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문제 정의
- 따라서 본 연구는 서울지역 아동을 대상으로 천식발작에 대한 대기오염의 급성영향을 환자교차 설계의 방법으로 평가하고 기존 시계열적 연구 결과와 비교하여 이에 대한 일관성과 타당성을 확보할 목적으로 수행되었다.
- Bates [13]가 언급한 바와 같이다양한 특성과 형태의 연구 결과로부터일관성 확보는 대기오염역학 연구가 지니는 취약점에도 불구하고 연구결과의타당성을 확신하는데 매우 중요한 부분으로 강조되고 있다. 본 연구에서 적용하는 환자교차 설계 방법은 대기오염의 급성효과를 평가함에 있어서 새롭게 제안된 역학연구 형태로써 Maclure [14]가 심근경색 발생에 대한 운동이나 커피 섭취와 같은 변동 위험요인의 급성효과를 평가할 목적으로 제안한 것으로 Lee와Schwartz [15] 그리고 Neas 등 [16]이 본연구와 같은 대기오염역학 연구에 처음으로 본격적으로 적용한 이후 이 연구.설계가 지닌 장점으로 인하여 시계열적 분석 방법과 함께 많이 적용되는 연구방법이다.
- 본 연구의 목적은 1997년 10월부터 1999년 12월까지 서울시에 거주하는 15세 미만의 아동을 대상으로 일별 대기오염이 미치는 천식 관련 병원입원 효과를환자-교차 연구 설계에 따라 분석하여 평가하는 것이다.
제안 방법
- Estimated coefficients for SO2 with varying lag times from regression analyses of hospital admissions for asthma. SO2 levels with different lag times entered singly into the baseline model, which incl니ded and intercept, indicator variables for day of week, and smooth spline functions of date, temperature, and humidity. Reported coefficients are for 1 part per billion increases of SO2.
- 적용하였다. 기존 연구 [5]에 의하여 선정된 지연효과는 오존과 PMm의경우 하루전날의 오염도 그리고 나머지오염물질(SO2, NO2, CO)의 경우 이틀 전과 사흘 전의 오염도 평균을 산출하여 적용하였다.
- 도시 대기오염이 소아 호흡기 건강에 미치는 영향을 평가하기 위하여 환자 교차 설계 방법을 적용하여 분석하였으며 이 때 호흡기 건강의 지표는 천식 혹은 천식 발작으로 인한 병원입원의 경우를 이용하였다.
- 따라서 본 연구는 Lee 등 [19]이 제시한 바와 같이 대 칭 적(symmetric or bidirectional) 대조기간 선정방법에 따라 분석을 하였고 천식으로 인한 병원 입원일을 기준으로 일주일 단위로 총 4주까지의 대조 기간을 양방향에서 대칭적으로 선정하였다 (Figure 1). 결과는 Table 3에서 제시한 바와 같다.
- 6ppb의 오염도 증가와 상관관계가 있음을 알 수 있다. 또한 환자교차 연구설계를 대기오염 연구에 적용할 경우 대기오염도의 장기추세에 따라 적절한 대조기간 선정이 타당한 연구결과 확보에 결정적일 수 있음을 PMio의 실례를 통하여확인하였으며 이러한 문제점을 대칭적양방향 대조기간 선정의 방법에 의해 해결하였다. 이러한 환자교차 연구 결과는기존의 시계열적 분석 결과와 비교적 일관되었으며 두 연구를 통합하여 정리하면 대기오염도 증가에 따라 개인적으로대략 2-5%정도로 천식 혹은 천식발작으로 입원할 확률이 증가되며 이러한 개인위해도의 증가는 전체적으로 7-16%가량의 병원 입원자수 증가로 나타난다고 할수 있다.
- 본 연구는 두 단계에 걸쳐각 오염물질의 지연효과를 선정하였는데처음 단계는 시계열적 분석방법에 의하여 각 오염물질의 효과가 가장 크게 나타나는 때를 선정하는 것이었다. 만일 Figure 2에서와 같이 뚜렷한 차이를 보이지 않는 경우 두 날(2-와 3-lag)의 평균값을 도출하여 지연효과 평가에 적용하였다. 이렇게 선정한 다음 통계적 적합도를 평가하는 통계량으로서 Akaike'sinformation criterion (이하 AIC) [21]을산줄하여 확증하는 두 번째 단계를 시행하였다.
- 이러한 지연효과는 연구대상 지역의대기오염의 질적 수준이나 연구대상 지역의 인구집단 특성에 따라 조금씩 상이하게 나타나고 있기 때문에 각각의 연구에 따라 적절한 지연효과를 결정하여 분석하고 있다. 본 연구는 두 단계에 걸쳐각 오염물질의 지연효과를 선정하였는데처음 단계는 시계열적 분석방법에 의하여 각 오염물질의 효과가 가장 크게 나타나는 때를 선정하는 것이었다. 만일 Figure 2에서와 같이 뚜렷한 차이를 보이지 않는 경우 두 날(2-와 3-lag)의 평균값을 도출하여 지연효과 평가에 적용하였다.
- 이러한대기오염 농도의 시간적 경향성과 더불어 비교적 짧은(보통 1년 이내)기간을 대상으로 분석이 이루어지는 경우 나타날수 있는 자료의 불완전성은 연구결과의타당성을 확보하는데 제한적인 요소이다 [19]. 본 연구는 양방향 대칭적 대조기간선정 방법에 의하여 입원환자 발생일로부터 최대 4주 전후에서 대조군을 선정하였으며 (Figure 1), 짝짓기 환자-대조군연구와 동일한 형태로서 조건부 로짓모형을 적용한 회귀분석을 실시하였다. 이때 고려되는 잠재혼란 변수는 대기 온도와 습도를 고려하였다.
- 본 연구는 환자 개개인에 있어 질병 혹은 사건 발생 당시의 노출특성을 질병이나 사건이 일어나지 않은 시점에서의 노출특성을 비교하여 분석하는 방법인 환자교차연구 설계를 적용하였다. 환자교차연구를 대기오염역학에 적용할 경우 고려하여야 하는 점은 주요한 노출변수인대기오염자료의 시간적 경향성이다 [15, 18], 일반적으로 대기오염자료는 짧게는 낮밤에 따른 일정한 규칙성부터 길게는 수년에 걸쳐 오염도의 감소 흑은 증가로 나타나는 시간적 경향성을 보이고 있다.
- 얻었다. 서울시 일별 대표 농도로 사용될 목적으로 각 측정소에서 측정된 시간별 자료는 합쳐져서 24시간 평균값을 산정하였으며 03와 CO의경우는 하루 중 시간 최대값을 그 날의대표 농도로 이용하였다.
- 이번 연구에서 연구대상은 한 사람이연구기간동안 여러 차례 병원에 입원한경우 개별적으로 모두 별도의 환자군으로 처리하여 분석하였다. 일반적으로 환자교차 연구 설계는 위험요인의 누적노출 효과가 무시될 수 있는 경우에 반복하여 발생하는 건강상태 (recurrent events)와 위험요인의 수준이 짧은 기간에 변동(transient exposure)하는 경우 적용하기에 적절하다고 밝혀져 있다.
- 설정하였다. 자료는 국민의료보험 가입자 명단을 근거로 의료보험 청구 자료에서 확인되는진료개시일 중심으로 입원의 경우만을선정하였으며 연구 기간에 한 사람이 여러 차례 입원하는 경우 개별적인 것으로포함하여 분석하였다. 외래방문의 경우는정기적 진료 및 주말휴진 등으로 인한 외적변수가 결과해석에 영향을 줄 수 있으리 라는 판단에 제외하였다.
대상 데이터
- 1997년 10월부터 1999년 12월까지 총822일의 관찰일 동안 소아천식으로 병원에 입원한 환자 수는 총 6, 436명으로 하루평균 약 8명으로 추산되 었다 (Table 1).
- 연구와 같이 대기오염의 급성 효과를 평가하는데 있어서 대기온도나 습도와 같은 기상조건은 중요한 혼란 변수가 될 수 있다. [20], 따라서 서울시 종로구에 위치한 기상청의 기상관측점에서 측정된 일 평균 기온과 상대습도에 대한 자료를 확보하여 분석에 적용하였다.
- 아동이다. 대기오염 자료는 서울시내에 설치된 총 27개 대기오염 자동측정소에서 상시 측정되고 있는 PMio, S02, N02, 03, 및 CO를 대상으로 시간별 농도를 확보하여 이용하였다. 통계분석은 환자교차 연구 설계를 적용함에 따라 짝짓기 환자-대조군연구와 동일한 형태로서 조건부 로짓모형을 적용한 회귀분석을 실시하여 병원 입원과 대기오염간의 상관성을 평가하였으며 각 오염물질 농도의 IQR 변동에 대한 위해도를 제시하였다.
- 연구기간 동안 서울시 대기오염 자료는 시내에 설치된 총 27개의 대기오염 자동측정소에서 상시 측정되고 있는 호흡성먼지(Particulate Matters with aerodynamic diameter <10ym, 이하 PMio),아황산가스(이하 SO2), 이산화질소(이하 NO2), 오존(이하 03)및 일산화탄소(이하 CO)를 대상으로 시간별 농도를 국립환경연구원으로부터 얻었다. 서울시 일별 대표 농도로 사용될 목적으로 각 측정소에서 측정된 시간별 자료는 합쳐져서 24시간 평균값을 산정하였으며 03와 CO의경우는 하루 중 시간 최대값을 그 날의대표 농도로 이용하였다.
- 연구대상은 1997년 12월 1일부터 1999년 12월 31일까지 나이가 0세에서 14세로 서울에 거주하는 모든 아동이며 이 중에서 연구기간동안 천식 및 천식발작(ICD-lOth code, J45-J46)으로 병원에입원한 경우를 환자군으로 설정하였다. 자료는 국민의료보험 가입자 명단을 근거로 의료보험 청구 자료에서 확인되는진료개시일 중심으로 입원의 경우만을선정하였으며 연구 기간에 한 사람이 여러 차례 입원하는 경우 개별적인 것으로포함하여 분석하였다.
- 연구대상은 국민의료보험 가입자 명단을 근거로 의료보험 청구 자료에서 확인되는 진료개시일 중심으로 입원의 경우만을 선정하여 1999년 12월 1일부터 1999년 12월 31일까지 나이가 0세에서 14세로 서울에 거주하는 모든 아동이다. 대기오염 자료는 서울시내에 설치된 총 27개 대기오염 자동측정소에서 상시 측정되고 있는 PMio, S02, N02, 03, 및 CO를 대상으로 시간별 농도를 확보하여 이용하였다.
데이터처리
- 만일 Figure 2에서와 같이 뚜렷한 차이를 보이지 않는 경우 두 날(2-와 3-lag)의 평균값을 도출하여 지연효과 평가에 적용하였다. 이렇게 선정한 다음 통계적 적합도를 평가하는 통계량으로서 Akaike'sinformation criterion (이하 AIC) [21]을산줄하여 확증하는 두 번째 단계를 시행하였다.
- 대기오염 자료는 서울시내에 설치된 총 27개 대기오염 자동측정소에서 상시 측정되고 있는 PMio, S02, N02, 03, 및 CO를 대상으로 시간별 농도를 확보하여 이용하였다. 통계분석은 환자교차 연구 설계를 적용함에 따라 짝짓기 환자-대조군연구와 동일한 형태로서 조건부 로짓모형을 적용한 회귀분석을 실시하여 병원 입원과 대기오염간의 상관성을 평가하였으며 각 오염물질 농도의 IQR 변동에 대한 위해도를 제시하였다.
성능/효과
- 결론적으로 본 연구결과 법정 기준치 이내의 낮은 수준의 도시 대기오염이라도 천식 등을 앓고 있는 소아들에 있어서 천식 악화 혹은 발작을 유발하는 요인이 될 수 있으며 호흡성먼지의 경우 약 40 嬉/沖 증가할 때 천식 관련된 병원입원위해도를 약 4% (95% 신뢰구간, 1-8%) 증가시키며, 이산화질소의 경우는 5%(95% CI, 0-9%) 증가된 위 해도가 14.6ppb의 오염도 증가와 상관관계가 있음을 알 수 있다. 따라서 소아 천식환자의경우 현재 수준의 도시 대기오염도에도건강에 위해한 영향을 받을 수 있으며, 향후 정부의 대기오염물질 관리 및 대책 수립에 있어서 이와 같은 민감군 특성에 대한 파악과 규모 등을 고려하여야 함을 제기한다고 할 수 있다.
- 결론적으로 본 연구를 통하여 법정 기준치 이내의 낮은 수준의 대기오염이라도 천식 등을 앓고 있는 소아에 있어서천식악화 또는 발작을 유발하는 요인이될 수 있음을 확인하였고 PM*] 경우약 40悠/用 증가할 때 천식 관련된 병원입원 위해도를 약 4% 증가시키며, 이산화질소의 경우는 5% 증가된 위해도가 14.6ppb의 오염도 증가와 상관관계가 있음을 알 수 있다. 또한 환자교차 연구설계를 대기오염 연구에 적용할 경우 대기오염도의 장기추세에 따라 적절한 대조기간 선정이 타당한 연구결과 확보에 결정적일 수 있음을 PMio의 실례를 통하여확인하였으며 이러한 문제점을 대칭적양방향 대조기간 선정의 방법에 의해 해결하였다.
- 이러한 점에 있어서 대기먼지에 대한 기존의 역학 연구 및 독성실험 연구 결과는 일관되게 폐세포의 염증반응에 대한 가설을 지지하고 있으며 본 연구의 결과도 대기 중 호흡성먼지가 소아에 있어서 천식 악화로 인한 병원입원을 증가시키는 것으로 기존의 가설과 일치한 결과라 할 수 있다. 그 외 가스상 오염물질의 경우 N02만이 통계적으로 유의하게 병원 입원과 상관관계가 있는 것으로 나타났으나나머지 오염물질(S02, 03, CO)의 경우도유의하진 않지만 병원입원 증가에 영향을 미치고 있음을 보여주고 있다. 이러한결과는 대기오염 물질간의 상관관계가비교적 높았다는 점과 S6 같은 경우 매우 낮은 수준을 유지하였다는 점 등을 고려할 때 확정적인 결과로 인식하기에는무리가 있다.
- 이러한 계량적인 차이는 기본적으로 본 연구와 기존연구 설계의 차이에서 기인되는 것으로 전술한 바와 같이시계열적 분석에서 제시되는 위해지표는엄격히 정의하면 대기오염 증감에 따른병원 입원자 수 변동을 나타내는 것으로개인위해도와는 구분할 필요가 있다. 따라서 두 연구결과를 통합하여 정리하면대기오염도 증가에 따라 개인적으로 대략 2-5%정도로 천식 혹은 천식발작으로입원할 확률이 증가되며 이러한 개인 위해도의 증가는 전체적으로 7-16%가량의병원 입원자수 증가로 나타난다고 할 수 있다.
- 또한 시계열적 분석 방법의 경우에 비하여 환자-교차 분석에 의하면 사망이나 질병발생 혹은 본 연구의 경우 병원입원율과 같은 위해도가 직접적으로 산출될 수있다는 장점도 지니고 있다. 따라서 이번연구결과는 기존 시계열적 연구와 비교할 때 일부 혼란변수에 대한 통제 가능성과 위해도 산출 가능성이란 측면에서 우수하다고 할 수 있다. 그러나 환자교차 분석의 경우 시계열적 분석방법과 비교할때 각 분석방법의 평균분산(mean variance)을 비교하는 지표로서의 상대적 효율성 (relative efficiency) 이 낮다는 점 과장기간 노출효과에 대한 평가가 어렵다는 점이 단점으로 지적된다.
- 분석에 의하면 소아 천식관련 입원은각 대기오염물질 농도와 양의 상관관계를 나타냈으며 특히 호흡성먼지와 NO2 의 경우는 통계적으로도 유의하였다. 각대기오염물질 농도의 IQR 변화에 대한천식악화로 기인한 병원 입원율은 대략2-5%가량 증가한다고 할 수 있다.
- 결과는 Table 3에서 제시한 바와 같다. 양방향으로 3, 4주 이전이후까지로 대조기간을 선정한 결과로서결국 1:6 및 1:8 짝짓기 분석결과와 같으며, PMkj과 NO2가 유의한 상관관계가 있음을 보여주고 있다.
- 연구기간동안 측정된 대기오염도는 전체적으로 법정기준치를 초과하기 않았으며 (Table 1) 각 오염물질과 기상변수들간에는 비교적 높은 상관관계를 보이고있었다 (Table 2).
- 또한 환자교차 연구설계를 대기오염 연구에 적용할 경우 대기오염도의 장기추세에 따라 적절한 대조기간 선정이 타당한 연구결과 확보에 결정적일 수 있음을 PMio의 실례를 통하여확인하였으며 이러한 문제점을 대칭적양방향 대조기간 선정의 방법에 의해 해결하였다. 이러한 환자교차 연구 결과는기존의 시계열적 분석 결과와 비교적 일관되었으며 두 연구를 통합하여 정리하면 대기오염도 증가에 따라 개인적으로대략 2-5%정도로 천식 혹은 천식발작으로 입원할 확률이 증가되며 이러한 개인위해도의 증가는 전체적으로 7-16%가량의 병원 입원자수 증가로 나타난다고 할수 있다. 따라서 소아 천식환자의 경우 현재 수준의 도시 대기오염도에도 건강에위해한 영향을 받을 수 있으며, 향후 정부의 대기오염물질 관리 및 대책 수립에 있어서 이와 같은 민감군 특성에 대한 파악과 규모 등을 고려하여야 함을 제기한다고 할 수 있다.
후속연구
- 이번 연구 역시 대기오염의 개인노출평가가 이루어지지 않고 서울시 전역에서 측정된 자동측정망 자료를 대신 활용하였다는 점에서 기존 시계열적 분석 연구와 마찬가지로 노출편견을 배제할 수없다는 제한점이 있다. 한편 Pope과 Schwartz [20]는 자동측정망 자료를 이용하는 경우일 지라도 개인노출 평가를 통한 자료 분석에 비하여 평균적으로는 중요한 차이를 보이지 않는다고 제시하고있다.
- 이러한결과는 대기오염 물질간의 상관관계가비교적 높았다는 점과 S6 같은 경우 매우 낮은 수준을 유지하였다는 점 등을 고려할 때 확정적인 결과로 인식하기에는무리가 있다. 특히 N02와의 연구결과는천식악화에 대한 영향이 직접적인 것인지 혹은 호흡성먼지와의 높은 상관관계에서 기인되는 다중공선성의 문제인 지가 본 연구에서는 명확히 밝힐 수 없는제한점이 있다. 이 부분은 시계열적 연구분석에서도 비슷한 경향이었으며 Lee 등 [5]의 논문에서 비교적 자세히 기술한 바있다.
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