Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.17 No.1 pp.78-84
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2018.17.1.78

A study on the correlation between upper airway diseases and urinary heavy metals concentration in household residents

Jihee Choi1, Yujin Oh1, Yunjae Kim1, Munseob Ahn1, Ji Young Im2, Chung Soo Lee2, Heejin Park1, Moo-Kyun Park3, Bu-Soon Son1*
1Department of Environmental Health Science, Soonchunhyang University
2National Institute of Chemical Safety, Ministry of Environment
3Department of Otorhinolaryngology, Seoul National University College of Medicine
Corresponding author +82-41-530-1270sonbss@sch.ac.kr
22/02/2018 09/03/2018 12/03/2018

Abstract


This study was carried out to investigate the presence of a correlation between heavy metals in urine samples and upper airway diseases. For the study, 51 household residents of Gwangyang, both with and without upper airway disease, were targeted. Urine samples were collected from the subjects along with a questionnaire from April 24th to 27th, 2017. The heavy metals in the urine samples were preprocessed and analyzed using an inductively coupled plasma/mass spectrometer. The geometric mean concentration of urinary arsenic and cadmium was 138.66 μg/L and 0.75 μg/g creatinine among those with upper airway disease and 166.42 μg/L and 1.19 μg/ g creatinine among those without upper airway disease. This was not a statistically significant difference. The concentration of urinary arsenic and cadmium was found to be increased by 1.19 times (95% CI; 0.15-9.31) and 1.26 times (95% CI; 0.31-5.04) in household residents with upper airway diseases with more than 144.86 μg/L and 0.85 μg/g creatinine, respectively.



일반 가정 거주자의 상부기도 질환과 요 중 중금속 농도의 영향에 관한 연구

최 지희1, 오 유진1, 김 윤재1, 안 문섭1, 임 지영2, 이 청수2, 박 희진1, 박 무균3, 손 부순1*
1순천향대학교 환경보건학과
2화학물질안전원
3서울대학교 이비인후과

초록


    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    전 세계적으로 사회·경제적 성장과 더불어 호흡기 질환이 증가하고 있으며, 그 결과 삶의 질을 저하시키 는 중요한 보건문제로 대두되고 있다(Kim et al., 2013). 알레르기 비염(allergic rhinitis), 부비동염(sinusitis), 중이염(tympanitis) 등의 호흡기 질환은 대표적인 만성질환이며, 그 질병부담 또한 급증하고 있다 (KCDC, 2015). 2012년 기준 전 세계 사망의 68%가 만성질환이며 그 주요 원인은 심혈관 질환, 암, 당뇨 그리고 만성 호흡기 질환으로 보고되고 있다(WHO, 2013). 경제협력개발기구(organization for economic cooperation and development 이하; OECD)의 한국 의 료의 질 검토 보고서에 따르면 OECD 국가에 비해 알 레르기 비염 등 만성질환 관리가 취약하다고 하였다 (Lee and Kim, 2014).

    호흡기 질환으로 인한 사망률은 인구 10만 명 당 2005년 29.2명에서 2014년 47.6명으로 10년 사이 1.63 배 증가하였고, 알레르기 비염의 유병률 또한 1995년, 2000년과 2010년 조사결과 증가되는 양상으로 보고되 었다(Choi et al., 2014). 19세 이상 천식 유병률도 1998년 1.1%에서 2012년 2.8%로 증가하는 경향을 보 였다(MoHW, 2012).

    최근에는 황사, 매연, 공해와 같은 오염물질 뿐만 아 니라 성별, 식이습관, 거주환경, 흡연, 사회경제적 수준 등의 다양한 환경적 요인들이 호흡기 질환과 관련이 있는 것으로 보고되고 있다(Lee and Kim, 2015). 그 중 특히 기후변화 및 도시화·산업화에 따른 대기오염 증가에 대한 KEI (2010), Jang (2011), Won et al. (2014), Gennaro et al. (2016) 등의 연구가 활발하게 이루어지 고 있다.

    건강 관련 환경보건학적 연구 결과들의 주된 오염물 질로는 미세먼지(particulate matter 이하; PM10), 중금 속, 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds 이 하; VOCs) 등이 있다(Seo et al., 2008; Han et al., 2017). 일반적으로 입자상 물질 중 미량의 금속성분은 산불, 바람에 의한 표면 부식, 화산작용, 바다 염, 화석연료나 목재의 연소, 고온의 산업공정, 폐기물 소각 등을 통해 자연인공적으로 발생하여 가스 또는 입자의 형태로 대 기 중에 존재하며, 이들을 흡입하였을 경우 인체에 독 성 영향이 있다는 연구결과가 보고되고 있다(Allen et al., 2001). 대기 중 부유하는 비소(arsenic 이하; As), 카드뮴(cadmium 이하; Cd)은 인체에 흡수되어 활성산 소를 생산하는 등 여러 가지 기전을 통해 호흡기 및 순 환기계 질환 등을 유발하는 것으로 알려져 있다(Yun et al., 2010; Park et al., 2016).

    대기 중 PM2.5에 함유된 As는 호흡 관련 인체 발암 성이 보고되었고(Jeon et al., 2010a), 생체시료 중 카드 뮴은 알레르기 비염 및 중이염, 천식의 위험도와 관련 성이 있는 것으로 나타났다(Kim et al., 2016).

    따라서, 본 연구는 일반 가정 거주자의 상부기도 질 환 여부와 요 중 중금속 농도를 파악하고, 상부기도 질 환과의 관련성을 분석하여 환경보건 분야의 기초 자료 로 제공하고자 한다.

    2. 연구대상 및 방법

    2.1. 연구대상

    본 연구는 광양제철소가 위치하고 있는 광양시 일부 지역의 일반 거주 주민 총 51명을 대상으로 설문조사 를 통해 현재 상부기도 질환 중 알레르기 비염, 부비동 염, 중이염 치료 경험이 있는 주민을 질환 유경험자, 치료 경험이 없는 주민을 질환 무경험자로 선정하였다. 생체시료는 연구대상자의 동의를 얻은 후 소변을 채취 하여 요 중 중금속(As, Cd) 농도에 따른 상부기도 질 환의 영향을 파악하고자 수행되었다. 본 연구의 연구 내용 및 수행에 대한 학문적, 윤리적 측면에 대해서는 서울대학교 의과대학 생명윤리심의위원회로부터 검토 및 승인을 받았다.

    2.2. 설문조사

    본 연구의 설문조사는 연구대상자의 특성을 파악하 기 위하여 인구·사회학적 특성, 질병력, 생활습관, 환 경노출력, 식이습관 등에 대하여 조사하였고, 사전 교 육을 받은 조사원이 직접 실시하였다(Table 1).

    2.3. 시료채취 및 분석

    2.3.1. 요 중 중금속

    As와 Cd의 전처리는 urine 200 μL를 내부표준물질 이 포함된 1% 질산(nitric acid 이하; HNO3) solution 3 mL와 1% HNO3 200 μL를 가하여 희석하였으며, 유도 결합 플라즈마 질량분석기(inductively coupled plasma/ mass spectrometer 이하; ICP/MS, Bruker, Australia)를 사용하여 분석하였다. 모든 검체에 내부표준물질로 yttrium 10 μg/L를 첨가하였고 매 검사 시 Clincheck (Germany)에서 제조된 control의 2가지 농도 물질을 검 사하여 직선성을 확인하였으며, 공시료로 증류수(18.2 Ω)를 사용하였다. 모든 성분을 동시 정량으로 진행하 였으며 매 검사 시 마다 검량선을 작성하고 검사항목 당 r값이 0.999 이상인지 확인한 후 분석을 진행하였다. creatinine 보정 계산식은 식 (1)에 나타내었으며, ICP/ MS의 분석조건은 Table 2와 같다.

    보정된 농도 ( μ g/ g c r e a t i n i n e ) = 농도 ( μ g / L ) c r e a t i n i n e 농도 ( g / L )
    (1)

    2.4. 통계분석

    상부기도 질환과 조사대상자들의 인구·사회학적 특 성, 흡연, 음주, 운동 등의 생활습관, 환경노출력, 식생 활습관에 대한 영향요인의 관련성은 chi-square test를 실시하였고, 대상자의 요 중 중금속 농도의 평균차이 검정은 Mann-Whitney U test를 사용하였다. 또한 로지 스틱 회귀분석(logistic regression)을 통해 상부기도 질 환과 요 중 중금속 농도와의 연관성을 평가하였으며, 교차비(odds ratio 이하; OR)와 95% 신뢰구간(confidence interval 이하; CI)으로 나타내었다. 통계분석은 SPSS (version 22.0, SPSS Inc.)를 사용하였다.

    3. 연구결과 및 고찰

    3.1. 설문조사 결과

    설문조사 대상자 수는 총 51명으로 상부기도 질환 유경험자 30명, 무경험자 21명이었다. 성별은 남성과 여성이 비슷한 분포를 보였고, 연령은 65세 이상이 더 많은 것으로 나타났다. BMI의 경우 유경험자는 과체 중(23.0-24.9 kg/m2), 무경험자는 정상체중(18.5-22.9 kg/m2)이 가장 많았다. 최종학력은 유경험자에서의 중 학교 졸업 비율(66.7%)이 더 높았고, 월평균수입의 경 우 유경험자에서 200만원 미만이 60.0%였다(p<0.05). 현재 흡연의 경우 비흡연자가 더 많은 분포를 차지하 였고, 현재 음주와 운동은 비음주자, 비운동군이 더 많 았다. 거주형태는 아파트보다 단독주택에서 더 많이 살 고 있었으며, 거주기간과 건축기간의 경우 각각 25년 이상, 30년 이상에서 더 높은 것으로 나타났다. 인접도 로와의 거리는 유경험자에서 100 m 미만이 56.7%였으 며(p<0.05), 선호하는 음식의 경우 유경험자에서 채식 76.7%, 육류 23.3%였다. 그러나 해산물은 3일 이내에 섭취한 대상자가 더 많은 것으로 조사되었다. 결과적으 로 월평균수입과 인접도로와의 거리를 제외한 모든 설 문 항목에서 상부기도 질환 유경험자와 무경험자 사이 의 특성 간 차이를 보이지 않았다(Table 3).

    3.2. 요 중 중금속 농도

    대상자의 요 중 중금속 농도 결과를 Table 4에 나 타내었다. 요 중 As와 Cd의 기하평균 농도는 각각 149.48 μg/L, 1.18 μg/g creatinine으로 나타났으며, 국 민환경보건기초조사(NIER, 2011)의 요 중 As와 Cd의 기하평균 농도는 44.79 μg/g creatinine, 0.70 μg/g creatinine으로 본 연구에서의 농도가 높은 경향을 보였다. 성인 18~69세를 대상으로 한 독일의 환경조사(Becker et al., 2003)에서는 요 중 Cd 농도가 0.44 μg/L로 본 연구의 농도가 더 높은 수준으로 나타났다. 체내 As와 Cd 농도의 주요인은 식생활습관으로(Jeon et al., 2010b, Jou et al., 2011), 본 연구의 경우도 대상자의 쌀, 해산물 등의 섭취와 관련이 있을 것으로 사료된다.

    상부기도 질환 여부에 따른 요 중 중금속 농도는 As 의 경우 질환 유경험자 138.66 μg/L, 무경험자 166.42 μg/L로 나타났고, Cd의 경우 질환 유경험자 0.75 μg/g creatinine, 무경험자 1.19 μg/g creatinine으로 나타났으 나, 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 그러나 환경부(ME, 2008)에서는 천식 환자의 요 중 As 및 Cd 농도가 각각 118.40 μg/L, 0.43 μg/L로 본 연구에서의 농도가 더 높은 경향을 보였고, NIER (2015), Kim et al. (2016)에 의하면 요 중 Cd 농도와 알레르기 비염 간의 관련이 있는 것으로 보고되고 있다. 그러므로 본 연구대상자의 경우도 요 중 중금속과 만성적인 건강영 향의 증대가능성에 대한 지속적인 연구가 필요한 것으 로 판단된다.

    3.3. 상부기도 질환과 요 중 중금속 농도 영향

    상부기도 질환 유무에 따른 요 중 중금속 농도의 영 향을 알아보고자 Oh et al. (2010)에 근거하여 평균농 도의 중간값을 기준으로 상대적으로 높은 농도와 낮은 농도로 나누어 로지스틱 회귀분석을 실시하였고, 혼란 변수(월평균수입, 인접도로와의 거리) 보정 전후의 교 차비와 신뢰구간으로 나타내었다(Table 5).

    As의 경우 농도가 144.86 μg/L 이상일수록 상부기도 질환 위험률이 1.19배(95% CI; 0.15-9.31) 증가하였고, Cd의 경우 농도가 0.85 μg/g creatinine 이상일수록 상 부기도 질환 위험률이 1.26배(95% CI; 0.31-5.04) 상승 하는 것으로 나타났다. 본 연구는 상부기도 질환 유경 험자의 음식선호도에서 채식의 비율(76.7%)이 무경험 자보다 높았으며, As는 토양 내에 존재하고 채소는 재 배되는 토양의 영향을 받기 때문에(Jou et al., 2011) 채 식을 더 선호하는 대상자의 As 농도 또한 상부기도 질 환에 영향을 주었을 것으로 사료된다. 체내 Cd의 축적 은 농작물에 기인한다는 Yun et al. (2010)의 보고를 고려하였을 때 본 연구결과의 경우 대상자의 식생활습 관의 영향에 의한 결과로 여겨진다. Lee (2015)와 Kim et al. (2016)에 의하면 생체시료 중 As, Cd 농도가 알 레르기 비염 및 중이염의 유병 위험률을 증가시키는 것으로 보고되고 있어 본 연구결과의 상부기도 질환 유경험자가 무경험자에 비해 요 중 중금속의 영향이 더 클 것으로 판단된다.

    4. 결 론

    본 연구는 광양 일부지역에 거주하는 상부기도 질환 유경험자와 무경험자 주민 51명을 대상으로 2017년 4 월 24일부터 27일까지 생체시료인 요 중 중금속(As, Cd) 농도를 채취·분석하였고, 결과는 다음과 같다.

    • 1. 설문조사 결과는 상부기도 질환 유경험자에서 월 평균수입의 경우 200만원 미만이 60.0%, 인접도 로와의 거리는 100 m 미만이 56.7%로 가장 많은 것으로 나타났으며, 통계적으로 유의한 차이를 보 였다(p<0.05).

    • 2. 상부기도 질환 여부에 따른 요 중 중금속 농도는 As의 경우 질환 유경험자 138.66 μg/L, 무경험자 166.42 μg/L로 나타났고, Cd의 경우 질환 유경험 자 0.75 μg/g creatinine, 무경험자 1.19 μg/g creatinine으로 나타났으나, 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다.

    • 3. 상부기도 질환과 요 중 중금속 농도와의 영향을 파악하기 위하여 로지스틱 회귀분석을 실시한 결 과, As의 경우 농도가 144.86 μg/L 이상일수록 상 부기도 질환 위험률이 1.19배(95% CI; 0.15- 9.31) 증가하였고, Cd의 경우 농도가 0.85 μg/g creatinine 이상일수록 상부기도 질환 위험률이 1.26배(95% CI; 0.31-5.04) 상승하는 것으로 나타 났다.

    따라서, 본 연구결과는 상부기도 질환 대상자를 중 심으로 요 중 As와 Cd 농도를 제시하고 상부기도 질 환 유무에 따른 영향을 예측함으로써 향후 상부기도 질환과 요 중 중금속 간의 연관성을 확인하기 위한 중 요한 데이터로 활용될 것으로 생각된다.

    감사의 글

    본 연구는 한국환경산업기술원(과제번호 800-20170 031)과 순천향대학교의 지원에 의하여 수행 되었습니다.

    Figure

    Table

    Questionnaire used in this study

    ICP/MS analysis condition of urinary heavy metals

    Summary on characteristics of the subjects

    Concentration of urinary heavy metals

    Association of respiratory diseases with urinary heavy metals

    Reference

    1. A.G. Allen , E. Nemitz , J.P. Shi , R.M. Harrison , J.C. Greenwood (2001) Size distributions of trace metals in atmospheric aerosols in the United Kingdom., Atmos. Environ., Vol.35 (27) ; pp.4581-4591
    2. K. Becker , C. Schulz , S. Kaus , M. Seiwert , B. Seifert (2003) German Environmental Survey 1998 (GerES III): environmental pollutants in the urine of the German population., Int. J. Hyg. Environ. Health, Vol.206 (1) ; pp.15-24
    3. S.W. Choi , J.H. Lee , Y. Kim , I.B. Oh , K.R. Choi (2014) Association between the sensitization rate for inhalant allergens in patients with respiratory allergies and the pollen concentration in Ulsan, Korea., Korean J. Med., Vol.86 (4) ; pp.453-461
    4. D.A. Gennaro , P. Ruby , V. Carolina , L. Maurizia , M. Antonio , S. Anna , S. Alessandro , V. Alessandro , D.A. Maria (2016) Climate change and air pollution: effects on respiratory allergy., Allergy Asthma Immunol. Res., Vol.8 (5) ; pp.391-395
    5. J.M. Han , J.K. Kim , K.H. Jo (2017) Verify a causal relationship between fine dust and air condition-weather data in selected area by contamination factors., Korean Journal of Big Data, Vol.2 (1) ; pp.17-26
    6. A.S. Jang (2011) Climate change and air pollution., J. Korean Med. Assoc., Vol.54 (2) ; pp.175-180
    7. J.M. Jeon , B.W. Kang , H.S. Lee , C.M. Lee (2010) Health risk assessment of heavy metals in PM2.5 in industrial areas., J. Environ. Health Sci., Vol.36 (4) ; pp.294-305a
    8. J.W. Jeon , Y.S. Hong , Y.H. Kim (2010) Heavy metal contamination in soils and crops in the Deajeong mine., Journal of the Korean Society for Environmental Technology, Vol.11 (2) ; pp.76-85b
    9. H.M. Jou , S.H. Choi , E.K. Chung , S.W. Jung , W.H. Yang , B.S. Son (2011) Heavy metal levels in urine of residents in industrial area., J. Environ. Sci. (China), Vol.20 (5) ; pp.565-574
    10. A. Kim , Y.S. Hong , J.H. Bang , I.B. Oh , J.Y. Chung , C.S. Sim , H.J. Lee , Y. Kim , J. Lee (2016) The relationship between the prevalence of allergic diseases and urinary cadmium concentrations among school-age children in two regions in Ulsan metropolitan city., J. Environ. Health Sci., Vol.42 (6) ; pp.396-408
    11. M.N. Kim , W.K. Lee , J.Y. Park (2013) The ecological analysis of asthmatic occurrence in patients: using the national health insurance data., Journal of the Korean Data & Information Science Society, Vol.24 (4) ; pp.679-688
    12. Korea Centers for Disease Control and Prevention (KCDC) (2015) Introduction to the birth cohort for asthma and allergic diseases study in Korea., Public Health Weekly Report, Vol.8 (39) ; pp.929-932
    13. KEI (2010) Climate change and air pollution effects on environmentally related disease: interactive effects of temperature and ozone on environmentally related disease.,
    14. D.W. Lee (2015) Environmental cadmium exposure, chronic suppurative otitis media, and hearing impairment. Master dissertation, Seoul National University,
    15. J.Y. Lee , H.J. Kim (2014) Identification of major risk factors association with respiratory diseases by data mining., Journal of the Korean Data & Information Science Society, Vol.25 (2) ; pp.373-384
    16. Y.J. Lee , J.S. Kim (2015) Factors affecting asthma and atopic dermatitis in Korean children: a population-based cross-sectional survey., Child Health Nurs. Res., Vol.21 (1) ; pp.20-27
    17. ME (2008) Development of human monitoring systems for asthma, allergy and sick building syndrome caused by air pollutants using immunological and family unit methodology.,
    18. MoHW (2012) Korea health statistics 2012: Korea national health and nutrition examination survey (KNHANES V-3),
    19. NIER (2011) Annual report on Korean national environmental health survey: the first stage (2009~2011) 3rd year,
    20. NIER (2015) Evaluating exposure to environmental pollutants and health effect on residents living near a industrial area in Cheongju and Daesan (2nd stage, 4th year),
    21. S.K. Oh , H.U. Seong , D.H. Lim , J.H. Kim , B.K. Son , H.C. Kim , J.Y. Lee , J.H. Leem (2010) Relationship between air pollutants and prevalence of allergic disease/ pulmonary function in students in Incheon., Pediatric Allergy and Respiratory Disease, Vol.20 (4) ; pp.264-276
    22. M.K. Park , J.H. Choi , M.K. Park , B.S. Son (2016) Health risk assessment for heavy metal exposure in the living environment., Journal of Odor and Indoor Environment, Vol.15 (4) ; pp.392-400
    23. J.H. Seo , E.H. Ha , H.S. Park , B.E. Lee , B.M. Kim , M.H. Chang (2008) The effect of air pollution on absenteeism by respiratory disease in elementary school students., Journal of Korean Society for Indoor Environment, Vol.5 (2) ; pp.139-150
    24. S.R. Won , I.K. Shim , M.H. Kwon , W.S. Lee , O.S. Kwon (2014) Characteristics of metal components of particulate matters on public transportation platforms., Journal of Odor and Indoor Environment, Vol.13 (2) ; pp.87-93
    25. WHO (2013) Global action plan for the prevention and control of noncommunicable diseases 2013-2020,
    26. S.H. Yun , C.Y. Kim , T.Y. Hwang , K.J. Won , J.Y. Do , S.J. Lee , Y.M. Park , K.S. Jun , G.H. Lee , D.Y. Lee , K.S. Park , J. Sakong (2010) The concentration of cadmium in urine, and its role in health-risk assessment of residents in the vicinity of abandoned mines in Gyeongsangbuk- do, Korea., Ann. Occup. Environ. Med., Vol.22 (3) ; pp.251-261