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문제 정의
- 따라서 이 연구는 전국 규모의 현장 조사를 통해 상대적으로 대표성을 가진 취학전 어린이의 혈중 중금속 노출수준(납, 수은, 카드뮴)을 분석하고 이에 영향을 주는 관련 요인을 탐색하고자 하였다.
- 이 연구는 전국 규모의 대규모 역학조사를 통해 국내 취학전 3-7세 어린이의 혈중 중금속 노출 수준의 현황에 대한 기초 자료를 제공하는데 의의가 있다.
- 이 연구는 전국 규모의 조사를 통해 국내 취학전 어린이의 생체 중금속 노출 수준의 현황을 제시하였다. 표본지역의 선정에는 확률적 방법을 적용하였으나, 선정 지역 내에서 연구참여자를 모집할 때는 임의표집 방법을 적용하였기 때문에 전국을 대표하는 표본조사로 보기는 어려운 한계가 있다.
- 이 연구는 전국을 포괄하는 연구참여자를 통해 국내 취학 전 3-7세 어린이의 혈중 중금속 노출수준 (납, 수은, 카드뮴)을 분석하고 이에 영향을 주는 관련요인을 탐색하고자 수행하였다.
제안 방법
- 어린이의 기본 특성과 식이, 사회경제적 요인, 환경요인에 따른 혈중 중금속 농도의 차이를 분석하기 위해 t-test와 ANOVA 분석을 시행하였다. 다중 회귀분석은 공변수들의 특성을 고려하여 3가지 모형으로 분석하였다. 모형 1은 어린이의 기본 특성과 식이 변수를 분석 모형에 포함하였고, 모형 2는 어린이의 기본 특성과 식이, 사회경제적 요인, 환경 요인 중 실내 노출 변수에 해당하는 주 양육 장소와 아버지의 흡연 상태, 실내의 흡연 노출 변수를 분석 모형에 포함하였다.
- 다중 회귀분석은 공변수들의 특성을 고려하여 3가지 모형으로 분석하였다. 모형 1은 어린이의 기본 특성과 식이 변수를 분석 모형에 포함하였고, 모형 2는 어린이의 기본 특성과 식이, 사회경제적 요인, 환경 요인 중 실내 노출 변수에 해당하는 주 양육 장소와 아버지의 흡연 상태, 실내의 흡연 노출 변수를 분석 모형에 포함하였다. 모형 3은 어린이의 기본 특성과 식이, 사회경제적 요인, 환경 요인 변수를 분석 모형에 포함하여 아동의 노출 관련 요인에 따른 혈 중중금속 농도의 변화를 확인하였다.
- 중금속 노출과 관련한 변수를 어린이의 기본 특성, 사회경제적 요인, 식이요인 및 실내외 환경요인으로 나누어 설문조사를 통해 조사하였다. 설문조사는 조사 전 훈련된 조사원에 의한 개인 면접 방식으로 연구참여자인 취학전 어린이와 함께 거주하고 있으면서 그들 생활을 잘 알고 있는 보호자에 의해 작성되었다.
- 식이 조사는 식품섭취빈도조사 자료와 비연속적인 2일간의 24시간 회상법을 활용하였고, 이를 통해 개인별 식품별 섭취량을 산출하였다. 우리나라 국민의 식품섭취양상을 반영하는 ‘국민건강영양조사 제4기 1차년도(2007)와 2차년도(2008)’의 영양조사자료 중에서 24시간 회상법으로 조사된 ‘식품섭취량 자료’를 이용하여 다소비 식품, 다빈도 식품, 에너지 급원 식품, 에너지 변이 식품, 중금속 함량을 기준으로 중금속 섭위량을 산출하기 위한 분석 식품을 선정하였다.
- 식품 내 중금속 분석 결과에 대한 신뢰도를 확보하기 위해 NIST(National Institute of Standard & Technology)에서 표준 참고 물질 (SRM, Standard Reference Materials)을 구입하여 식품 내 중금속에 대한 내적 정도 관리를 수행하였고, 영국 환경식품농림부에서 주관한 잔류농약분야 국제 분석능력 평가프로그램(FAPAS, Food Analysis Performance Assessment Scheme)을 수행하여 기준 허용 범위를 만족하였다.
- 식품 내 중금속 분석 결과에 대한 신뢰도를 확보하기 위해 NIST(National Institute of Standard & Technology)에서 표준 참고 물질 (SRM, Standard Reference Materials)을 구입하여 식품 내 중금속에 대한 내적 정도 관리를 수행하였고, 영국 환경식품농림부에서 주관한 잔류농약분야 국제 분석능력 평가프로그램(FAPAS, Food Analysis Performance Assessment Scheme)을 수행하여 기준 허용 범위를 만족하였다. 식품의 중금속 함량 자료들이 극단값에 의하여 분포가 치우쳐 있어서 극단값에 영향을 받는 평균값보다는 식품별 중위수 함량을 적용하여 식이 조사 자료의 개인별 식품별 섭취량을 곱하여 식이를 통한 개인별 중금속 섭취량을 산출하였다.20)
- 혈중 납, 수은, 카드뮴 농도는 상용로그로 변환하여 분석에 이용하였다. 어린이의 혈중 중금속 농도의 분포는 기술통계분석을 시행하였고, 어린이의 월령을 36-59개월 집단과 60-83개월 집단으로 구분하여 월령 집단에 따른 중금속 농도의 분포를 제시하였다. 어린이의 기본 특성과 식이, 사회경제적 요인, 환경요인에 따른 혈중 중금속 농도의 차이를 분석하기 위해 t-test와 ANOVA 분석을 시행하였다.
- 우리나라 국민의 식품섭취양상을 반영하는 ‘국민건강영양조사 제4기 1차년도(2007)와 2차년도(2008)’의 영양조사자료 중에서 24시간 회상법으로 조사된 ‘식품섭취량 자료’를 이용하여 다소비 식품, 다빈도 식품, 에너지 급원 식품, 에너지 변이 식품, 중금속 함량을 기준으로 중금속 섭위량을 산출하기 위한 분석 식품을 선정하였다.
- 월령의 범위를 36-59개월 그룹과 60-83개월 그룹으로 구분하여 혈중 중금속 농도를 확인하였다. 혈중 납 농도 기하 평균은 36-59개월 그룹에서 1.
- 이 연구는 전국 규모의 조사를 통해 국내 3-7세 취학 전 어린이 512명의 혈중 납과 수은, 카드뮴 농도의 현황을 제시하고, 어린이의 기본 특성, 식이, 사회경제적 요인, 환경요인 등 중금속 노출에 관련한 다양한 요인의 관련성을 개괄하였다.
- 중금속 노출과 관련한 변수를 어린이의 기본 특성, 사회경제적 요인, 식이요인 및 실내외 환경요인으로 나누어 설문조사를 통해 조사하였다. 설문조사는 조사 전 훈련된 조사원에 의한 개인 면접 방식으로 연구참여자인 취학전 어린이와 함께 거주하고 있으면서 그들 생활을 잘 알고 있는 보호자에 의해 작성되었다.
- 21-23) 표준참고물질을 분석하는 방법은 시료분석과 동일한 방법으로 하였으며 매 배치마다 SRM 분석을 수행하여 그 결과가 허용 범위에 든 것을 확인 후 검사에 임하며 검체 40-50개마다 표준 참고 물질을 배치하여 지속적인 분석능을 유지하였다. 특히 혈중 수은의 경우 검체 10개마다 표준 참고 물질을 분석함으로써 분석 배치내(interbatch), 분석 배치간(Intra-batch) 정밀성과 재현성을 확인하였다. SRM 955c level 2를 사용하여 혈중 납과 수은, 카드뮴에 대한 정도관리를 수행한 결과 대상물질 모두 기준치 허용 범위 내의 분석값을 얻었으며 분석방법의 재현성을 확인하고 분석결과의 신뢰도를 높이기 위해 배치당 1개 이상의 동일 분석시료(duplicate)를 분석한 결과 정확도가 10% 이내의 값을 얻음으로써 분석 방법 및 분석 결과에 대한 유효성을 검증하였다.
- EDTA tube를 이용하여 혈액 4 ml를 채혈하여 15분간 혼합한 후 냉장상태를 유지하여 −80℃ 냉동 보관하였다. 현장 검진을 통해 시료 채취가 완료된 후 냉동한 검체를 이용하여 분석하였다.
- 혈중 납과 카드뮴은 분석시료를 혼합기를 이용하여 균질화한 후 0.15 ml을 취해 0.2% Tirton X-100 희석액 1.2 ml와 3차 증류수 0.15 ml를 가하고 잘 혼합하여 전처리 과정을 거친 후 원자 흡광 광도계(Atomic Absorption Spectrophotometer-Graphite Furnace, AA240Z series, Varian, USA and Agilent 200 series, Agilent Technologies, USA)에 주입하여 분석하였다. 혈중 수은은 특별한 전처리 과정 없이 시료 100 µl(100 mg)을 자동수은분석기(DMA80, Milestone Co, Italy)를 사용하여 분석하였다.
- 혈중 수은은 특별한 전처리 과정 없이 시료 100 µl(100 mg)을 자동수은분석기(DMA80, Milestone Co, Italy)를 사용하여 분석하였다.
대상 데이터
- 할당된 지역 내에서는 병원, 보건소, 어린이집 등을 임의표집하여 연구참여자를 모집하였다. 2010년 6월부터 2011년 9월까지 사전 교육된 조사원에 의해 거점기관별 조사를 수행하였다. 만 7세 미만의 취학전 어린이 1,017명이 연구참여자로 모집되었고, 그 중에서 3~7세 어린이 684명에서 혈액 시료를 채취하였다.
- 2010년 6월부터 2011년 9월까지 사전 교육된 조사원에 의해 거점기관별 조사를 수행하였다. 만 7세 미만의 취학전 어린이 1,017명이 연구참여자로 모집되었고, 그 중에서 3~7세 어린이 684명에서 혈액 시료를 채취하였다. 혈중 납, 수은, 카드뮴 농도 중에서 자료가 하나라도 없거나 출생시 체중, 식품을 통한 중금속 섭취량 변수가 결측값인 경우를 제외한 512명을 이 연구의 최종 분석대상으로 선정하였다.
- 본 연구의 참여자는 총 512명으로 남아의 비율 (51.4%)이 더 높았다. 참여자의 평균 연령은 58.
- 우리나라 국민의 식품섭취양상을 반영하는 ‘국민건강영양조사 제4기 1차년도(2007)와 2차년도(2008)’의 영양조사자료 중에서 24시간 회상법으로 조사된 ‘식품섭취량 자료’를 이용하여 다소비 식품, 다빈도 식품, 에너지 급원 식품, 에너지 변이 식품, 중금속 함량을 기준으로 중금속 섭위량을 산출하기 위한 분석 식품을 선정하였다. 선정된 분석 식품은 7개 대도시의 대형마트 및 시장에서 식품시료를 구매하여 아이스박스에 담아 이동하여 손질한 후 분석 전까지 냉동고에 보관하였다.
- 연구참여자는 전국 9개 지역을 인구구성비에 근거한 제곱근 비례할당 추출방법에 의해 지역을 선정한 후 각 지역의 어린이 인구구성비를 고려하여 표본 수를 산출하였다(Fig. 1). 할당된 지역 내에서는 병원, 보건소, 어린이집 등을 임의표집하여 연구참여자를 모집하였다.
- 이 연구는 2010년부터 2012년까지 수행한 ‘유해물질 안전관리 통합노출 평가기반 연구’의 자료를 활용하였다.
- 중금속에 대한 분석법의 유효성을 검증하기 위하여 NIST에서 구입한 표준 참고 물질 (SRM) 955c 을 구입하여 혈중 납과 수은, 카드뮴에 대한 내적정도 관리를 수행하였다.21-23) 표준참고물질을 분석하는 방법은 시료분석과 동일한 방법으로 하였으며 매 배치마다 SRM 분석을 수행하여 그 결과가 허용 범위에 든 것을 확인 후 검사에 임하며 검체 40-50개마다 표준 참고 물질을 배치하여 지속적인 분석능을 유지하였다.
- 만 7세 미만의 취학전 어린이 1,017명이 연구참여자로 모집되었고, 그 중에서 3~7세 어린이 684명에서 혈액 시료를 채취하였다. 혈중 납, 수은, 카드뮴 농도 중에서 자료가 하나라도 없거나 출생시 체중, 식품을 통한 중금속 섭취량 변수가 결측값인 경우를 제외한 512명을 이 연구의 최종 분석대상으로 선정하였다. 이 연구는 2010년부터 2012년까지 수행한 ‘유해물질 안전관리 통합노출 평가기반 연구’의 자료를 활용하였다.
데이터처리
- 999 이상인 좋은 직선성을 나타내는 것을 확인하였다. 또한 중금속의 검출한계를 산출하기 위해 시그마법을 사용하였는데 중금속별로 한 가지 농도를 7회 반복 분석한 후 그 결과 값의 표준편차를 이용하였다. 검출한계는 한 농도를 7회 반복 분석한 값의 표준편차에 3.
- 어린이의 혈중 중금속 농도의 분포는 기술통계분석을 시행하였고, 어린이의 월령을 36-59개월 집단과 60-83개월 집단으로 구분하여 월령 집단에 따른 중금속 농도의 분포를 제시하였다. 어린이의 기본 특성과 식이, 사회경제적 요인, 환경요인에 따른 혈중 중금속 농도의 차이를 분석하기 위해 t-test와 ANOVA 분석을 시행하였다. 다중 회귀분석은 공변수들의 특성을 고려하여 3가지 모형으로 분석하였다.
- 혈중 납과 수은, 카드뮴의 경우 검정곡선의 최저 농도인 0.5 µg/L를 7회 반복 측정한 결과의 표준편차를 사용하여 검출한계를 구하였으며 납과 수은, 카드뮴의 검출한계는 각각 0.20 µg/L, 0.10 µg/L, 0.20 µg/L이었다.
이론/모형
- 식품 내 중금속 분석은 마이크로파 분해법을 이용하여 전처리 과정 후 ICP-MS법을 이용하였다. ICP-MS에 의한 중금속 정량의 검량선은 검출한계에 가까운 범위부터 고농도 범위까지 7개의 point를 설정하였고, 좋은 직선성을 확보하였다.
- ICP-MS에 의한 중금속 정량의 검량선은 검출한계에 가까운 범위부터 고농도 범위까지 7개의 point를 설정하였고, 좋은 직선성을 확보하였다. 최근 개정 고시된 식품공전을 토대로 일반성분시험법 중 중금속에 대한 검출한계 적용 기준이 없어, 분석법의 감도와 바탕선의 재현성까지 감안한 Kaiser의 식을 적용하였다. 식품 내 중금속 함량 분석결과가 불검출로 해당 분석법의 검출한계(LOD) 이하는 중금속 노출평가를 위하여 검출한계의 1/2로 처리하였다.
성능/효과
- 21-23) 표준참고물질을 분석하는 방법은 시료분석과 동일한 방법으로 하였으며 매 배치마다 SRM 분석을 수행하여 그 결과가 허용 범위에 든 것을 확인 후 검사에 임하며 검체 40-50개마다 표준 참고 물질을 배치하여 지속적인 분석능을 유지하였다. 특히 혈중 수은의 경우 검체 10개마다 표준 참고 물질을 분석함으로써 분석 배치내(interbatch), 분석 배치간(Intra-batch) 정밀성과 재현성을 확인하였다.
- 반면 미국의 국민건강영양조사(NHANES, 2009-2010)를 통한 어린이의 혈중 카드뮴 농도는 검출 한계 수치보다 낮았고,24) 독일의 환경조사(German environmental survey)를 통한 3-8세 어린이의 혈중 카드뮴 농도도 검출 한계 수치보다 낮은 수준이었다.26) 국내에서 조사된 어린이의 혈중 카드뮴 농도는 국외에서 조사된 어린이의 혈중 카드뮴 농도보다 높은 수준이었다.
- 95 µg/L로 보고하였다.28) 본 연구 결과와 비교하여, 국내에서 조사된 어린이의 혈중 수은 농도는 비슷한 수준이었으나 국외에서 조사된 어린이의 혈중 수은 농도는 국내 아동의 혈중 수은 농도 보다 매우 낮았다.
- 혈중 수은을 증가시키는 요인으로 많은 연구들이 생선 섭취로 인한 노출을 보고하였고,6,34) 모유에서의 수은 농도와 치아 아말감개수와의 관련성을 보고한 연구도 있다.35) 수은은 다양한 경로로 노출되지만, 일반인들의 혈중 수은 농도에 가장 영향을 많이 미치는 것은 개인의 생활습관으로 혈중 수은 농도는 흡연력, 음주력에 영향을 받는다.36) 또한 일반 인구 집단에서 메틸수은의 주된 노출 경로인 어패류 섭취는 체내에 축적되는 경향이 있기 때문에 어패류 섭취 형태에 따라 체내 수은 축적량에 영향을 줄 수 있다.
- 식품 내 중금속 분석은 마이크로파 분해법을 이용하여 전처리 과정 후 ICP-MS법을 이용하였다. ICP-MS에 의한 중금속 정량의 검량선은 검출한계에 가까운 범위부터 고농도 범위까지 7개의 point를 설정하였고, 좋은 직선성을 확보하였다. 최근 개정 고시된 식품공전을 토대로 일반성분시험법 중 중금속에 대한 검출한계 적용 기준이 없어, 분석법의 감도와 바탕선의 재현성까지 감안한 Kaiser의 식을 적용하였다.
- 특히 혈중 수은의 경우 검체 10개마다 표준 참고 물질을 분석함으로써 분석 배치내(interbatch), 분석 배치간(Intra-batch) 정밀성과 재현성을 확인하였다. SRM 955c level 2를 사용하여 혈중 납과 수은, 카드뮴에 대한 정도관리를 수행한 결과 대상물질 모두 기준치 허용 범위 내의 분석값을 얻었으며 분석방법의 재현성을 확인하고 분석결과의 신뢰도를 높이기 위해 배치당 1개 이상의 동일 분석시료(duplicate)를 분석한 결과 정확도가 10% 이내의 값을 얻음으로써 분석 방법 및 분석 결과에 대한 유효성을 검증하였다. 외적 정도 관리는 저농도 화학물질 측정의 표준 프로토콜인 독일 Friedrich-AlexanderUniversity에서 주관하는 G-EQUAS(German External Quality Assessment Scheme)를 수행한 결과 또한 모두 기준 허용 범위를 만족하였다.
- 91µg/L로 국외 조사에 비해 높았으나 국내 연구와 유사하였다. 다중회귀분석을 통해 중금속 노출에 영향을 미치는 것으로 알려진 공변수의 관련성을 확인한 결과, 혈중 납 농도와 아버지의 흡연 상태, 혈중 수은과 어머니의 교육수준 및 식품을 통한 섭취, 카드뮴 농도와 거주지 주변 실외 환경이 유의하였다.
- 모형 2에서는 어린이의 기본 특성과 식이, 사회경제적 요인, 환경 요인 중 실내 노출 변수에 해당하는 주 양육 장소와 아버지의 흡연 상태, 실내의 흡연 노출 변수를 분석 모형에 포함한 결과, 출생시 체중이 증가할수록 1.250배(p<.001), 엄마 연령이 증가할수록 0.983배(p=0.027), 분만방법이 자연분만에 비해 제왕절개인 경우에 1.123배로 나타났다(p=0.031).
- 어린이의 기본 특성은 성별과 월령, 출생 체중, 엄마의 연령, 출생 순위, 분만 방법이었고, 사회경제적 요인은 부모의 교육수준과 가계의 월수입, 거주 지역이었다. 실내 환경은 주 양육 장소와 아버지의 흡연 상태, 실내의 흡연 노출을 고려하였고, 실외 환경은 거주지 주변의 공장 여부와 버스나 택시 종점 여부를 고려하였다.
- 연구참여자의 일반적 특성에 따른 혈중 중금속 농도를 비교한 결과, 혈중 납 농도는 아버지의 현재 흡연 중인 경우에 1.51±1.55 µg/dL로 이전에 피웠으나 지금은 끊은 경우인 1.45±1.41 µg/dL와 피운 적이 없는 경우인 1.35±1.74 µg/dL 보다 유의하게 더 높았다(p=0.043).
- 따라서 이 연구는 517명의 전국 규모 3-7세 어린이의 혈중 중금속에 대한 기초자료로서 의의가 있다. 이 연구는 어린이의 기본 특성, 식이, 사회경제적 요인, 환경요인 등 중금속 노출에 관련한 다양한 요인을 포괄적으로 조사하였고, 다변량 분석을 통해 혈중 납 농도와 아버지의 흡연 상태, 혈중 수은과 어머니의 교육수준과 식품을 통한 섭취, 카드뮴 농도와는 거주지 주변 실외 환경을 관련요인으로 확인할 수 있었다. 그럼에도 불구하고 본 연구는 장기간에 걸쳐 누적된 노출이 반영된 각 요인들과 현재의 혈중 중금속 농도를 분석에서 고려하였기 때문에 시간이 흐름에 따라 변화하는 요인들에 대한 영향을 반영하지 못하였다.
- 이 연구를 통해 혈중 수은 농도 증가는 엄마의 교육수준과 식품을 통한 수은 섭취와 관련이 있는 것으로 확인되었다. 혈중 수은을 증가시키는 요인으로 많은 연구들이 생선 섭취로 인한 노출을 보고하였고,6,34) 모유에서의 수은 농도와 치아 아말감개수와의 관련성을 보고한 연구도 있다.
- 이 연구에서 혈중 평균 카드뮴 농도는 0.23±1.91µg/L로 나타났으며, 36~59개월 그룹은 0.22±1.95 µg/L, 60-83개월 그룹은 0.25±1.91 µg/L 이었다.
- 전체 참여자 중에서 혈중 수은 농도가 미국환경보호청(EPA) 기준인 5.8 µg/L를 초과하는 비율은 2.34%였다.
- 중금속의 검정곡선 작성을 위해 0.5-50 µg/L 농도 범위의 표준용액을 제조하여 시료 전처리 방법과 동일하게 분석하였으며 그 결과로, 검정곡선을 작성하였을 때 상관계수(R2)가 0.999 이상인 좋은 직선성을 나타내는 것을 확인하였다.
- 혈중 납 농도는 모형 1에서 어린이의 기본 특성과 식이 변수를 분석 모형에 포함한 결과, 출생시 체중이 증가할수록 1.160배(p=0.003), 엄마 연령이 증가할수록 0.985배 로 나타났다(p=0.036). 모형 2에서는 어린이의 기본 특성과 식이, 사회경제적 요인, 환경 요인 중 실내 노출 변수에 해당하는 주 양육 장소와 아버지의 흡연 상태, 실내의 흡연 노출 변수를 분석 모형에 포함한 결과, 출생시 체중이 증가할수록 1.
- 혈중 수은 농도는 모형 1에서 식품을 통한 수은 섭취량이 증가할수록 1.084배로 나타났고(p=0.000), 모형 2에서 남아에 비해 여아인 경우에 1.176배(p=0.017), 식품을 통한 수은 섭취량이 증가할수록 1.079배로 나타났으며(p=0.001), 어머니의 교육수준이 고등학교 이하에 비해 기술(전문)학교 졸업 이상-대학교 재학 중 또는 졸업 이하인 경우에 0.834배 (p=0.035), 고등학교 이하에 비해 대학원 재학 이상인 경우에 0.529배로 나타났다(p=0.004). 모형 3에서 식품을 통한 수은 섭취량이 증가할수록 1.
후속연구
- 그리고 단면 조사로 인해 어린이와 관련된 요인들과 혈중 중금속 농도 간의 관련성을 단면적으로 제시하였기 때문에 명확한 인과관계에 대해 직접적으로 의미 부여를 하기 어렵다. 또한 이 연구에서는 혈중 중금속 3종에 대한 어린이의 노출 현황과 관련 요인에 대한 분석을 통해 관련요인을 개괄할 수 있었으나 개별 중금속의 특성을 고려하여 보다 자세한 노출 요인에 대한 분석은 수행하지 못하였다. 향후 개별 중금속의 특성을 고려한 분석역학적 연구가 추가로 수행되어야 할 것이다.
- 또한 이 연구에서는 혈중 중금속 3종에 대한 어린이의 노출 현황과 관련 요인에 대한 분석을 통해 관련요인을 개괄할 수 있었으나 개별 중금속의 특성을 고려하여 보다 자세한 노출 요인에 대한 분석은 수행하지 못하였다. 향후 개별 중금속의 특성을 고려한 분석역학적 연구가 추가로 수행되어야 할 것이다.
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