기후변화와 대기오염이 호흡기 및 알레르기 질환에 미치는 영향
Climate change and air pollution effect on respiratory and allergic disease in Korea

질병관리본부 질병예방센터 만성질환관리과             
조혜민             

Ⅰ. 들어가는 말
  기후변화로 인한 건강영향은 다양한 경로를 통해 일어난다. 폭염, 홍수, 태풍, 화재, 가뭄 등의 기상 재해가 직접적으로 사망, 상해, 정신적 장애를 초래할 수 있으며, 간접적으로 전염병 매개체 분포의   변화, 꽃가루와 포자 등을 포함한 알레르기 유발물질의 확산, 농산물 생산량의 변화로 설사나 말라리아, 뎅기열, 알레르기질환, 영양실조와 후천성 장애가 증가할 수 있다.
  기후변화에 관한 정부 간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 제4차 보고서(2007)에서는 기후변화로 인한 대기의 질 악화가 건강에 영향을 미치는 요소로 지표 오존(Ozone), 미세먼지(Particulate Matter, PM), 산불로 인한 대기오염물질, 대기오염물질의 장거리 이동을 들고 있다. 
  지표 오존은 도시 스모그의 주요 구성성분으로 자연발생하며, 고온의 밝은 빛 안에서 질소산화물 및 휘발성유기화합물을 수반한 광화학적 반응을 통하여 형성되는 2차 오염물이다. 도시지역, 대기의 수증기 배출 및 혼합은 오존 생산 및 오존 선구 물질 배출 모두에 영향을 미친다. 지표 오존의 농도는 대부분의 지역에서 증가하고 있으며, 상승한 오존 농도에 대한 노출은 유산과 함께 폐렴, 만성폐쇄성폐질환, 천식, 알레르기성 비염 및 다른 호흡기 관련 질병들로 인한 병원 이용 증가와 관련을 가진다.
  미세먼지는 대기 중 장기간 떠다니는 입경 10㎛ 이하의 먼지로, 사망률 및 유병률에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 미세 먼지의 증가는 건강에 대한 심각한 부정적 영향을 가져올 수 있다. 산불에서 발생하는 대기오염물질들은 대규모 화재로 인한 가스 및 특정 오염원들을 대기로 방출하며, 특히  어린이들에게 폐렴과 한층 더 심각한 호흡기성 질병들, 천식 및 만성폐쇄성폐질환을 포함하여 심각하고 만성적인 호흡기계 질환을 유발하는 상당한 원인이 된다.
  몽골, 중앙아시아 및 중국 지역에서 발생하여 바람에 의해 이동하는 먼지는 원거리 지역 내의 대기의 질 및 인체에 영향을 미칠 수 있다. 먼지가 없는 기상상태와 비교했을 때 먼지는 미립자들을 운반할 수 있으며, 이 미립자들은 인간의 건강, 균류, 포자 및 박테리아에 영향을 미칠 수 있다.
한편 기후변화는 북반구에서 봄철 꽃가루시기를 앞당기는데 영향을 준다. 비염과 같은 알레르기성 질환들은 꽃가루(Pollen)에 의해 유발되며, 이러한 꽃가루들이 주기적으로 몇 가지 변화를 수반하게 한다. 또한 꽃가루 계절의 연장이 일부 질병을 증가시킨다는 제한된 근거들도 존재한다. 소수의 연구에서는 기후변화가 알레르기를 일으키는 곰팡이 포자 또는 박테리아의 노출을 증가시킨다고 보고하고 있다. 새로운 알레르기를 유발하는 대기물질에 의해 식물군의 변화들은 민감도를 증가시킨다. 특히 세계 여러 지역에 흩어져 있는 돼지풀(Ambrosia artemisifolia)처럼 알레르기를 일으키고 상당량의 꽃가루를 수반하는 새로운 외래 식물 종들의 전래는 중대한 건강상의 위험을 유발할 수 있다. 또한, 이산화탄소의 농도 및 온도 증가는 돼지풀 꽃가루 생산을 증가시키고, 배출시기를 연장시킬 뿐 아니라, 인간의 건강에 영향을 미칠 수 있는 일부 식물의 대사산물들을 증가시킨다.
  그 밖에도 IPCC의 보고서에 의하면 기후변화는 최근 질병과 조기 사망이라는 전 지구적 부담에 원인이 되고 있다. 인간들은 기상패턴의 변화(온도, 강수량, 해수면 상승 및 더욱 빈번해진 극한 현상들)들과 간접적으로는 물, 공기, 식량의 질 변화 그리고 생태계, 농업, 산업과 주거 및 경제의 변화들을 통해 기후변화에 노출된다고 하였다.
  특히, 기후변화와 대기오염으로 인한 건강영향은 급성호흡기 질환의 유병률과 사망률을 높이고 다른 질병에 의한 사망률도 높이는 것으로 나타나 있으며, 폐질환이 있는 민감집단에 대한 영향도 문제가  되고 있다. 대기오염물질이 인체에 미치는 인자로는 오염물질의 종류, 농도, 지형 및 기상조건, 개인차, 인구밀도, 생활환경과 생활조건이 있고, 많은 도시에서의 사망과 질병의 증가는 더운 기간의 높은 오존 농도와 관련이 있는 것으로 보고되고 있다. 덥고 건조하며 정체된 기상상태는 오존 형성에 영향을 미치며, 특히 기온의 경우는 직접적인 관련이 있다고 보고되고 있다.
  그 밖에도 기후변화는 사람들의 알레르기 유발물질에 대한 노출에 중요한 역할을 하게 된다. 알레르기의 원인이 되는 식물들의 개화기와 성장에 영향을 미침으로써 알레르기성 오염물질의 농도와 분포에 영향을 주며, 식물들은 날씨에 민감하여 기온상승에 따라 꽃가루 생성이나 식물 종의 지리적 분포가 확산되기 때문에 결과적으로 기후변화는 hay fever(봄철에서 여름에 걸친 식물의 개화기에 나타나는 알레르기성 비염)와 같은 알레르기의 계절적 발생시기 및 지속기간에 영향을 미치게 된다. 최근에는 알레르기, 천식환자들이 증가하고, 개별 환자들의 증상이 악화되는데 이런 알레르기 유발물질의 증가와 관련이 있는 것으로 보고되고 있다.
  위의 연구로부터 현재 기후변화와 대기오염으로 인한 건강영향은 기후변화에 따른 대기오염과 관련한 적인 경향으로 기온상승에 따라 오존의 농도가 뚜렷이 증가하는 것이 발견되었으며, 여름철 기온상승에 따른 오존량 증가와 사망자 증가의 관련성, 천식 및 알레르기 질환의 원인물질(꽃가루 발생시기 및 지속시간) 증가와 관련이 있는 것으로 알려지고 있다.
  이에, 본 연구는 지구온난화 등 기후변화로 인한 대기오염의 악화와 이로 인한 호흡기 질환(천식) 및 알레르기 질환 발생에 미치는 영향을 파악하고, 향후 연구 및 국민건강관리의 기초자료로 활용하고자 한다.

Ⅱ. 몸 말
  1. 연구방법
  이 연구는 우리나라 7대 광역시(서울, 부산, 인천, 대구, 대전, 광주, 울산)와 제주를 대상으로 실시한「기후변화의 대기오염, 호흡기 및 알레르기 질환 발생 상관성에 관한 조사연구」결과 중 서울시에   해당하는 결과를 바탕으로 정리하였으며, 분석을 위하여 다음과 같이 환경부의 대기오염자료, 통계청의 사망자료, 국민건강보험공단의 상병자료, 기상청의 기상자료를 사용하였다.
  자료분석은 대기오염과 건강영향(사망 및 상병)의 경우 시간에 따른 사망자수와 대기오염의 변화 값을 이용하여, 그 연관성을 분석하고자 시계열 분석에 적합한 일반화부가모형(Generalized Additive Model, GAM) 사용하였고, 장기적인 추세변동과 계절 변동, 요일효과 등을 보정하고, 기온이나 상대습도, 해수면기압에 대한 영향요인을 제거, 민간집단을 확인하기 위한 성별, 연령별, 요인별 각각 분석을 시행하였다.
  기후변화와 건강영향(사망 및 상병)의 경우는 기온과 사망발생에 대해 노출-반응곡선을 추정하고,   곡선의 특정 portion에 대해 고온 관련, 저온 관련 기온이 사망에 미치는 영향을 평가하였다. 고온과  저온 효과 각각에 대하여 두 가지 기온변화에 따른 영향을 추정하기 위해서, 평균 기온분포의 50퍼센타일(percentile, 백분위수)에 해당하는 15℃를 지표 기온(reference temperature)으로 하여 고온효과의  경우에는 25℃에서의 위험을 계산하였고, 고온효과의 경우 -1℃에서의 위험을 추정하였다. 또한 기온과 사망 및 입원과의 연관성을 평가할 때 대기오염농도가 혼란변수로 작용할 수 있어 본 연구에서는 잠재적인 혼란변수를 확인하고 보정하기 위하여 모형에 대기오염농도(PM10, O3)를 포함하는 민감도 분석을 실시하였다.

  2. 연구결과
  대기오염으로 인한 사망 영향 평가에서 1999년부터 2009년까지 서울시 일별 평균 총 사망자수는 92.9명, 호흡기계 질환으로 인한 사망자 수는 5.5명으로 분석되었다(Table 1). 사망원인별로 각각의  대기오염 농도가 IQR(InterQuartile Rnage) 만큼 증가할 때, 당일 대기오염 평균 농도(lag0)부터 3일전 농도까지(lag3) 각각의 대기오염이 서울시 일별 사망에 미치는 영향을 평가하였다.
  평가결과, 월별 대기오염 농도 증가에 따른 일병 사망자수와의 연관성은 사망원인별로 다른 지연효과를 보였다. PM10 농도의 경우 총 사망, 호흡기 질환 사망에서 각각 사망 당일(lag0), 이틀 전(lag2)에서 가장 강한 연관성을 보였고, 오존의 경우에는 총 사망의 경우 당일(lag0), 호흡기 질환 사망의 경우 하루 전(lag1)에서 가장 강한 연관성을 보였다. PM10 농도가 38.6㎍/㎥ 증가할 때 총 사망의 위험은 0.3%(95%CI:0.0-0.7) 증가하는 것으로 나타났다(Table 2).

  대기오염으로 인한 입원 영향 평가에서 2003년부터 2008년 까지 알레르기 질환으로 인한 서울시  일별 평균 입원자수는 36.4명, 천식으로 인한 입원자수는 36.5명, 호흡기 질환으로 인한 입원자수는 227.5명으로 나타났다(Table 3). 일별 대기오염 농도 증가에 따른 일별 입원자수와의 연관성은 오염  물질별로 다른 지연효과를 보였다. PM10의 경우 알레르기, 천식, 호흡기 질환으로 인한 입원 모두에서 이틀 전(lag2) 농도를 적용하였을 때 가장 강한 연관성을 보였고, 오존의 경우 알레르기 질환 및 호흡기 질환으로 인한 입원의 경우 하루 전(lag1), 천식으로 인한 입원의 경우 이틀 전(lag2)에서 가장 강한 연관성을 보이는 것으로 나타났다. PM10 농도가 38.5㎍/㎥ 증가할 때 호흡기 질환으로 인한 입원의 위험은 1.2%(95%CI:0.5-1.9) 증가하였고, 오존 농도가 21.1ppb 증가할 때 천식으로 인한 입원의 위험은 3.6%(95%CI:1.1-6.2) 증가하는 것으로 나타났다(Table 4).

  기온과 사망 영향 평가(1999-2009년)는 고온 및 저온이 사망에 미치는 영향을 추정하기 위한 지연효과 평가를 위해 사망 당일부터 28일 전까지의 평균 농도를 적용하여 추정치가 변화하는 것을 평가하였다. 일반적으로 저온효과의 경우 장기적으로 영향이 지속되어 더 긴 지연시간을 가지며, 고온효과의 경우에는 비교적 급성영향을 보이는 것으로 보고되고 있다. 지연효과를 평가한 결과, 기존 선행 연구에서와 마찬가지로 고온효과의 경우에는 사망 당일에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났고, 저온효과의 경우에는 그 영향이 장기적으로 지속되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 저온효과에 대해서는 사망 당일부터 28일 전까지의 평균 농도를 모형에 적용하였다(Figure 1).

  Figure 2는 고온 및 저온에 대해 각각 선정된 lag time(heat: lag0, cold: lag0-28)을 적용하여 기온과 사망에 대해 노출-반응곡선을 추정한 그림으로 평균 기온분포의 50퍼센타일에 해당하는 15℃를 지표 기온으로 하여 사망의 위험을 추정한 결과, 고온으로 인한 총 사망의 위험은 8.9%(95%CI:6.6, 11.2), 저온으로 인한 총 사망의 위험은 14.4%(95%CI:6.2, 23.1) 증가하는 것으로 나타났다. 또한 기온분포의 1퍼센타일과 10퍼센타일, 90퍼센타일과 99퍼센타일에서의 총 사망의 위험을 비교한 결과, 10퍼센타일과 비교하여 1퍼센타일에서 총 사망의 위험이 4.3%(95%CI:-6.1, 15.8), 90퍼센타일과 비교하여 99퍼센타일에서의 총 사망의 위험이 3.4%(95%CI:-0.1, 7.1) 증가하는 것으로 나타났다(Table 5). 25℃, -1℃에서 호흡기 질환의 사망 위험은 각각 9.0(95%CI:0.3, 18.4), 20.1%(95%CI:-9.7, 59.6) 증가하는 것으로 나타났으며, 모형에 대기오염 농도(PM10, O3)를 각각 혹은 동시에 포함하여 분석하였을 때에도 추정치의 크기가 약간 작아지긴 했으나 큰 변화는 없는 것으로 나타났다(Table 6).
  기온과 입원 영향 평가(2003-2009년)는 서울지역에서 입원에 대한 기온의 지연효과를 평가한 결과, 사망에서와 마찬가지로 고온 효과의 경우에는 입원 당일에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났고,  저온 효과의 경우에는 그 영향이 장기적으로 지속되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 저온 효과에   대해서는 입원 당일부터 28일 전까지의 평균 농도를 모형에 적용하였다. 평균 기온분포의 50퍼센타일에 해당하는 15℃를 지표기온으로 하여 질환별 입원의 위험을 추정한 결과, 호흡기 질환으로 인한 입원의 위험은 25℃에서 6.3%(95% CI:1.4, 11.5), -1℃에서 25.9%(95% CI:7.6, 47.3) 증가하는 것으로 나타났다(Table 9). 알레르기 질환 및 천식으로 인한 입원의 경우에는 저온효과의 경우에만 통계적으로 유의한 연관성을 확인할 수 있었다(Table 7, 8).

  또한, 서울시 기온분포의 1퍼센타일과 10, 90과 99퍼센타일에서의 질환별 입원의 위험을 비교한 결과, 10percentile과 비교하여 1percentile에서 호흡기 질환으로 인한 입원의 위험이 2.7%(95% CI:-5.1, 11.1), 90퍼센타일과 비교하여 99퍼센타일에서의 호흡기 질환 입원의 위험이 10.4%(95% CI: -11.7, 37.9) 증가하는 것으로 나타났다(Table 9). 모형에 대기오염 농도(PM10, O3)를 각각 혹은 동시에 포함하여 분석하였을 때에도 추정치의 크기가 작아지거나 일부 유의성이 사라지긴 했으나 비교적 큰 변화는 없는 것으로 나타났다(Table 7-9).

Ⅲ. 맺는

  기후변화와 대기오염이 호흡기 및 알레르기 질환에 미치는 영향을 분석하기 위해 여러 기관의 협조를 구하여 자료를 수집하였고, 수집된 자료를 이용하여 질환 관련 사망 및 입원에 관한 건강영향을 평가하였다. 연구결과 PM10 농도가 38.6㎍/㎥ 증가할 때 총 사망의 위험은 0.3%, 호흡기계 질환으로 인한 입원의 위험은 1.1% 증가하는 것으로 나타났고, 오존 농도가 21.1ppb 증가할 때 천식으로 인한 입원의 위험은 3.6% 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 평균 기온분포의 50퍼센타일에 해당하는 15℃를 지표 기온으로 하여 사망의 위험을 추정한 결과 고온으로 인한 총 사망의 위험은 8.9%, 저온으로 인한 총  사망 위험은 14.4% 증가하는 것으로 나타났으며, 질환별 입원의 위험을 추정결과, 호흡기 질환으로   인한 입원의 위험은 25℃에서 6.3%, -1℃에서 25.9% 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 천식 등 알레르기 질환에 원인물질인 꽃가루 증가와 질환과의 관련성에 대해서는 자료수집의 어려움으로 인해 본  연구에서 확인할 수 없었다.
  국내에서는 기후변화와 사망이나 호흡기 질환과의 연관성을 고려한 연구는 아직 미흡한 수준이다. 하지만 국제적으로 기후변화로 인한 건강영향의 연구는 빠르게 발전하고 있다. 기후변화로 인한 건강영향에 대한 연구는 기후변화 뿐 아니라 환경 및 사회경제적 요인 등 여러 가지 요인들에 의해 영향을   받는다. 따라서 이러한 요인들을 보정하고 보다 정확한 예측모델을 개발하기 위해 추가적인 연구가   계속적으로 이루어져야 할 것이다.

Ⅳ. 참고문헌

1. Nilsson et al., 2001a, b; Mott et al., 2005.
2. Mudway and Kelly, 2000; Gryparis et al., 2004; Bell et al., 2005, 2006; Ito et al., 2005; Levy et al., 2005.
3. Claiborn et al., 2000; Fan et al., 2002; Shinn et al., 2003; Cook et al., 2005; Prospero et al., 2005; Xie et al., 2005; Kellogg and Griffin, 2006.
4. Emberlin et al., 2002; Burr et al., 2003.
5. WHO., Injury chart Book: Graphical Overview of the Burden of Injuries. World Health Organization Geneva, 2002a;81p.
6. Claiborn CS, D Finn, TV Larson and JQ Koenig, Windblown dust contributes to high PM2.5 concentration. J. Air Waste Manage., 2000;50:1440-1445.
7. Emberlin J et al., Responses in the start of Betula(birch) pollen seasons to recent changes in spring temperatures across Europe. Int. J. Biometeorol., 2002;46:159-170.
8. Corden JM et al., Long-term trends and regional variation in the aeroallergens in Cardiff and Derby UK: are differences in climate and cereal production having an effect? Aerobiologia., 2003;19:191.
9. Rybnicek O and S Gaeger., Ambrosia(ragweed) in Europe. ACI International., 2001;13:60-66.
10. Smith RL et al., Threshold dependence of mortality effects for fine and coarse particles in phoenix, arizona. Journal of Air and Waste Management Association, 50:1367-1379, 2000.
11. IPCC., 기후변화연구보고서(번역본), 616-617, 2007.
12. 장재연 등, 한반도 기후변화 영향평가 및 적응프로그램 마련-기후변화로 인한 건강피해 가능성 조사 및 피해 저감정책 방향에 관한 연구, 아주대학교, 2003;

      이 연구는 질병관리본부 학술연구용역사업으로「기후변화의 대기오염, 호흡기 및 알레르기 질환 발생 상관성에 관한 조사연구」
      순천향대학교(연구책임자: 박윤형 교수)에서 수행한 연구입니다.