질병관리본부 유전체센터 바이오뱅크과
김혜련, 연종우, 김영열*
*교신저자 : youngyk@nih.go.kr, 043-719-6532

  Abstract

Kim Hye Ryun, Youn Jong Woo, Kim Young Yeol
Division of Biobank for Health Sciences, Center for Genome Science, KNIH, KCDC

BACKGROUND: Smoking is the source of exposure to various hazardous substances including nicotine, tar, carbon monoxide and heavy metals. Lead (Pb), mercury (Hg) and cadmium (Cd) contained in the cigarette smoke are among the top 10 chemicals harmful to health. In this connection, this study investigated the effects of smoking on concentrations of blood heavy metals and clinical characteristics.
METHODOLOGY: Heavy metal concentrations in the blood were studied in 7,719 samples from Korea National Health and Nutrition Examination Survey (KNHANES) in 2008-2011.
RESULTS: The geometric means of lead, mercury, and cadmium concentrations in blood were 2.24 ㎍/dL (95% CI: 2.22-2.27), 4.02 ㎍/L (95% CI: 3.94-4.09) and 0.97 ㎍/L (95% CI: 0.96-0.99). Lead and cadmium levels in the blood of current-smokers were higher than non-smokers and former-smokers, but mercury level was highest in former-smokers. The odds ratio of smoking status and lead, mercury, and cadmium concentrations in blood were higher with 3.73, 1.59, and 23.84 in current-smokers than non-smokers. Heavy smokers were found to have correlation with high concentrations of white blood cell (WBC), hemoglobin, hematocrit, and ferritin in blood.
CONCLUSION: This study demonstrated that smoking increased heavy metals (lead, mercury, and cadmium) concentrations, affected hemoglobin, hematocrit, ferritin concentrations and was associated with high WBC counts.

흡연은 질병과 조기사망의 주요한 원인으로 남자와 여자, 사회경제적 지위가 높은 사람과 낮은 사람, 모두에서 흡연자가 비흡연자보다 더 일찍 사망할 위험이 높은 것으로 알려져 있고[1], 암, 심혈관계질환, 호흡기질환 등 질병 발생을 증가시키는 위험요인으로 밝혀졌다.
흡연은 니코틴, 타르, 일산화탄소 및 중금속을 포함한 여러 가지 유해물질의 노출원이며, 담배연기에 포함된 독성 및 유해물질은 약 4천여 종에 이르며 이 중에는 중금속이 포함되어 있다[2]. 담배연기에 포함된 중금속 중 수은, 납, 카드뮴은 특히 인체에 해로운 10대 화학물질에 포함된다.
중금속은 비중이 큰 금속으로 직업 및 환경적으로 인체에 유입되며 높은 농도로 노출될 경우, 건강에 악영향을 미치는 독소로 밝혀져 있다. 특히 비직업적 노출의 주요 원인은 흡연과 음식으로 알려져 있다.
카드뮴은 10년 이상의 생물학적 반감기를 가지고 있으며, 하루에 체내 축적되는 카드뮴의 단지 0.01～0.02%만 배출되어 연령이 증가함에 따라 카드뮴 축적량이 증가된다[3]. 카드뮴이 체내에 축적되면, 심혈관, 신경계에 악영향을 주고, 폐암을 유발하고 신장 및 전립선암, 유방암과 관련이 있는 발암물질로 밝혀졌다[3, 4, 5]. 납은 중추신경계, 신장, 심혈관계, 생식기관 및 혈액학적 체계를 손상시킬 수 있고, 10 ㎍/dL 미만의 혈중 납 농도가 아이큐(IQ) 감소 및 주의력결핍 과잉행동장애에도 영향을 줄 수 있다[6]. 수은 원소가 증기형태로 흡입되어 중독 될 경우, 알부민뇨 및 심한 만성 신부전증을 유발할 수 있고, 낮은 수준의 메틸 수은이 태아에 노출이 될 경우에도 주의력 결핍 과잉 행동장애와 영아 발달에 영향을 줄 수 있다고 알려져 있다[7].
담배 한 개비에 1～2 ㎍의 카드뮴이 포함되어 있으며 흡연 시 1,000～3,000 ppb의 카드뮴이 연기와 함께 발생되고 이중 40～60%가 흡연으로 체내에 흡수된다. 또한 이전의 연구에서 비흡연자에 비해 흡연자의 혈중 평균 농도가 높다는 것을 알 수 있었다.
이에 본 연구는 국민건강영양조사 제4기 2008～2009년, 제5기 2010～2011년 자료를 이용하여 흡연이 혈중 중금속 농도에 미치는 영향을 분석하였고, 흡연이 건강에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 흡연자와 비흡연자의 일반혈액검사 결과와의 상관관계를 분석하였다.

연구대상

본 연구는 국민건강영양조사 제4기 2008～2009년과 제5기 2010～2011년 자료의 연령, 성별, 흡연력, 음주력, 중금속 농도(납, 수은, 카드뮴) 등 약 100여 개의 건강 설문조사 및 검진조사 변수 자료를 활용하였다. 각 변수에서 무응답과 비 해당은 통계분석 시 제외하고 분석하였다. 16개 조사구에서 19세 이상 7,719명의 데이터를 사용하였다. 흡연자는 평생 100개비 이상 흡연하였고, 현재 흡연하는 자를 대상으로 하였다. 과거 흡연자는 평생 100개비 이상 흡연하였고, 과거엔 담배를 피웠으나 현재는 피우지 않는 대상자이며, 비흡연자는 평생 흡연한 적이 없거나 평생 100개비 미만 흡연한 대상자로 정의하였다. 또한, 중금속 값이 없는 경우는 제외하였다.

분석방법
국민건강영양조사는 층화를 통한 표본조사를 실시하였으므로 분석과정에서 층화변수, 집락변수, 가중치를 고려하여 통계분석을 하였다. 혈중 중금속 농도는 Log로 치환하여 기하평균(Geometric mean)과 95% 신뢰구간(Confidence Interval, CI)값을 사용하였다. 통계분석은 SAS(Version 9.3, SAS Institute, Cary, NC)를 이용하였으며 유의수준은 0.05이하로 정의하였다.

국민건강영양조사 대상자의 일반적 특성에 따른 중금속 농도
일반적 특성에 따른 혈중 중금속의 기하평균 농도는 납 2.24 ㎍/dL, 수은 4.02 ㎍/L, 카드뮴 0.97 ㎍/L로 나타났다. 혈중 납과 수은은 남성이 여성에 비해 기하평균 농도가 높았지만, 혈중 카드뮴은 여성이 더 높았다. 혈중 중금속 농도는 나이에 따라 증가하는 경향을 보였으나, 고 연령군에서는 경향이 뚜렷하지 않았다.
BMI가 높을수록 모든 혈중 중금속 농도가 증가하는 경향을 보였으며. 교육수준이 낮을수록 혈중 납과 카드뮴의 기하평균 농도가 증가하는 경향이 있는 반면 수은의 경우 연관성을 보이지 않았다. 흡연력에 따른 혈중 중금속 기하평균 농도는 납과 카드뮴에서 흡연자가 비흡연자와 과거 흡연자에 비해 기하평균농도가 높았으나 혈중 수은의 경우는 과거 흡연자가 가장 높았다. 음주력에 따른 혈중 납과 수은의 기하평균 농도는 음주자가 높았으나, 카드뮴에서는 비음주자의 기하평균 농도가 더 높게 나타났다.
누적 흡연량에 따른 중금속 농도를 분석한 결과, 혈중 카드뮴은 흡연량이 증가할수록 기하평균 농도가 높아지는 경향을 보였다. 과거흡연자의 금연기간은 평균 11.75 ± 0.28년이었으며, 흡연자의 흡연기간은 평균 19.48 ± 0.28년이었다(Table 1).

혈중 중금속과 흡연력에 따른 상대위험비(Odds Ratios)
각 혈중 중금속 농도를 4분위수로 나눈 후 로지스틱 회귀분석을 이용한 OR값 분석 결과, 과거 흡연자는 비 흡연자 보다 납 농도가 증가될 위험이 1.66배 높은 것으로 나타났으며, 흡연자의 경우는 3.73배 높은 것으로 나타났다. 수은의 경우, 과거 흡연자는 비흡연자 보다 수은 농도가 증가될 위험이 1.58배 높은 것으로 나타났으며, 흡연자의 경우는 1.59배로 과거 흡연자와 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 혈중 카드뮴은 비흡연자 보다 과거 흡연자의 경우 1.07배 높았으나 유의하지 않았으며, 흡연자의 경우는 23.84배로 유의하게 높게 나타났다. 모든 혈중 중금속 농도를 4분위수로 나누어 분석한 결과에서는 비 흡연자에 비해 과거 흡연자의 경우 혈중 중금속 농도가 1.31배 높은 것으로 나왔지만 유의하지 않았으며, 흡연자의 경우는 14.59배 유의하게 높은 것으로 나타났다(Table 2).

흡연력과 임상적 특성에 따른 분석
흡연기간이 20년 이상이고 하루 20개비 이상 피우는 사람을 흡연자(heavy smoker), 평생 100개비 이하로 흡연하였거나 흡연경험이 없는 사람을 비흡연자로 정의하고 각 50명을 분석대상자로 선정하였다. 비흡연자에 비해 흡연자에서 혈중 카드뮴, 납, 수은의 기하평균 농도가 유의하게 높은 것으로 나타났다(Table 3). 흡연력과 임상적 특성을 분석한 결과, 비흡연자와 흡연자 사이의 백혈구 수치와 빈혈검사 항목인 헤모글로빈, 헤마토크릿, 페리틴이 유의한 결과를 보였다(Table 4).


  맺는 말

본 연구는 국민건강영양조사 자료를 분석하여 흡연이 혈중 중금속 농도 및 건강에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 혈중 납과 카드뮴의 기하평균 농도는 흡연자에서 비흡연자, 과거 흡연자에 비해 높은 것으로 나타났고, 이 결과는 담배가 체내 카드뮴의 축적에 많은 역할을 하는 것으로 알려져 있는 이전 연구 결과와 일치한다.
흡연력과 임상적 특성을 분석한 결과, 흡연자가 백혈구 수치뿐만 아니라 헤모글로빈, 헤마토크릿, 페리틴이 높은 것으로 분석되었다. 최근 몇 년 동안 발표된 논문에 따르면 생활습관 및 대사위험 요인이 백혈구 수와 관련이 있다고 보고되고 있으며, 현재 흡연자가 비흡연자보다 백혈구 수가 더 많다는 것이 증명되었고, 금연 이후에도 일정 기간 동안 높은 백혈구 수를 유지한다고 보고되었지만 흡연으로 인한 백혈구 수의 증가 기전이 명확하게 밝혀지지 않았다. 백혈구는 염증지표로서, 백혈구 수치가 증가한다는 것은 염증이 생겼다는 것을 의미하는 것으로, 흡연이 기관지를 자극하여 백혈구 수를 증가시킬 가능성이 있다[8, 9].
혈중 납, 카드뮴 및 수은의 농도는 남성, 여성 모두에서 헤모글로빈 수준과 양의 상관관계가 있는 것으로 보고하고 있으므로[10], 흡연에 의해 증가된 혈중 중금속농도가 헤모글로빈, 헤마토크릿, 페리틴의 농도 증가에 영향을 미칠 가능성이 있다. 보다 정확한 분석을 위해서는 식습관 항목 및 직업에 의한 노출을 고려한 추가 연구가 필요할 것이다.


  참고문헌

1. Gruer, L. et al. 2009. Effect of tobacco smoking on survival of men and women by social position: a 28 year cohort study. British Medical Journal, 338(feb17_2),b480.
2. Moon, S. W. et al. 2016. 직접흡연, 간접흡연이 혈중 수은, 납, 카드뮴 농도에 미치는 영향: 제5기 국민건강영양조사 토대. Korean J Fam Pract. 6(1), 44-8.
3. ATSDR. 2011. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Toxicological Profile for Cadmium. Available at:<http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp5-c6.pdf>.
4. IARC, 1993. Cadmium and cadmium compounds. IARC Monogr. Eval. Carcinog. Risks Hum. 58, 119-237.
5. Ju-Kun. S. et al. 2016. Association between Cd exposure and risk of prostate cancer: a PRISMA-compliant systematic review and meta-analysis. Medicine 95, e2708.
6. Bellinger, D. C. 2011. The protean toxicities of lead: new chapters in a familiar story. IJER Ph. 8(7), 2593-628.
7. Bellinger, D. C. 2013. Prenatal exposures to environmental chemicals and children’s neurodevelopment: an update. Saf. Health Work. 4, 1-11.
8. Kawada, T. 2004. Smoking-induced leukocytosis can persist after cessation of smoking. Arch Med Res, 35, 246-50.
9. Cho, A,R. et al. 2017. Joint Effect of Cigarette Smoking and Body Mass Index on White Blood Cell Count in Korean Adults. Korean J Fam Med. 38, 75-80.
10. Park, S. et al. 2013. Body Fat Percentage and Hemoglobin Levels Are Related to Blood Lead, Cadmium, and Mercury Concentrations in a Korean Adult Population (KNHANES 2008-2010). Biol Trace Elem Res. 151(3), 315-23.