응급실로 내원한 급성심근경색과 급성뇌졸중 환자의 증상 발현에
대기오염이 미치는 영향에 대한 분석
Effects of air pollution on development of symptoms in acute myocardial patients and
acute stroke patients visiting emergency department

성균관대학교 의과대학 삼성서울병원 응급의학교실      
질병관리본부 질병예방센터 만성병조사과      

Ⅰ. 들어가는 말
  대기오염은 호흡기질환, 심뇌혈관질환에 의한 사망률을 높이는 것으로 여러 연구들에서 밝혀졌다. 이에 대한 결과들은 대부분 만성적인 대기오염의 노출에 의해 발생하는 효과에 대하여 보고하고 있는데, 수년 전부터 일부에서는 대기오염이 급성심근경색이나 급성뇌혈관 질환의 증상 발현에 노출 후, 수 시간 내에 영향을 미치는 것을 보고하고 있는 연구들이 늘어나고 있다[1-4]. 대부분의 결과들은 이런 대기오염의 노출이 두 질환에 있어 증상 발현에 위험도를 높이며, 이런 환자들의 응급실 방문이 증가하는 것을 보여주고 있다.
  급성심근경색과 급성뇌졸중 등의 혈관이 막히거나 터져 출혈이 일어나는 대부분의 경우에, 기존의 동맥경화 등의 혈관 자체의 변화가 있으며, 이런 변화는 당뇨, 고혈압, 고령 등의 위험 인자들에 의해 만성적으로 오랜 기간에 걸쳐 이루어진다. 혈관벽에 쌓인 지질 대사산물이 만든 죽상판(atheromatous plaque)은 어느 순간 파열되어 혈소판 응집 등의 혈액응고반응을 유발하여 혈관이 막히는 결과를 가져온다. 이러한 일련의 과정들 중 마지막인 혈관벽의 죽상판 파열을 유발하는 원인에 대해서는 상대적으로 잘 알려져 있지 않다. 기존에는 이 유발요인으로 육체적, 정신적 스트레스, 갑작스런 혈압의 상승 등이 알려져 있었고, 최근에는 염증 반응이 중요한 역할을 하는 것으로 알려지고 있다.
  대기오염을 나타내는 지표는 여러 가지가 있으나, 일반적으로 이산화황(SO2), 미세먼지(particulate matter with an aerodynamic diameter less than or equal to 10μm; PM10), 이산화질소(NO2), 오존(O3), 일산화탄소(CO) 등이 있다. 이 중 미세먼지는 그 크기에 따라 세분화되어 있어 일부 북미와 유럽의 국가들에서는 2.5μm 크기 미만의 것을 일반적으로 측정하고 있으며, 이 미세먼지의 영향에 대한 결과들이 앞에서 언급한 연구들에 발표되었다. 이런 여러 가지의 오염 요소들이 생물학적으로 사람에게 미치는 영향에 대해서는 정확히 알려져 있지 않지만, 일부 연구들에 의하면 미세먼지는 폐로 흡인되어 환자 혈액에 노출되면 염증반응을 촉발하는 것으로 알려져 있다[5,6].
  기존의 연구들 및 일반적인 대기오염 연구의 어려움은 앞에서 언급한 바와 같이 오염물질 들의 생물학적 영향에 대한 기전이 잘 알려져 있지 않고, 여러 다른 원인들에 대한 노출 정도 및 동반된 위험인자에 대한 파악 등이 불가능한 경우도 많아, 그 결과의 일관성 및 해석에 있어 여러 어려운 점이 있다. 하지만 최근에 대기오염의 임상적 연구에 사용되는 방법 중 하나인 환자-교차 연구(case-crossover design)를 통해 급성 증상이 나타나는 질환에 있어 대기오염의 영향을 보는 것에 대한 타당성이 보고되고 있고, 이를 이용한 여러 연구들이 있다[7].
  본 연구는 16개월 동안 26개 병원 응급실로 내원한 급성심근경색 환자와 급성뇌졸중 환자의 자료를 통해 급성심근경색과 급성뇌졸중 질환 발생시간과 대기오염도 자료를 이용하여 대기오염이 증상 발생에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.

Ⅱ. 몸 말
  2007년 11월 1일부터 2009년 2월 28일까지, 전국 15개 도시의 26개 병원 응급실을 통해 내원한 급성심근경색환자와 급성뇌졸중환자를 조사하였다. 이 중 서울의 1개 병원은 처음 2개월간 참여하였고, 광주와 진주의 각각 1개 병원은 2009년 1월부터 참여하여 본 연구에서는 2개월에 해당하는 환자군만 포함되었다. 또한 서울의 1개 병원은 연구가 진행되고 2개월 이후부터 참여하게 되어 전체적으로 14개월을 참여하였다. 각 병원별 지정된 연구원이 직접 면담, 의무기록조사, 119 활동 기록지 등을 참고하여 질병관리본부에 보고한 자료 중 환자의 기본적인 정보와 환자의 증상 발현 시간을 조사한 자료를 이용하였다.
  대기오염자료는 해당기간 동안 측정한 이산화황, 미세먼지, 이산화질소, 오존, 일산화탄소의 시간당 평균 농도 자료를 환경연구원을 통해 얻었고, 이는 각 병원이 속해 있는 도시별로 적용하여 사용하였다. 각 도시별 측정소의 평균을 계산하여, 그 도시의 환자에 적용하였다. 대기오염과 같이 노출되어 영향을 줄 수 있을 것으로 판단되는 날씨 요인 중 일중 평균 온도와 습도의 자료는 기상청의 공개된 자료를 이용하였다. 이번 연구의 분석에 사용한 5개의 오염 지표와 평균 온도, 습도 자료의 평균 및 중간값은 Table 1과 같다.

  본 연구는 앞에서 언급한 환자-교차 연구 방법을 사용하였으며, 환자의 증상 발현 시간을 중심으로 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6시간 전을 대상시간으로 설정하고 그 시간의 각각 7, 14, 21, 28일 전을 대조시간군으로 정하여 1:4 비교를 하였다. 대기오염 물질들의 영향을 분석하기 위해 조건부 로지스틱 회귀분석(conditional logistic regression) 모델을 적용하여 odds ratio를 구하였다. 이산화황, 오존, 이산화질소의 경우 0.001ppb의 증가에 따른 값이고, 미세먼지는 1μg/m3, 일산화탄소는 0.1ppb의 증가에 따른 값이다. 전체 질환군에 대해서뿐만 아니라, 환자를 성별 및 흡연과 음주여부에 따라 군을 구분하여 각 위험 인자를 가진 환자군에서의 영향을 분석하였다.
  연구 기간 동안에 등록되고 분석에 필요한 자료가 적절히 입력된 급성심근경색 환자는 전체적으로 5,959명이었고, 이 중 남자는 4,195명으로 전체의 70.4%를 차지하였다. 급성뇌졸중 환자는 13,247명이었고, 이 중 남자는 7,264명으로 전체의 54.9%를 차지하였다. 각 질환별 중요 위험인자인 당뇨와 고혈압 환자의 수, 흡연, 환자의 내원 당시 생체 징후(vital signs)는 Table 2와 같다. 급성뇌졸중은 그 질환의 특성상 크게 허혈성(ischemic), 출혈성(hemorrhagic), 지주막하출혈(subarachnoid hemorrhage; SAH)로 구분할 수 있는데, 본 연구에서는 허혈성 뇌졸중 환자는 8,784명, 출혈성 뇌졸중 환자는 2,821명, 지주막하출혈환자는 1,472명으로 허혈성 뇌졸중 환자가 출혈성 환자에 비해 많았다.
  급성심근경색 환자 전체적인 분석에서는 발생 당시의 이산화황의 odds ratio가 통계적으로 의미 있게 증가된 것으로 보이지만 그 정도가 미미하다. 이외의 다른 대기오염 지표들도 급성기 발현에 큰 영향을 보이지 않는 것을 볼 수 있다(Table 3).

  환자들의 성별, 흡연, 음주여부에 따라 나누어 분석하였을 때, 여성 환자들 중 비흡연자들에서 일산화탄소의 영향이 의미 있게 나타났다. 비흡연 여성들에서는 증상 발생시간 2시간 전부터 발생 당시까지 증가된 일산화탄소의 농도는 심근경색 발생을 약 46-59% 증가시키는 것을 알 수 있고, 음주를 하지 않는 여성들에서 발생시간 1, 2시간 전의 일산화탄소 농도의 증가는 심근경색 발생을 약 42-43% 증가시키는 것을 볼 수 있다(Table 4). 이외에도 통계적으로 유의한 결과들이 있으나, 대부분이 200명 미만의 소그룹에 해당되어 임상적인 의미를 찾을 수 없었다.
  급성 허혈성 뇌졸중 환자에 대한 각 오염물질별 odds ratio는 Table 5와 같다. 대기 중 이산화황의 증가는 급성허혈성뇌졸중 환자에서 증상 발현에 통계적으로 유의한 odds ratio를 보이고, 이것이 증상 발현 6시간 이전부터 증상 발현 당시까지 유의하게 높게 유지되었다.

Ⅲ. 맺는 말

  본 연구는 우리나라의 1개 특별시, 6개의 광역시가 포함된 전국 15개 도시의 26개 병원이 참여하여, 각 병원의 응급실로 내원한 급성심근경색환자와 급성뇌졸중 환자의 자료를 입력한 내용을 이용하여 분석한 자료이다. 이 자료를 이용하여 환경연구원에서 측정하고 있는 시간별 지역 대기오염자료와 기상청의 일별 평균, 최고, 최저 온도와 습도 자료를 이용하여 대기오염 지표별 급성심근경색환자와 급성뇌졸중 환자의 증상 발현 위험도를 조사하였다.
  혈관이 막히거나 터져 출혈이 일어나는 많은 경우, 기존의 당뇨병, 고혈압, 고령 등으로 인해 동맥경화 등 혈관자체의 변화가 있으며, 이런 변화는 만성적으로 오랜 기간에 걸쳐 이루어진다. 경화된 혈관벽에 쌓인 죽상판(atheromatous plaque)이 어느 순간 파열되어, 혈소판 응집 등의 혈액응고반응을 유발하여 혈관이 막히는 결과를 가져온다. 이런 일련의 현상들의 결과로 급성심근경색증이 발생하는 것으로 알려져 있다. 급성심근경색증을 유발하는 것으로 알려진 여러 원인들은 이런 일련의 현상 중에 한 부분을 자극하여 혈관을 막는다. 아직은 대기오염 물질들이 어떻게 이런 현상을 유발시키는 지에 대해 정확히 알려져 있지 않지만 일부의 동물실험 및 대규모 임상 실험들에서 조금씩 밝혀지고 있다.
  이전의 많은 연구들이 심근경색의 증상 발현의 원인으로 미세먼지를 연구하였고, 이 미세먼지 중에서도 우리나라에서는 공식적으로 측정하지 않는 2.5μm 미만 크기의 먼지를 집중연구하고 있는데, 미세먼지 중 PM2.5 이외의 다른 오염지표는 대부분에서 급성심근경색과 연관이 없는 것을 보고하고 있다. 이런 결과는 전체 환자군에서는 본 연구의 결과와 일치하는 것을 볼 수 있다. 반면 본 연구결과에서는 세부군 분석을 통해 얻은 결과에서 일산화탄소의 농도 증가가 비흡연 여성에서 급성심근경색의 위험도를 증가시키는 것을 볼 수 있었으며, 음주를 하지 않는 여성에서도 비슷한 결과를 보였다. 이는 비교적 적은 1,500명 정도에서 얻은 결과로, 통계적인 유의성은 보이고 있지만 임상적인 의미를 가지려면 좀 더 많은 대상으로 추가적인 연구가 필요할 것이다.
  급성심근경색에 비해 급성뇌졸중환자에 대한 연구는 상대적으로 많은데, Hong 등은 2002년도에 서울에서 7년 동안의 자료를 통해 뇌졸중으로 인한 사망과 대기오염의 연관성을 보았고, 결과에서 미세먼지와 이산화황의 농도 증가가 당일의 허혈성 뇌졸중으로 인한 사망률을 증가시키는 것으로 보고하고 있다[8]. 2006년에는 Villeneuve 등은 캐나다 에드몬튼 지방에서 10년 동안 12,422명의 응급실에 내원한 급성뇌졸중 환자를 대상으로 한 연구에서 이산화황, 일산화탄소에 의한 급성뇌졸중 환자의 응급실 방문 증가에 대한 결과를 보여주고 있다. 본 연구에서 나타난 허혈성 뇌졸중 환자에서의 이산화황에 의한 증상발생 위험도 증가는 증상 발생 전 6시간동안 지속되었고 다른 연구의 결과와 일치하는 면을 보이고 있어, 어느 정도 그 임상적 의미가 있다고 할 것이다.
  본 연구는 전국 26개 병원 응급실에 내원한 급성심근경색환자와 급성뇌졸중환자들의 자료를 기반으로 대기오염이 이 질환들의 증상발현에 미치는 영향에 대한 분석을 하였다. 각 질환군 전체로는 의미 있는 결과를 보이지는 않았지만, 세부군 분석에서 비흡연 여성에 대한 일산화탄소의 영향과 허혈성 뇌졸중 환자에서의 이산화황의 영향은 임상적인 의미를 가진다고 하겠다. 추후 더 많은 환자군과 자료의 분석을 통해 대기오염의 영향에 대한 분석이 필요하겠다.
 

Ⅳ. 참고문헌

 1. Peters A, Dockery DW, Muller JE, Mittleman MA. Increased particulate air pollution and the triggering of myocardial infarction. Circulation 2001;103:2810-
     5.
 2. Pope CA, 3rd, Muhlestein JB, May HT, Renlund DG, Anderson JL, Horne BD. Ischemic heart disease events triggered by short-term exposure to fine
     particulate air pollution. Circulation 2006;114:2443-8.
 3. Lokken RP, Wellenius GA, Coull BA, Burger MR, Schlaug G, Suh HH, et al. Air pollution and risk of stroke: underestimation of effect due to
     misclassification of time of event onset. Epidemiology 2009;20:137-42.
 4. Szyszkowicz M. Ambient air pollution and daily emergency department visits for ischemic stroke in Edmonton, Canada. Int J Occup Med Environ Health
     2008;21:295-300.
 5. Salvi SS, Nordenhall C, Blomberg A, Rudell B, Kelly F, Sandstrom T, et al. Acute inflammatory responses in the airways and peripheral blood after short-
     term exposure to diesel exhaust in healthy human volunteers. Am J Respir Crit Care Med. 1999;159:702-9.
 6. Ghio AJ, Kim C, Devlin RB. Concentrated ambient air particles induce mild pulmonary inflammation in healthy human volunteers. Am J Respir Crit Care
     Med. 2000;161:550-7.
 7. Jaakkola JJ. Case-crossover design in air pollution epidemiology. Eur Respir J Suppl 2003;40:81s-5s.
 8. Hong YC, Lee JT, Kim H, Kwon HJ. Air pollution: a new risk factor in ischemic stroke mortality. Stroke 2002;33:2165-9.
 9. Villeneuve PJ, Chen L, Stieb D, Rowe BH. Associations between outdoor air pollution and emergency department visits for stroke in Edmonton, Canada.
     Eur J Epidemiol 2006;21:689-700.

  이 글은 성균관대학교 의과대학 삼성서울병원 응급의학교실 조익준 교수님께서 작성하셨습니다.  감사의 말씀 드립니다.