서론
미세먼지(particulate matter)는 대기오염물질의 하나로, 지름 10 μm 이하 입자들인 PM10과 지름 2.5 μm 이하 입 자들인 PM2.5로 흔히 분류된다. 미세먼지는 자연적으로나 인위적으로 생성되는데, 일반적으로 PM2.5의 발생에 대한 인위적 원인의 기여도가 PM10의 발생에 대해서 보다 더 큰 것으로 알려져 있다[1]. 인위적 발생은 자동차나 공업시설, 쓰레기 소각장 등의 매연이나 공업시설이나 농업시설 등에 서 배출된 황산화물이나 질소산화물 등의 전구물질이 결합 하여 생긴 2차 연무 등에 인한 것으로 대부분 지각에서 유 래한 자연적 발생보다 독성이 크며 이에 따라 건강에 더 나 쁜 영향을 줄 수 있기 때문에, 인위적 발생의 기여도가 크 고 지름이 작아 호흡기 더 깊이 흡입될 수 있는 PM2.5가 같 은 정도의 양에 노출되었을 때 PM10보다 더 큰 건강영향 을 나타낸다[2]. 우리나라는 대기질을 관리하기 위해 대기환경기준을 정 하고 전국에 대기오염 측정소를 설치하여 대기오염 수준을 모니터링하고 있는데, PM10에 대한 기준은 1995년에 처미세먼지의 건강영향
배 상 혁1·홍 윤 철2 | 1가톨릭대학교, 2서울대학교 의과대학 예방의학교실Health effects of particulate matter
Sanghyuk Bae, MD1 · Yun-Chul Hong, MD2
Department of Preventive Medicine, College of Medicine, 1The Catholic University of Korea, 2Seoul National University, Seoul, Korea
Received: November 29, 2018 Accepted: December 13, 2018 Corresponding author: Yun-Chul Hong
E-mail: ychong1@snu.ac.kr © Korean Medical Association
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Particulate matter is an air pollutant emitted from both natural and anthropogenic sources, and its adverse health effects have been well documented in time-series analyses and cohort studies. The effect size of particulate matter exposure—a roughly 0.5% increase in mortality for each 10 μg/m3 increment of short-term exposure to particulate matter with aerodynamic diameter ≤10 μm and approximately a 10% increase for each 10 μg/m3 increment of long-term exposure to particulate matter with aerodynamic diameter ≤2.5 μm—is small compared to other risk factors, but the exposure is involuntary and affects the entire population, which makes particulate matter pollution an important public health issue. The World Health Organization and Korean government have both established guidelines for particulate matter concentrations, but the Korean guideline is less stringent than that of the World Health Organization. The annual mean concentration of particulate matter in Korea is decreasing, but the trend seems to be slowing. In addition to policy efforts to reduce particulate matter emission, personal approaches such as the use of face masks and air purifiers have been recommended. Personal approaches may not solve the fundamental problem, but can provide temporary mitigation until efforts to reduce emission make progress.
음 적용되어 현재는 연간 평균 50 μg/m3 이하, 24시간 평 균 100 μg/m3 이하로 정하고 있으며, PM2.5에 대한 기준 은 2015년부터 적용되어 현재는 연간 평균 15 μg/m3 이 하, 24시간 평균 35 μg/m3 이하로 정하고 있다[3,4]. 세계 보건기구(World Health Organization, WHO)에서도 역학 및 독성학 연구결과를 종합하여 전체 원인 사망과 심장호흡 기계 및 폐암 사망이 증가하지 않는 최소 수준으로 대기질 기준(air quality guidelines, AQG)을 정하여 각 나라에 권 고하고 있는데, PM10은 연간 평균 20 μg/m3 이하, 24시간 평균 50 μg/m3 이하로 권고하고 있으며, PM2.5는 연간 평 균 10 μg/m3 이하, 24시간 평균은 25 μg/m3 이하로 권고 하고 있다. WHO는 AQG를 설정하여 각 나라에 권고하면 서, 각 나라별로 처한 여건과 가용 자원이 다르므로 그에 맞 게 대기질 관리 목표를 설정할 수 있도록 임시 목표 수준을 설정하였다. 우리나라의 대기환경기준은 임시 목표수준 중 세 번째 단계(IT-3) 정도로 정해져 있어 우리나라의 대기환 경기준을 완전히 만족하더라도 미세먼지로 인한 건강영향 을 피할 수 없다. 우리나라의 대기환경기준은 그 정도 농도 에 노출되는 경우 위에 언급한 원인으로 인한 사망이 AQG 에 비하여 약 3%정도 증가하는 수준이다[5]. 우리나라의 대기오염 수준은 꾸준히 개선되고 있으며, 미세먼지도 2000년대에 들어서 농도가 전반적으로 감소하 고 있다(Figure 1). 그러나 2012년에 PM10 농도가 최저치를 기록한 후 개선 정도가 둔화되고 있는 것으로 보이며, 가장 낮았던 2012년에도 일평균 환경기 준 달성률이 38.6%에 불과하여[3] 개선 이 필요한 실정이다.
건강영향 평가
미세먼지 노출에 의한 건강영향은 시 간적 틀에 따라 단기영향과 장기영향으 로 구분되어 평가된다. 단기영향은 미세 먼지 노출에 의해 수 일 사이에 생기는 것으로, 통상적으로 시계열분석이나 환자-교차 연구, 또는 패널연구에 의해 평가되어 왔다. 장기영향은 수년간의 누적 된 노출에 의한 영향으로 코호트 연구로 평가하거나, 개별 질환에 대해 환자-대조군 연구가 수행될 수 있다. 시계열분석은 단위 기간 동안의 미세먼지 농도 변화와 동 일 기간 동안의 건강영향 발생 건수 변화를 분석하여 두 지 표의 관련성을 도출하는 연구방법이다. 미세먼지 농도와 건 강영향 발생 건수는 집합 변수이므로 시계열분석은 생태학 적 연구로 분류할 수 있다. 일반적으로 생태학적 연구는 집 합 변수 사이의 관련성이 개인 수준에서의 관련성과 일치하 지 않을 가능성이 있으며, 이런 불일치가 생기는 경우 생태 학적 오류가 발생하여 인과적 관련성을 가정할 수 없으나, 대기오염의 경우 한 지역의 전체적인 농도와 개인의 노출이 밀접한 상관성을 가지고 있으므로 생태학적 연구결과가 인 과적 관련성을 추정하는데 사용될 수 있는 드문 경우이다 [6]. 런던 스모그와 같은 특정 대기오염 사건이 아니라 대기 중 미세먼지 농도 변화에 의한 단기 건강영향에 대해 처음 으로 수행된 시계열분석 중 한 연구의 결과는 1992년에 보 고되었는데, 일별 PM10의 5일 이동 평균농도가 100 μg/m3 증가할 때 일별 사망은 16% 증가하였고, 호흡기계질환으로 인한 사망이 가장 큰 영향을 받았으며, 심혈관계질환 사망 이 그 뒤를 이었다고 보고하였으며[7], 비슷한 시기에 다른 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 70 60 50 40 30 29 10 0 ㎍ /㎥ Year PM10 PM2.5Figure 1. Temporal trend of yearly mean particulate matter (PM10 and PM2.5) concentrations of all
도시에서 수행된 시계열분석 역시 비슷한 결과를 보고하였 다[8]. 우리나라에서 수행된 시계열연구들은 PM10 농도가 10 μg/m3 높아질 때 일별 사망이 약 0.5% 내외로 증가하는 것으로 보고하고 있다[9,10]. 코호트 연구는 장기간에 걸친 미세먼지 노출량을 평가하 고 노출의 고저에 따라 특정 질병 또는 사망의 발생에 차 이가 있는지 비교하는 연구방법이다. 미세먼지와 사망 사 이의 관련성을 분석한 첫 코호트 연구는 미국에서 수행된 ‘하버드 6개 도시 연구(Harvard Six Cities Study)’이다. 이 연구에서는 연평균 PM2.5 농도가 10 μg/m3 높아질 때 사 고를 제외한 전체 원인에 의한 사망이 13.9% 증가하며, 심 장호흡기계질환에 의한 사망은 19.8% 증가한다고 보고하 였다[11]. 이후 수행된 코호트 연구들 중 대표성을 추정할 수 있는 미국 메디케어(Medicare) 자료 등을 사용한 코호 트 연구들은 이보다 낮은 사망의 증가를 보고하고 있다. 가 장 최근에 메디케어 자료를 분석한 코호트 연구에서는 연 평균 PM2.5 농도 10 μg/m3 증가할 때 사망이 7.3% 증가 하였다고 보고하였다[12]. 일반적으로 인과관계를 추정하기 위한 역학연구의 결과 는 대체로 위에서 예로 든 퍼센트 증가나 오즈비 또는 상대 위험도와 같은 상대적인 지표로 제시된다. 이들 상대적인 지표는 여러 요인과 건강영향 사이의 관련성의 크기를 비 교하고 파악하기에 용이하나 그 의미를 이해하기 쉽지 않 고, 질병의 기저 발생률에 따라 절대적인 건강영향의 크기 가 달라진다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 시계열 분 석이나 코호트 연구 등에서 도출된 관련성과 질병 또는 사 망의 발생률, 미세먼지 노출 수준을 종합하여 초과 건강영 향, 또는 기여발생 수를 추산하는 방법이 사용되기도 한다. 초과 건강영향은 실제 발생한 건강영향의 건수를 직접 조사 하여 집계한 것이 아니라 위에서 언급한 지표들을 바탕으로 계산하는 것이므로, 적용되는 지표에 따라 그 결과가 달라 질 수 있다. 예를 들어 최근 보고된 결과에 의하면 우리나라 전체 연간 사망자 중 11,924명(2015년)[13] 또는 17,203명 (1990-2013년)이[14] PM2.5 노출로 인해 추가로 사망한 것으로 추산된다. 이 차이는 추산 대상 연도의 차이뿐만 아 니라 추산에 사용된 관련성의 크기나 건강영향이 나타나지 않을 것으로 가정한 최소 노출수준에 차이가 있었기 때문 이다.
노출평가
대기 중의 미세먼지를 측정하는 공정시험법으로는 24시 간동안 필터에 걸러진 미세먼지의 무게를 측정하는 중량농 도법과 필터에 걸러진 미세먼지에 베타선을 쬐어 흡수되는 양을 측정하는 베타선 흡수법이 사용된다[15]. 우리나라에 는 2016년 12월말 기준으로 264개의 도시대기측정망이 설 치되어 있으며 매시간 측정되고 있다. 측정값은 한국환경공 단이 운영하는 에어코리아 홈페이지(http://www.airkorea. or.kr)를 통해 실시간으로 제공되고 있으며 여러 포털사이트 에서도 제공하고 있다. 도시대기측정망과 같은 고정된 측정소는 설치된 장소의 미세먼지 농도를 상시 측정할 수 있다는 장점이 있으나 고정 된 위치에 있기 때문에 개인의 이동을 반영할 수 없으며, 설 치된 장소에서 거리가 멀어질수록 해당 측정값을 적용하기 어렵다는 한계가 있어 이를 바탕으로 개개인의 노출을 평가 하기에는 한계가 있다. 이런 한계점을 극복하기 위해 측정소 자료, 토지이용 자료, 오염물질배출 자료 등을 이용하여 특 정지점의 미세먼지 농도를 예측할 수 있는 수치모형을 구축 하거나 미세먼지 센서를 이용한 개인별 측정기를 사용하는 등의 방법이 추가로 이용되고 있다[16].건강영향
미세먼지에 노출되면 침투한 미세먼지에 대응하는 과정에 서 면역체계를 작동시켜 면역세포나 기도세포에서 사이토카 인과 케모카인을 분비하게 한다. 이들은 염증반응 및 산화손 상을 증가시키고 이로 인해 호흡기계뿐만 아니라 전신적인 건강영향을 나타내게 되는 것으로 알려져 있다[17]. 이 외에 도 혈관으로 들어온 미세먼지에 의해서 자율신경계가 교란 되어 심혈관계에 영향을 미치거나, 미세먼지의 구성성분인중금속이나 화학물질이 작용하여 건강영향을 나타내는 경로 가 제시되고 있다[18]. 일반적으로 미세먼지에 의한 건강영향의 크기는 동일한 질병에 대한 다른 위험요인에 비해 그 크기가 크지 않다. 예 를 들어 비흡연자에 비하여 흡연자는 폐암 사망의 위험이 약 15-20배 정도 높다고 알려져 있지만[19], 미세먼지에 대한 장기적인 노출은 폐암 사망의 위험을 약 1.1-1.2배 정도 높 이는 것으로 알려져 있다[20]. 그러나 다른 위험요인과 달리 미세먼지는 노출되는 사람의 수가 많고 노출이 대체로 비자 발적이기 때문에 비교적 작은 관련성의 크기에도 불구하고 보건학적으로 중요한 의미를 가진다. 지금까지의 역학연구들을 통해 호흡기계, 심뇌혈관계, 신 경정신계, 내분비계, 생식기계 등의 다양한 건강영향과 미세 먼지 노출의 관련성이 보고되고 있으며, 그 중 대표적으로 보고되고 있는 건강영향은 아래와 같다. 1. 암 미세먼지는 WHO 산하의 국제암연구소(International Agency for Research on Cancer, IARC)에서 1군 발암 물질로 지정한 바 있다[21]. IARC는 암 발병의 위험요인 으로 의심되는 요인들에 대해 그 동안의 독성학적, 역학 적 연구결과를 종합하여 암과의 관련성에 대한 근거의 충 실도에 따라 발암물질을 분류하는데, 미세먼지에 대해서는 발암과의 관련성에 대한 근거가 충분하다고 판단한 것이 다. 그러나 IARC의 분류는 근거의 충실도에 대한 것으로, 관련성의 크기에 대한 것이 아님을 주의하여야 한다. 앞 에서 언급한 것처럼 미세먼지에 장기간 노출되었을 때 폐 암 발생의 위험은 10-20% 증가하는 것으로 다른 위험요 인보다 관련성의 크기는 작은 편이다. 우리나라에서 수행 된 환자-대조군 연구에서는 10년간의 평균 PM10 농도가 10 μg/m3 증가할 때 폐암의 위험이 1.16배(95% 신뢰구간 [confidence interval, CI], 1.05-1.28) 높아진다고 보고된 바 있다[22]. 2. 호흡기계질환 호흡기계는 미세먼지의 영향을 가장 직접적으로 받는 조 직으로 천식이나 만선폐쇄성폐질환과 같은 질환에 대한 연 구가 많이 수행되었다. 41개 연구를 메타분석한 논문에서는 PM2.5 노출 1 μg/m3 증가 당 어린이의 천식 발생 위험은 1.03배(95% CI, 1.01-1.05), PM10 노출 2 μg/m3 증가 당 1.05배(95% CI, 1.02-1.08) 증가하는 것으로 나타났다[23]. 또 다른 메타분석에서는 PM2.5 농도가 단기적으로 10 μg/m3 증가 할 때 호흡기질환으로 인한 사망이 1.10% (95% CI, 0.59-1.62%) 증가한다고 보고하였다[24]. 3. 심뇌혈관계질환 미세먼지에 의한 심혈관계 건강영향을 분석한 코호트 연구결과를 종합한 한 메타분석은 장기적인 PM2.5 노출 10 μg/m3 증가에 따른 심혈관계질환의 발생의 위험이 1.24배(95% CI, 1.09-1.41), 심혈관계질환으로 인한 사망 의 위험이 1.76배(95% CI, 1.25-2.47)라고 보고하였다. 같 은 연구에서 뇌혈관계 질환의 발생도 1.35배(95% CI, 1.08-1.68) 증가한다고 보고하였다[25]. 단기적인 미세먼지 노출 도 심혈관계 및 뇌혈관계에 영향을 주어 발생이나 사망의 위험을 높이나 장기적인 노출에 비해 영향의 크기는 작아 서 PM2.5가 10 μg/m3 증가할 때 1.4-2.5% 정도 발생률 을 높이는 것으로 보고되고 있다[26,27]. 우리나라에서는 PM10이 사분위간범위(21.7 μg/m3 ) 증가할 때 뇌졸중 사망 이 1.5% 증가하는 것으로 보고된 바 있다[28]. 4. 신경정신계질환 비교적 최근에는 미세먼지와 신경정신계 질환의 관련 성이 보고되고 있다. 우리나라에서 수행된 한 패널연구에 서는 PM10 단기적인 노출이 사분위간범위(24 μg/m3 ) 증 가할 때 노인들에게서 설문으로 평가된 우울 증상이 17% (95% CI, 4.9-0.5%) 증가하는 것으로 나타났다[29]. 장기 적인 노출도 마찬가지로, 연평균 PM2.5 농도가 10 μg/m3 증가할 때 우울증의 발생위험이 1.47배(95% CI, 1.14-1.90) 증가하였는데, 당뇨병, 심혈관계질환, 만성폐쇄성 폐질환과 같은 기저질환을 가진 사람들에게서 더 크게 나 타났다[30]. 미세먼지 노출은 자살과의 관련성도 관찰되 었는데, 한 연구에서는 PM10과 PM2.5의 단기 노출의 사
분위간범위(PM10, 27.59 μg/m3 ; PM2.5, 18.20 μg/m3 ) 증가와 약 10%의 자살 증가가 관련되어 있음을 보고하였 다[31].
건강영향 저감
미세먼지 노출에 의한 건강영향을 저감하는 방법은 개인 적 접근과 정책적 접근으로 나눌 수 있다. 미세먼지의 발생 은 책임소재가 불분명하고 노출이 광범위하여 발생 저감을 위한 정책적 접근이 우선되어야 한다. 가능한 정책적 접근에 는 배출원을 파악하고 감시하며, 석탄화력발전소나 자동차 의 매연과 같은 미세먼지 배출원을 미세먼지를 배출하지 않 는 다른 수단으로 대체하고, 미세먼지 노출 수준에 대한 정 보를 대중에게 제공하는 것 등이 포함된다. 미세먼지 노출은 생존에 필수적인 호흡을 통해 일어나 는 것으로 미세먼지 노출을 줄이기 위한 개인적인 노력에 는 한계가 있을 수밖에 없다. 그러나 정책적 수단의 효과 가 나타나 실제로 미세먼지 저감이 이루어지기까지는 시간 이 걸릴 수밖에 없으므로 개인적 접근이 제한적이나마 유 용할 수 있다. 1. 마스크 최근 들어 미세먼지에 대한 관심이 높아지면서 미세먼지 가 높은 날에 마스크 사용이 권장되고 있다. 그러나 마스크 는 얼굴에 딱 맞게 쓰지 않으면 그 효과가 급격히 떨어지는 반면에 얼굴에 정확하게 쓰기가 힘들고, 얼굴에 밀착되게 쓸 경우 공기의 흐름을 방해하여 착용자에게 불편감을 줄 수 있 다는 단점이 있다[32]. 마스크를 썼을 경우 건강에 대한 영 향이 실제로 저감되는지에 대한 실증적 근거도 부족한 상태 이나 마스크 사용의 효과에 대한 임상시험 결과가 일부 보고 되고 있다. 예를 들어, 중국에서 관상동맥질환 환자 98명을 대상으로 수행된 한 공개 무작위배정 교차시험에서는 필터 효과가 있는 마스크를 착용하였을 때 자가보고 증상과 최대 ST 분절하강이 감소하였으며 혈압의 하강 및 심박변이도의 상승의 효과를 보였다[33]. 2. 공기청정기 공기청정기는 가동되는 범위 내의 미세먼지 농도를 줄여 실질적으로 노출을 줄일 수 있는 수단이다. 중국에서 건강 한 대학생들을 대상으로 수행된 한 무작위배정 교차시험에 서는 공기청정기를 가동하였을 때 공기청정기가 설치된 공 간의 PM2.5 농도가 유의하게 감소하였으며, 노출 저감에 따 라 해당 공간에서 거주하는 대상자의 스트레스 호르몬이 감 소하였고 혈압 하강, 인슐린 저항성 및 산화손상과 염증 지 표의 감소가 나타났다고 보고하였다[34]. 그러나 공기청정기 는 설치된 공간 내에서만 효과가 있어 설치되지 않은 공간과 실외에서는 미세먼지 노출을 피할 수 없다는 한계가 있다.결론
미세먼지 노출로 인한 건강영향은 지금까지 알려진 관련 성만으로도 충분히 심각한 수준이다. 우리나라의 대기 중 미 세먼지 농도는 꾸준히 개선되어 왔으나 최근 들어 그 개선의 정도가 정체된 양상을 보이고 있다. 미세먼지 노출에 의한 건강영향을 저감하기 위한 개인적인 노력은 노출의 성격을 감안할 때 그 효과가 제한적일 수밖에 없으므로, 정부와 시 민사회는 미세먼지를 근본적으로 저감하기 위한 정책적 노 력을 계속하여야 할 것이다. 찾아보기말: 미세먼지; 역학; 환경의학 ORCIDSanghyuk Bae, https://orcid.org/0000-0002-4995-6543 Yun-Chul Hong, https://orcid.org/0000-0001-9010-7271
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Peer Reviewers’ Commentary
이 논문은 최근 우리나라에서 가장 큰 국민들의 관심사라 할 수 있는 미세먼지가 건강에 미치는 영향에 대한 연구결과들을 정리 한 것이다. 미세먼지의 건강영향을 파악할 수 있는 역학연구 설 계의 장단점에 대한 설명과 함께, 역학연구 결과를 암, 호흡기계, 심뇌혈관계, 신경정신계 등 계통별로 제시해 주고 있다. 또한, 미 세먼지에 대한 대처방안으로 권고되고 있는 마스크와 공기청정 기의 효과에 대해서도 기존의 연구결과들을 정리해 제시해 주고 있다. 국민들의 관심이 큰 미세먼지의 건강영향을 이해하고 대처 하는데 필요한 최신의 과학적 근거를 제공하고 있어 환자를 진 료하는 의사들과 함께 일반인들에게도 유익한 정보를 제공해 줄 것으로 기대된다. [정리: 편집위원회]
