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문제 정의
- 2) 이렇듯 비소는 우리 주변에서 다양한 방식으로 노출될 수 있다. 따라서 본 연구는 산업단지 인근에 거주하는 주민을 대상으로 화석연료의 연소, 제련 과정에서 발생하는 비소에 의한 건강영향을 조사하였다.13)
- 본 연구에서는 충청남도에 건립된 발전소, 제철소, 석유화학단지 주변지역에서 거주하고 있는 주민들과 산업단지의 영향을 받지 않는 주민들을 대상으로 거주 지역과 요중 비소 농도와의 연관성을 밝히고자 한다.
가설 설정
- 해양생물에서는 무기비소가 유기비소(arsenobetaine, arsenocholine, arsenosugar)로 전환되는 것으로 알려져 있다.14) 본 연구결과에서는 보정하여 분석하였을 때 식수 형태에 따른 유의한 차이가 없었다. 프랑스 국민건강영향조사 자료 분석 결과 생선 섭취 빈도가 주 2회 이상인 경우에서 월 1회 이하인 경우보다 무기비소 노출지표가 더 높게 나타났다.
제안 방법
- 매 검사마다 측정법의 신뢰성을 확보하였다. CDC에서 발간한 화학물질 노출 보고서와 국립독성연구원에서 제시한 생체시료 분석법 Validation을 준수하였다.
- 1%, DMA는 0%, AsB는 0%으로 전반적으로 낮았다. 검출 한계값 이하에서는 종비소의 분포가 음의 왜도 분포를 보이기 때문에 각각의 검출 한계값의 2/3 수치를 대표값으로 치환하였다. 비소 총합(∑As)은 As5+, As3+, MMA, DMA, AsB 수치를 더한 값으로, 무기비소는 As5+와 As3+ 수치를 더한 값으로, 무기비소 노출지표는 As5+, As3+, MMA, DMA 수치를 더한 값으로 계산하였다.
- 충남 지역 발전소, 제철소, 석유화학단지에 인접한 각각 4개, 1개, 1개 지역을 환경오염 취약지역으로 임의로 선정하였다. 또한 산업단지로부터 거리가 10 km 이상으로 산업단지에 의한 비소 노출 위험이 낮은 4개 지역을 비교지역으로 선정하여 육지에 위치한 2개 지역을 내륙 비교지역으로 해안에 위치한 2개 지역을 해안 비교지역으로 지정하였다. 2013년 11월부터 2015년 12월까지 조사를 진행하였다.
- 요중 비소 수치는 각 시료의 측정값에 요중 크레아티닌으로 나누어서 보정하였다. 모수적인 분석법을 적용하기 위해 요중 비소가 로그-정규 분포를 보임을 확인한 후 측정된 모든 종비소 농도를 로그 변환하였다. 그룹 간 차이를 비교하기 위하여 카이제 곱검정과 일원배치분산분석을 시행하여 p-value를 산출하였다.
- 사회경제적 수준에 관한 내용으로는 성별, 연령, 결혼상태, 교육수준, 경제수준, 거주 지역 등으로 구성하였다. 비소 노출에 관한 내용으로는 거주지 주변 산업단지 유무 및 종류, 식이(생선섭취 빈도), 식수 형태, 건강 행동(흡연, 음주, 운동), 현재 직업 등으로 구성하였다.
- 비소 총합(∑As)은 As5+, As3+, MMA, DMA, AsB 수치를 더한 값으로, 무기비소는 As5+와 As3+ 수치를 더한 값으로, 무기비소 노출지표는 As5+, As3+, MMA, DMA 수치를 더한 값으로 계산하였다.
- 설문조사 요원은 사회경제적 수준과 비소 노출에 관한 설문지를 이용하여 연구대상자를 조사하였다. 사회경제적 수준에 관한 내용으로는 성별, 연령, 결혼상태, 교육수준, 경제수준, 거주 지역 등으로 구성하였다. 비소 노출에 관한 내용으로는 거주지 주변 산업단지 유무 및 종류, 식이(생선섭취 빈도), 식수 형태, 건강 행동(흡연, 음주, 운동), 현재 직업 등으로 구성하였다.
- 설문조사 요원은 사회경제적 수준과 비소 노출에 관한 설문지를 이용하여 연구대상자를 조사하였다. 사회경제적 수준에 관한 내용으로는 성별, 연령, 결혼상태, 교육수준, 경제수준, 거주 지역 등으로 구성하였다.
- 연구 기간 중 참여자를 대상으로 총비소 분석을 먼저 시행하였다. 요 시료는 용기에 채취한 후 분석할 때까지 −20°C로 동결 보관하였다.
- 요중 비소 수치는 각 시료의 측정값에 요중 크레아티닌으로 나누어서 보정하였다. 모수적인 분석법을 적용하기 위해 요중 비소가 로그-정규 분포를 보임을 확인한 후 측정된 모든 종비소 농도를 로그 변환하였다.
- 주민검진 자료를 이용하다 보니 해산물 섭취를 제한하여 대상자를 선정하는데 한계가 있었다. 이를 보완하기 위하여 생선섭취 빈도를 이용하였다. 둘째 요중 비소 농도는 반감기가 짧기 때문에 만성 노출을 추정하는데 한계가 있다.
- 검정표준용액은 Elusion 용액 혹은 증류수를 이용하여 희석하였다. 총비소 분석 및 비소 종분석 모두 유도결합플라즈마 질량분석기(inductively coupled plasma mass spectrometer)를 사용하여 이온화된 시료를 검출하였다. 비소 종분석에서 검출 한계값(limit of detection)은 As5+는 0.
- 단계적으로 농도가 다른 보정용 표준 용액을 표준물첨가법을 이용하여 측정하였다. 총비소 분석을 시행한 시료 중 선정 기준에 부합할 경우 비소 종분석을 시행하였다. 시료첨가용 표준용액은 요 시료에 희석하여 최소 2개 이상의 농도 수준으로 조제하였다.
- 이 중 소변 시료를 채취한 대상자는 1193명이었다. 환경오염 취약지역(n=665)과 비교지역(n=254)에서 생선 섭취 빈도를 기준(주 1회 이하, 주 2-3회 이상)으로 층화한 후, 각 군별로 분포에 따른 최대값과 중앙값에서 표본을 선정하였다. 발전소, 제철소, 석유화학단지, 내륙 비교지역, 해안 비교지역으로 나누어진 각 군에서 총 비소를 기준으로 최대값은 순차적으로 작은 농도를 가지는 대상자를 선정하였고, 중앙값은 순차적으로 큰 농도와 작은 농도를 가지는 대상자를 동일한 분율로 대상자를 선정하였다.
- 회귀계수를 지수화함으로써 기화평균의 비를 추정할 수 있었다. 회귀모델 내에서 다른 요인들을 고정한 후 독립변수에 따른 기하평균의 비를 계산할 수 있었다. 모든 자료는 SPSS ver.
대상 데이터
- 또한 산업단지로부터 거리가 10 km 이상으로 산업단지에 의한 비소 노출 위험이 낮은 4개 지역을 비교지역으로 선정하여 육지에 위치한 2개 지역을 내륙 비교지역으로 해안에 위치한 2개 지역을 해안 비교지역으로 지정하였다. 2013년 11월부터 2015년 12월까지 조사를 진행하였다. 대상자는 선정된 지역에 거주하는 성인이면서 지역주민 건강검진에 참여하여 소변을 제공한 경우로 한정하였다, 소변 검사 결과 요중 크레아티닌 농도가 정상 범위(0.
- 시료첨가용 표준용액은 요 시료에 희석하여 최소 2개 이상의 농도 수준으로 조제하였다. 검정표준용액은 Elusion 용액 혹은 증류수를 이용하여 희석하였다. 총비소 분석 및 비소 종분석 모두 유도결합플라즈마 질량분석기(inductively coupled plasma mass spectrometer)를 사용하여 이온화된 시료를 검출하였다.
- 대상자는 선정된 지역에 거주하는 성인이면서 지역주민 건강검진에 참여하여 소변을 제공한 경우로 한정하였다, 소변 검사 결과 요중 크레아티닌 농도가 정상 범위(0.5-2.0 g/L)에 포함되지 않은 경우, 만성 콩팥병을 진단받은 적이 있거나, 신사구체 여과율이 < 30 mL/min/1.73 m2인 경우는 대상자에서 제외하였다.
- 환경오염 취약지역(n=665)과 비교지역(n=254)에서 생선 섭취 빈도를 기준(주 1회 이하, 주 2-3회 이상)으로 층화한 후, 각 군별로 분포에 따른 최대값과 중앙값에서 표본을 선정하였다. 발전소, 제철소, 석유화학단지, 내륙 비교지역, 해안 비교지역으로 나누어진 각 군에서 총 비소를 기준으로 최대값은 순차적으로 작은 농도를 가지는 대상자를 선정하였고, 중앙값은 순차적으로 큰 농도와 작은 농도를 가지는 대상자를 동일한 분율로 대상자를 선정하였다. 최종적으로 환경오염 취약지역은 226명, 비교지역은 120명으로 총 346명이 비소의 환경 노출에 의한 건강영향 평가를 분석하기 위하여 선정되었다(Fig.
- 비소 종 분리용 정도관리 물질로는 NIST사에서 제조하는 2가지 레벨의 시약을 사용하였다. As5+, As3+, MMA, DMA, AsB은 각 시약마다 다른 기준값을 가지고 있고 범위내 포함되는지를 확인하였다.
- 지역주민 건강검진에 참여한 대상자는 총 1320명이었다. 이 중 소변 시료를 채취한 대상자는 1193명이었다. 환경오염 취약지역(n=665)과 비교지역(n=254)에서 생선 섭취 빈도를 기준(주 1회 이하, 주 2-3회 이상)으로 층화한 후, 각 군별로 분포에 따른 최대값과 중앙값에서 표본을 선정하였다.
- 지역주민 건강검진에 참여한 대상자는 총 1320명이었다. 이 중 소변 시료를 채취한 대상자는 1193명이었다.
- 연구대상자들의 인구사회학적 특징은 Table 1와 같다. 총대상자는 346명이었다. 환경오염 취약지역의 경우 여성이 116명(51.
- 발전소, 제철소, 석유화학단지, 내륙 비교지역, 해안 비교지역으로 나누어진 각 군에서 총 비소를 기준으로 최대값은 순차적으로 작은 농도를 가지는 대상자를 선정하였고, 중앙값은 순차적으로 큰 농도와 작은 농도를 가지는 대상자를 동일한 분율로 대상자를 선정하였다. 최종적으로 환경오염 취약지역은 226명, 비교지역은 120명으로 총 346명이 비소의 환경 노출에 의한 건강영향 평가를 분석하기 위하여 선정되었다(Fig. 1). 단국대병원 연구윤리위원회의 승인을 받았고, 건강검진 및 설문조사를 시행하기 전 대상자로부터 사전 동의를 받았다.
- 충남 지역 발전소, 제철소, 석유화학단지에 인접한 각각 4개, 1개, 1개 지역을 환경오염 취약지역으로 임의로 선정하였다. 또한 산업단지로부터 거리가 10 km 이상으로 산업단지에 의한 비소 노출 위험이 낮은 4개 지역을 비교지역으로 선정하여 육지에 위치한 2개 지역을 내륙 비교지역으로 해안에 위치한 2개 지역을 해안 비교지역으로 지정하였다.
데이터처리
- 모수적인 분석법을 적용하기 위해 요중 비소가 로그-정규 분포를 보임을 확인한 후 측정된 모든 종비소 농도를 로그 변환하였다. 그룹 간 차이를 비교하기 위하여 카이제 곱검정과 일원배치분산분석을 시행하여 p-value를 산출하였다. 요중 비소 수치에 영향을 줄 수 있는 여러 요인들을 보정하여 중회귀분석을 시행하였다.
- 그룹 간 차이를 비교하기 위하여 카이제 곱검정과 일원배치분산분석을 시행하여 p-value를 산출하였다. 요중 비소 수치에 영향을 줄 수 있는 여러 요인들을 보정하여 중회귀분석을 시행하였다. 회귀계수를 지수화함으로써 기화평균의 비를 추정할 수 있었다.
이론/모형
- 시료 전처리는 생체시료 400 µl를 1% 질산 3,600µl를 넣었다. 단계적으로 농도가 다른 보정용 표준 용액을 표준물첨가법을 이용하여 측정하였다. 총비소 분석을 시행한 시료 중 선정 기준에 부합할 경우 비소 종분석을 시행하였다.
성능/효과
- ∑As는 성별, 연령, 흡연 유무, 생선 섭취 빈도, 식수 형태, 현재 직업에 따라 유의한 차이가 나타났다.
- 1) 중앙값 인근에서 표본을 선정하여 환경오염 취약지역 주민에게서 측정한 ∑As의 기하평균의 범위는 144.2-211.26 µg/g으로 모든 지역에서 내륙지역보다 유의하게 증가하였다.
- 2) 비소에 의한 환경오염은 산업 과정에서 탄광, 제련, 화석연료의 연소가 원인이다.1) 체내에 흡수된 비소의 생체변형이 진행되는 과정은 As5+에서 As3+로 환원 반응이 발생하고, 이후 메틸화가 연속적으로 이루어져 monomethylarsonic acid(MMA), dimethylarsinic acid(DMA)가 발생한다.3)
- 12) 비교지역은 산업단지로부터 거리가 10 km 이상인 지역으로 선정하였는데 1999년 슬로바키아에서 발전소로부터 10 km 이상 떨어진 지역의 토양 내 비소 농도는 유럽 지역의 평균 비소 농도 범위(2-20 µg/g)에 포함되는 것으로 나타난 연구 결과를 근거로 하였다.
- 14) 본 연구에서는 해안지역에서 거주하는 주민의 경우 ∑As이 내륙 지역보다 증가하였는데, 생선섭취 빈도를 보정하고도 높게 나타났다.
- 2) 유럽에서 시행한 연구에서 흡연은 요중 비소에 유의한 관련성이 없는 것으로 알려졌다.15) 무기비소는 자연식품과 가공식품 모두에 있으며, 해양식품, 가금류와 일부 곡물제품에 함유하고 있는 것으로 알려졌다.
- 비소는 −3, 0, +3, +5 등 4개의 원자 형태로 있을 수 있는데, 환경에서는 지하수와 같은 환원 상태에서는 3가 비소(As3+), 대기와 지표수와 같은 산화된 상태에서는 5가 비소(As5+)로 존재한다.2) 비소에 의한 환경오염은 산업 과정에서 탄광, 제련, 화석연료의 연소가 원인이다.1) 체내에 흡수된 비소의 생체변형이 진행되는 과정은 As5+에서 As3+로 환원 반응이 발생하고, 이후 메틸화가 연속적으로 이루어져 monomethylarsonic acid(MMA), dimethylarsinic acid(DMA)가 발생한다.
- 2) 유럽에서 시행한 연구에서 흡연은 요중 비소에 유의한 관련성이 없는 것으로 알려졌다.15) 무기비소는 자연식품과 가공식품 모두에 있으며, 해양식품, 가금류와 일부 곡물제품에 함유하고 있는 것으로 알려졌다.
- 20) 국내 강릉 지역주민들을 대상으로 측정한 요중 ∑As의 기하평균인 17.25 µg/g에 비해서도 증가하였다.
- 이러한 생체변영은 주로 간에서 이루어지며, 신장에서도 메틸화 과정이 일부 작용한다.3) 메틸화 과정은 개인간 차이가 발생할 수 있는데 SAM의 혈중 농도는 남성에서 더 높은 것으로, GSH는 나이가 들수록 감소하는 것으로 알려져 있다.18,19) 최대값 인근에서 표본을 선정한 경우 ∑As이 여성에서 더 높게 나타났는데 이는 혈중 SAM의 활성화의 차이에 의한 것으로 생각된다.
- 요중 비소 농도는 최근 비소 노출의 생체지료로 이용된다.4) 무기비소의 경우 체내 반감기는 10시간 정도이고 생선섭취에 의한 유기비소의 경우 체내 반감기는 20시간 이내이다. 해산물에 의해 흡수된 비소는 소변을 통해 배출되기 때문에 환경에 의한 비소 노출을 추정하기 위해서는 소변 시료를 채취하기 전 48시간 이내 해산물 섭취를 회피하도록 권고한다.
- Table 4은 비소의 환경 노출 및 요중 비소 농도에 영향을 줄 수 있는 인자로써 거주 지역, 성별, 연령, 흡연 유무, 생선섭취 빈도, 식수 형태, 현재 직업을 보정한 중회귀 분석을 시행한 결과이다. 각 군별 중앙값 인근에서 표본을 선정한 경우, 무기비소는 해안지역이 내륙지역보다 기하평균이 2.04배(95% CI=1.02-4.08) 유의하게 증가하였다. 내륙지역에 비해 제철소는 기하평균이 2.
- 각 군별 최대값 인근에서 표본을 선정한 경우, 무기비소는 각 군별 유의한 차이가 나타나지 않았다. 무기비소 노출지표는 내륙지역에 비해 해안지역은 기하평균이 1.60배(95% CI=1.14-2.25), 발전소는 기하평균이 1.68배(95% CI=1.23-2.29) 유의하게 증가하였다. ∑As은 내륙지역에 비해 해안지역(GM ratio =2.
- 93) 유의하게 증가하였다. 무기비소 노출지표는 발전소가 내륙지역보다 기하평균이 1.61배(95% CI=1.07-2.41) 유의하게 증가하였다. ∑As은 내륙지역에 비해 해안지역(GM ratio=1.
- 003). 무기비소 노출지표는 생선 섭취 빈도가 주 2회 이상인 경우(p=0.038)와 식수로 지하수를 마시는 경우(p=0.005)에서 환경오염 취약지역이 비교 지역보다 유의하게 높았다(Table 2).
- 발전소, 제철소, 석유화학단지 인근에 거주하는 주민들은 산업단지의 영향이 없는 내륙 지역에 거주하는 주민들에 비해 환경 노출에 의한 요중 비소 농도가 증가하였다. 특히 발전소 인근에 거주하는 주민들에게서 무기비소 노출지표가 가장 높게 측정되었다.
- 중간값 인근에서 표본을 선정하였을 때 발전소 인근 주민에게서 측정한 무기비소 노출지표의 기하평균은 50.39 µg/g이었으며 내륙지역보다 유의하게 증가하였다.
- 중앙값 인근 표본에서 환경오염 취약지역과 비교지역간의 무기비소 노출지표는 유의한 차이가 없었지만, ∑As는 환경오염 취약지역에서 비교지역보다 유의하게 증가하였다(p=0.011).
- 최대값 인근 표본에서 환경오염 취약지역과 비교 지역간의 무기비소 노출지표는 유의한 차이가 없었지만, ∑As는 환경오염 취약지역에서 비교지역보다 유의하게 증가하였다(p=<0.001).
- 대기 중 비소는 대부분 물에 의해 환경으로 유입된다. 충남 지역에서 대기 중 총 중금속의 농도는 제철소, 석유화학단지, 발전소, 비교지역 순으로 나타났다. 중금속이 차지하는 비율은 측정지역 및 시기에 따라 다소 차이가 있었다.
- 중금속이 차지하는 비율은 측정지역 및 시기에 따라 다소 차이가 있었다. 특히 비소는 발전소, 제철소, 석유화학단지에 비해 비교지역에서 상당히 낮은 수준의 비소가 측정되었고, 비교지역 간의 비소 농도 차이는 크게 나타나지 않았다.13)
- ∑As는 성별, 연령, 흡연 유무, 생선 섭취 빈도, 식수 형태, 현재 직업에 따라 유의한 차이가 나타났다. 특히 연령에 따라 층화하였을 때 50대 이하 연령군에서는 환경오염 취약지역과 비교지역간 유의한 차이가 없었지만, 60대 이상 연령군에서는 환경오염 취약지역이 비교지역보다 유의하게 증가하였다. 하지만 무기비소 노출지표는 환경오염 취약지역과 비교지역간의 유의한 차이가 없었다.
후속연구
- 이 연구의 제한점은 첫째, 시료를 채취하기 전 48시간동안 해산물 섭취를 제한하지 못 한 것이다. 주민검진 자료를 이용하다 보니 해산물 섭취를 제한하여 대상자를 선정하는데 한계가 있었다.
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