미세먼지 노출에 의한 건강영향

인하대 의과대학 직업환경의학교실

임종한

Historical episode

Donora, Pennsylvania Noon,

October 28, 1948

London December 1952, Picture Taken at Noon

Deaths in London, December 1952

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

# deaths

1 2 7 4 6 12 8 9 5 13 10 11 14 15 3

Date in December

Air pollution episode

조기사망

병원 입원 응급실 방문

의사에 대한 방문 신체적 수행능력의 저하

의약품의 사용

증상

폐기능 장애 임상증상전의 효과

영향을 받는 인구 집단의 비율

중증도

대기오염 건강영향 피라미드

대기오염과 관련한 인체영향과

생물학적인 지표

호흡기증상의 증가

폐기능의 감소

폐기능, 최대호기속도의 감소, 기도저항의 증가

증가된 기도 반응

메타콜린, 카바콜, 히스타민, 찬공기에 반응 변화

폐 염증

염증세포, 조정자, 단백질의 증가

면역반응의 변화

점액섬유 청결, 탐식세포, 면역반응에 이상

대기오염과 관련한 인체영향과

생물학적인 지표

심호흡기질환 사망률 증가

예상된 수를 상회한 심질환 혹은 호흡기질환으로 인한 사망

의료이용의 증가

입원, 의사 방문, 응급실 내원의 증가

천식의 악화

의사 방문, 의약품 사용의 증가

최대호기속도의 감소

호흡기질환의 증가

호흡기감염, 의사 방문의 증가, 일련의 호흡기증상

Size Distribution of PM

3 main classes of PM

Coarse - PM2.5-10 mass

Fine - PM2.5 mass

Ultrafine – PM0.1 number

Courtesy of David Kittelson and Winn Watts, 2009

분진(Particulate matter) - 정의

분진오염은 수, 크기,모양, 화학적 조성, 용해도,

그리고 배출원이 상이한, 공기중에 비산된 고체

혹은 액체상 분진의 혼합물이다.

PM 10 - 미세분진

PM10 - PM2.5 – 조대분진 coarse particles

PM2.5 - 초미세분진(fine particles)

PM0.1 - 극미세분진(ultrafine particles)

분진의 크기와 구성성분에 따라 분진의 독성은 상이하게 나타남.

PM2.5는 주로 생물학적 연소에 의해 발생하는 것이어서 EC,OC,

PAH 등 유해한 성분을 많이 포함하고 있음.

큰 입자 (1 이상)

는 호흡기계

이사에서 침전한다.

보다 작은 입자는

폐에 더 깊이

침투한다.

일반적으로

미세분진보다

극미세분진이 보다

많은 염증을

유발한다.

분진의 크기와 호흡기계에서의 침착

* Kim BJ, Leem JH. et al from J ALLERGY CLIN IMMUNOL 2014

Diesel Exhaust Particle

DEP 증가와 비강내 IgE 증가 Diaz-Sanchez J

Clin Invest 1994:94:177

DEP 는 호염구를 활성화시켜 histamine,

IL4를 분비시킴. Diaz-

Sanchez JACI 2002;109:847

PAH benzo(a) pyrene 및 1,6 BAP quinone

IgE 매개 histamine 분비, IL4 생산을

증가시킨다 Kepley Clin Immunol 2003;107:10

도시 천식에서의 환경요인

아토피

감수성 요인 아토피, 염증 관리, 기관지 민감성

피부 손상

기도 폐쇄

대기오염물질

알레르겐

도시환경에서의

어린이 생활

기저의 사회적 감수성요인

빈곤, 스트레스, 집착, 의료에 접근도

면역학적 감작

휘발유 중 납과 IQ 영향

Getting the Lead Out

Joel Schwartz (HSPH)

유연휘발유 사용으로 인해 어린이 납 노출이 IQ 감소에

대한 영향이 있음

납 노출로 인한 IQ 감소의 경제적 손실 연구

1985년 미국 무연휘발유 정책 시행

유연휘발유 사용과 어린이 혈중 납 농도

2009-06-02

SIZE AFFECTS TOXICITY OF AMBIENT PM

Exposed rat macrophage cell line in vitro to ambient L.A. PM

3 sizes: PM10-2.5 (coarse) PM<2.5 (fine) PM<0.15 (ultrafine)

Ultrafine PM caused greatest

oxidative stress, as indicated by

increased hemoxygenase-1

Ultrafine PM was found in

damaged mitochondria

Coarse PM was found in large vacuoles

(mitochondria were undamaged)

Li et al., Environ. Health Perspect.

111: 455-460, 2003

Mo

rta

lity

Ra

te r

ati

o

(L)

Dockery DW, Pope CA, et al.

An Association between Air Pollution and Mortality

N Engl J Med. 1993 Dec 9;329(24):1753-9

대기오염과 사망과의 관련성에 대한 대표적 역학 연구 – landmark study

대기오염에 취약한 계층

대기오염으로 1세 이하 영아 사망률이 9% 증가, 이중

호흡기질환 사망률은 2배 증가(이화여대, ‘01년)

집에서 주요도로와의 거리가 알레르기 증상이나 질환과

양의 관련성을 보였다. 즉, 주요도로와 75m 이내에 거주하는

어린이에서 일생동안 천명 (OR, 1.39; 95% confidence

interval(CI), 1.06-1.83)의 위험도가 높게 나타났다(인하대,

2009).

임신중에 대기오염 노출은 어린이 천식의 발병위험도를

높인다(인하대, 2010)

사회경제적 부담 증대

건강피해 급증

대기오염 증가

급속한 산업화와 도시화의 변화

민감 집단의 규모 증대

환경관련성 질환증대

환경오염 증가

사회구조 변화

대기오염과 건강피해

최근의 역학조사는 저체중아, 미숙아, 천식, 아토피질환의 증가등 민감층의 건강영향을 많이 보고하고 있다. 성인에서도 만성폐쇄성폐질환, 폐암, 심혈관질환이 지속적으로 증가하고 있다.

21/125

환경오염으로 인한 건강피해는 어느 정도인가?

노출인구와 비 노출인구의 위험수준에서 기여위험의 차이

Etiological fraction of environmental disease

22/125 22

23/125

대기오염으로 인한 기여위험도

23

대기오염에 대한 해당 인구집단의 폭로분포(Pe)와 상대위험도를

가지고 각 대기오염관련 질병의 기여위험도를 산출하였고

다음의 산출 공식을 이용하였다.

24/125

국내 연구 메타분석을 통한 미세먼지로 인한 건강영향 추정

그동안 수행된 연구 중 미세먼지로 측정된 항목은 총부유분진(TSP), PM10,

PM2.5 이나, PM10을 사용한 연구에 국한하여 메타분석을 시행하였다.

즉, PM10 단위(50㎍/㎥) 증가당 (1)(사고사를 제외한) 총사망률, (2)호흡기계

질환으로 인한 사망률, (3)심혈관계질환으로 인한 사망률의 상대위험도를

추정하였다.

25/125

표. 국내 미세먼지로 인한 천식 및 호흡기질환 입원 관련 연구

건강영향 Referenc

e 지역

연구기간

통계분석 건강영향

호흡기질환 외래진료

임종한, 1998

서울 1995-1996

로그선형회귀분석

2일전 PM10 (50㎍/㎥ 증가당)은 호흡기계질환 내원환자수에 가장 중요한 변수로(RR=1.11, 95% CI: 1.05-1.08)였으며 이는 단일 오염물질 모델이나 두가지 오염물질 모델에서나 일관됨. 3일전 아황산가스 0.01ppm 증가당 상대위험도는 1.08(95% CI: 1.01-1.16)이었음.

호흡기질환 응급진료

이영주, 2001

서울 1995-1996

조건부로지스틱회귀분

석

서울지역에서 호흡기계질환으로 응급진료를 받은 환자수의 상대위험도는 오존 30ppb 증가당 1.910(95% CI: 1.778-2.553)이었음.

호흡기질환 외래진료

최병렬, 2000

서울 1997-1998

GAM 호흡기질환으로 외래진료를 받는 상대위험도는 pm10이 IQR(37.44 ㎍/㎥) 증가당 15세 미만에서는 1.011(95% CI:1.010-1.013), 15~64세는 1.021(95% CI:1.019-1.023), 65세이상에서는 1.025(95% CI:1.018-1.032)로 나타남.

천식발작으로 인한 응급진료

송호인,2001

서울 1992-1993

Poisson 소아(4-11세)에서 천식발작으로 외래나 응급실을 방문할 상대위험도는 TSP가 100 ㎍/㎥ 증 가 할 때 1.27(95% CI:1.08-1.49), SO2 50ppb 증 가 당 1.56(95%CI:1.29-1.89)였음.

임형준, 2000

서울 1996-1997

조건부로지스틱회귀분

석

서울시 소재 200병상 이상 변원 응급실 49개소에 내원한 천식환자군에 대한 분석 결과 11월부터 2월까지로 한정한 경우 TSP가 100㎍/㎥ 증가당 상대위험도가 1.278(95% CI:1.010-1.619), 이산화황과 일산화탄소는 각각 100ppb 증가당 상대위험도가 각각 1.237(95% CI: 1.019-1.502), 1.285(95% CI: 1.006-1.640)이었음. 6-9월 한정한 경우 오존 100ppb 증가당 상대위험도가 1.348(95% CI: 1.045-1.739)이었음.

김선영, 2006

서울 2002 조건부로지스틱회귀분

석

서울지역에서 천식발작으로 응급진료를 받은 환자의 상대위험도는 PM10 IQR(47.37) 증가당 1.03(95% CI: 1.02-1.03)이었으며 , O3은 IQR(39.87) 증가당 1.010(95% CI: .08-1.12) 이었음.

천식 입원 박민정, 2007

7개도시 1999-2003

메타분석

국내 7개도시(서울,부산,인천,대구,광주,대전,울산)에서 천식발작으로 인한 입원에 대한 메타분석을 실시한 결과, PM10이 IQR(29.19) 증가당 상대위험도는 1.012(95% CI: 1.002-1.022)였으며 65세에 국한한 경우 상대위험도는 1.029(95% CI: 1.016-1.042)로 증가함.

허혈성심질환입원

Lee et. Al, 2003

서울 1997-1999

GAM 64세 이상에서 pm10이 IQR(40.4)증가할 때 허혈성심질환으로 인한 입원율은 5% 증가 , CO는 1.0ppm 증가당 7%, O3는 21.7ppb 증가당 10%, NO2는 14.6ppb 증가당 8% 증가함.

26/125

Reference 지역 연구기간 건강영향

Lee et al. 1999

서 울 , 울산

1991-1995

TSP, SO2, O3 에 따른 일별 사망을 포아송 회귀분석을 통해 추정함. 계절, 날씨를 보정함. SO2의 3일 이동평균이 50 ppb 증가할 때마다 총사망의 상대위험도(RR)가1.078(95% CI:1.057-1.099)(서울), 1.051(95% CI:0.991-1.115)( 울 산 ) 이 었 고 , TSP 가 100 ug/m3 증 가 할 때 마 다 상대위험도가1.051(95% CI: 1.031-1.072)(서울), 0.999(0.961-1.039)(울산)이었다. 1시간 최대 O3 농도가 50ppb 증가할 때마다 총사망 상대위험도가 1.015(95% CI:1.031-1.072)(서울), 1.020(95% CI:0.889-1.170)(울산) 이었음.

Hong et al. 1999(1)

인천 1995 총사망의 RR은 TSP(6일 이동평균)10ug/m3 증가당 1.012(1.002-1.022), PM10(5일 이동평균) 10ug 증가당 1.021(1.002-1.021)이었으며, 심혈관계질환 사망은 TSP(6일 이동평균)10ug/m3 증가당 1.020(1.002-1.038), PM10(5일 이동평균) 10ug 증가당 1.014(0.996-1.031)이었음.

Hong et al. 1999(2)

인천 1995-1996 총사망 RR은 PM10(5일 이동평균) 10ug 증가당 0.8% 증가하였고, 심혈관계 사망은 PM10(5일 이동평균) 10ug 증가당 0.1% 증가함. 호흡기계 사망은 유의하지 않음.

Ha et al., 2003

서울 1995-1999 총사망은 PM10이 IQR(42.9)증가할 때 신생아의 경우 14%, 2세에서 65세 미만은 0.8%, 65세 이상은 2.3% 증가하여 신생아에서 미세먼지로 인한 사망의 위험성이 가장 컸다.

Kim H et al. 2004

서울 1997-2001 서울지역의 대기오염과 사망자료를 이용한 generalized additive Poisson regression model 분석 결과, PM10 농도가 사분위수 범위(IQR = 42.11 μg/m3) 증가당 일중 사망률이 2.1%(RR = 1.021, 95% CI:1.009–1.035) 증가하였음.

권호장,1999 서울 1991-1995 서울시의 사망자료와 대기오염자료를 분석한 결과 총부유분진농도가 100㎍/m3 증가할 때 2일 후의 사망률이 2% 증가되고, 호흡기질환으로 인한 사망은 8%, 심혈관질환으로 인한 사망은 4% 증가하는 것으로 보고됨,

표. 국내 미세분진의 사망영향 연구

27/125

김호, 2000 서울 1996-1997 서울시의 대기오염자료와 사망자수 자료를 분석한 결과 대기중 총부유분진이 100㎍/m3 증가할 때 초과사망자는 3%(95%신뢰구간: 0.8-5.2)로 추정됨.

이미영,2000 대구 1993-1997 대구시의 대기오염자료와 사망자수 자료를 분석한 결과 대기중 총부유분진이 100㎍/m3 증가할 때 심혈관계질환으로 인한 초과사망자는 4%(95%신뢰구간: -0.2-10)로 추정되었으나 유의하지 않았고, 호흡기계질환으로 인한 사망은 15%(2-38)증가되는 것으로 추정됨.

이종태 등, 1999 서울 1991-1995 서울시 18개구의 대기오염자료와 사망자료를 이용하여 구별 예측치, 가중평균 예측치를 산출하고 메타분석을 시행한 결과, 총부유분진이 100㎍/m3 증가할 때 초과사망자는 3.4%(95%신뢰구간: 0.9-5.9)로 추정되었음.

조용성,2004 대전 1998-2001 대전시의 대기오염자료와 사망자료를 분석한 결과, PM10이 사분위수범위(IQR; 31.07㎍/m3) 증가당 초과사망이 2.0%(95CI: 0.3-3.5) 증가하였음.

이승욱,2004 부산 1999-2002 부산시의 대기오염자료와 사망자료를 분석한 결과, PM10이 100 ㎍/m3 증가당 초과사망이 12%(95CI: 12-13) 증가하였고 심혈관계질환 사망은 6%(-2-10) 증가하는 양상이나 유의하지 않았음.

이용진,2007 서울 2002-2005 서울시의 대기오염자료와 사망자료를 분석한 결과, PM10이 사분위수범위(IQR; 30.1㎍/m3) 증가당 초과사망이 3.8%(95CI: 1.1-5.7) 증가하였고 호흡기계질환 사망은 6.4%(1.1-8.9), 심혈관계질환 사망은 3.1%(2.8-6.3) 증가하는 것으로 추정됨.

조용성,2008 서울 2001 서울시의 대기오염자료와 사망자료를 분석한 결과, PM10이 사분위수범위(IQR; 40.44㎍/m3) 증가당 초과사망이 1.07%(95CI: 1.04-1.09) 증가하였고 호흡기계질환 사망은 2.56%(2.46-2.65), 심혈관계질환 사망은 1.87%(1.82-1.91) 증가하는 것으로 추정됨.

28/125

초미세먼지의 사망영향 연구

7/21/2014 28

임종한 등, 2009 서울

PM2.5 10 ㎍/㎥ 증가 당 일별 총사망의 비교위험도는 1.008(95% CI: 1.040-1.012)였고 65세 이상의 노인층

으로 국한했을 때 총사망의 비교위험도는 1.011(95% CI: 1.060-1.015)였음. 심혈관계질환 사망의 비교위험

도는 1.013(95% CI: 1.006-1.021)였고 65세 이상의 노인층으로 국한했을 때 1.016(95% CI: 1.006-1.024)

였음.

박정임 등, 2009 서울

서울지역 PM2.5 장기노출로 인한 만성 조기사망은 연평균 15μg/㎥를 달성한다면 30세 이상 인구 10만명당 3

0~37명의 조기사망자가 감소, 10μg/㎥(WHO)을 달성시 10만명당 41~50명 감소. 또한, PM2.5 단기노출로

인한 급성 조기사망은 일평균 기준 35μg/㎥(EPA) 달성시 인구 10만명당 11~12명이 감소, 25μg/㎥(WHO)을

달성한다면 전체연령 인구 10만 명당 13~14명의 조기사망자가 감소하는 것으로 추산.

공성용, 2012 서울 전체연령 집단과 65세 이상 연령집단에서PM2.5 10 ㎍/㎥ 증가 시 전체원인 사망위험은 0.95 %(95 % CI : 0.5

7 ∼ 1.34 %)과 1.37 %(95 % CI : 0.90 ∼1.84 %)높음.

배현주, 2013 서울

서울시 일평균PM2.5 농도가 미국 EPA 국가 대기질 기준인35μg/m3을 달성하였을 때, Schwartz 농도-반응함

수를 적용한 경우, 급성 조기사망자가2006년 대비1,165명(95% CI=828~1,504) 감소하는 것으로 추산되었

음.

29/125

PM10 10㎍/㎥ 증가당 총사망률 상대위험도 추정

그림 1) PM10 10㎍/㎥ 증가당 총사망률 상대위험도

30/125

PM10 10㎍/㎥ 증가당 심혈관질환 사망률 상대위험도 추정

그림 2) PM10 10㎍/㎥ 증가당 심혈관계질환 사망률 상대위험도

31/125

PM10 10㎍/㎥ 증가당 호흡기질환 사망률 상대위험도 추정

32/125 32 32

그간 진행된 국내 연구를 바탕으로 메타 분석에 의해 미세분진 10 ㎍/㎥ 증가당 총 사망률과 호흡기질환 사망률, 심혈관 질환 사망률을 외국 자료와 비교해 보면, 국내에서의 총 사망률이 높음.

1.0(0.6-1.5) 1.1(0.6-1.6) 0.5(0.4-0.5)

33/125 33 33

표 . 서울 2005-2007년에 PM10과 PM2.5 로 인한 사망 상대위험도의 비교

<표 > Comparison of daily mortality relative risks for IQR(interquartile range) increase between PM

10 (IQR: 39.1㎍/㎥) and PM2.5 (IQR: 19.7㎍/㎥) in Seoul, 2005-2007

PM10† PM2.5

†

Total

all age 1.012

(1.004~1.019) 1.018

(1.008~1.028)

age <65 1.000

(0.986~1.014) 1.007

(0.990~1.024)

age ≥65 1.017

(1.008~1.026) 1.023

(1.011~1.035) Cardiovascular

all age 1.022

(1.007~1.037) 1.029

(1.011~1.049)

age <65 1.005

(0.975~1.036) 1.023

(0.985~1.062)

age ≥65 1.027

(1.010~1.045) 1.033

(1.011~1.055) Respiratory

all age 1.028

(0.996~1.061) 1.037

(0.996~1.079)

age <65 1.069

(0.990~1.155) 1.108

(0.999~1.227)

age ≥65 1.021

(0.986~1.056) 1.025

(0.981~1.071) † : Effect of IQR increase, 3-day moving average.

34/125

미세먼지 예보의 기준과 내용

35/125

미세먼지 예보에 따른 시민행동

36/125

미세먼지 경보의 내용과 기준

※ 해제기준의 설정에도 불구하고 미세먼지의 농도가 발령기준 이하이면서 지속적으로 떨어지고 있어 재 상승의 가능성이 없다고 판단될 때에는 해제기준에 도달하지 않더라도 해제할 수 있다.

37/125

미세먼지 경보에 따른 시민행동

38/125

미세먼지 노출- 건강영향 함수식

• 단기 미세먼지 증가당 호흡기질환 입원 위험을 산출하기위해서는 , 미세먼지 10 μg/m3 증가당 상대위험비(RR) = 1·013 (1·001–1·025)이 사용되었다.

• 단기 미세먼지 증가당 천식 발작 발생위험을 산출하기위해서는 , 미세먼지 10 μg/m3 증가당 상대위험비(RR) = 1·044 (1·027–1·062)이 사용되었다.

• 단기 미세먼지 증가당 기관지염 발생 위험을 산출하기위해서는 , 미세먼지 10 μg/m3 증가당 상대위험비(RR) = 1·306 (1·135–1·502)이 사용되었다.

출처: Kunzli et al. THE LANCET 2000 356: 795–801

39/125

미세먼지 주의시 건강영향

건강영향 10ug/m3 증가시 상대위험비 (95% 신뢰 구간)

미세먼지 170 ug /m3

증가시 *

호흡기질환 입원 (모든 연령)

1·013 (1·001–1·025) 1.156 (1.012-1.300)

천식 발작 (15 세미만)

1·044 (1·027–1·062) 1.528 (1.324-1.744)

급성기관지염 (18세미만)

1·306 (1·135–1·502) 4.672 (2.620-7.024)

*미세먼지 기준 농도는 50 ug/m3으로 하여 미세먼지 경보시 영향 산출함

40/125

미세먼지 경보시 건강영향

건강영향 10ug/m3 증가시 상대위험비 (95% 신뢰 구간)

미세먼지 240 ug /m3 증가시*

호흡기질환 입원 (모든 연령)

1·013 (1·001–1·025) 1.247 (1.019-1.475)

천식 발작 (15 세미만)

1·044 (1·027–1·062) 1.836 (1.513-2.178)

급성기관지염 (18세미만)

1·306 (1·135–1·502) 6.814 (3.565-10.538)

*미세먼지 기준 농도는 50 ug/m3으로 하여 미세먼지 주의시 영향 산출함

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미세먼지 주의보와 경보에 따른 대응

• 미세먼지 주의보시 호흡기질환으로 입원할 위험이 15.6% 증가하고, 천식 발작이 발생할 위험이 52.8% 증가하며, 급성기관지염이 발생할 위험이 367.2% 증가를 보인다.

• 미세먼지 경보시 호흡기질환으로 입원할 위험이 24.7% 증가하고, 천식 발작이 발생할 위험이

83.6% 증가하며, 급성기관지염이 발생할 위험이 581.4% 증가를 보인다.

• 미세먼지주의보와 경보는 학생들의 건강에 유해한 영향이 크므로, 권고한 대응방안을 잘 따르는

것이 필요하다.

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감사합니다