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서론
미세먼지는 다양한 크기, 구성, 그리고 발생원을 가지고 있는 대기오염물질로, 공기 중의 총 부유분진 중 보통 직경 10 µm 이하의 먼지(particulate matter less than 10 µm in diameter, PM10)를 의미한다. 크기에 따라 2.5 µm 이하의 먼지를 초미세먼지(particulate matter less than 2.5 µm in diameter, PM2.5), 0.1 µm 이하의 먼지를 극미세먼지(particulate matter less than 0.1 µm in diameter, PM0.1)라고 한다[1]. 미세먼지의 발생원은 크게 석탄이나 석유의 배기가스와 같이 화석연료의 연소과정에서 배출되는 인위적인 발생원과 황사처럼 자연환경 자체에 의한 발생원으로 나뉠 수 있다. 우리나라에서 발생하는 미세먼지의 구성은 30-50%가 중국에서 날아오며 여기에 국내에서 발생하는 대기오염물질들이 섞이면서 국내 미세먼지를 구성하는 것으로 알려져 있다. 국내 미세먼지 중에는 또한 자연발생적인 황사도 있는데 중국에서 발생하여 직경이 큰 입자들은 발원지에 머물지만 PM10을 비롯하여 입자가 작은 PM2.5나 PM0.1은 장거리 이동을 통해 국내로 넘어올 수 있다[2]. 이와 같이 국내 미세먼지는 국내외적 발생원을 갖고 있고, 특히 중국에서 발생하는 대기오염이 점차 심각해지는 상황에서 단기간의 노력으로 미세먼지를 효과적으로 줄이기는 어려운 상황이다.
미세먼지는 흡입이 가능한 크기로 하부 기관지 및 폐 실질까지 침착하여 호흡기계에 손상을 일으킬 수 있으며 대기 중의 미세먼지 농도가 높을수록 호흡기계 및 심혈관계 질환의 증상악화를 초래하고 본 질환의 유병률 및 사망률을 증가시킬 수 있다[3]. 세계보건기구에서는 미세먼지 노출에 의한 단기 및 장기 건강영향을 발표했는데, 단기적으로 폐 염증반응 및 호흡기증상의 증가와 약 사용 증가, 심혈관계 부정적 영향, 병원 입원 및 사망률 증가를 초래할 수 있으며, 장기적으로 미세먼지 노출 시에는 하기도 증상 증가, 어린이 폐기능 감소, 만성폐쇄성폐질환(chronic obstructive pulmonary disease, COPD) 환자 증가, 성인 폐기능 감소속도 증가, 폐암 발생 증가가 있을 수 있다고 보고하였다[1]. 미세먼지가 기저 호흡기질환을 악화시키는 기전은 활성산소 생성 증가를 통한 염증반응의 유발이 가장 대표적이며, 많은 연구에서 미세먼지에 의한 염증성 사이토카인의 증가가 증명되었다[45]. 이러한 염증반응은 미세먼지의 크기가 작을수록, 중금속이나 내독소가 포함되어 있으면 더 심하게 나타나는 것으로 알려져 있다.
2005년 세계보건기구에서 제시한 미세먼지의 허용농도 기준은 PM10은 연간 평균농도 20 µg/m3 이하, 24시간 평균농도 50 µg/m3 이하이고, PM2.5는 연간 평균농도 10 µg/m3 이하, 24시간 평균농도 25 µg/m3 이하이다. 2015년 현재 국내의 대기환경기준은 PM10은 연간 평균농도 50 µg/m3 이하, 24시간 평균농도 100 µg/m3 이하이고, PM2.5는 연간 평균농도 25 µg/m3 이하, 24시간 평균농도 50 µg/m3 이하이다. 또한 미세먼지 예보제와 경보제를 실시하고 있는데, 일평균 PM10 농도가 80 µg/m3 또는 PM2.5 농도가 50 µg/m3를 초과하는 경우 '대기질 나쁨'으로 경보가 발령되고, 실외활동 자제 및 황사마스크 착용 권고 등의 일반 수칙이 홍보되고 있다. 그러나 미세먼지 단기 노출만으로도 심각한 피해를 입을 수 있는 기저 만성 심혈관 또는 호흡기계 질환자들에 대한 예방 및 치료 권고 지침은 아직 구체적으로 국내에 없는 상태이다. 이에 본 연구에서 미세먼지/황사 발생 시 호흡기질환자들에서 미세먼지에 의한 유해성을 감소시켜줄 수 있는 예방 및 치료 권고지침을 개발하고자 하였다.
미세먼지/황사와 호흡기질환
본 연구는 2014년 7월부터 2014년 11월까지 질병관리본부 학술연구용역과제로 수행되었다. 대한결핵및호흡긱학회 산하 COPD연구회와 간질성폐질환(intersitial lung disease, ILD)연구회에서 미세먼지/황사 시 만성호흡기질환자 권고지침개발위원회를 구성하였고, 미세먼지/황사와 호흡기질환 관련 문헌고찰을 통해 미세먼지/황사가 폐기능 및 호흡기질환에 미치는 영향, 국내외 미세먼지 기준과 예방관리수칙, 미세먼지/황사 노출 시 호흡기질환의 치료에 관하여 조사하였다. 이 후 개발위원회의 논의와 공청회를 통해 미세먼지/황사 시 건강피해 예방 및 관리 권고지침(호흡기질환)을 만들었다.
1. 미세먼지와 폐기능
폐기능은 호흡기 건강의 지표로 출생 후 성인이 될 때까지 증가, 20대 중반까지 정체기를 거쳐 나이가 들면서 감소한다[6]. 대기오염 특히 미세먼지 노출은 폐기능 감소와 관련되어 있고, 성인에서는 폐기능 감소속도 증가를 유발한다[78910]. 성인에서 미세먼지에 의한 폐기능 영향에 대한 대규모 코호트연구는 대표적으로 Adventist Health Study on Smog （AHSMOG), Swiss Study on Air Pollution and Lung Disease in Adults (SAPALDIA), Air Pollution on Lung Function, Inflammation and Aging (SALIA) study가 있다[789]. 스위스 내 8개 지역의 18-60세 성인 9,651명을 11년간 추적,관찰한 SAPALDIA 연구에서는 PM10 연간 평균농도가 10 µg/m3 증가 시 노력성폐활량(forced vital capacity, FVC)는 3.4%, 1초간노력성호기량(forced expiratory volume at one second, FEV1)은 1.6% 감소하였고, 연구 기간 동안 PM10 농도가 감소하자, 폐기능(FEV1, FEV1/FVC, 노력성호기중간유량[mean forced expiratory flow during the middle half of the FVC]) 감소속도도 완화되었다[8]. 즉 대기오염이 개선되면 성인의 폐기능 감소 속도가 줄 수 있음을 알 수 있었다. 또한 7개 지역의 독일인을 대상으로 한 SALIA 연구에서 PM10이 10 µg 증가 시 FEV1은 4.7%, FVC는 3.4%, FEV1/FVC는 1.1% 감소함을 보여주었다[9]. 장기간의 대기오염 노출이 폐기능에 부정적인 영향을 미치며, 환경조절을 통해 미세먼지 노출을 줄이면 폐기능 감소 속도도 줄일 수 있음을 알 수 있었다[10]. 그러나 가장 취약한 연령이 어느 때인지, 미세먼지 외에 각각의 대기오염 물질이 어떻게 기여하는지, 개인적 감수성(유전적 요인)에 관한 것은 아직 잘 알려져 있지 않아 향후 연구가 필요한 부분이다.
2. 미세먼지와 만성폐쇄성폐질환
COPD는 폐질환 중 미세먼지와의 관련성에 관한 연구가 가장 많이 이루어진 만성호흡기질환 중 하나이다. 문헌검색을 통하여 미세먼지의 COPD에 대한 영향을 조사하였고, 데이터베이스, 검색식, 선정 및 제외기준을 통해 선정된 연구들을 통합하여 메타분석을 시행하였다.
1) 미세먼지와 만성폐쇄성폐질환 입원과의 연관성
미세먼지와 COPD 관련 연구논문들을 선정하였고, 전반적으로 PM10의 농도가 증가됨에 따라 COPD 환자의 입원이 증가됨을 알 수 있었다[1112131415161718]. 이러한 결과는 연구 기간을 1980년대, 1990년대, 2000년대 이후로 살펴보더라도 동일한 양상을 보였고, 65세 이상을 대상으로 한 연구에서나 모든 연령대 환자를 대상으로 한 연구에서나 큰 차이를 보이지 않았다. 메타분석 결과, PM10 농도가 10 µg/m3 증가할수록 COPD 입원이 2.7% (95% confidence interval [CI], 1.9%-3.6%) 증가되고 odds ratio 값이 1.027 (95% CI, 1.019-1.036)이었다.
2) 미세먼지와 만성폐쇄성폐질환 사망과의 연관성
PM10과 COPD 사망과의 연관성을 문헌고찰로 확인 분석하였다[1920212223]. 각 문헌별로 약간의 차이는 보였으나, 전반적으로 PM10의 농도가 증가됨에 따라 COPD 환자의 사망이 증가됨을 알 수 있었다. 이러한 결과는 연구기간을 1980년대, 1990년대, 2000년대 이후로 살펴보더라도 동일한 양상을 보였고, 65세 이상을 대상으로 한 연구에서나 모든 연령대 환자를 대상으로 한 연구에서나 큰 차이를 보이지 않았다. 메타분석 결과, PM10 농도가 10 µg/m3 증가할수록 COPD 사망이 1.1% (95% CI, 0.8%-1.4%) 증가되고 odds ratio 값이 1.011 (95% CI, 1.008-1.014)이었다. 대기 PM10 농도 증가는 COPD 입원과 사망을 증가시킴을 확인할 수 있었다. 그러나 국내 COPD 환자들에서 미세먼지나 황사를 포함한 대기오염이 심할 때 악화에 대한 연구가 아직 없는 상태로 향후 국내 COPD 환자들의 현황에 대한 연구가 필요하다.
3) 미세먼지에 의한 만성폐쇄성폐질환 급성악화의 치료
문헌검색을 통하여 미세먼지에 의한 COPD 급성악화에서 약물을 중심으로 한 치료법에 대하여 근거를 조사하였다. 2014년 9월 31일까지 출판된 연구논문 중 원저, 미세먼지에 의한 COPD 급성악화 대상, 약물치료의 유효성을 본 연구는 찾을 수 없었다. 즉, 미세먼지에 의한 COPD 급성악화에서 약물치료에 대한 연구가 매우 부족하며, 근거에 따른 치료법의 권고는 할 수 없는 상태이다. 이는 앞서 언급한 국내 COPD 환자들에 대한 미세먼지와 COPD 급성악화의 현황에 대한 연구와 함께 이를 예방하거나 치료할 수 있는 약물치료에 대한 추가 연구도 필요할 것으로 생각된다. 현재로서는 미세먼지에 의한 COPD 급성악화 시 기존의 COPD 급성악화 치료기준에 준하여 치료하는 것으로 전문가 의견을 통해 결정하였다.
3. 미세먼지와 간질성폐질환
문헌검색을 통하여 미세먼지의 ILD에 대한 영향을 조사하였다. 2013년 12월 31일까지 출판된 연구결과 중 원저, ILD, 미세먼지, 악화, 입원 또는 사망으로 검색하였으나 적합한 연구를 선정할 수 없었다. 다만 최근에 국내 한 기관에서 진행된 후향적 코호트연구를 통해 대기오염과 특발성 폐섬유화증(idiopathic pulmonary fibrosis, IPF) 급성악화의 관련성을 연구한 결과가 있었는데, 대기오염물질 중 오존, 이산화질소의 농도가 6주 후 IPF 급성악화와 연관되어 있음을 보고하였다[24]. 그러나 본 연구에서 미세먼지 중 PM10과 IPF의 급성악화는 연관성을 찾을 수 없었다. 관련 문헌을 조사한 결과 미세먼지에 의한 IPF를 포함한 ILD의 악화 또는 사망에 대한 명확한 근거는 찾을 수 없었다. 다만 IPF의 경우 미세먼지와의 관련성은 찾지 못하였으나 전반적인 대기오염물질에 의해 악화될 수 있음이 이미 보고되었다. 이에 본 개발위원회는 호흡부전을 초래할 수 있는 중증 호흡기질환이면서, 급성악화 시 예후가 좋지 않은 IPF의 경우, 현재로서는 미세먼지에 의한 악화의 가능성이 명확치는 않으나 미세먼지에 취약한 민감한 호흡기질환자에 포함하는 것으로 결정하였다.
4. 미세먼지와 폐암
문헌검색을 통하여 미세먼지의 폐암 발생에 대한 영향을 조사하였다. 데이터베이스, 검색식, 선정 및 제외기준을 통해 선정된 연구들을 메타분석을 시행하였다[2526272829303132]. 문헌마다 차이를 보이기는 하였으나, 전반적으로 PM2.5 농도 증가와 폐암 발생과의 연관성을 관찰할 수 있었다. 지역별로 구분하여 보면 북미에서 시행된 연구에서 연관성이 더 뚜렷한 것을 볼 수 있었다. 모든 연구 결과들을 종합적으로 분석 해 보면 PM2.5가 10 µg/m3 증가 시 폐암의 발생 위험도는 1.09배 (95% CI, 1.04-1.14) 증가되었다.
전반적으로 PM10 농도 증가와 폐암 발생과의 연관성도 관찰할 수 있었으나, PM2.5에 비하면 PM10과 폐암 발생과의 연관성은 약간 약한 결과를 보였다. 지역별로 구분하여 보면 뉴질랜드에서 시행된 연구에서 연관성이 더 뚜렷한 것을 볼 수 있었으나, 연구 편수가 1편이어서 결론을 내리는데 주의를 기울여야 할 것이다. 모든 연구결과들을 종합적으로 분석 해 보면 PM10이 10 µg/m3 증가 시 폐암의 발생 위험도는 1.08배(95% CI, 1.00-1.17) 증가되었다.
문헌검색 및 분석결과에 의하면 미세먼지에 의해 폐암의 발생 위험도는 유의하게 증가하며, 이는 특히 초미세먼지, PM2.5에서 두드러짐을 확인하였다. 이를 통해 보다 적극적으로 미세먼지를 비롯한 대기 오염물질을 관리할 필요가 있음을 알 수 있었다.
5. 황사와 폐질환
황사는 자연발생적인 미세먼지의 한 형태로써 몽골과 중국의 사막지역에서 다량의 흙먼지가 공중으로 떠올라 바람을 타고 원거리 이동을 하면서 국내 대기에 유입된다[33]. 최근 황사가 더욱 문제가 되는 것은 황사의 이동경로가 중국을 지나면서 각종 중금속들과 질산 및 아황산가스 등 인체에 유해한 물질이 많이 포함되기 때문이다. 황사 발생 시 한 사람이 마시는 미세먼지는 보통 때의 3배를 넘고 각종 금속성분도 때에 따라 2-10배가량 많아진다. 또한 우리나라에 도달하는 황사의 구성 입자크기는 대개 2.5-10 µm이며, 이는 미세먼지에 의한 호흡기 영향을 황사를 통해서도 충분히 겪을 수 있다고 볼 수 있다[33]. 본 개발위원회는 황사 기간 중 실제로 호흡기질환자들에게 어떤 영향을 미치는지, 입원률 또는 사망위험률을 조사한 역학 연구를 중심으로 관련문헌을 검색하여 조사하였다[3435363738]. 황사의 건강영향에 대한 기존의 연구결과들은 황사 시 급증하는 미세먼지의 건강 영향과 관련된 역학연구들이 보고되어 왔는데, 일반적인 미세먼지의 호흡기질환 사망률 영향과 달리 유의한 관련성을 보이지 않거나 미약한 효과를 보인다[34363738]. 이유는 황사현상에서 관측된 미세분진의 입자크기 분포의 차이에 기인한 것으로 추정되는데, 황사 시 관찰되는 미세먼지의 크기가 주로 2.5-10 µm 사이가 많아서 상대적으로 PM2.5 분율이 낮은 것이 한 요인으로 작용했을 가능성이 있다. 또한 황사발생 시 황사 경고 효과로 인하여 환자들이 황사 노출을 자제함으로써 호흡기질환 사망률에 큰 영향을 미치지 않는 결과를 초래했을 수도 있다[3638]. 2001-2007년 서울에서 봄철 황사 발생기간에 응급실에 내원하는 환자를 분석한 결과, 황사 다음 날인 2일째에 COPD 환자의 응급실 방문 및 입원이 증가하였다[39].
전반적으로 황사 기간 동안 호흡기질환자가 약 20% 정도 증가하여 기관지천식 및 COPD, 기관지확장증 등 만성적인 호흡기질환 환자나 면역력이 약한 영유아와 노인은 각별한 주의가 요구된다. 또한 황사의 건강위해를 중재하는 방법의 하나로 알려진 예방행동을 보다 적극적으로 실시할 근거를 제시하며 적극적인 홍보와 교육이 필요하고, 국가적인 차원의 정확한 황사예측 및 황사분진 감소 대책이 필요하다.
6. 미세먼지로부터 호흡기 보호에서 마스크의 효과
대기 미세먼지로부터 개인을 보호할 수 있는 가장 보편적이고 간단한 방법은 미세먼지 또는 가스 등을 여과해주는 마스크를 착용하는 것이다. 미세먼지로부터 호흡기를 보호할 수 있는 마스크는 방역용 마스크(N95 FFRs2, KF94, KF99)가 보편적으로 알려져 있고, 국내의 특수한 자연적 대기오염의 한 형태인 황사시기에 그 필요성이 극대화되어 국내에서는 미세먼지 차단용 방진마스크의 변형 형태로 '황사용 마스크(KF80)'가 개발되어 보급되어 있다[40]. N95마스크(N95 FFRs2)는 산업 현장에서 미세먼지로부터 호흡기를 보호하는 기능이 있는 filtering facepiece respirators 중 가장 보편적으로 많이 사용되는 마스크이고, 호흡기 바이러스로부터 인체를 보호할 용도로 사용되어 병원 내 또는 일반인에게도 많이 알려져 있는 마스크이다[41]. 다양한 용도로 널리 사용되고 있는 N95 마스크는 이를 착용하고 장시간 일하는 산업현장 근로자들에게 호흡의 불편감과 같은 주관적 호소를 비롯하여 마스크 내에 밀폐된 공간으로 인하여 이산화탄소의 체내 축적, 흡입 산소농도 감소, 호흡 사강의 증가 등을 초래할 수 있다고 알려져 있다. 위와 같은 이유로 호흡곤란이 있을 수 있는 호흡기질환자들에게 마스크의 사용을 일반화하여 권고하는 것은 어려우며, 본 개발위원회는 호흡기질환자들에서 마스크의 효용성과 부작용을 연구한 관련 문헌을 조사하였다. 문헌고찰 결과 호흡기질환자에서 미세먼지에 대한 마스크의 효과를 연구한 내용은 찾아볼 수 없었다. 유일하게 중국 베이징의 한 기관에서 연속적으로 마스크 착용이 심혈관계질환에 미치는 영향을 조사하여 보고하였는데, 심혈관질환자들에서 filter기능이 있는 마스크는 미세먼지로 인한 심혈관계질환 위험도를 감소시킬 수 있음을 알 수 있었다[42].
결론적으로 미세먼지 농도가 높은 지역에서 여과기능을 갖춘 마스크(국내 시판되는 황사마스크 및 방역마스크)들은 미세먼지의 체내 유입을 막아 미세먼지로 인한 인체 유해성을 예방할 수 있을 것으로 생각된다. 특히 일반인뿐 아니라 심혈관질환자들에겐 권고할 수 있을 것으로 보인다. 그러나 폐기능이 약하여 호흡부전을 동반하고 있는 만성 호흡기질환자들(예, COPD stage 3-4)에게 안면부에 밀착되는 마스크의 사용은 환자의 호흡을 방해할 가능성이 있어 적극적 권고는 할 수 없으며 그 사용에 매우 신중할 필요가 있어, 추후 만성 호흡기질환자들을 대상으로 마스크의 효용성에 대한 연구가 필요하다.
7. 미세먼지에 의한 폐질환 악화 시 치료법
본 연구에서 미세먼지와 황사에 의해 COPD를 비롯한 호흡기질환이 악화될 수 있음을 확인하였다. 이어 본 개발위원회는 미세먼지에 의해 발생한 만성 호흡기질환의 급성악화에서 치료법에 대한 연구결과를 조사하고 권고안을 제시하고자 하였다. 그러나 COPD와 IPF를 비롯한 만성 호흡기질환이 미세먼지에 의해 악화된 경우 적절한 약물치료법에 대한 연구결과는 찾을 수 없었다. 추가 연구가 필요한 상황이며, 본 연구에서는 전문가 의견으로 기존의 COPD 또는 IPF 급성악화 치료지침에 준하는 것으로 결정하였다. 또한 일반적으로 미세먼지 및 황사로부터 호흡기를 보호하기 위해 권고되는 황사마스크 또는 방역용 마스크는 만성 호흡기질환자에서 유효성이 아직 규명된 바가 없고, 일부 폐기능이 약한 환자에서는 오히려 호흡곤란을 악화시킬 위험성이 있어 권고에 매우 신중할 필요가 있다.
결론
미세먼지 및 황사는 COPD 급성악화를 일으킬 수 있으며, 이는 응급실 방문, 입원 및 사망률 증가를 초래한다. 미세먼지는 아직 증명되지 않았으나 오존이나 이산화질소 같은 대기오염물질은 IPF 급성악화를 일으킬 수 있다. 또한 미세먼지는 폐암 발생 위험도를 높이며, 성인에서 폐기능 저하나 폐기능 감소 속도를 증가시킨다. 호흡기질환자는 미세먼지 및 황사에 취약한 민감한 사람들이며, 이에 대한 급성악화의 예방 또는 치료에 대하여 조사하였으나, 본 연구에서는 특별한 약물치료 연구결과는 찾을 수 없어 기존의 급성악화 시 치료 권고안에 따르기로 하였다.
본 연구에서 근거 중심의 완전한 권고안을 도출하지 못하였으나, 의료인과 환자를 대상으로 호흡기질환의 미세먼지/황사 건강피해 예방 및 치료에 대한 권고지침을 기존 연구 결과에 대한 분석과 개발위원회 전문가 논의를 통하여 도출하였다(Appendices 1, 2).
또한 일반적으로 미세먼지 및 황사로부터 호흡기를 보호하기 위해 권고되는 황사마스크 또는 방역용 마스크는 일반인이나 심혈관질환자들에겐 권고할 수 있겠으나 만성 호흡기질환자에서는 정확한 유효성이 아직 규명된 바가 없고, 일부 폐기능이 매우 감소한 환자에서는 오히려 호흡곤란을 악화시킬 위험성이 있어 권고에 신중할 필요가 있다. 본 개발위원회는 만성 호흡기질환자들의 미세먼지 영향에 대한 국내 현황에 대한 조사, 이에 따른 취약한 환자군을 규명하는 것, 마스크의 효과에 대한 추가 연구, 적절한 예방 또는 약물치료법에 대한 추가 연구 필요성을 함께 제시하는 바이다.
Peer Reviewers' Commentary
본 논문은 최근 우리나라를 비롯한 아시아 지역에서 심각한 문제로 대두되고 있는 미세먼지가 폐기능을 악화시키고, 만성 폐질환, 폐암 발생율을 증가시키는 것으로 보고하여 미세먼지 발생 예방과 대처가 매우 중요함을 강조하였다. 미세먼지에 의해 호흡기 질환 악화시에 아직 특별한 치료법은 없으나 앞으로는 더 많은 연구가 이 분야에 대해 이루어지게 되면 고위험군에서 대처법 및 치료 방법이 이룩되길 기대하게 된다. 특히 예방 및 치료에 대한 권고지침 개발위원회 논의를 통한 권고안 도출과 공표는 공공보건의료 향상에도 큰 의미가 있다고 하겠다.
[정리: 편집위원회]
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