울산의 두 지역 초등학생의 알레르기 질환 유병과 요중 카드뮴 농도와의 관련성 The Relationship between the Prevalence of Allergic Diseases and Urinary Cadmium Concentrations among School-age Children in Two Regions in Ulsan Metropolitan City원문보기
Objectives: The purposes of this study were to determine the relationship between the prevalence of allergic diseases and urinary cadmium concentration among children from six to 12 years of age, and to evaluate the association between cadmium in urine and other immunologically related factors in tw...
Objectives: The purposes of this study were to determine the relationship between the prevalence of allergic diseases and urinary cadmium concentration among children from six to 12 years of age, and to evaluate the association between cadmium in urine and other immunologically related factors in two elementary schools with different environmental conditions. Methods: Data on physician-diagnosed prevalence over the past 12 months and potential risk factors for allergic disease were collected from survey results drawn from 236 children living in different regions (central urban vs. suburban) from April to July in 2014 by an ISAAC questionnaire. We analyzed cytokine levels in serum through enzyme-linked immunosorbent assay and urinary cadmium concentration by use of inductively coupled plasma mass spectrometry. Results: Concentrations of urinary cadmium in suburban and central urban children were $0.11{\pm}0.11ug/L$, $0.14{\pm}0.17ug/L$, respectively (p>0.05). Results from the analysis of the t-test and chi-square test showed that urinary cadmium levels were positively associated with environmental factors (paternal smoking status, passive smoking, traffic volume and experiences of outdoor odors) and individual genetic factors (parental allergic disease). Cadmium concentrations in urine were also positively associated with the prevalence of allergic disease and immune-related cytokines (eosinophils, IgE, IL-5, IL-33, IL-17). Conclusion: This study suggests that genetic factors (parental history of allergic diseases), environmental factors, and regional status (suburban and central urban) should be considered as probable factors increasing the concentration of urinary cadmium, which has the potential to influence the allergic disease prevalence of school-age children.
Objectives: The purposes of this study were to determine the relationship between the prevalence of allergic diseases and urinary cadmium concentration among children from six to 12 years of age, and to evaluate the association between cadmium in urine and other immunologically related factors in two elementary schools with different environmental conditions. Methods: Data on physician-diagnosed prevalence over the past 12 months and potential risk factors for allergic disease were collected from survey results drawn from 236 children living in different regions (central urban vs. suburban) from April to July in 2014 by an ISAAC questionnaire. We analyzed cytokine levels in serum through enzyme-linked immunosorbent assay and urinary cadmium concentration by use of inductively coupled plasma mass spectrometry. Results: Concentrations of urinary cadmium in suburban and central urban children were $0.11{\pm}0.11ug/L$, $0.14{\pm}0.17ug/L$, respectively (p>0.05). Results from the analysis of the t-test and chi-square test showed that urinary cadmium levels were positively associated with environmental factors (paternal smoking status, passive smoking, traffic volume and experiences of outdoor odors) and individual genetic factors (parental allergic disease). Cadmium concentrations in urine were also positively associated with the prevalence of allergic disease and immune-related cytokines (eosinophils, IgE, IL-5, IL-33, IL-17). Conclusion: This study suggests that genetic factors (parental history of allergic diseases), environmental factors, and regional status (suburban and central urban) should be considered as probable factors increasing the concentration of urinary cadmium, which has the potential to influence the allergic disease prevalence of school-age children.
본 연구에서는 우리나라의 주요 산업도시인 울산지역에서 대기오염도를 포함한 주변 환경조건의 차이가 큰 교외주거지역과 도심지역 초등학생들을 대상으로 혈청 내 사이토카인 농도와 요중 카드뮴 농도를 분석하여 알레르기 질환 유병상태와 그 원인이 되는 환경요인, 유전적 요인에 대한 관련성에 대해 카드뮴을 중심으로 면역학적 변화를 분석하였다.
제안 방법
본 연구에서는 공업도시 울산의 주변 환경특성이 다른 두 지역 즉, 산업단지와 도심교통의 영향으로 대기오염물질의 농도가 전반적으로 높은 지역에 위치한 B 학교(도심지역)와 B 학교에 비해 상대적으로 대기오염도가 낮은 A 학교(내륙주거지역) 초등학교 학생을 대상으로 구축한 코호트를 바탕으로 환경적 요인 중 카드뮴의 농도가 알레르기 질환의 유병에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 또한, 중금속의 지역적 누적수준을 고려하기 위해 거주기간 5년 이상으로 제한하여 대상을 무작위로 선별함으로서 알레르기 질환에 영향을 주는 환경적 요인에 대한 비교성을 높이고자 하였다.
울산지역에 위치한 두 지역의 초등학교(A와 B) 학생들의 알레르기 질환 유무와 환경적 요인의 관련성을 파악하고자 ISAAC 설문지와 주요 설문 항목(가족력, 식습관, 실내·외환경)에 대한 응답을 분석하였다. 알레르기 환아의 유병률은 두 지역 A와 B 학교대상 가족력(부모의 천식, 알레르기 비염 유무)중 부모의 알레르기 비염이 있는 경우에 두 지역 모두 통계적으로 유의하게 높았다(p<0.
이러한 지역적 차이는 선행연구31)를 통해 확인할 수 있다. 조사에 사용된 설문지는 학교를 통해 학부모에게 전달되어 1주일 이내로 회수되었으며, 부모의 동의하에 알레르기 피부반응 검사, 혈액과 소변의 채취가 가능한 대상자에 대해 2014년 5월에서 6월까지 피부반응 검사와 생체시료를 수집하였다. 설문과 생체시료수집에 동의한 대상자는 1,050명이었으며, 조사대상중 설문과 생체자료에 누락이 없고 거주기간이 5년 이상인 초등학생을 지역별로 각 118명씩(환자군 59명, 대조군 59명) 총 236명을 무작위 표본추출하였다.
대상 데이터
조사에 사용된 설문지는 학교를 통해 학부모에게 전달되어 1주일 이내로 회수되었으며, 부모의 동의하에 알레르기 피부반응 검사, 혈액과 소변의 채취가 가능한 대상자에 대해 2014년 5월에서 6월까지 피부반응 검사와 생체시료를 수집하였다. 설문과 생체시료수집에 동의한 대상자는 1,050명이었으며, 조사대상중 설문과 생체자료에 누락이 없고 거주기간이 5년 이상인 초등학생을 지역별로 각 118명씩(환자군 59명, 대조군 59명) 총 236명을 무작위 표본추출하였다. 또한 알레르기 피부반응검사 판독 결과 양성대조군(Histamin) 반응 이외 반응하는 항원이 없는 경우에만 대조군으로 분류하였다.
울산지역 내륙주거지역(A)과 도심지역 초등학교(B)(Fig. 1)를 대상으로 알레르기 질환 유병현황과 관련 정보를 얻기 위해 전 학년 초등학생에 대해 2014년 4월에서 5월까지 설문조사를 수행하였다. B 학교가 위치한 도심의 경우 산업단지와 도심교통의 영향으로 대기오염물질의 농도가 전반적으로 높은 지역이며, A 학교가 위치한 주거지역은 상대적으로 낮다.
데이터처리
두 지역간의 비교 및 지역내 알레르기 질환 유무에 따른 비교를 위해 사용한 통계적 분석 방법은 연속변수에 대해서는 t-test를 이용하였고, 명목변수에 대해서는 카이제곱검정을 이용하여 실시하였다. 면역학적 지표의 경우 그 분포가 우측으로 치우친 결과를 나타내어 로그변환하여 분석하였다.
요중 카드뮴 농도와 관련된 생체지표의 영향을 파악하기 위해서 단변량분석을 통해 유의한 차이가 있는지 파악한 후 의미 있는 변수들을 포함한 다변량 분석을 실시하였으며, 이를 통해 환경요인의 면역반응에 대한 영향을 혼란변수(성, 연령, 학교, 아버지 흡연, 간접흡연, 환경악취경험, 인접통행량)의 통제하에서 파악하고자 하였다. 통계분석은 SPSS 22.
이론/모형
건강검진을 통해 환자군과 대조군에서 얻은 혈액을 분리하여 효소면역정량법을 통해 사이토카인 농도를 측정하였다. 플레이트에 IL-4, IL-5, IL-13 그리고 IL-33(BioLegend, CA, USA) capture antibody 100 μl을 넣고 4oC에서 하루 동안 코팅시킨 후 2% BSA(Sigma-Aldrich, St.
05% Triton X-100(Aldrih, high purity), 1% NH4OH(SIGMA, high purity)으로 제조하였다. 검량선은 혈액첨가법으로 10 mg/L Multi-element calibration standard(Agilent Technologies, USA)을 사용하여 0.05~20 ppb 사이의 7개의 검정표준용액을 제조하였고, 검정표준용액의 농도는 미지시료의 농도가 포함될 수 있는 범위 내에 설정하였다. 검량선의 직선성(r)이 0.
조사에 사용된 설문지는 국제소아천식 및 알레르기 역학조사(International society of asthma and allergy of children, 이하 ISAAC)설문지의 핵심 문항과 함께 개인의 기초정보(나이, 성별 등), 알레르기 가족력, 사회경제적 지표(부모 교육수준, 가정소득 등), 실내·외 환경 관련정보(흡연, 도로까지의 거리, 곰팡이, 악취, 대기오염, 환기 등) 등 다양한 질문을 포함하고 있다. 본 연구에서 사용된 알레르기 질환 유병지표는 ISAAC 설문내용의 알레르기 피부반응검사와 알레르기 질환에 대해 12개월 이내 의사진단 경험여부로 하였다.
성능/효과
첫 번째, 교외주거지역과 도심지역의 환경 영향요인 중 아버지 흡연력, 간접흡연, 환경악취 경험, 환경악취경험, 인접통행량에서 유의한 차이를 나타냈다. 두 번째, 부모의 가족력(알레르기 비염)은자녀의 알레르기 질환 유병률과 통계적으로 유의한 관련성이 있었다. 그러나 동일 지역 내에서 실내?외환경요인과 알레르기 질환 유병과의 관련성은 통계적으로 유의하지 않았다.
001). 마지막으로 요중 카드뮴 농도는 알레르기 질환의 위험도와 관련성이 있으며,Th2 사이토카인, IL-17, IgE, 호산구 등도 위험도를 높이는 방향으로 작용하였다.
그러나 동일 지역 내에서 실내?외환경요인과 알레르기 질환 유병과의 관련성은 통계적으로 유의하지 않았다. 세 번째, 지역 간 요중 카드뮴 농도의 유의한 차이는 없었으나(p=0.112) 주변 환경요인에 의해 도심지역에 거주하는 초등학생의요중 카드뮴 농도가 높은 경향을 나타낼 뿐 아니라 알레르기 환아에서 요중 카드뮴 농도가 유의하게 높게 나타났다(p<0.001). 마지막으로 요중 카드뮴 농도는 알레르기 질환의 위험도와 관련성이 있으며,Th2 사이토카인, IL-17, IgE, 호산구 등도 위험도를 높이는 방향으로 작용하였다.
이 연구에서는 대기오염도를 포함한 주변 환경조건의 차이가 큰 교외주거지역과 도심지역 초등학생들을 대상으로 혈청 내 사이토카인 농도와 요중 카드뮴 농도를 분석하여 알레르기 질환 유병상태와 환경적 요인, 유전적 요인 및 면역학적 요인들과의 관련성을 분석하였고, 이를 통해 얻은 주요 결과는 다음과 같다. 첫 번째, 교외주거지역과 도심지역의 환경 영향요인 중 아버지 흡연력, 간접흡연, 환경악취 경험, 환경악취경험, 인접통행량에서 유의한 차이를 나타냈다. 두 번째, 부모의 가족력(알레르기 비염)은자녀의 알레르기 질환 유병률과 통계적으로 유의한 관련성이 있었다.
후속연구
결론적으로 환경적 요인에 의해 체내 유입된 카드뮴 농도가 높을수록 면역체계의 혼란을 초래하여 알레르기 질환 유병상태에 영향을 미칠 수 있을 것으로 사료되며, 향후 보다 장기적 관찰조사가 필요할 것이다.
이 연구를 통해 지역간 환경특성의 차이는 체내 유입된 카드뮴 농도에 영향을 미치며, 이는 면역체계 불균형을 야기하여 알레르기 환아의 유병상태에 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있었다. 향후 연구에서는 카드뮴 외 다른 중금속과 알레르기 질환과의 관련성에 대해 환경요인의 상호작용을 반영한 면역학적 변이의 장기적 관찰조사가 필요한 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자동차 매연에 포함된 오염물질은 무엇인가?
최근 환경규제의 강화로 과거에 비해 대기환경이 좋아지고 있으나 공단지역주변의 경우에는 여전히 지역의 배출특성과 관련된 영향을 고려해야할 필요가 있다. 도심의 대표적 오염원인 자동차 매연의 경우 CO, NOx 등과 같은 유해한 대기오염 물질들을 포함하고 있으며, 카드뮴과 납 같은 누적적 특성을지니는 중금속 또한 포함되어 있다. 이러한 중금속들은 대기오염을 더욱 심각하게 만들뿐만 아니라 대기, 수질, 토양, 식품과 같이 주변 환경의 다양한 곳에 존재하였다가 호흡기와 소화기를 통해 우리 생활에서 쉽게 체내로 유입된다.
카드뮴이 유발하는 질환은 무엇인가?
카드뮴의 경우 주로 호흡기로 흡수되나 일반인에서는 음식물 섭취 경로를 통하며, 영양결핍이 있는 경우에는 20%까지 흡수되기도 한다.10) 세포 및 적혈구에서 메탈로티오네인(Metallothionein)과 결합하여 존재하며, 체외로 쉽게 배출되지 않아 누적되는 경향이 있고 고혈압, 신장과 간 질환을 유발한다고 알려져 있다.15,16)
중금속의 문제점은 무엇인가?
도심의 대표적 오염원인 자동차 매연의 경우 CO, NOx 등과 같은 유해한 대기오염 물질들을 포함하고 있으며, 카드뮴과 납 같은 누적적 특성을지니는 중금속 또한 포함되어 있다. 이러한 중금속들은 대기오염을 더욱 심각하게 만들뿐만 아니라 대기, 수질, 토양, 식품과 같이 주변 환경의 다양한 곳에 존재하였다가 호흡기와 소화기를 통해 우리 생활에서 쉽게 체내로 유입된다.10-14)
참고문헌 (40)
Ministry of Health and Welfare(Korea). The main allergic diseases, children.adolescence(under 12 years) occurs more. http://www.mohw.go.kr/m/noticeView.jsp?MENU_ID0403&cont_seq332411&page23. [accessed 5 June 2016].
Sporik R, Holgate ST, Platts-Mills TA, Cogswell JJ. Exposure to house-dust mite allergen(Der p I) and the development of asthma in childhood. New Engl J Med. 1990;323(8):502-507.
Nicolai T, Carr D, Weiland SK, Duhme H, von Ehrenstein O, Wagner C, et al. Urban traffic and pollutant exposure related to respiratory outcomes and atopy in a large sample of children. Eur Respir J. 2003;21(6):956-963.
McElroy JA, Shafer MM, Trenthan-Dietz A, Hampton JM, Newcomb PA. Urinary cadmium levels and tobacco smoke exposure in women age 20-69 years in the United States. Environmental Research. 2007;70(20):1779-1782.
Kim SH, Yoon HJ. Climate change and respiratory allergic diseases. J Korean Med Assoc. 2011;54(2):161-168.
Choi SW, Lee JH, Kim Y, Oh IB, Choi KR. Association Between the Sensitization Rate for Inhalant Allergens in Patients with Respiratory Allergies and the Pollen Concentration in Ulsan, Korea. The Korean Journal of Medicine. 2014;86(4):453-461.
Bache CA, Lisk DJ, Scariett JM, Carbone LG. Epidemiologic study of cadmium and lead in the hair of ceramists and dental personnel. Journal of Toxicology and Environmental Health. 1991;34(4):423-431.
Trojanowski P, Trojanowski J, Antonowicz J, Bokiniec M. Lead and cadmium content in human hair in central pomerania(Northern Poland). J. Elementol. 2010;15(2):363-384.
Ulsan Development Institute(UDI). An Improvement Plan for Odor Pollution in Ulsan. 2001.
Ulsan Metropolitan city(Korea). Regular survey of traffic and speed(2015). Available:http://www.its.ulsan.kr/Menu006/Survey.aspx?SiteID6003. [accessed 18 July 2016].
Hassler E, Lind B, Piscator M. Cadmium in blood and urine related to present and past exposure. A study of workers in an alkaline battery factory. 1983;40(4):420-425.
Monitoring and comparison of Cadmium in blood and Urine. Cheun HM, Kim MO, Park KS, Choi DW, Choi JH, Pyo HS. The korean society of analytical seiences(KOSAS). 2011;5:142-142.
Metallothionein induction in the liver, kidney, heart and aorta of cadmium and isoproterenol treated rats. Bobillier-Chaumont S1, Maupoil V, Berthelot A. J Appl Toxicol. 2006;26(1):47-55.
Villanueva MBG, Koizumi S, Jonai H. Cytokine Production by Human Peripheral Blood Mononuclear Cells after Exposure to Heavy Metals. Journal of Health Science. 2000;46(5)358-362.
Jenerowicz D, Silny W, Dannczak-Pazdrowska A, Polannska A, Osmola-Mannkowska A, Olek-Hrab A. Environmental factors and allergic diseases. Ann Agric Environ Med. 2012;19(3):475-481.
Egon M, Sandra J, Barbara K, Andrea G, Sonja B. The Effect of Heavy Metals on the Immune System at Low Concentrations. International Journal of Occupational Medicine and Environmental Health. 2001;14(4):375-386.
Hyun JS, Satsu H, Shimizu M. Cadmium induces interleukin-8 production via NF-kappaB activation in the human intestinal epithelial cell, Caco-2. Cytokine 2007;37(1):26-34.
Yucesoy B, Turhan A, Ure M, Imir T, Karakaya A. Simultaneous effects of lead and cadmium on NK cell activity and some phenotypic parameters. Immunopharmacol Immunotoxicol. 1997;19(3):339-348.
Miler I, Prochazkova E, Borte M, Vondracek, J, Braun W. Phagocytosis of cadmium microcrystals by glass-adherent peripheral blood leukocytes of newborns with various perinatal risk. Allerg Immunol(Leipzig). 1987;33(4):231-237.
Miler I, Borte M, Vondracek J. Phagocytosis of cadmium microcristals by human milk macrophages in vitro. Allerg Immunol(Leipzig). 1990;36(3):157-162.
Kaminnska T, Tustanowska-Stachura A, Slotwinska M, Szuster-Ciesielska A, Stasiak M, Kandefer-Szerszen M. Cell death and cytokine production induced by cadmium in leukocytes of cord blood and peripheral blood of adults. Journal of Pre-Clinical and Clinical Research. 2007;1(1):030-034.
Marth E, Barth S, Jelovcan S. Influence of cadmium on the immune system. Description of stimulating reactions. Cent Eur J Publ Health. 2000;8(1):40-44.
Marth E, Jelovcan S, Kleinhappl B, Gutschi A, Barth S. The effect of heavy metals on the immune system at low concentrations. Intl J Occup Med Environ Health. 2001;14(4):375-386.
Heo JA, Kim HM, Lee JT. A Study of the Relationships Between Proximity to an Industrial Complex and Blood Lead Levels and Urinary Cadmium Levels. Korean Journal of Environmental Health Sciences. 2012;38(2):95-104.
Oh I, Bang J-H, Kim S, Kim E, Hwang M-K, Kim Y. Spatial distribution of air pollution in the Ulsan metropolitan region. Journal of Korean Society for Atmospheric Environment. 2016;34(4):394-407.
Oh IB, Kim Y, Sim CS, Lee JH. Prevalence of Children's Allergic Diseases in Ulsan:Local Differences and Environmental Risk Factors. Korean Journal of Environmental Health Sciences. 2012;38(6):472-481.
Deumer G, Stockman B, Casters J, Cinar G, Vanderstocken C, Haufroid V. Success Story: Medical Lab Achieves Certification for ICPMS Method for Trace Elements in Urine. Agilent ICP-MS Journal. 2010;44:4-5.
Pizent A, Macan J, Jurasovic J, Varnai VM. Association of toxic and essential metals with atopy markers and ventilatory lung function in women and men. Science of the Total Environment. 2008;390(2-3):369-376.
Moon CS. Evaluation of Cd and Pb Intake and Exposure Routes in Some Korean Women. Journal of Environmental Health. 2007;33(5):353-358.
Kim HJ, Hong YS, Lee KE, Kim JY. The Levels of Blood Lead and Cadmium in Urban and Rural Population in Korea. Journal of Life Science. 2009; 19(4): 472-478.
National Institute of Environmental Research (Korea). Survey study of hazardous air pollutants(HAPs) in Ulsan area(final report). 2010.
Seo JH, Kim BG, Kim Y, Kim RB, Chung JY, Hong YS. Lead, Mercury and Cadmium Concentration in Blood and Related Factors among Korean Preschoolers. J Environ Health Sci. 2014; 40(4): 279-293
Dias PM, Banerjee G. The Role of Th17/IL-17 on Eosinophilic Inflammation. Journal of Autoimmunity. 2013;40(1):9-20.
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