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미세먼지가 유발하는 다양한 질환 미세먼지가 유발하는 다양한 질환
2017-04-28
미세먼지는 최근 국민의 건강을 위협하는 가장 큰 화두로 떠올랐다. 문제가 심각해지는 동안 고등어와 삼겹살이 억울한 누명을 쓰기도 했고, 실질적인 대책을 내놓지 못하는 정부의 무책임함을 질타하는 시민의 목소리는 더욱 커졌다. 미세먼지로 인한 자극감, 고통을 호소하는 사람들이 늘고 있는 가운데, 미세먼지가 심혈관계, 호흡기계 질환 및 사망률을 증가시킨다는 여러 연구들이 있지만 그 외에 건강에 미치는 영향에는 어떤 것들이 있는지 아직 잘 알려지지 않았다. 미세먼지는 무엇이고 이것으로 인해 유발될 수 있는 질환에는 어떤 것이 있는지 관련 이슈를 살펴보고자 한다.

미세먼지란?

입자상 물질(PM, particulate matter)은 전세계적인 대기오염 물질이며 공기 중에 떠다니는 고체 및 액체입자의 혼합물로 구성되어 있다. 미세먼지란 PM 중 매우 작은 분자(직경 10 μm 또는 2.5 μm 미만인 입자)를 뜻하는 말로, 세계보건기구(WHO)가 지정한 1급 발암물질이며 일반적으로 건강과 관련된 지표로 사용된다.

직경이 10 μm 미만인 PM을 미세먼지(PM10), 2.5 μm 미만을 초미세먼지(PM2.5)라고 하며 PM10는 머리카락 한 가닥 두께의 1/5~1/7 크기이며 PM2.5는 1/20~1/28 정도의 크기라고 할 수 있다.

[그림 1] PM10와 PM2.5의 크기 비교
(출처: 미국 환경보호청(EPA), https://www.epa.gov/pm-pollution/particulate-matter-pm-basics)

유럽 대부분의 지역에서 PM2.5는 PM10의 50-70%를 구성하며 PM2.5는 직경 0.1 μm 미만의 초미세먼지를 포함한다. 0.1-1 μm 사이의 PM은 며칠 혹은 몇 주간 대기 중에 떠있을 수 있어 기류를 타고 국가 간 장거리 이동이 가능하다.

PM은 발생하는 위치에 따라 물리적 및 화학적 특성이 다른 혼합물이다. PM의 일반적인 화학 성분은 황산염, 질산염, 암모늄, 기타 무기이온(나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 염화이온), 탄소화합물 및 원자상태의 탄소, 지각 물질, particle-bound water, 금속성 물질(카드뮴, 구리, 니켈, 바나듐(vanadium) 및 아연), 다환방향족 탄화수소(PAH, polycyclic aromatic hydrocarbons)를 포함한다. 뿐만 아니라 알레르기 항원 및 미생물 화합물과 같은 생물학적 성분도 포함된다.

미세먼지의 원인

PM은 직접 공기 중으로 방출되거나(1차 PM), 이산화황, 질소산화물, 암모니아 및 비메탄계 휘발성유기화합물(non-methane volatile organic compounds)과 같이 기체 상태의 전구체로부터 대기 중에서 형성(2차 PM)될 수 있다.

1차 PM과 2차 PM의 전구체 가스는 인위적으로(anthropogenic) 또는 자연적으로 발생될 수 있다.

1차 PM의 인위적인 발생원인은 가정 및 산업에서 사용되는 에너지 생산을 위한 디젤 및 가솔린의 연소, 고체 연료(석탄, 갈탄, 중유(heavy oil)와 바이오매스(biomass)) 연소, 기타 산업 활동(건축, 시멘트 및 도자기, 벽돌의 제조 및 제련(smelting)), 교통수단 및 브레이크와 타이어의 마모에 의한 도로포장의 침식 등이 있다. 농업은 암모늄 발생의 주된 원천이다.

2차 PM은 기체 상태인 오염 물질이 대기 중에서 화학 반응을 일으켜 생성된다. 이는 주로 교통에 의해(일부는 산업 공정에 의해) 배출되는 질소산화물이 대기 중에서 전환되거나 황을 함유한 연료의 연소로 생긴 이산화황으로 이루어진다. 2차 PM는 주로 미세먼지에서 발견된다.

흙과 먼지의 재비산(또는 재부유, re-suspension) 또한 PM 발생에 기여한다. 특히 건조한 지역에서 발생되며 사하라 사막의 먼지가 남부 유럽까지 이르는 것과 같은 장거리의 먼지 이동이 그 예이다.

[그림 2] 미세먼지의 원인
(출처: WHO 보고서, Health effects of particulate matter, 2013)

점점 심각해지는 미세먼지

미세먼지가 심해지는 것 같다고 호소하는 사람들이 점차 늘고 있으며 실제로도 2017년 1-3월의 전국 미세먼지 및 초미세먼지(PM2.5) 주의보 발령 횟수는 130회로 지난해 같은 기간보다 72% 증가하였다. 특히 더욱 해로운 것으로 알려진 초미세먼지 주의보(기준 90 ㎍/㎥) 발령 횟수는 올해 1분기 동안 86회로 전년(48회) 대비 83% 늘어났으며, 환경부 대기질통합예보센터에 따르면 이 기간의 전국 초미세먼지 농도 평균은 32 ㎍/㎥로 최근 3년간 가장 나빴던 것으로 나타났다. 초미세먼지 ‘나쁨(51~100 ㎍/㎥)’ 단계를 나타낸 날수는 8일로 지난해 같은 기간(4일)의 두 배였다.

특히 서울의 경우 초미세먼지 농도가 ‘나쁨’ 이상인 일수는 올해 1-3월까지 총 14일이었다. 2015년을 통틀어 초미세먼지 ‘나쁨’ 이상 일수가 11일, 2016년에는 13일이었지만 올해는 불과 3개월 만에 전년 수준을 넘어선 것이다. 지난해 같은 기간(2일)과 비교하면 무려 7배나 증가한 수치이다. 3월 서울 초미세먼지 평균 농도는 40 ㎛/㎥로 이 역시 최근 3년간 가장 높았다. 2012년까지 감소 추세를 보이던 서울 시내 연간 평균 미세먼지 농도는 2013년 이후 계속 악화 추세다.

전 세계의 대기오염 실태를 모니터링하는 ‘에어비주얼’에 따르면 지난 3월 21일 서울이 인도 뉴델리에 이어 세계 주요 도시 중 두 번째로 공기품질지수(AQI, Air Quality Index)가 나쁜 도시로 기록된 데 이어, 6일 만인 3월 27일 오전 9시 중국 상하이에 이어 서울이 또다시 세계에서 두 번째로 나빴다고 밝혔다. 심지어 공기오염으로 악명 높은 파키스탄 라호르, 방글라데시 다카, 인도 콜카타보다도 순위가 높았다.

[그림 3] 미세먼지에 뒤덮인 한국

이러한 결과가 서울에만 해당하는 것은 아니다. 예일대와 컬럼비아대에서 공동으로 조사한 ‘2016 환경성과지수(EPI)’에서 우리나라의 공기 질은 세계 180개국 중 173위였으며, 특히 초미세먼지 부문에서는 중국과 같은 174위였다. 사람들이 느끼는 것만큼이나 실제 객관적인 지표 또한 한국이 대기오염이 심각한 나라임을 말해주고 있다.

실제와 동떨어진 미세먼지 국내 기준

현재 국내 미세먼지 대기환경 기준은 24시간 평균 100 ㎍/㎥이며, WHO에서는 24시간 평균 50 ㎍/㎥로 두 배나 엄격한 기준을 제시하고 있다. 올해 1/1-4/10일까지 100일 동안 국내 기준으로 미세먼지 농도를 초과한 날은 4일이었으나 WHO 기준으로는 48일이었다. 서울시는 올해 4월 “WHO 기준으로 미세먼지 농도 초과시 야외 수업을 하지 않겠다”고 밝혔는데 이에 따르면 올해 중 절반이 ‘야외수업 금지일’이 된다. 따라서 현재까지 국내 기준에 의해 야외수업을 해왔던 것에 대해 불만을 토로하는 학부모 및 학생들도 적지 않은 상황이다.

초미세먼지의 경우는 더 심각한데, 국내 초미세먼지 대기환경 기준은 24시간 평균 50 ㎍/㎥, WHO 기준치는 25 ㎍/㎥로 미세먼지와 마찬가지로 2배 차이가 난다. WHO 기준 적용시 서울시 25개 구 모두 100일 중 50일 이상 기준을 초과한 결과가 나온다. 초과일수는 평균 63일로 국내기준 적용시(16일)보다 약 4배 정도 많으며, 각 구별로는 9-40배까지 차이가 난다.

[그림 4] 미세먼지 국내 기준과 WHO 기준 비교
(출처: 중앙일보, http://news.joins.com/article/21469435)

미세먼지의 대기환경 기준은 해당 국가의 정책에 따라 잡은 목표치로 국가별로 다르다. 현재의 국내 기준은 지금으로부터 10년 전인 2007년에 수립된 것으로 미세먼지 농도가 나날이 심각해지고 있는 지금의 상황과는 동떨어진 수치이다. 이에 환경부는 “국립환경과학원에서 매년 데이터를 쌓아 분석하고 있으며, 그 결과를 토대로 기준치를 현실에 맞게 조정할 계획”이라고 밝혔다.

미세먼지 기여도, 국내 vs 국외

점점 심해지는 미세먼지의 책임은 어디에 있는 것일까, 무엇이 미세먼지에 가장 크게 기여하느냐에 따라 정책의 방향도 달라질 수 있다. 애먼 고등어와 삼겹살이 누명을 썼다는 것도 이미 밝혀진 사실이다. 환경부는 중국이 미치는 미세먼지의 영향이 평상시에는 30~50%, 고농도로 심할 때는 60~80%라고 하였으며, 국립환경과학원은 국내 영향이 20%, 외국 영향이 80%라고 하였다. 특히 80% 중 중국이 대부분을 차지하고 나머지는 몽골이나 러시아 영향을 받는다고 밝혔다. 환경재단(대표 최열)이 한국 및 중국을 상대로 미세먼지 피해 손해배상 청구 소송을 낸 것도 중국이 미세먼지 유발 국가라는 점을 전제한 것으로 볼 수 있다.

서울시의 분석도 다르지 않다. 작년 기준 초미세먼지의 지역별 기여도에서 서울지역은 22%를 차지해 초미세먼지의 78%는 서울 밖에서 유입됨을 알 수 있었다. 2011년 조사와 비교해도 수도권 미세먼지 발생은 39%에서 34%로 감소한 반면 국외에서 발생된 미세먼지는 49%에서 55%로 늘어났다. 서울시에서는 최근 중국 베이징이나 선양을 거쳐 들어오는 미세먼지의 양이 29% 늘었으며 중국 공업지대가 서울에 미치는 영향이 이전보다 훨씬 크다고 하였다. 환경부와 국립환경과학원은 올해 미세먼지가 심해진 원인으로 서풍과 대기 정체를 일으키는 초속 2 m 미만의 미풍이 많이 불었던 것을 꼽았다.

쌓여가는 국민들의 한숨, 대책은?

정부는 지난해 6월, 노후 경유차 관리 강화, 친환경차 보급 확대, 주변국과의 환경협력 등을 골자로 하는 ‘미세먼지 특별 대책’을 발표했다. 그러나 국립환경과학원이 국내 미세먼지 배출의 주요인을 사업장(41%), 건설기계(17%), 발전소(14%), 경유차(11%)순으로 발표한 것을 고려할 때, 비중이 낮은 경유차 관리보다는 사업장 및 건설기계, 발전소에 먼저 초점을 맞춰야 한다는 지적이 많았다. 더군다나 정부가 화력발전소를 줄이겠다고 발표했음에도 2022년까지 신규 석탄화력발전소를 22개나 증설할 계획을 세워 앞뒤가 맞지 않는다는 비판을 받고 있다. 발전소의 퇴출 기준 역시 ‘미세먼지 배출량이 많은 순’이 아닌 ‘노후년수’를 기준으로 설정한 것도 정부의 미세먼지 문제에 대한 인식이 부족함을 보여준다.

비판이 거세지자 환경부는 4월 5일부터 수도권에서 미세먼지가 모두 ‘나쁨’으로 예보되면 행정·공공기관 차량 2부제를 운행하고 공공부문 대기배출 사업장 및 건설공사장 운영시간을 단축하겠다고 했다. 하지만 이미 2월 15일부터 이러한 ‘초미세먼지 저감 조치’를 시행하기로 하였으나 발령기준이 너무 까다로워 4월까지 한 차례도 발령되지 않았다. 또한 차량 2부제 대상인 공공기관 대상 차량은 수도권 전체 차량에 3%에 불과하며, 공공사업장과 공사장은 수도권 전체 사업장의 1% 수준으로 실효성이 의심된다.

[그림 5] 국내 주요 미세먼지 배출원

이뿐만 아니라 초미세먼지 환경기준을 미국과 일본 수준으로 강화할 계획(현재보다 약 30% 강화)도 내비쳤지만 오염 배출량을 줄이지 않고 기준만 강화하는 것은 의미가 없다는 지적을 받았다.

심각성을 깨달은 19대 대선 후보들도 대선공약으로 미세먼지 공약을 앞다투어 내놓고 있다. 문재인 후보는 미세먼지 억제책으로 '석탄 화력 발전소 건설 중단'을, 중국과의 대응으로 ‘중국과 환경협약 체결’을 제시했고 이외에도 학교에 미세먼지 알리미를 설치해 측정망으로 사용하겠다고 하였다. 안철수 후보는 석탄 화력 발전소를 겨울에는 70%만 가동하고 '스모그프리타워' 설치, 사물인터넷 측정망을 제시하였다. 홍준표 후보는 에너지 정책 전반을 수정하고 중국에 책임을 묻겠다고 하였지만 구체적인 방법을 언급하지는 않았다. 유승민 후보는 석탄 사용 감축을, 심상정 후보는 기후정의세를 신설하겠다고 하였다.

중국에게 미세먼지의 책임을 묻기 위해서는 중국발 초미세먼지로 인한 구체적 피해사실이 입증되고 한-중 간 초미세먼지에 관한 국제재판에 합의가 전제되어야 중재재판 또는 국제사법재판소에 제소할 수 있다고 전문가들은 지적한다. 그러나 중국이 미세먼지 배출량 자료조차 제대로 공개하지 않고 있는 상황에서 이러한 인과관계 규명은 쉽지 않다.

따라서 이러한 상황에서 국내 미세먼지 발생을 줄이기 위한 노력이 먼저라는 목소리도 높다. 환경운동연합에서는 정부가 신규로 짓겠다는 화력발전소의 설비용량이 폐기하기로 한 노후발전소 용량보다 5배나 많다고 지적했으며, 수도권만 특별대책을 내는 식이 아니라 대기환경보전법을 강화하는 것이 필요하다고 언급했다. 또한 전문가들은 외교적 해결을 위한 양국간의 기초자료 공동연구, 배출 원인 및 고농도 측정 정확도가 높은 미세먼지 측정모델 도입 등을 주장하고 있다.

WHO의 보고서(2013)에 따르면 유럽에서 미세먼지에 의한 대기오염은 현재의 기술로 최대 80%까지 감소될 수 있다고 한다. 미세먼지를 감소시키기 위해서는 정부와 산업체 및 개인이 국가적, 지역적, 국제적으로 마음을 합쳐야 한다. 정부 수준에서는 환경, 교통, 토지 계획, 공중 보건, 주택 및 에너지 부문을 아우르는 정책이 필요하다. 대기오염은 상대적으로 낮은 수준에서도 건강에 악영향을 미치므로 위험을 최소화하기 위해 공기의 질을 효과적으로 관리해야 한다.

배출량 저감을 위한 정책, 전략 및 기술적인 방법과 관련된 정보의 개발 및 교환은 대기오염물질의 장거리이동에 관한 협약(the Convention on Long-range Transboundary Air Pollution)의 기본 원칙 중 하나로, 국가 간 협력이 요구된다.

마지막으로 도시 계획 및 교통에 관해 보다 깨끗한 교통수단을 사용하도록 변화를 유도하는 방법이 있다. 걷기, 자전거 타기, 대중교통으로 출퇴근 하기 등 사람들의 신체 활동을 촉진하고 인구집단의 건강에 기여하는 동시에 깨끗한 공기를 만들어갈 수 있다.

미세먼지가 건강에 미치는 영향

미국 환경보호청에 의하면 건강과 관련된 문제를 일으키는 것은 미세먼지 입자의 크기이다. 직경이 10 μm 미만인 입자는 폐 깊숙이 침투 가능하고 혈류로도 빠져 나올 수 있어 이에 노출시 폐와 심장에 모두 영향을 줄 수 있다. 선행 연구를 통해 입증된 건강 문제는 다음과 같다.
  • 심혈관계 질환 또는 호흡기 질환(폐암 등) 환자의 조기 사망

  • 심장 마비(비치명적인)

  • 불규칙한 심장 박동

  • 천식 악화

  • 기도의 자극, 기침 또는 호흡 곤란과 같은 호흡기 증상의 증가

  • 심혈관계 및 호흡기 질환 등으로 인한 입원율 증가

  • 폐 기능 감소


미세먼지(PM10) 단기 노출에 의한 호흡기 관련 영향에 대한 근거의 강도는 큰 편이며, 장기간 노출에 의한 사망률 증가에 있어서는 초미세먼지(PM2.5)가 미세먼지보다 더 위험하다고 보고되었다. PM10 10 g/m3 당 모든 원인으로 인한 일일 사망률(all-cause daily mortality)이 0.2-0.6% 증가할 것으로 추산되며 장기간의 PM2.5 노출은 PM2.5 10 μg/m3 당 6-13%의 장기간 심폐사망 위험 증가와 관련되어 있다. 특히, 심장질환이나 폐질환 환자, 어린이 및 노인들은 이러한 노출로 인한 건강문제 발생 가능성이 가장 크다. 어린이의 경우 PM 노출에 의해 폐 기능 손상, 폐 성장 속도 감소 등으로 폐 발달에 영향을 미친다. 건강에 악영향을 미치지 않는 미세먼지의 한계수준 또는 안전한 정도의 노출 수준에 대한 근거는 없는 상태이다.

또한 미세먼지에 포함된 다양한 성분들이 미치는 영향의 차이 등에 대한 근거는 아직 부족하지만 연소로 발생된 미세먼지의 위험성은 일관되게 확인되고 있다. 초미세먼지 중 불완전 연소로 인해 발생되는 블랙카본(black carbon)은 지구온난화에 기여할 뿐만 아니라 건강에도 해로운 영향을 끼친다고 알려져 있다. 발암 물질로 알려져 있으며 세포에 직접적인 독성을 나타내는 PAH와 같은 유기물, 납, 철분과 같은 금속 및 무기염류 등이 블랙카본에 부착되어 인체 내로 유입된다.

최근 초미세먼지가 뇌로 깊숙이 파고든다는 연구결과도 발표되었는데, 영국의 연구팀이 대기오염이 심한 지역에서 살다가 사망한 사람들(37명)의 뇌에서 초미세먼지를 발견했다고 보고했다. 이 초미세먼지의 주성분은 철로 뇌조직 1 g에 수백만 개가 쌓여있는 경우도 있었다. 중금속은 뇌에서 산화되어 염증을 유발하고 뇌혈관 경화를 일으켜 뇌졸중 위험을 증가시킨다. 또한 기억 및 운동 중추를 파괴하여 치매 또는 파킨슨병을 유발하기도 한다.

미세먼지가 환경에 미치는 영향

  • 가시성 장애
    초미세먼지(PM2.5)는 시야를 가리는 안개 발생의 주된 원인이다. 이는 도시지역뿐만 아니라 국립공원 및 야생지역에도 해당한다.

  • 환경 피해
    미세먼지는 바람에 의해 장거리를 이동할 수 있으며 이후 토양이나 하천 등에 침전되어 다음과 같은 영향을 미친다.

  • 호수와 하천의 산성화

  • 연안 해역 및 대형 하천 유역의 영양 균형(nutrient balance) 변화

  • 토양의 영양염 고갈

  • 산림과 농작물 파괴

  • 생태계의 다양성 혼란

  • 산성비의 원인

  • 문화재 등의 손상
    미세먼지는 동상 및 기념물 등 문화적으로 중요한 유산과 석재 및 기타 물질들을 오염 또는 손상시킬 수 있다. 이러한 영향은 미세먼지에 의한 산성비와도 관련되어 있다.

미세먼지가 유발하는 다양한 질환

Pubmed에서 미세먼지와 관련된 질병에 대한 메타분석을 검색 appendix1)하여 미세먼지가 영향을 주는 질환에는 어떤 것들이 있는지 알아보았다. 미세먼지와 관련된 연구가 현재 활발하게 진행되는 단계이므로 각 메타분석에 포함된 연구들의 연구디자인이 이질성을 띄는 경우도 종종 발견되었다. 또한 통계적 방법론과 관련하여 메타분석보다 pooled analysis가 추천된다는 문헌도 있었으나 아직 합의된 의견이 도출되기 전임을 고려하여 근거의 강도가 가장 높다고 여겨지는 메타분석을 중심으로 미세먼지와 관련된 질환들을 살펴보고자 한다.

■ 감염성 질환 등

1) 홍역
Chen G et al. (2017)에 따르면 중국 21개 도시에서 초미세먼지(PM2.5)에 의한 홍역 신규환자 수의 데이터를 약 1년간 수집한 결과 PM2.5가 10 μg/m3 증가된 후 1일째, 2일째, 3일째의 각각의 홍역 발생률(relative risk (RR), 95% [CI])은 1.010(1.003-1.018), 1.010(1.003-1.016), 1.006(1.000-1.012)이었으며 1-3일까지의 누적 홍역발생률은 1.029(1.010-1.048)로 증가해 연관성을 나타내었다.

PM2.5와 홍역의 발생은 고온, 저습, 바람이 세게 부는 조건에서 더 강한 상관관계를 보였다.


2) 인플루엔자
Chen G et al. (2016)에 따르면 중국 47개 도시의 PM2.5에 의한 인플루엔자 발생률(relative risk (RR), 95% [CI])은 PM2.5가 10 μg/m3 증가된 후 2일째에 가장 큰 영향을 미쳤으며(1.015, 1.004-1.025), 2-3일째의 인플루엔자 발생률은 1.020(1.006-1.034)로 유의한 연관성을 보였다. 전체 인플루엔자 감염의 약 10.7%가 PM2.5 노출에 의한 것일 수 있으며, 더운 날보다는 추운 날에 더 많이 감염되는 것으로 나타났다.


3) 폐렴, 중이염
MacIntyre et al. (2014)는 10개의 유럽 출생 코호트(birth cohorts)에서 교통에 의한 대기오염과 폐렴, 급성 폐쇄성 후두염(이하 크룹), 중이염 발생의 상관관계를 평가하였다(BAMSE (Sweden), GASPII (Italy), GINIplus and LISAplus (Germany), MAAS (United Kingdom), PIAMA (the Netherlands), and four INMA cohorts (Spain)). 태어날 때부터 이산화질소(NO2), 질소 산화물(NOx), PM2.5, PM10에 노출되었던 아이들의 보정된 오즈비(adjusted odds ratios (ORs))를 계산하였다.

폐렴의 OR(95% [CI])은 이산화질소가 10 μg/m3 증가시 1.30(1.02-1.65), PM10이 10 μg/m3 증가시 1.76(1.00-3.09) 등으로 PM2.5를 제외한 모든 오염물질에 대해 유의하게 증가되었다. 중이염의 OR은 NO2가 10 μg/m3 증가시 1.09(1.02-1.16)로 나타났다.


4) 혈액 내 염증 표지(inflammatory blood marker)
Hampel et al. (2015)에서는 미세먼지에 장기간 노출될 경우의 전신의 염증(systemic inflammation)에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 유럽의 ESCAPE 연구와 TRANSPHORM multi-center projects에서 혈액 내 염증을 나타내는 지표인 고감도 C-반응성 단백검사(hsCRP, high-sensitivity C-reactive protein)와 fibrinogen의 상관관계를 평가하였다.

PM2.5의 구리가 5 ng/m3, PM10의 철분이 500 ng/m3 증가할 때 hsCRP는 각각 6.3%(0.7-12.3%), 3.6%(0.3-7.1%) 증가되었다. PM2.5의 아연이 10 ng/m3 증가할 때 fibrinogen은 1.2%(0.1-2.4%) 증가하였다. 따라서 산업 및 교통에 의해 발생되는 금속을 포함한 미세먼지에 장기적으로 노출될 경우 만성적인 전신의 염증과 관련이 있을 수 있다.


■ 정신과 질환

1) 자폐 스펙트럼 장애(ASD, Autism Spectrum Disorder)
Lam et al. (2016)에서는 ASD와 대기오염의 상관관계를 알아보기 위해 메타분석을 하였으며, 대기오염 물질의 근거의 강도를 중간(moderate)로 설정하였다. PM10이 10 μg/m3 증가될 때 ASD 발생의 오즈비는 1.07(1.06-1.08), PM2.5가 10 μg/m3 증가될 때 오즈비는 2.32(2.15-2.51)였다. 유아기에 대기오염에 노출된 경우 ASD에 대한 근거의 강도는 낮은 편이었으나 임신 중 미세먼지에 노출된 경우 ASD와 강한 상관관계를 보였다.


■ 임신과 태아

1) 출생시체중(birth weight)
Sun et al. (2016)에서 산모의 PM2.5 노출과 신생아의 출생시 체중의 연관성을 알아본 결과, 임신의 전체 기간 동안 PM2.5가 10 μg/m3 증가될 때 출생시체중은 -15.9 g(95% [CI] -26.8, -5.0) 감소되었으며, 저체중의 오즈비는 1.09(1.032, 1.150)였다. 임신 2기와 3기 동안 PM2.5에 노출된 경우의 신생아 체중 감소는 각각 -12.6 g, -10.0 g이었다. 임신 중 PM2.5 노출은 출생시체중 감소와 상관관계가 있으며 임신 후기의 노출이 중요한 인자라고 할 수 있다.


2) 조산(preterm birth)
Sun et al. (2015)에서 임신기간의 PM2.5 노출과 조산의 관련성을 분석한 결과 임신의 전체 기간 동안 PM2.5가 10 μg/m3 증가될 때 조산의 통합된 오즈비(pooled OR)는 1.13(1.03-1.24)였으나 통합된 연구들의 이질성이 보고되었다. 임신 1기, 2기, 3기의 PM2.5 노출에 의한 통합된 오즈비는 1.08(0.92-1.26), 1.09(0.82-1.44), 1.08(0.99-1.17)로 유의하지 않았다.


3) 소아의 인지 및 정신운동발달(childhood cognitive and psychomotor development)
Guxens et al. (2014)에서 유럽지역의 6개의 출생 코호트를 통해 임신기간 동안 대기오염 노출과 자녀의 소아기 인지 및 정신운동발달의 상관관계를 분석한 결과, 임신기간 중 NO2가 10 μg/m3 증가시 정신운동발달이 감소(global psychomotor development score: -0.68점(-1.25, -0.11)되었다. 인지 발달과 대기오염의 상관관계는 발견되지 않았다.


■ 심뇌혈관 질환

1) 고혈압
Cai et al. (2016)에서는 오존, 일산화탄소(CO), 질소 산화물(NO2 및 NOx), SO2, PM10 및 PM2.5노출이 고혈압에 미치는 영향을 분석하였다. SO2, PM2.5, PM10가 각각 10 μg/m3 증가될 때 단기간 노출시 고혈압의 통합된 오즈비는 SO2 (OR 1.046, 95% [CI] 1.012-1.081), PM2.5 (1.069, 1.003-1.141), PM10 (1.024, 1.016-1.032)로 증가되었다. NO2 및 PM10가 각각 10 μg/m3 증가될 때 장기간 노출시 고혈압의 오즈비는 각각 1.034(1.005-1.063), (1.054, 1.036-1.072)이었다. 이외의 기타 오염물질의 노출에 의한 고혈압의 오즈비는 증가하는 경향을 보였으나 통계적으로 유의하지 않았다.


2) 뇌졸중
Wang et al. (2014)에서는 미세먼지와 허혈성 또는 출혈성 뇌졸중의 유병률 및 사망률의 연관성을 분석하였다. PM2.5 및 PM10 각각 10 μg/m3 증가될 때 단기간의 노출로 총 뇌혈관질환 사망률(total cerebrovascular disease mortality)은 각각 1.4%(95% [CI] 0.9-1.9%), 0.5%(0.3-0.7%) 증가하였다. 총 뇌혈관질환 또는 허혈성 뇌졸중, 출혈성 뇌졸중에 의한 입원율은 데이터가 일관되지 않아 유의한 상관관계를 나타내지 않았다.


■ 호흡기 질환
미세먼지와 호흡기 질환 발생 및 악화의 상관관계에 대해서는 이미 많은 연구를 통해 잘 알려져 있다. 따라서 메타분석을 통해 간단히 살펴보기로 한다.

1) COPD
Bloemsma et al. (2016)에서는 PM10이 10 μg/m3 증가시 FEV1가 -3.38 mL(95% [CI] -6.39, -0.37), PEF가 -0.61 L/min(-1.20 to -0.01) 감소되었다고 보고하였다. DeVries et al. (2016)에서 PM2.5, NO2, SO2와 COPD로 인한 응급실 방문 및 입원율, 사망률을 평가한 결과 PM2.5가 10 μg/m3 증가될 때 COPD로 인한 응급실 방문 및 입원율은 2.5%(1.6-3.4) 증가하였고 NO2 및 SO2가 10 μg/m3 증가시에는 각각 4.2%(2.5-6.0), 2.1%(0.7-3.5) 증가되었다. Li et al. (2016)에서는 PM2.5가 10 μg/m3 증가될 때 COPD로 인한 입원이 3.1%(1.6-4.6) 증가하고 사망률은 2.5%(1.5-3.5%) 증가된다고 밝혔다.


2) 천식
Zheng et al. (2015)에서는 오존, 일산화탄소(CO), NO2, SO2, PM10 및 PM2.5의 단기간의 노출과 천식으로 인한 응급실 방문 및 입원율을 분석한 결과, 대기오염이 천식으로 인한 응급실 방문 및 입원율 증가와 유의미한 관련성을 보였다(오존: RR(95%CI), 1.009(1.006-1.011), CO: 1.045(1.029-1.061), NO2: 1.018(1.014-1.022), SO2: 1.011(1.007-1.015), PM10: 1.010(1.008-1.013), PM2.5: 1.023(1.015-1.031). 따뜻한 계절에 2일 이상 대기오염이 지속될 때 남성, 어린이, 노인의 입원이 더 강한 상관관계를 보였다.


■ 사망률
  • 1)

    Lu et al. (2015)에서 중국, 홍콩, 타이완의 127개 주요 도시의 PM10 및 PM2.5 노출의 단기&장기간의 영향력을 분석하였다. 단기간 PM10이 10 μg/m3 증가될 때 total non-accidental mortality, 심혈관계 사망률, 호흡기계 사망률의 초과 위험(excess risks)은 각각 0.36%(95% [CI] 0.26-0.46%), 0.36%(0.24-0.49%), 0.42%(0.28-0.55%)이었다. PM2.5가 10 μg/m3 증가시에는 각각 0.40%(0.22-0.59%), 0.63%(0.35-0.91%), 0.75%(0.39-1.11%)이었다. 미세먼지 중 니켈이 10 ng/m3 증가될 때 사망률은 0.4-3.11% 더 증가하였다. PM10이 10 μg/m3 증가시 장기간 노출되면 사망 위험은 23-67% 증가하였다.

  • 2)

    Chen et al. (2008)에서 장기간 초미세먼지에 노출시 nonaccidental mortality와 암 사망률, 심혈관계 사망률, 호흡기계 사망률을 분석한 결과, PM2.5가 10 μg/m3 증가시 장기간 노출되면 nonaccidental mortality은 나이, 성별, 지역에 상관없이 6% 증가하였다. 폐암 사망 위험은 15-21%, 총 심혈관계 사망률은 12-14% 증가하였다. PM2.5는 관상동맥 심장질환(coronary heart disease)의 사망률 증가와, SO2 노출은 폐암 사망과 상관관계를 나타냈다.

미세먼지로 인한 질병부담

전세계적으로 심폐사(cardiopulmonary death)의 약 3%와 폐암 사망의 약 5%가 미세먼지 때문인 것으로 추정된다. 유럽의 경우 지역에 따라 각각 1-3% 및 2-5% 정도로 발표되었다. 최근의 연구 결과에 따르면 대기오염과 관련된 질병의 부담이 더 클 수 있다고 한다. 이 연구에서 2010년 한해 동안 지속된 미세먼지로 310만명이 사망했으며, 전세계적인 질병으로 인한 사회적 부담을 측정하는 수치인 장애보정생존연수(Disability Adjusted Life Years)의 통계 중 약 3.1%를 차지했다.

초미세먼지에 노출되면 그 지역 인구의 수명은 평균 8.6개월 정도 줄어든다. 대표적인 건강영향평가방법을 사용한 Improving Knowledge and Communication for Decision-making on Air Pollution and Health in Europe (Aphekom) 프로젝트에서, 장기간의 초미세먼지 농도가 WHO의 AQG(air quality guidelines) 수준으로 떨어지면 대기오염이 가장 심한 도시의 평균 기대수명이 약 20개월 정도 증가할 수 있다고 발표하였다.
[그림 6] PM2.5 감소시(10 μg/m3) 유럽 25개 도시의 기대수명 연장(30세 기준)

공기의 질 개선, 그 영향력

지속적이고 장기적으로 개입하여 대기오염 수준을 낮출 경우 수년 안에 인구집단의 건강이 향상된다는 연구결과가 일관되게 보고되고 있다. 정부의 중재가 성공적이었던 경우와 관련된 연구들이 평가되어 왔으며, 몇 가지 예를 소개한다.
  • [미국] 하버드의 6개 도시 연구
    사망률에 미치는 대기오염의 영향을 평가하기 위해 1974-2009년 동안 미국 내 6개 도시에 거주하는 성인들을 추적관찰하였다. PM2.5 농도는 2000년까지 전반적으로 1개 도시(18 μg/m3 이하)를 제외하고 15 μg/m3 이하로 감소했다. 중요한 것은 PM2.5이 연평균 2.5 μg/m3 감소될 때 모든 원인으로 인한 사망률이 3.5% 감소되는 것과 관련이 있다는 것이다. 이러한 결과는 PM2.5에 대한 만성 노출과 모든 원인으로 인한 사망률, 심혈관계 사망률 및 폐암 사망 사이의 상관관계를 보여준다. 이를 토대로 PM2.5가 모든 원인으로 인한 사망률에 영향을 미치는 임계기간은 1년이며 대기오염이 감소된 직후에 건강이 개선될 것으로 예측할 수 있다. 1980년대와 1990년대 미국의 미세먼지의 감소는 그 당시 기대 수명이 평균 2.7년 연장되었던 것의 15%를 설명하는 것으로 나타났다.

  • [미국] 단기간의 산업 미세먼지 배출 감소
    1967-1968년 동안 구리 제련소가 4개 주에서 파업하었고 1986-1987년 Utah Valley에서 제철소가 폐쇄되었다가 재가동되었다. 계획되지 않은 사건으로 인해 당시 해당 지역의 대기오염 농도가 줄어들어 건강에는 긍정적인 영향을 미쳤다.

    구리 제련소 파업으로 8개월간 그 지역 이산화황 농도가 60% 감소했으며 사망률은 2.5% 감소하였다. Utah Valley 지역의 PM10 주 공급원이었던 제철소가 13개월간 폐쇄되었고 그 해 겨울은 제철소가 가동되었던 이전 겨울에 비해 PM10 농도가 약 50%나 감소하였다. 소아의 입원율은 공장 폐쇄시 약 1/3로 낮아졌으며 기관지염 및 천식으로 인한 입원은 절반으로 줄어들었다. 또한 PM10가 약 15μg/m3 감소할 때 일일 사망자 수가 3.2% 감소되는 것과 관련되어 있었으며, 제철소 폐쇄와 호흡기 사망 감소가 가장 큰 상관관계를 나타냈다.

  • [스위스] 호흡기 건강 연구 및 대기오염 저감 대책
    The Swiss Study on Air Pollution and Lung Diseases in Adults 연구에서는 1991년과 2002년에 스위스의 8개 지역에서 성인의 폐질환을 평가하였다. 각 참가자의 거주지에서 노출되었을 것으로 추정된 실외 PM10 농도는 연구기간 동안 평균 6.2 μg/m3 감소되었고 지역별로 2002년 기준 약 5-35 μg/m3 수준이었다. 이러한 미세먼지 감소는 다양한 폐 기능 파라미터들이 연령에 따라 매년 감소된 것과 관련되어 있다. PM10의 감소로 지속적인 기침, 만성 기침 또는 가래, 쌕쌕거림(wheezing) 및 헐떡임(breathlessness) 등과 같은 호흡기 증상에 대한 보고가 줄어들었다. The Swiss Study on Childhood Allergy and Respiratory Symptoms with respect to Air Pollution, Climate and Pollen 연구의 일환으로 9개 지역의 어린이들에게 1992-2001년 동안 추적관찰하였다. 그 결과 PM10의 감소로 만성 기침, 기관지염, 감기, 야간의 마른 기침 및 결막염 증상 등 다양한 호흡기 증상의 발생률이 감소된 것으로 보인다. 이러한 결과는 주변 공기의 질의 개선이 어린이 및 성인의 호흡기 건강에 유익하다는 것을 제시한다.

    이러한 성공적인 중재는 미세먼지의 감소가 전체 사망률 및 호흡기 사망률, 심혈관계 사망률을 실제로 감소시킬 수 있음을 보여준다. 이러한 유익은 대기오염 수준이 조금 감소되어도 나타날 수 있기 때문에 미세먼지를 줄이기 위한 정책적인 노력이 지속적으로 인구집단의 건강에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.

맺으며..

미세먼지는 전세계 모든 곳에 널리 퍼져있다. 미세먼지와 초미세먼지가 건강에 미치는 악영향은 많은 연구를 통해 증명되었으며, 건강에 영향을 미치지 않는 안전한 수준 또는 한계점과 같은 근거는 없다.

상대적으로 낮은 농도라도 미세먼지는 건강에 영향을 미치므로 질병 위험을 최소화하기 위해 WHO AQG 수준에 맞춰 공기의 질을 효과적으로 관리해야 한다. PM10과 PM2.5을 모니터링하여 노출된 인구를 평가하고 지방 정부에서도 대기질의 향상을 위해 노력할 수 있도록 지원할 필요가 있다. 지속적인 정책 개입으로 미세먼지가 감소되면 인구집단의 건강에 유익하다는 근거가 있으며, 적은 양의 감소에도 이러한 효과가 나타날 수 있다. 무대책으로 인한 건강 및 경제에 미치는 영향도 평가해야 한다.

미세먼지는 현재 기술로 줄일 수 있다. 또한 엄격한 대기질 기준을 설정하고 여러 배출원들의 미세먼지 배출을 제한하는 등의 규제와 자원을 연소시키거나 자동차를 이용한 운송방식 및 토지 계획을 변경하는 등 구조적 변화가 필요하다. 뿐만 아니라 개인의 행동 변화, 즉 이동방식의 변화 또는 가정용 에너지원 사용 등도 요구된다. 블랙카본은 미세먼지 및 기후변화에 영향을 미치는 중요한 지표로 이를 줄이는 것도 공통된 유익을 가져올 수 있다.

Appendix

  • 1)

    Pubmed 검색 키워드: (disease) AND ((((((particulate matter) OR fine dust) OR pm 2.5))) AND meta analysis)

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    http://news.mk.co.kr/newsRead.php?&year=2017&no=245819
  • 경향신문, 미세먼지에 빼앗긴 봄…올해 더 심해진 까닭은,
    http://news.khan.co.kr/kh_news/khan_art_view.html?artid=201704081617001&code=940100#csidxba02ed3acac86869349e75c68285ae5
  • 중앙일보, 서울 미세먼지, WHO 기준 따르면 올해 100일 중 48일 ‘기준 초과’,
    http://news.joins.com/article/21469435
  • 노컷뉴스, "운동회 어쩌나?"…학교 미세먼지 공포에 몸살,
    http://www.nocutnews.co.kr/news/4770397#csidxc054a6ba6a76b6e81c76ea0c7108dab
  • 비즈엔터, JTBC ‘뉴스룸’ 문재인ㆍ안철수 등 대선 후보들의 미세먼지 대책은?,
    http://enter.etoday.co.kr/view/news_view.php?varAtcId=103634#csidx98ab2e240bc3846bb947305da6ec31d
박재경 | KIMS 학술팀
jkbahk@kims.co.kr

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