 96.25 61.26 14.82 초미세먼지

농도(㎍/㎥) 4.22 16.33 23.96 33.61 219.00 27.18 15.8 심혈관계 입원

에피소드 34 116 169 219 837 178.38 85.43 호흡기계 입원

에피소드 6 43 64 90 472 71.97 44.33

<표 1> 2006～2010년 서울시의 기상자료,초미세먼지,건강영향의 기본 통계량

3 . 2초미세먼지( PM

) 로 인한 심혈관계 입원 및 호흡기계 입원 영향

초미세먼지(PM2.5)가 심혈관계와 호흡기계 입원에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다.대기오염으로 인한 건강영향은 바로 당일에 나타날 수 도 있고,일 정 기간이 경과한 이후에 발생할 수도 있으므로 지연효과를 고려하였고,초미세 먼지(PM2.5)와 건강영향의 관련성이 가장 높은 날을 지연효과일로 선정하였다.

심혈관계 입원은 입원이 발생하기 3일전(lag 3)의 초미세먼지(PM2.5)와 관련성 이 가장 높았으며,호흡기계 입원은 당일(lag 0)의 초미세먼지(PM2.5)와 관련성 이 가장 높은 것으로 나타났다.

일별 초미세먼지(PM2.5)농도 증가로 인한 심혈관계 입원과 호흡기계 입원 영향을 정량적으로 분석한 결과는 <그림 1> 및 <표 2>와 같다.초미세먼지 (PM2.5)농도가 10㎍/㎥ 증가시 65세 이상 연령집단의 심혈관계 입원위험을 3.74%(95% CI:1.99 ～ 5.51%)높였으며,통계적으로 유의하게 심혈관계 입원위험을 높였다.또한 초미세먼지(PM2.5)농도가 10㎍/㎥ 증가시 65세 이상 연령집단의 호흡기계 입원위험을 8.84%(95% CI:6.09～ 11.66%)증가시켰 으며,통계적으로 유의하게 호흡기계 입원위험을 높였다.

심혈관계 입원 호흡기계 입원

<그림 1> 초미세먼지(PM2.5)의 심혈관계 입원과 호흡기계 입원 영향

상병원인 지연효과

PM2.510㎍/㎥ 증가시 백분율 변화 평균 95% 신뢰구간 심혈관계 입원 Lag3 3.74 1.99～ 5.51 호흡기계 입원 Lag0 8.84 6.09～ 11.66

<표 2> 초미세먼지(PM2.5)의 심혈관계 입원과 호흡기계 입원 영향

3 . 3초미세먼지( PM2 . 5 )농도 개선의 건강편익 산정

수도권 지역을 대상으로 초미세먼지(PM2.5)농도 개선으로 추정되는 건강피 해 감소의 건강편익을 산정하였다.기준 시나리오는 2015년 초미세먼지(PM2.5) 농도이고,목표 시나리오는 세계보건기구의 초미세먼지(PM2.5)권고기준인 연평 균 농도 10㎍/㎥를 적용하였다.

2015년 초미세먼지(PM2.5)농도는 대기오염 측정망 자료를 사용하였고,수도 권지역 초미세먼지(PM2.5)연평균 농도값의 범위는 14∼34㎍/㎥ 이었다(그림 2). 대기오염농도 시뮬레이션 방법인 rollbacktostandard방법을 이용하여 초미 세먼지(PM2.5)농도가 기준 시나리오에서 목표 시나리오인 세계보건기구의 권 고기준을 달성하도록 분석하였다.2015년 초미세먼지(PM2.5)농도 수준과 세계 보건기구의 권고기준 달성시 초미세먼지(PM2.5)연평균 농도값의 차이는 시군구 별로 8～24㎍/㎥이었다.

2015년 PM2.5농도 세계보건기구 연평균 10㎍/㎥ 달성시

2015년 – 연평균 10㎍/㎥ 달성시 PM2.5농도 차이

PM2.5농도개선에 따른 조기사망 감 소의 편익

<그림 2> 초미세먼지의 농도 분포와 건강편익

수도권 지역에서 초미세먼지(PM2.5)농도 개선으로 추정되는 건강편익과 이 것을 경제적 비용으로 산정한 결과는 <표 3>과 같다.

본 연구에서 조기사망은 30세 이상 연령을 대상으로 하였고,심혈관계 입원 과 호흡기계 입원은 65세 이상 연령집단을 대상하였다.수도권 지역의 65세 인 구수는 1,002,770명이고,심혈관계 입원 유병률은 인구 10만명당 9,396명이고, 호흡기계 입원 유병률은 인구 10만명당 4,012명이었다.초미세먼지(PM2.5)과 조 기사망의 농도-반응함수는 국내 자료의 제한으로 산출되지 않아서,미국에서 산 출한 Krewski의 농도-반응함수를 적용하였다.또한 초미세먼지(PM2.5)와 심혈 관계 입원 및 호흡기계 입원의 농도-반응함수는 본 연구에서 산출한 농도-반응 함수를 이용하여,초미세먼지(PM2.5)농도 10㎍/㎥ 증가시 심혈관계 입원위험이 3.74%,호흡기계 입원위험이 8.84% 증가하는 것을 적용하였다.

수도권 지역을 대상으로 2015년 초미세먼지(PM2.5)농도 수준이 세계보건기 구의 초미세먼지(PM2.5)권고기준인 연평균 농도 10㎍/㎥ 달성으로 기대되는 건강편익을 산정하였다.수도권 지역에서 초미세먼지(PM2.5)농도개선으로 인하 여 30세 이상 연령집단에서 조기사망은 7,852명 감소하는 것으로 추정되었다.

조기사망의 경제적 비용은 신영철 연구¹⁶⁾의 회피행위법을 적용하여 산정한 통계 적 인간생명가치를 2011년 기준으로 환산한 4억 700만원을 적용하였다.초미세 먼지(PM2.5) 농도개선으로 인한 조기사망 감소를 경제적으로 환산하면 3조 1,958억원(95% CI:2조1,962억원～4조1,722억원)의 건강편익이 발생하는 것으

로 산정되었다.또한 65세 이상 인구집단을 대상으로 심혈관계 입원과 호흡기계 입원은 각각 12,378건(95% CI:6,557～18,321건)과 12,572건(95% CI:8,57 7～12,246건)감소하는 것으로 추정되었다.호흡기계 입원과 심혈관계 입원의 의료비용은 직접 의료비용,비의료 직접비용,환자의 기회비용으로 산출한 값을 적용하였으며,심혈관계 입원 6,280,610원과 호흡기계 입원 1,661,354원을 적용 하였다.¹⁷⁾이것을 경제적 비용으로 환산하면 심혈관계 입원 777억원(95% CI:

4,125억원～1,151억원)과 호흡기계 입원 209억원(95% CI:142억～203억원)의 건강편익이 발생하는 것으로 추산되었다.

구분 건강편익 경제적 편익

평균 95% CI 평균 95% CI 조기사망 7,852 5,396～10,251 3조1,958억원 2조1,962억원～

4조1,722억원 심혈관계 입원 12,378 6,557～18,321 777억원 412～1,151억원 호흡기계 입원 12,572 8,577～12,246 209억원 142～203억원

<표 3> 수도권 지역의 세계보건기구 초미세먼지 권고기준(연평균 농도 10㎍/㎥) 달성시 건강비용편익

Ⅳ.결론 및 시사점

본 연구에서는 초미세먼지(PM2.5)로 인한 건강영향을 정량적으로 평가하고,초 미세먼지(PM2.5)개선으로 기대되는 건강피해 감소의 건강편익을 산정하였다.

시계열 분석을 실시한 결과,초미세먼지(PM2.5)농도 증가는 통계적으로 유의 하게 심혈관계 입원위험과 호흡기계 입원위험을 높였다.또한 세계보건기구의 초미세먼지(PM2.5)권고기준 달성으로 인한 건강편익을 산출한 결과,조기사망 은 7,852명,심혈관계 입원 12,378건,호흡기계 입원 12,572건 감소하는 것으로 산정되었다.이로 인한 경제적 편익은 3조 2,744억원이었고,2009년 국립환경과 학원은 수도권 지역에서 초미세먼지(PM2.5)기준 설정에 따른 총비용이 1.1～

3.3조 소요되는 것으로 보고한 바 있다.¹⁸⁾

환경오염으로부터 건강을 보호하는 것은 사회경제적으로 가장 중요한 편익으 로 미국과 유럽 국가들은 대기오염으로 인한 건강영향 평가의 환경역학 연구결 과를 토대로,대기질 변화에 따른 건강피해 또는 건강편익을 산정하여 정책 목 표설정과 정책 효과 분석에 활용하고 있다.¹⁹⁾²⁰⁾미국 환경보호청은 대기질 기준 을 개정할 때 규제영향평가(Regulatory ImpactAssessment)를 실시하도록 규정하고 있으며,규제영향평가에서 대기질 기준 개정에 따른 건강편익을 산출 하도록 하고 있다.대기오염농도 변화에 따른 건강영향을 추정하기 위해서는 많 은 가정과 불확실성이 포함된다.그러나 다양한 대기관리정책에 대하여 건강편 익 산정결과를 토대로 정책의 효과와 효율성을 평가함으로써 정책의 우선순위 와 우선대상지역을 결정하는 데 유용한 판단 근거로 활용할 수 있다.

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Th eHe a l t hI mp a c t sa n dBe n e f i t so fCa r d i o v a s c u l a r a n dRe s p i r a t o r yHo s p i t a l i z a t i o nAt t r i b u t e dt oPM

Hyun-Joo Bae

Abstract

We examined the association ofparticulate matterwith an aero- dynamic diameter <2.5㎛ (PM2.5) with cardiovascular hospitalization and respiratory hospitalization in Seoul,Korea,between 2006 and 2010. In addition, we estimate the reduction in the number of hospitalizationsthatwouldresultfrom implementing theWorldHealth Organization (WHO) guideline.The generalized additive modelwas used to evaluate the association between PM2.5 and hospitalizations. To estimatethehealth benefits,weused theEnvironmentalBenefits Mapping and Analysis Program.Based upon increase of10㎍/㎥ of PM2.5,the cardiovascularhospitalization risk was increased by 3.74

%(95% CI:1.99 ～ 5.51%)and the respiratory hospitalization risk wasincreasedby8.84%(95% CI:6.09～ 11.66%).

Itwas estimated thatthe health benefits attaining the WHO air qualityguidelinesforwouldsuggestanannualreductionof7,852(95%

CI:5,396～10,251)premature deaths,12,378(95% CI:6,557～18,321) cardiovascular hospitalizations and 12,572(95% CI : 8,577～16,567) respiratoryhospitalizations.

Thehealth impactassessmentand health benefitestimation results ofenvironmentalpolicy can be used as an usefuldecision making basisonsettingpolicypriorityandpreferentialareas.

JEL Classification:I0,I1

KeyWords:PM2.5,Cardiovascularhospitalization,Respiratory hospitalization,Healthimpactassessment,Health benefit