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황사 및 미세먼지의

환경보건학적 연구

환경건강연구부 환경역학과

Health Effect of Exposure to Airborne Asian Dust

and Ultrafine particle

Environmental Epidemiology Division

Department of Environmental Health Research

National Institute of Environmental Research

2008

황사 및 미세먼지의

환경보건학적 연구

환경건강연구부 환경역학과

박충희, 송상환, 이영미, 허원준, 김재훈, 김근배, 김대선, 유승도, 정영희

Health Effect of Exposure to Airborne Asian Dust

and Ultrafine particle

C. H. Park, S. W. Song, Y. M. Lee, W. J. Heo,

J. H. Kim, G. B. Kim, D. S. Kim, S. D. Yu, Y. H. Chung

Environmental Epidemiology Division

Department of Environmental Health Research

National Institute of Environmental Research

2008

- i -

요 약 문

Ⅰ. 제 목 : 황사 및 미세먼지의 환경보건학적 연구

Ⅱ. 목 적

최근 중국의 산업화로 황사 발생횟수가 증가하고 이로 인한 건강피해에 대한

우려가 높아지고 있다. 황사는 중국 사막지역에서 장거리로 날아오는 고농도의

미세먼지로 그 특성과 건강영향과의 연관성에 대한 연구가 많지 않은 실정이다.

또한 미세먼지는 입경과 성분 등 물리화학적 특성에 따라 위해크기가 달라질 수

있어 건강 영향 평가에 이러한 특성을 반드시 고려할 필요가 있다. 본 연구는 초

등학생을 대상으로 봄철 황사기간 동안 대기오염 중 미세먼지 노출에 의한 아동

의 폐기능 변화와 산화 손상 정도를 조사하여 황사와 미세먼지의 건강영향에 대

한 기초 역학 연구자료를 제공하고자 하였다.

Ⅲ. 연구내용 및 방법

본 연구는 초등학생을 대상으로 봄철 황사기간 동안 대기오염 중 미세먼

지 노출에 의한 아동의 폐기능 변화와 산화 손상 정도를 알아보기 위해서 황

사 발원지인 중국 내몽고, 경유지인 북경과 국내 인천 도심지역, 3곳의 초등학

교 학생을 대상으로 패널 역학연구를 수행하였다.

- ii -

조사기간은 인천 68일, 중국 49일 이었고 조사지역 학생들은 10～12세 연

령으로 인천 80명, 북경 162명, 알라샨 118명으로 남여 비율을 비슷하게 구성

하였다. 건강영향 조사항목으로 초등학생들의 최고호기유량(PEFR, Peak

Expiratory Flow Rate)을 일일 기록하게 하였고 산화손상지표로서 뇨 중

MDA (malondialdehyde), 8-OHdG (8-hydroxy-deoxyguanosine) 및 Isoprostane

분석을 위해 한 학생들을 대상으로 주 2회 이상 의 뇨를 채취하였다. 조사기

간 동안 국내 인천지역은 대기 중 미세먼지(PM10, PM2.5 PM1)와 극미세먼지

(UFP, ultrafine particle), 중국 북경과 알라샨 지역은 PM10, PM2.5의 일일 수

준을 조사하였다. 이 조사결과를 바탕으로 대기오염도와 초등학생의 호흡기건

강 및 산화손상 정도간의 경시적 관련성 분석을 실시하였다.

Ⅳ. 연구결과

지역별 학생들의 FVC(노력성 폐활량, Forced vital capacity)와 FEV1(1초

간 노력성호기량, Forced expiratory volume in one second) 및 PEFR은 남아

보다는 여아가 낮았고 하루 중 아침 PEFR 측정값이 가장 낮은 것으로 조사

되었다.

산화손상지표인 뇨 중 8-OHdG의 농도는 인천지역 학생들은 평균

11.97±3.74 ㎍/g crea. 였고, 북경지역에서는 평균 11.01±3.38 ㎍/g crea., 알라

샨 지역에서는 9.74±2.48 ㎍/g crea. 로 나타났다. 지질산화지표인 뇨 중 MDA

농도는 알라샨 지역에서 1.52±0.50 μ㏖/g crea., 북경지역은 평균 1.36±0.41 μ㏖

- iii -

/g crea., 인천지역에서는 1.03±0.51 μ㏖/g crea.로 나타났다. 뇨 중 Isoprostane

농도의 평균값은 인천지역에서 1.90±0.54 ㎍/g crea., 북경지역에서 1.42±0.46

㎍/g crea.였고, 알라샨지역은 1.40±0.48 ㎍/g crea. 이었다.

인천지역의 일일 PM10과 PM2.5 평균농도는 각각 78.8, 46.21 ㎍/㎥ 수준이

었고, 북경 지역의 일일 PM10, PM2.5 평균농도는 각각 265.34 ㎍/㎥, 104.61 ㎍

/㎥, 알라샨 지역 일일 PM10, PM2.5 평균농도는 각각 354.61 ㎍/㎥, 118.16 ㎍/

㎥ 이었다. 인천지역에서 SMPS로 측정한 직경 1㎛ 이하의 입자 총 수농도의

일일 평균은 34,486 particles/㎤ 이었으며 0.1 ㎛, 0.1～ 1.1 ㎛ 까지의 수농도

(NC0.10, NC0.1～1.1)로 분류한 결과 연구기간동안 각각 전체 수농도(NC1.1)의

80.4%, 19.6%를 차지하였다. 황사 발생 횟수는 국내인천지역의 경우 3월 26일

～ 6월 1일까지 4월 3일 ～ 4일과 5월 30일, 총 2회 발생하였고, 중국 북경지

역은 4월 23일 ～ 6월 10일까지 총 4회, 중국 알라샨 지역은 4월 26일 ～ 6월

11일까지 총 16회 발생하였다.

중국 북경지역 초등학생의 일일 PEFR 변화를 분석한 결과 조사기간 (49

일) 중 황사발생일(4일)에는 PEFR이 감소하는 것으로 나타났다. 가장 민감한

아침 PEFR이 남아에서 8.5 ℓ/min 으로 가장 많이 감소하였으나 통계적으로

유의하지는 않았다. 알라샨 지역 초등학생의 경우 황사일 PEFR의 감소량이

북경지역 보다 작았다. 남아에서 PEFR 감소치가 아침에 1.5ℓ/min, 점심에

3.3 ℓ/min 정도 감소하였으나 통계적으로 유의한 감소는 아니었다.

중국 북경지역 대기 중 PM10, PM2.5 의 농도가 증가 후 1일과 2일째 초등

학생 PEFR의 감소가 나타났지만 유의하지는 않았다. 알라샨 지역에서도

- iv -

PM2.5 노출 3일 후 초등학생 PEFR의 유의한 감소가 나타났지만 그 이외에는

유의한 결과는 보이지 않았다.

인천지역 대기 중 PM10, PM2.5, PM1 및 극미세먼지의 수농도가 증가시

PEFR의 감소가 관찰되었다. 특히 입경 2.5㎛ 이하의 미세먼지 질량농도와

PEFR 감소가 황사발생 이틀 후부터 일관되게 관찰되는 것으로 보아 미세먼

지 입경크기가 어린이 호흡기에 대해 주 영향 요인인 것으로 나타났다. 또한

PM10, PM2.5, PM1 으로 갈수록 즉, 입자 크기가 작아질수록 일일 평균 PEFR

감소량이 상대적으로 커지는 경향을 보였다. 또한 극미세먼지 수농도에 대해

서도 각 입경크기별로 농도 증가 3일 후에 일일 PEFR 감소가 나타났다. 특히

미세먼지 중 Aitken mode (직경 10～100 nm)와 Accumulation mode (직경

0.1 ～ 1 ㎛)에 해당되는 직경 모두에서 지연효과(delay effect)와 함께 PEFR

감소와 연관성이 있는 것으로 나타났다.

인천지역 초등학생의 산화손상지표를 분석한 결과 대기 중 미세먼지 농도

와 상관성이 있는 것으로 나타났다. 특히 입경 2.5㎛ 이하의 미세먼지 질량농

도와 (극)미세먼지 영역의 수농도 (PM2.5, NC0.1～1.1, NC

- v -

결과는 극미세먼지와 인체의 건강영향과 관계가 있음을 확인할 수 있다.

Ⅴ. 연구결과의 활용에 대한 건의

본 연구는 중국과 공동연구로 대기 중 황사 및 미세먼지의 입경별 노출

수준과 아동의 건강영향과의 관계를 조사한 것으로 향후 황사 뿐 아니라 대기

중 미세먼지 관리에 있어 국내 건강영향에 대한 기초 자료로 제공될 수 있을

것이다.

- vi -

목 차

요 약 문 ··························································································································ⅰ

목 차 ··························································································································vi

표 목 차 ···························································································································x

그림목차 ························································································································xiii

Abstract ·························································································································xv

Ⅰ. 서 론 ·························································································································1

1. 연구의 필요성 ···········································································································3

2. 연구의 목적 ···············································································································3

3. 연구의 기대효과 ·······································································································4

Ⅱ. 연구내용 및 방법 ·····································································································5

1. 조사지역 및 대상 선정 ···························································································5

2. 조사지역 개요 ···········································································································7

가. 인천지역 ·················································································································7

나. 중국 북경지역 ·······································································································7

다. 중국 알라샨 지역 ·································································································7

3. 연구 추진체계 ·········································································································10

- vii -

4. 조사내용 및 방법 ···································································································11

가. 연구설계 ···············································································································11

나. 연구대상 및 연구기간 ·······················································································11

다. 설문조사 ···············································································································12

라. 개인특성조사 ·······································································································14

마. 건강영향조사 ·······································································································16

(1) 폐기능 변화 ·······································································································16

(가) 인천지역 ·······································································································16

(나) 중국지역 ·······································································································17

(2) 산화손상지표 ···································································································17

(가) 뇨 시료 채취 ·································································································20

(나) 뇨 중 8-OHdG 분석 ···················································································21

(다) 뇨 중 MDA 분석 ·························································································22

(라) 뇨 중 Isoprostane 분석 ··············································································22

(3) PAHs 대사물질 ······························································································24

(가) 뇨 중 2-Naphthol 분석 ··············································································26

(나) 뇨 중 1-OHP 분석 ······················································································26

바. 대기환경조사 ·······································································································27

(1) 미세먼지 측정 ···································································································28

(2) 극미세먼지 측정 ·······························································································30

(3) 미세먼지 내 중금속 분석 ···············································································32

(4) 미세먼지 내 PAHs 측정 ················································································32

- viii -

(5) 가스상 물질 및 기상자료 ···············································································34

사. 통계분석 ···············································································································35

Ⅲ. 결과 및 고찰 ···········································································································37

1. 대상자 특성 ·············································································································37

가. 설문결과 ···············································································································37

나. 개인특성 조사결과 ·····························································································43

2. 건강영향 조사결과 ·································································································46

가. 최고호기유량(PEFR) ·························································································46

나. 산화손상지표 ·······································································································47

다. 지역별 뇨 중 생체시료 간 상관분석 ·····························································49

라. PAHs 노출지표 ··································································································50

마. 산화손상 지표와 PAHs 노출 지표 상관성 ··················································51

3. 대기오염 조사결과 ·································································································52

가. 미세먼지 질량농도 ·····························································································52

(1) 인천지역 ·············································································································52

(2) 중국지역 ·············································································································61

나. 극미세먼지 농도 ·································································································64

다. 미세먼지 내 중금속 농도 ·················································································69

(1) 인천지역 ·············································································································71

(2) 중국지역 ·············································································································78

라. 대기 중 미세먼지내 PAHs 농도 ····································································84

- ix -

마. 가스상 오염물질 ·································································································85

(1) 인천지역 ·············································································································85

(2) 중국지역 ·············································································································85

바. 기상자료 ···············································································································86

사. 대기 중 오염물질 농도 및 기상요인간의 상관분석 ···································88

(1) 인천지역 ·············································································································88

(2) 중국지역 ·············································································································89

4. 황사에 의한 건강영향 ···························································································90

가. 최대호기유량의 변화 ·························································································90

나. 황사 전․후의 일일 증상 변화 ·······································································93

5. 입경별 미세먼지의 건강영향 ···············································································94

가. 최대호기유량의 변화 ·························································································94

(1) 인천지역 ·············································································································94

(2) 중국지역 ·············································································································97

나. 산화손상지표 변화 ·····························································································98

(1) 인천지역 ·············································································································98

(2) 중국지역 ···········································································································101

Ⅳ. 결 론 ·······················································································································102

참 고 문 헌 ··················································································································105

부 록 ······························································································································112

- x -

표 목 차

표 2-1. 인천지역 조사대상자에 대한 기초 설문조사 내용 ·································13

표 2-2. 북경과 알라샨지역 조사대상자에 대한 기초 설문조사 내용 ···············13

표 2-3. 뇨 중 산화손상지표 특성 비교 ···································································19

표 2-4. PAHs 노출에 의한 소변의 생체지표 특징비교 ······································25

표 2-5. 지역별 미세먼지 측정항목 및 방법 ···························································27

표 3-1. 조사대상 학생들의 가정내 난방연료 ·························································38

표 3-2. 조사대상 학생들의 가정내 취사연료 ·························································39

표 3-3. 조사대상 학생들의 중 가정내 애완동물 기르는 유무 ···························39

표 3-4. 조사대상 학생들의 가정의 바닥재 종류 ···················································40

표 3-5. 조사대상 학생들의 가정내 흡연자 유무 ···················································40

표 3-6. 조사대상 초등학생의 천식에 걸린 경험 유무 ·········································41

표 3-7. 조사대상 학생들의 비염에 걸린 경험 유무 ·············································41

표 3-8. 조사대상 학생들의 피부습진에 걸린 경험 유무 ·····································42

표 3-9. 조사대상 초등학생의 개인특성 ···································································44

표 3-10. 조사 대상 초등학생의 호흡기 기능 측정값 ···········································45

표 3-11. 조사 대상 초등학생의 PEFR 측정값 ······················································46

표 3-12. 지역별 초등학생의 뇨 중 8-OHdG, MDA, Isoprostane 농도 ················48

표 3-13. 지역별 초등학생의 뇨 중 산화손상지표 상관분석 결과 ··························49

표 3-14. 뇨 중 PAHs 대사물질의 평균값 ······························································50

표 3-15. 뇨 중 산화손상지표와 PAHs 노출지표의 상관분석 결과 ···················51

- xi -

표 3-16. 인천 지역 대기 중 PM10, PM2.5 질량농도 ·················································54

표 3-17. 다단임팩터를 이용한 인천지역 대기 중 미세먼지 포집 기간 ···········59

표 3-18. 인천지역 대기 중 PM0.1, PM1, PM2.2, PM8 평균농도 ·························61

표 3-19. 중국지역 대기 중 PM10, PM2.5 질량농도 ···················································62

표 3-20. 인천 지역 대기 중 극미세먼지 전체 및 영역별 수농도 ·····················64

표 3-21. 인천 지역 대기 중 PM2.5, PM10 내 중금속 농도 ·······························71

표 3-22. 인천 지역 대기 중 PM2.5 내 중금속간 상관계수 ···································73

표 3-23. 인천 지역 대기 중 PM10 내 중금속간 상관계수 ····································74

표 3-24. 인천 지역 PM2.5 중 중금속과 입경별 미세먼지, 오염물질간 상관계수 ·······75

표 3-25. 인천 지역 PM10 중 중금속과 입경별 미세먼지, 오염물질간 상관계수 ········76

표 3-26. 북경 지역 대기 중 PM2.5, PM10 내 중금속 농도 ·································79

표 3-27. 알라샨 지역 대기 중 PM10, PM2.5 내 중금속 농도 ·····························82

표 3-28. 인천지역 대기 중 PM-PAHs 농도 ·························································84

표 3-29. 인천지역 대기 중 가스상 오염현황 ·························································85

표 3-30. 중국 북경지역 대기 중 가스상 오염현황 ···············································86

표 3-31. 인천 지역 조사시기의 기상상태 ·······························································87

표 3-32. 중국 지역 조사시기의 기상상태 ·······························································87

표 3-33. 인천지역 대기 중 가스상 오염도, 기상요인 및 미세먼지간 상관계수 ········88

표 3-34. 북경지역 대기 중 가스상 오염도, 기상요인 및 미세먼지간 상관계수 ········89

표 3-35. 황사로 인한 북경지역 초등학생 PEFR의 감소 ····································91

표 3-36. 황사로 인한 알라샨지역 초등학생 PEFR의 감소 ································92

표 3-37. 인천지역 초등학생의 황사 전․후 증상변화 ·········································93

- xii -

표 3-38. 인천지역 대기 중 입경별 미세먼지 농도와 초등학생 일일평균 PEFR

과의 선형관계 ······························································································95

표 3-39. 북경지역 대기 중 미세먼지 농도와 초등학생 아침 PEFR과의 선형관계···97

표 3-40. 인천대기 중 오염물질 농도와 초등학생 뇨 중 산화손상지표와의 선

형관계 ············································································································99

표 3-41. 북경 지역 대기 중 미세먼지 IQR 증가에 따른 초등학생 뇨 중 산화

손상지표 변화 ·····························································································101

- xiii -

그 림 목 차

그림 2-1. 연구 대상 지역 ·····························································································5

그림 2-2. 알라샨 지역의 학교 및 주변 환경 ···························································8

그림 2-3. 북경지역의 학교 ···························································································9

그림 2-4. 연구 추진 체계 ···························································································10

그림 2-5. 한국(좌)과 중국(우)에서의 폐활량 측정 ··············································14

그림 2-6. EU(EN 13826) Scale(좌)과 Right-Mckerrow Scale(우) PEFR Kit ··········16

그림 2-7. 인천지역 PM10, PM2.5 및 입경별 미세먼지 포집장치 ·······················30

그림 2-8. 중국지역 PM10, PM2.5 및 입경별 미세먼지 포집장치 ·······················30

그림 2-9. 극미세먼지 수농도측정기 및 입경별 분포측정기(좌 WCPC, 우 SMPS, PDM) ···· 31

그림 2-10. PM-PAHs 측정장치 ···············································································33

그림 3-1. 인천 지역 대기 중 미세먼지 일평균 질량농도 시계열 ·····················53

그림 3-2. 인천지역 4. 3 ～ 4. 4 동안 대기 중 미세먼지 질량농도변화 ·········56

그림 3-3. 인천지역 5. 30 황사발생일 동안 대기 중 미세먼지 질량농도변화 ········57

그림 3-4. 측정조건 및 방법차이에 의한 인천지역 일평균 PM10, PM2.5 농도 비교 ············58

그림 3-5. 다단 임팩터를 이용한 인천지역 대기 중 입경별 미세먼지 질량농도분포·····60

그림 3-6. 중국 지역 대기 중 미세먼지 농도의 일일 변화량 ·····························63

그림 3-7. WCPC를 이용한 인천지역 대기 중 일별 극미세먼지 수농도 ········65

그림 3-8. SMPS를 이용한 인천지역 대기 중 일별 극미세먼지 수농도 ·········66

그림 3-9. 인천지역 대기 중 극미세먼지 수농도(NC0.1)의 시간별 변화 ··········68

- xiv -

그림 3-10. 인천지역 대기 중 PM10, PM2.5 내 중금속 농도 ·······························72

그림 3-11. 인천지역 미세먼지내 중금속 농도 분포 ·············································77

그림 3-12. 북경지역 대기 중 미세먼지내 중금속 농도 분포 ·····························80

그림 3-13. 알라샨지역 대기 중 미세먼지내 중금속 농도 분포 ·························83

그림 3-14. 하루 중 PM-PAHs 농도와 NC1.1 농도 ··············································84

그림 3-15. 인천과 북경대기 중 일일 NO2, SO2 농도 ··········································86

그림 3-16. 인천지역 초등학생의 황사 전․후 일일 증상변화 ···························93

그림 3-17. 인천지역 대기 중 입경별 미세먼지 농도와 초등학생 일일평균

PEFR과의 선형관계 ·············································································96

그림 3-18. 인천지역 대기 중 입경별 미세먼지 농도와 초등학생 뇨 중 산화손상

지표와의 선형관계 ··················································································100

- xv -

Abstract

The study was conducted to assess schoolchildren's lung function

decrement and oxidative stress level associated with airborne asian dust

and ultrafine particles.

The study groups were consisted of 4th and 5th grade of three

elementary schoolchildren living in Incheon(Korea), Beijing and Alashan(

China). We followed 80 children in Incheon over 68 days, 162 children in

Beijing and 118 children in Alashan over 49 days to find short-term health

effect of the time varying ambient particulate matters exposure.

We monitored the self-recorded PEFR(Peak Expiratory Flow Rate),

urinary MDA(malondialdehyde), 8-OHdG(8-hydroxy deoxyguanosine) and

Isoprostane of the students along with daily ambient fine particulate

matters(PM10, PM2.5) during study period. In Incheon, especially, the

number concentration of ambient ultrafine particle was monitored by

scanning mobility particle spectrometer (SMPS).

In Incheon, the daily mean concentration of ambient PM10, PM2.5 collected

by low volume sampler were 78.8 ㎍/㎥, 46.2 ㎍/㎥ respectively.

Concentration of ambient PM10, PM2.5 and PM1 using portable dust

monitoring (PDM) equipment were 77.8 ㎍/㎥, 57.7 ㎍/㎥ and 48.1㎍/㎥

respectively. The mean urinary MDA concentrations of the students were

1.02±0.50 (male) and 1.05±0.52 (female) μ㏖/g creatinine respectively. The

- xvi -

mean urinary 8-OHdG concentrations of the students were 12.24±3.87(male)

and 11.62±3.55 (female) ㎍/g creatinine respectively. The daily mean PEFR

were 284.7±37.8 (male) and 258.1±37.1 (female) L/min, respectively.

In Beijing, the daily mean concentration of ambient PM10, PM2.5 collected

by high volume sampler were 265.3 ㎍/㎥, 104.6 ㎍/㎥ respectively. The

mean urinary MDA concentrations of the students were 1.42±0.42 (male)

and 1.30±0.39 (female) μ㏖/g creatinine respectively. The mean urinary

8-OHdG concentrations of the students were 11.46±3.27(male) and

10.54±3.43 (female) ㎍/g creatinine respectively. The daily mean PEFR

were 328.6±41.5 (male) and 309.5±39.9 (female) L/min, respectively.

In Alashan, the daily mean concentration of ambient PM10, PM2.5 collected

by high volume sampler were 354.6 ㎍/㎥, 118.2 ㎍/㎥ respectively. The

mean urinary MDA concentrations of the students were 1.46±0.5 (male)

and 1.61±0.47 (female) μ㏖/g creatinine respectively. The mean urinary

8-OHdG concentrations of the students were 9.36±2.38(male) and 10.3±2.52

(female) ㎍/g creatinine respectively. The daily mean PEFR were

377.1±57.8 (male) and 348.4±57.1 (female) L/min, respectively.

The multiple linear regression analysis showed a significant decrease

PEFR by increase of PM10, PM2.5 and PM1 (p

- xvii -

particle number concentration we found that a significant increase of the

next day's MDA (lag2) by increase of daily average NC0.01-1.1, NC0.1-1.1,

NC0.01-0.1 and NC0.03-0.1 (p

- 1 -

Ⅰ. 서 론

최근 들어 중국의 급속한 산업화 과정에서 발생하는 많은 유해 물질들이 황사

와 함께 이동하는 것으로 알려지면서 황사 피해에 대한 우려가 커지고 있다. 특히

1990년대 들어 황사의 발생빈도가 잦아지고 강도도 커지고 있으며, 2001년에는

서울지역의 황사발생 일수가 27일로 황사관측 이래 최다 일수를 기록하고

2002년에는 최악의 황사로 초등학교가 휴교하고 항공기가 결항하기도 하였다.

또한, 서울의 경우 연간 황사발생일수가 '80년대에는 평균 3.9일이었으나, '90년

대에는 7.7일, 2000년 이후에는 12.4일로 증가하였고, 과거에는 봄에 주로 발생

하였으나, 최근에는 겨울철에도 발생하고 있으며, 그 농도 또한 짙어지고 있어,

건강영향에 대한 우려가 높아지고 있다. 이러한 대기오염물질의 노출로 인한 건강

영향은 근래 수십 년간 주요 연구 분야로 대두되고 있다. 기존의 국내외 역학 연

구결과들을 보면, 대기오염으로 인한 지역사회 주민들의 건강악화를 보여주고 있

으며 또한 이러한 건강영향은 노출 물질의 특성에 따라 다르며 더욱이 감수성이

큰 민감집단에게 더 큰 영향을 줄 수 있는 것으로 알려져 있다.

황사의 인체 영향과 관련된 문제는 황사의 정의 그대로 중국 사막지역에서 장

거리로 날아오는 고농도의 미세먼지에 대한 문제이기도 하다. 대기 중 입자상 물

질에 대한 인체 건강영향은 오래전부터 알려진 사실이며 근래 대기 중 호흡성 미

세먼지인 PM10(mass concentration of particles ≤ 10 ㎛ aerodynamic diameter)

등에 노출되면 호흡기 및 심장 등 순환기계 질환 사망률과 유병율의 증가를 가져

온다고 보고되고 있다(Dockery and Pope, 1994). 이러한 미세먼지는 그 입경이

작을수록 인체에 미치는 영향이 더 클 수 있다고 알려져 있는데, 예로

PM2.5(aerodynamic diameter of particle ≤ 2.5 ㎛)가 대기 중 입자상 물질의 건강

- 2 -

영향을 보다 더 잘 나타내는 노출변수로 제시되기도 하였다(Green 등, 2002). 또

한 미세먼지의 물리적인 특성 뿐 아니라 먼지내 함유된 중금속 등 여러 가지 유

해화학물질로 인해 인체 독성을 일으킬 수 있는데, 미세먼지의 넓은 체표면적은

이런 화학물질들이 쉽게 인체 내에서 독성반응을 가능하게 하며, 그 자체의 물리

적 특성 역시 독성기작과 관련이 있는 것으로 보인다.

한편, 이러한 비정상적인 고농도의 황사먼지를 제외한 일반 도시대기 중 존

재하는 극미세먼지(ultrafine particle, diameter < 100 ㎚)는 자연적인 오염원

보다는 자동차의 배기가스 등 응축과정에서 생성되는 먼지가 대부분인 것으로

여겨진다. 이러한 극미세먼지에 대한 본격적인 건강영향 연구는 90년대 후반

이후 진행되기 시작되었는데 그 전에는 측정방법이나 독성평가가 힘들어 정량

적 역학연구가 이루어진 바가 거의 없었다. 극미세먼지의 건강영향에 대한 연

구는 주로 동물실험에 의한 결과가 많으며, 극히 작은 크기로 인해 쉽게 상피

세포를 통과하여 목표장기로 이동할 수 있고, 산화적 스트레스로 인한 염증

반응을 일으켜 체세포에서 cytokine 이나 IL1, IL6 등을 증가시킨다고 보고되

고 있다(Oberdorster, 2001; Takenaka 등, 2001). 극미세먼지에 대한 인체 역

학 연구결과는 많이 없으며, 주로 천식이나 심혈관계 질환을 가진 사람을 대

상으로 순환기계 질환의 유병율 및 사망률의 증가를 관찰한 연구가 대부분이

었다(Pekkanen 등, 1997, 2002; Penttinen 등, 2001; Peters 등, 1997). 최근 극

미세먼지의 건강영향에 대한 연구에서도 넓은 체표면적을 가지는 극미세먼지

가 입경이 큰 먼지(PM2.5나 PM10)나 다른 대기오염물질보다 더 건강에 영향을

주기 쉽다고 보고된 바 있다(Wichmann 등, 2000).

본 연구는 봄철 황사발원지인 중국과 인천지역 초등학생을 대상으로 1) 호

흡기능, 생체내 산화적 손상여부와 거주지역에서 노출되는 대기 중 황사 및

- 3 -

미세먼지의 농도 및 특성을 조사하고 2) 황사와 어린이의 건강영향간의 연관

성을 알아보는 한편, 3) 극미세먼지를 포함한 입경별 미세먼지의 어린이의 건

강영향 연관성도 알아보고자 하였다.

우리나라의 봄철 황사와 같이 단기간 고농도의 미세먼지에 대한 건강영향과

관련요인에 대한 규명 연구가 국내외적으로 미흡하여 관련 연구자료의 확충이

요구된다. 본 연구에서는 황사기간을 포함한 봄철 대기 중 입경별 미세먼지와

초등학생의 건강 영향을 조사하기 위해 단기간 패널 연구로 진행되었다.

1. 연구의 필요성

본 사업은 황사의 건강영향 연구 2차년도 사업으로 ‘07년도 사업에 이어 봄철 황

사 발원지(알라샨)와 북경지역 및 국내 인천지역 아동의 황사/미세먼지로 인한 건강

영향을 조사하고자 하였다. 이에 대한 기존 연구 자료는 부족한 실정으로 인체

건강영향에 근거한 황사먼지와 환경 중 미세먼지의 대책 수립을 위한 관련정

보와 역학연구 수행이 요구되고 있다.

2. 연구의 목적

본 연구는 봄철 황사발원지인 중국과 인천지역 초등학생을 대상으로 황사와

입경별 미세먼지의 노출특성에 따른 어린이의 폐기능 저하 및 산화적 손상여부

등 건강영향과의 관계를 조사하고 미세먼지의 위해성에 대한 기초 역학 연구 자

료를 제공하고자 한다. 이를 통해 봄철 황사와 같이 단기간 고농도의 먼지에

대한 건강영향과 관련요인을 규명하는 연구 자료를 확충하고자 한다.

- 4 -

3. 연구의 기대 효과

황사 발생 시 황사발원지(중국) 및 국내 대기 중 먼지의 특성과 성분 파악

을 통하여 황사먼지와 관련된 물리․화학적 특성에 관한 자료를 수집할 수 있

을 것으로 기대된다. 또한 패널 역학연구를 통해 황사발생 시나 대기 중 입경

별 미세먼지 노출과 호흡기계 및 산화적 스트레스 영향 연관성을 도출 하고

정량적인 건강영향 평가를 마련할 수 있을 것으로 기대된다.

- 5 -

Ⅱ. 연구내용 및 방법

1. 조사지역 및 대상 선정

본 연구의 조사지역은 황사가 발생하고 이동하여, 이동된 황사가 경유하는

과정에 있는 지역과 이동된 황사가 최종적으로 영향을 주게 될 지역을 중심으

로 조사대상지역으로 고려하였다. 따라서 황사 발원지에서 경유지 및 우리나

라에 영향을 미치는 지역에 해당되는 도시 중 가장 적합하다고 판단되는 도시

3곳을 선정하였다(그림 2-1). 중국지역은 황사 발원지인 내몽고 알라샨 지역,

황사 경유지로 북경 지역을 선정하였으며, 영향지역으로는 한국에서 황사의

영향지로 인천을 선정하였다.

그림 2-1. 연구 대상 지역

- 6 -

각 지역의 조사대상 초등학교는 황사와의 연관성, 주변지역의 지형, 생활환

경, 대기환경 및 대기측정소와의 거리 등 여러 가지 사항들을 복합적으로 고

려하여 선정하였다. 조사대상 학생들은 황사나 대기오염에 민감한 집단인 어

린이로 각 초등학교 3～6학년 학생들을 대상으로 하였다.

- 7 -

2. 조사지역 개요

가. 인천지역

인천은 서울과 인접한 대도시이며, 지형은 항만시설이 입지한 해안매립지

와 주거지 및 공업용지로 활용되는 간척지를 제외하고는 기복이 작은 구릉지

또는 낮은 산지로 구성되어 있다. 인천의 겨울철 기온은 북서풍의 영향을 받

아, 같은 위도 상에 있는 동해안의 도시보다 낮다. 또 강수량은 많은 편이지

만, 중부 지방보다는 적은편이며 강화, 옹진 지역은 바다의 영향으로 따뜻한

편이다. 5월에서 7월 사이에는 안개가 많이 끼며, 봄철 중국에서 불어오는 황

사의 영향을 가장 먼저 받는 지역이기도 하다.

나. 중국 북경지역

북경은 중국의 수도이며, 내몽골 자치지역의 북쪽과 가깝게 위치하고 있

으며, 북쪽, 동쪽 및 서쪽은 산으로 둘러싸여 있다. 서쪽은 Bohai 해가 있는

탄징(Tianjing City)과 가까이에 위치하고 있다. 대체적으로 여름에는 비가 많

이 오며, 연중 총 강수량의 4분의 3정도가 이시기에 내리며, 봄에는 건조하고

바람이 많이 분다. 이곳은 매년 봄마다 내몽골에서 동쪽과 서쪽으로 부는 황

사(모래먼지 폭풍)로 많게 혹은 적게 고통을 겪고 있다.

다. 중국 알라샨 지역

알라샨은 270,000㎢의 넓이를 가지는 중국의 서부 내몽골 자치주지역에

위치하고 있다. Badain Jaran 사막, Tengger 사막과 Ulan Buh 사막의 3개의

유명한 사막들이 가로질러 있으며, 자치주 전체면적의 29%를 차지하고 있다.

이곳은 매우 건조하고 낮은 강수량을 가지고 바람이 많이 분다. 매년 7월, 8월

- 8 -

과 9월은 비가 거의 내리지 않으며, 2개월 이상 지속되는 바람의 평균 풍속은

2.9㎧ ～ 5㎧이다. 알라샨은 중국에서 가장 큰 모래먼지 폭풍의 근원지 중 한

곳이기 때문에 본 연구의 황사 발원지로 선정하였다.

그림 2-2. 알라샨 지역의 학교 및 주변 환경

- 9 -

그림 2-3. 북경지역의 학교

- 10 -

3. 연구 추진체계

본 조사는 환경부 국립환경과학원에서 주관하여, 중국 북경대학 및 중국

내몽고 과학기술대학과 공동으로 진행하였으며, 국립환경과학에서 연구총괄

및 관리를 하였다. 한국 측 설문조사, 개인특성조사, 호흡기능 측정, 생체시료

및 대기 시료 샘플링 그리고 생체시료 분석은 국립환경과학원에서 수행하였

다. 북경대학에서는 중국 측 개인특성, 호흡기능 측정, 생체시료 및 대기 시료

샘플링을 하였고, 대기시료의 중금속 분석 및 뇨 중 중금속 분석을 수행하였

다. 자세한 연구추진 체계는 그림 2-4 와 같다.

그림 2-4. 연구 추진 체계

- 11 -

4. 조사내용 및 방법

가. 연구설계

본 연구는 봄철 황사 발생 및 이동경로에 위치한 중국 2개 지역과 영향

지역 한국(인천)의 대상 초등학생의 최고호기유량(PEFR)과 뇨 중 산화손상지

표 수준을 반복 측정하여 대기 중 미세먼지(입경별 질량 농도 및 수농도, 중

금속 등)와 황사 발생여부에 따른 패널의 건강영향에 대한 연구를 수행하기

위해서 설계되었다.

개인별 기초 설문조사와 체성분 및 폐활량을 측정하였고, 조사기간 동안 폐

기능의 변화를 알아보기 위해 매일 최고호기유량(PEFR)을 측정하였다. 이와

함께, 조사지역의 대기오염 농도(PM10 PM2.5 및 극미세먼지의 질량농도 및 수

농도)를 측정하였으며, 도심 대기측정망 자료 및 기상 자료를 수집하였다. 대

상 학생들의 소변을 주 2회 이상 수거하여, 미세먼지가 미치는 건강영향에 대

한 산화손상지표 (oxidative stress markers)로서 뇨 중 8-OHdG, MDA,

Isoprostane을 분석하였다. 인천지역에서는 학생들의 뇨 시료 중 PAH 노출지

표인 2-Naphthol과 1-OHP를 분석하였다.

나. 연구대상 및 연구기간

본 연구에서는 국내 인천 계양구에 위치한 초등학교 5학년 3개 학급 80명

학생과, 중국 북경지역 초등학교 4학년 5개 학급 162명, 중국 알라샨 지역 초

등학교 5학년 2개 학급 118명을 대상으로 하였다.

연구기간은 인천의 경우는 3월 ～ 6월 초까지(68일), 중국 북경 및 알라샨 지

역의 경우 4월 ～ 6월 초까지 (47～49일) 대기환경 측정 및 건강영향 조사를 실

시하였다. 연구진행기간은 일반적으로 황사기간 이라고 알려진 기간에 포함되어

- 12 -

있으며, 지역별로 측정준비 및 장비여건에 따라 측정기간의 차이가 있었다.

다. 설문조사

설문조사는 측정기간 동안 1회 시행되었으며, 설문서의 배포 및 회수는

초등학교 교사들의 협조 하에 이루어졌다. 설문서의 작성은 대상 초등학생의

학부모가 작성하는 것을 원칙으로 하였다.

설문자료들은 개인 기초 설문 항목 학생 개별의 인적사항, 거주환경, 질병

력, 통학형태, 실외활동, 가족흡연 및 개인 식습관 등의 항목으로 구성되어 있

으며, 자세한 항목구성은 표 2-1 및 표 2-2 와 같으며, 설문지는 부록 1과 2

에 수록하였다. 한국과 중국 모두 질병력, 거주환경, 간접흡연 등 공통된 설문

항목이 포함되도록 하였고, 일부 사회적 환경특성에 따라 설문항목을 변경하

여 포함시켰다.

- 13 -

표 2-1. 인천지역 조사대상자에 대한 기초 설문조사 내용

구 분 문 항 구 성 문항

안내문 동의서, 감사의 말, 작성방법 등 -

인적사항 응답자 및 아동성명, 성별, 생년월일, 주소, 전화번호 11

거주환경 도로와의 거리, 거주형태, 난방, 실내 환경, 거주기간 등 19

질병력 천식, 알레르기성 비염, 피부염, 눈병 28

실외활동 통학수단 및 소요시간, 학원에서 시간, 실외활동 및 운동 시간 등 6(5)

가족흡연 가정 내 흡연자 유무, 흡연량, 간접흡연 유무 3

개인 및 가족의

과거 질병력만성기관지염, 폐기종, 천식, 폐암등 9

식이사항 어패류 섭취, 과일류 섭취 2

표 2-2. 북경과 알라샨지역 조사대상자에 대한 기초 설문조사 내용

구 분 문 항 구 성 문항

안내문 감사의 말, 배경 및 중요성, 작성방법, 개인정보보호 안내 -

응답자 출석번호, 아동성명, 주소, 거주기간, 전화번호, 응답자, 응답일 7

인구특성 생년월일, 출생지, 성별, 국적, 인종, 소속 학교 및 학년 7

질병증상 천식(8), 알레르기성 비염(6), 습진 증상(7) 21

간접흡연 가정 흡연자 유무, 흡연자, 흡연량, 흡연기간 4

가족병력 부모질병(5), 부보 생존여부(3) 8

사회경제․

거주환경사회경제환경(4), 거주환경(9) 16

환경인식 환경보건인식, 최악환경문제, 오염관련 질병증상경험 3

- 14 -

라. 개인특성조사

기본적인 학생의 개인의 신체특성을 조사하기 위하여 신장, 몸무게를 측

정하였고, 이 측정값은 노력성 폐활량(Forced vital capacity, 이하 FVC), 및 1

초간 노력성호기량(Forced expiratory volume in one second, 이하 FEV1)을

측정을 하는데 필요한 자료의 변수로 기기에 입력하여 개인별 측정값을 얻는

데 사용 하였다. 체질량지수(Body Mass Index, BMI)는 신장과 몸무게 측정치

로 산출하였다.

폐활량 측정기는 Fleish-type pneumotach sensor를 이용하여 공기유속을 측

정하는 일본 CHEST M.I. INC. 회사의 Microspiro HI-601 제품을 사용하였다.

폐활량 측정기는 매일 오전 검사가 시작되기 전에 30분 이상 기기를 예열하였

고, 기온과 기압을 보정하였으며, 1L실린지를 이용하여 유량을 보정하였다

노력성 폐활량(FVC)과 1초간 노력성 호기량(FEV1)에 대하여 미국흉부학회

의 폐활량 측정 표준화 지침(ATS, 1995)과 진폐정도관리(산업보건연구원,

2007)에 바탕을 두고 실시하였다.

그림 2-5. 한국(좌)과 중국(우)에서의 폐활량 측정

- 15 -

노력성 폐활량(FVC)은 평상호흡(tidal breathing)을 하다가 최대로 흡입 후

최대한 빨리 숨을 내쉬게 하여 폐활량을 측정하며, 1초간 노력성 호기량

(FEV1)은 최대로 숨을 내쉬어 1초 사이에 내쉰 날숨유량을 나타낸다.

- 16 -

마. 건강영향조사

(1) 폐기능 변화

최고호기유량(Peak Expiratory Flow Rate, PEFR)은 전 폐용량에서 최

대로 빠른 날숨부위의 유량을 나타낸다. 영국의 Clement Clarke Int, LTD의

휴대용 Peak flow meter를 사용하였으며, 아침, 정오, 저녁에 각 3회씩을 측정

하여 기록하도록 하였다. 인천의 경우 EU(EN 13826) Scale Kit를 이용하여

측정하였고, 중국(북경 및 알라샨)의 경우 Wright-Mckerrow Scale Kit를 이

용하여 측정하였다. 측정방식은 모두 동일하며 이들 서로 다른 눈금의 측정값

들은 Clement Clarke Int, LTD에 제공한 Screen Convertor를 이용하여 측정

값들의 변환이 가능하다.

그림 2-6. EU(EN 13826) Scale(좌)과 Right-Mckerrow Scale(우) PEFR Kit

(가) 인천지역

인천지역 초등학생의 PEFR 측정은 (2008. 3. 25 ～ 6. 2)까지 총 60

일에 걸쳐 수행되었으며, PEFR kit 사용방법과 측정값을 기록하는 방법에 대

해서는 충분한 설명과 지도를 하였다. 이 중 오전과 정오의 측정은 담임교사

- 17 -

의 관리 하에 학생 스스로 측정하도록 하고, 휴일의 측정과 평일 저녁때의 측

정은 학부모의 관리 하에 학생 스스로 측정하도록 하였다. 이와 함께 일별 호

흡기증상(감기증상, 잦은 기침, 천식증상 등), 약물의 복용, 실외 체류 시간 등

PEFR의 측정값에 영향을 미칠 수 있는 요인들을 기록하도록 하였다. 담임교

사가 매일 측정기록을 확인 하도록 하여, 측정값의 임의기록 등 측정기록에

대한 오류를 줄이도록 하였다.

(나) 중국 지역

북경지역 초등학생의 PEFR 측정기간은 4월 26일 ～ 6월 11일까지

46일간이었으며, 알라샨지역은 5월 5일 ～ 6월 11일까지 38일간이었다. PEFR

kit 사용방법과 측정값을 기록하는 방법에 대해서는 충분한 설명과 지도를 하

였다. 매일 3회 아침, 점심, 저녁에 교사 또는 부모님의 지도하에 측정 및 기

록을 하도록 하였다.

(2) 산화손상지표

뇨 중 산화손상지표는 체내 산화적 스트레스(oxidative stress)를 간접

적으로 측정하기 위한 유용한 지표로서 많이 이용되고 있다. 또한 일반적으로

대기 오염에 관한 영향을 알아보기 위해 생체지표를 이용한 연구가 많이 진행

되고 있다.

지질, 단백질, DAN 또는 RNA 등 생체 내의 구성 요소들의 산화 손상에 관

한 다양한 생체지표들이 알려져 있으며, 인체 내에서 산화스트레스가 흡연, 고

혈압, 축상경화증, 고지혈증, 당뇨병, 허열-재류관, 암, 류머티스성 관절염,

- 18 -

Behcet 질환, 신경 손상성 질환 등에서 중요한 발병기전으로 추정되고 있을

뿐만 아니라 노화 과정에서도 주요한 인자로 보고 있다(김정호, 2008).

본 연구에서는 역학연구에서 사용 빈도가 높고, 측정방법에 대하여 측정값

의 신뢰도가 양호한 생체지표를 선정하였다. 미세먼지의 노출로 인한 산화적

스트레스(oxidative stress)의 영향을 알아보기 위한 생체지표(biomarker)로서

요 중 MDA (malondialdehyde)와 8-OHdG(8-hydroxy-2‘deoxyguanosine) 및

Isoprostane을 측정하였다. 8-OHdG는 반응성 산소종(reaction oxygen

species, ROS)에 의한 DNA 손상 정도를 나타내는 지표이고, MDA 및

Isoprostane은 지질 손상 정도를 나타내는 생체지표이다. Isoprostane은 생체

조건 내에서 non-cyclooxygenase와 arachidionic acid의 과산화과정을 포함한

free radical-catalyzed mechanism에 의해 생기며, 음식물 중에 있는 지방성분

에 영향을 받지 않고 정상적인 체액 내에 존재하므로 측정이 가능하고, 지질

과산화 후에 생기는 물질이다.

생체지표들간 분석방법에 따른 특징 등에 대해서는 표 2-3에 제시하였다

(Kang 등, 2005).

- 19 -

표 2-3. 뇨 중 산화손상지표 특성 비교 (출처 : Kang 등, 2005)

8-OHdG MDAiso-P

(8-Isoprostane)

Biomarker

Specificity Poor Poor Pair

Stability Fair Good Poor to fair

Biological relevanceROS induced DNAdamage

Good for in vivoLipid peroxidation

Better for in vivolipid peroxidation

Assay

Methods ELISA HPLC-FD ELISA

Reliability Good Excellent Good

Sensitivity Good Good Good

Time & Cost Excellent Good Excellent

Population validity

inter-individualvariation

Fair to good Good Good

ICCa

Not tested Good Not tested

Association withconfounders

studied for mostconfounders

studied formostcon founders

Limited(only smoking)

Association withdiseases Limited Breast cancer

Cardiovasculardisease

aInter-class correlation coefficients

- 20 -

(가) 뇨 시료 채취

소변시료는 Urine cup을 이용하여 채취하였으며, 분석항목이 많은 관

계로 최소 30㎖이상을 채취하였다. 수거된 시료는 Ice-box를 이용하여 2시간

이내에 과학원으로 이송하여 각각의 분석항목에 맞게 분체하였다. MDA 및

중금속분석용 시료의 경우 15㎖ 코니컬 튜브에 각각 나누어 담았으며,

8-OHdG 및 15-Isoprostane 분석용 시료는 25,000rpm에서 15분간 원심 분리

하여 상층액만 2㎖ 튜브에 담아 보관하였으며, 특히 빛에 민감한 8-OHdG의

경우 차광용 튜브를 이용하여 빛을 차단하여 분석결과에 영향을 미칠 수 있는

요인을 제거 하였다. 각각의 시료들은 분석 전 및 분석기관 이동전까지 -20℃

에 보관 하였다. 중금속분석용 시료를 중국으로 이송할 때 Ice-box를 2중 포

장하였고, ICE Pack을 이용하여 최대한 냉온을 유지할 수 있도록 하였다.

인천지역 초등학교의 경우 한 학급학생(26명)들을 대상으로 하였으며, 조사

기간 중 2008. 3. 28 ～ 5. 23 까지 매주 3회(월, 수, 금) 채취하는 것을 원칙으

로 하였으며, 조사기간 중 수학여행, 학교행사, 공휴일 및 임시휴교일은 제외

하였다. 개인별 시료 컵을 지급하여 등교 후 오전 중으로 소변을 채취하였다.

북경지역은 한 학급학생(32명)들을 대상으로 하였으며, 조사기간은 2008. 4.

29 ～　6. 9 까지였으며, 알라샨 지역은 한 학급학생(35명)을 대상으로 2008.

4. 28 ～ 6. 6 까지 조사하였다. 조사기간 동안 매주 2～3회(미세먼지 농도가

높은 날을 포함) 학생들의 뇨 시료를 15㎖ 이상 채취하였으며, 채취된 소변

sample은 분석 전까지 -20℃에서 보관하였다.

- 21 -

(나) 뇨 중 8-OHdG 분석

채취된 뇨 시료는 ELISA KIT(New 8-OHdG Check Kit, JAICA)를

이용하여 자체 분석하였다. 분석방법은 제조회사인 JAICA에서 제공한 표준

매뉴얼을 이용하여 분석하였다. 흡광도는 Micro plate reader(AT/Spectra

fluor, TECAN)를 이용하여 측정하였으며, 농도환산은 Four-Parameter

Logistic Function을 이용한 검량 선에 의해 계산하였다. 최종농도는 Jaffe 방

법으로 얻은 각 시료의 creatinine 농도로 나누어 보정하였다. 분석방법을 요

약하면 다음과 같다.

분석 1시간 전 냉장 보관된 분석 Kit를 꺼낸 후 실온 약 1시간 정도 두어

실온의 온도와 비슷하게 유지 되도록 한다. 1차 항체용액(Primary Antibody

solution)과, Washing buffer와 증류수 비를 1:4로 한 세척용액(Washing

solution)을 제조한다. Sample과 Standard를 정해진 위치에 따라 plate well에

50㎕씩 넣는다. 그리고 well에 Primary Antibody를 50㎕를 각각 넣고(blank

well 제외) 37℃ 인큐베이터에서 약 1시간 동안 반응 시킨다. 2차 항체용액

(Secondary Antibody solution)을 제조한 후 인큐베이터에서 약 1시간 동안

반응시킨 plate를 꺼내 내용물은 버리고 Washing solution을 이용하여 3번에

걸쳐 세척한다. Plate에 물기가 남지 않게 털어 낸 후 2차 항체(Secondary

Antibody)를 각 well에 100㎕ 씩 넣은 후 37℃ 인큐베이터에서 약 1시간동안

반응시킨다. 1시간 동안 반응 후 내용물은 버리고 Washing solution을 이용하

여 3번에 걸쳐 세척한다. 발색용액(Chromatic Solution) 120㎕ 와 희석용액

1vial(12㎖)을 혼합하여 기질용액(Substrate Solution)을 제조한다. 기질용액을

각 well에 100㎕씩 넣은 후 차광된 상온에서 약 15분 정도 반응 시킨 후 반응

종결시약(Reaction terminating solution)을 넣는다. Plate well의 내용물들이

- 22 -

노랑색으로 변하면 450㎚의 파장에서 흡광도를 측정한다. 표준농도 검량 선은

Y축은 흡광도, X축은 로그 변환한 표준용액 농도로 하고, Four-Parameter

Logistic Function으로 구해진 각 인자 값을 이용하여 각 시료들의 농도를 계

산한다.

본 조사에서 8-OHdG의 측정범위는 0.5 ～ 200 ng/㎖, LOD(Limit of

detection; 검출한계)는 0.2 ng/㎖이었다. 최종농도는 Jaffe 방법으로 얻은 각 시

료의 creatinine 농도로 나누어 보정하였다.

(다) 뇨 중 MDA분석

뇨 중 MDA분석은 전문분석기관에 위탁․의뢰하여 분석하였으며, 자

세한 방법은 부록 6에 수록하였다. 분석방법을 간략하게 설명하면, 뇨로 배출

되는 과산화지질의 대사물질인 MDA를 TBA(Thiobabituric acid)와 반응시킨

후 생성된 TBARS (thiobarbituric acid reactive substances)를 액체크로마토

그래피/형광검출기에 주입하여 지질과산화(Lipid peroxidation)정도를 평가하였

다(Esben 등, 2006). 최종농도는 Jaffe 방법(HITACHI 7600-210)으로 얻은 각

시료의 creatinine 농도로 나누어 보정하였다. 분석결과 LOD(Limit of

detection; 검출한계), LOQ(Limit of qualification; 정량한계)는 각각 0.004,

0.012 μM이었다.

(라) 뇨 중 Isoprostane 분석

뇨 중 Isoprostane 분석은 ELISA Kit(Urinary Isoprostane ELISA

Kit, EA 85, Oxford Biomedical Research)를 이용하여 분석하였다. 분석원리

는 소변시료와 표준용액에 있는 Isoprostane과 Isoprostane conjugated to

- 23 -

horseradish peroxidase (HRP)가 micro-plate에 코팅되어 있는 polyclonal

specific antibody 와 결합하기 위해 경쟁적으로 반응하는 효소-면역결합법을

이용한다. 제조사에서 제공한 표준 메뉴얼을 따라 분석하였고 구체적인 분석

방법은 다음과 같다.

Isoprostane 표준용액은 표준원액(1000 ng/㎖)을 이용하여 0.001, 0.01, 0.05,

0.1, 1, 5, 10, 50, 100 ng/㎖ 농도가 되도록 Enhanced dilution buffer를 이용하

여 희석하였다. Enhanced dilution buffer를 이용하여 Isoprostane HRP

Conjugate를 50배 희석하고, Wash buffer는 증류수를 이용하여 5배 희석한다.

모든 소변 시료는 Enhanced dilution buffer를 이용하여 3배 ～ 5배로 희석

하였고, 희석된 sample과 각 표준용액을 plate well에 100㎕ 씩 넣는다. 희석

된 Isoprostane HRP Conjugate를 RB(Reagent Blank)를 제외한 각 well에

100㎕ 씩 넣은 후 약 2시간 동안 상온에서 반응시킨다. 반응 후 세척용액을

300㎕를 넣고 2～3분 후 버리는 세척과정을 3회 반복한다. TBM substrate를

200㎕씩 넣으면 파란색으로 40분 정도 발색반응을 일으키는데 이때 발색정도

는 시료나 표준용액내 unconjugated Isoprostane 에 반비례한다.

마지막으로 3M의 H2SO4 50㎕를 넣어 반응을 종결시킨 후 Micro-plate

reader(AT/Spectra fluor, TECAN)로 450nm에서 흡광도를 측정한다. 각 흡광

도 결과는 RB와 B0로 보정하여 백분율(B/B0 %)값으로 타나내었다. 표준농도

검량선은 Y축은 백분율(%B/B0), X축은 로그 환산한 표준용액 농도로 하고

Four-Parameter Logistic Function으로 구해진 각 인자 값을 이용하여 각 시

료들의 농도를 계산한 후, 희석배수만큼 보정하였다. Isoprostane 의 측정범위

는 0.05～100 ng/㎖이며, LOD 및 LOQ는 각각 90, 60 %B/B0 이었다. 최종농도

는 Jaffe 방법으로 얻은 각 시료의 creatinine 농도로 나누어 보정하였다.

- 24 -

(3) PAHs 대사물질

도시 대기 중에 존재하는 PAHs의 경우 저농도이기는 하나 피폭대상인

구가 많고, 대기 중의 가스-입자상 물질들과 서로 상호작용을 일으킬 수 있으

므로 단일물질만 존재할 때보다 인체에 미치는 영향이 더욱 커질 수 있으며,

또한 식이나 흡연 등의 생활습관요인과 직업적 요인 등 다양한 경로에 의해

노출 될 수 있으며, 그 형태가 연속적이라는 점으로 보건학적 중요성이 더욱

부각되어 왔다(USNAS, 1983; O'connel, 1986). 따라서 PAHs의 노출 정도를

정확하게 측정하는 것은 PAHs에 의한 건강영향을 평가하는데 있어서 필수적

인 사항이라고 할 있다. 인체의 PAHs의 노출을 측정하기 위해서는 PAHs 중

에 비교적 많이 포함되어 있고 그 구성비율이 일정한 pyrene의 주산물인

1-OHP(1-hydroxypyrene)을 측정하거나 naphthalene의 대사체인 1-naphthol

또는 2-naphthol을 측정한다(Jansen 등, 1995). PAHs 노출지표에 대한 특징을

표 2-4에 나타내었다.

본 연구에서 인천 도심지역 미세먼지 중 함유된 PAHs 노출수준을 파악하

기 위해 뇨 중 PAHs 대사물질인 1-OHP와 2-naphthol을 분석하였다.

- 25 -

표 2-4. PAHs 노출에 의한 소변의 생체지표 특징비교 (출처 : Kang 등, 2005)

1-hydroxypyrene

(1-OHP)

1-Hydroxypyrene

glucuronide

(1-OHPG)

2-Naphthol

Biomarker

Specificity to exposure Good GoodExcellent

(route-specific)

Biological half life

- 26 -

(가) 뇨 중 2-Naphthol 분석

뇨 중 2-Naphthol 분석은 전문분석기관에 위탁․의뢰하여 분석하였

으며, 자세한 방법은 부록 7 에 수록하였다. 분석방법을 간략하게 설명하면,

뇨로 배출되는 PAHs 구성물 중 naphthalene의 대사물질인 2-Naphthol을 β

-glucuronidase / aryl sulfatase enzyme으로 가수분해 시킨 다음 분리된

2-Naphthol이 함유된 시료를 액체크로마토그래프/형광검출기에 주입하여

Naphthalene 노출 정도를 평가하였다. 최종농도는 Jaffe 방법(HITACHI

7600-210)으로 얻은 각 시료의 creatinine 농도로 나누어 보정하였다. 분석결

과 LOD는 0.084 ㎍/L 이었다.

(나) 뇨 중 1-OHP 분석

뇨 중 1-hydroxypyrene 분석은 전문분석기관에 위탁․의뢰하여 분석

하였으며, 자세한 분석방법은 부록 8 에 수록하였다. 분석방법을 간략하게 설

명하면, 뇨로 배출되는 PAHs 구성물 중 pyrene의 대사물질인 1-hydroxypyrene

을 β-glucuronidase /aryl sulfatase enzyme으로 가수분해 시킨 다음 분리

된 1-hydroxypyrene이 함유된 시료를 액체크로마토그래프/형광검출기에 주입

하여 PAHs 노출 정도를 평가하였다. 최종농도는 Jaffe 방법(HITACHI

7600-210)으로 얻은 각 시료의 creatinine 농도로 나누어 보정하였다. 분석결

과 LOD는 0.014 ㎍/L 이었다.

- 27 -

바. 대기환경조사

인천지역 초등학교의 대기환경은 2008. 3. 25 ∼ 6. 1까지 약 11주 동안

초등학교 옥상과 2층 교실 창밖 외기에서 측정하였다. 중국 북경지역의 대기

환경은 2008. 4. 23 ～ 6. 10 까지, 알라샨 지역의 대기환경은 2008. 4. 26 ～

6. 11 까지 약 7주 동안 각 초등학교 근처에서 측정하였다. 지역별 측정항목과

측정주기는 다음 표 2-5와 같다.

표 2-5. 지역별 미세먼지 측정항목 및 방법

지점 측정항목 측정 장비 측정주기

인천

지역

PM10, PM2.5Low volume air sampler

(FH 95, Thermo)Daily

PM10, PM2.5High volume air sampler

(TH-150, Tianhong)Daily

Fine/ultrafine particle mass

conc.(0.06～12 ㎛)

Low pressure impactor

(LP-20, Tokyo Dylec.)Weekly

PM10, PM2.5, PM1PDM(Environmental Portable Dust

Monitor model 107, GRIMM)Continuous

Ultrafine particle number

conc.(PNC > 6 nm)

Water-based Condensation Particle

Counter 3781(TSI)Continuous

Ultrafine particle size

distribution (10 ㎚ ～ 1㎛)

SMPS(Scanning Mobility Particle

Sizer Spectrometer, GRIMM)Continuous

Particle-bound PAHs

(PM-PAH)

Photoelectric Aerosol Sensor

(PAS 2000, EcoChem)Continuous

북경

지역PM10, PM2.5

High volume air sampler

(TH-150, Tianhong)Daily

알라샨

지역PM10, PM2.5

High volume air sampler

(TH-150, Tianhong)Daily

- 28 -

(1) 미세먼지 측정

인천지역 대기 중 PM2.5와 PM10 미세먼지 시료는 2008. 3. 25 ∼ 6. 1까

지 약 11주 동안 Low volume air sampler (FH95, Thermo)와 High volume

air sampler(TH-150, Tianhong)를 각각 16.7 L/min과 100L/min 유량으로 매

일 23시간(오전 9시 ～ 다음날 오전 8시)씩 포집하였다. 이 중 인천지역과 중

국지역 대기 중 공통 미세먼지 측정기기를 High volume air sampler(TH-150,

Tianhong)로 하여 지역별 미세먼지 측정결과를 비교하였다.

Low volume air sampler의 경우 PTFE (Polytetrafluoroethylene 47㎜

Model No. P5PJ047, Zefluor) 필터를 이용하여, 0.0001㎎까지 측정이 가능한

전자저울(Sartorius, DE/SE2-F)을 사용하여 칭량하였으며, High volume air

sampler의 경우 Quartz (TISSUQUARTZ 90㎜, Model No. 2500QAT-UP,

Pall Co.) 필터를 이용하여 0.1㎎까지 측정이 가능한 전자저울 (METTLER,

No. AT200)로 칭량하였다. 포집 전․후에 건조기(Dry keeper, Sanplatec

corp.)를 이용하여 항온(21.1±1 ℃)․항습(45±5%) 상태에서 48시간씩 건조한

후 무게 측정하는 것을 원칙으로 하였다. PM10과 PM2.5 미세먼지의 질량농도

는 포집 전․후 필터의 무게차이를 공시료에 대해 보정한 후 총포집부피로 나

누어 산출하였고 , Coarse(PM10-PM2.5) 미세먼지의 질량농도는 산출된 PM10과

PM2.5의 질량 농도차로 계산하였다.

중국북경과 알라샨 지역의 경우 High volume air sampler (TH-150,

Tianhong)를 100L/min 유량에서 매일 20시간(오전 10시 ～ 다음날 오전 6시)

씩 Quartz (TISSUQUARTZ 90㎜, Model No. 2500QAT-UP, Pall Co.) 필터

로 포집하였다. 북경지역의 측정기간은 2008. 4. 23 ～ 6. 10, 알라샨지역의 측

- 29 -

정기간은 2008. 4. 26 ～ 6. 11으로, 측정 장비 준비를 비롯한 여건상 문제로

두 지역의 시작과 종료일은 조금 다르나 모두 7주간 시행되었다. 필터 포집

전․후에 건조기를 이용하여 48시간씩 건조한 후 무게 측정하는 것과 농도계

산은 인천지역과 동일하게 수행하였다.

인천지역 미세먼지 및 극미세먼지(0.06～12 ㎛)의 입경별 질량농도는 다단

임팩터(Low Pressure Impactor)를 이용하여 2008. 3. 27 ～ 5. 23까지 21.7

L/min 유량으로 측정하였으며, 포집 기간은 일주일을 포집하는 것을 원칙으로

하였고, 기상청의 황사 발생예보 발표된 경우 황사로 인한 영향을 보기 위하

여 발표 일부터 2～4일 동안 측정하였다. 본 연구에서 사용된 다단 임팩터는

총 12단으로, 절단입경(cut-off diameter)은 각각 12.0, 8.1, 5.4, 3.6, 2.2, 1.2,

0.72, 0.51, 0.31, 0.21, 0.13, 0.06 ㎛이다. 사용된 필터는 Teflon Binding

Filter(PTFE 80㎜ Model No. T60A20, SIBATA)로 포집 전․후 과정 PM10,

PM2.5 와 동일하게 하였고, 0.0001㎎ 까지 칭량할 수 있는 저울(Sartorius,

DE/SE2-F)을 이용하였다.

미세먼지의 연속 측정을 위해 광산란법을 이용한 PDM(Environmental

Portable Dust Monitor model 107, GRIMM)을 이용하여 PM10, PM2.5 및 PM1

을 측정하였다. PDM은 레이저를 이용하여 광산란 방식으로 입자상 물질의 수

농도를 입경별로 실시간 측정하는데 0.25 ～ 32 ㎛ 범위를 31 채널로 나누어

1.2 L/min 유량으로 5분 간격으로 연속 측정하였다. 측정된 미세먼지의 질량

농도는 입자를 밀도가 1.2 g/㎤인 구형 입자로 가정하여 변환하였다.

- 30 -

그림 2-7. 인천지역 PM10, PM2.5 및 입경별 미세먼지 포집장치

그림 2-8. 중국지역 PM10, PM2.5 미세먼지 포집장치(좌: 북경, 우:알라샨)

(2) 극미세먼지 측정

인천지역 대기 중 6 ㎚ 이상 극미세먼지의 수농도는 응축핵 계수기

(Water-base Condensation Particle Counter, WCPC)로 측정하였다. 유입유량

- 31 -

은 0.6 L/min, 측정 유량은 0.12 L/min 조건에서, 15분 간격으로 연속 측정하

였다. 또한 대기 중 극미세먼지의 입경별 수농도 특성을 파악하기 위하여

SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer Spectrometer, GRIMM)를 이용하여

측정하였다.

SMPS는 전하를 가진 입자에 전기장을 가하면 전기적 이동도(electrical

mobility)가 변화한다는 점을 이용하여 입경에 따른 입자개수를 측정하는 기기

로 입경을 분류하는 미분형 전기 이동도 분석기 (Differential Mobility

Analyser, DMA, VIENNA Type, Grimm)와 입자의 수농도를 측정하는 응축

핵 계수기(Condensation Particle Counter, CPC, model 5403, Grimm)로 이루

어져 있다. DMA는 Impactor를 통해 들어오는 입자에 전기장을 가하여 입자

의 유적(流迹)을 변화시켜서 원하는 크기의 입자를 분리시키고, CPC는 이 분

리된 입자의 개수를 측정하는 역할을 한다(Gulijk 등, 2003; Kasper 등, 2001).

본 연구에서는 흡입 유량(sample air) 0.3 L/min, 희석 유량(sheath air) 3

L/min 조건에서, 11.1 ～ 1083.3 ㎚범위를 약 7분 간격으로 연속 측정하였다.

그림 2-9. 극미세먼지 수농도측정기 및 입경별 분포측정기(좌 WCPC, 우 SMPS, PDM)

- 32 -

(3) 미세먼지 내 중금속 분석

연구기간 중 인천지역과 중국지역에서 포집된 High volume air

sampler로 포집한 미세먼지(PM2.5, PM10) Quartz 필터, Low volume air

sampler로 포집한 미세먼지(PM2.5, PM10) PTFE 필터 및 다단 임팩터로 포집

한 PTFE 필터들을 산 용액으로 추출하여 이온 및 중금속 분석을 실시하였다.

필터 중 Low volume air sampler로 측정한 미세먼지(PM2.5, PM10) PTFE

필터에 대해서는 Al, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb 총 11 개 항목

에 대한 분석을 전문분석기관에 의뢰하여 분석하였으며, 자세한 분석방법은

부록 12 에 수록하였다.

High volume air sampler로 포집한 Quartz 필터와 다단 임팩터로 포집한

PTFE 필터에 대해서는 5% HNO3 용액을 이용하여 추출한 후 총 22가지 이온

및 중금속 (Ni, Cd, Cr, As, Pb, Mn, Fe, Cu, Zn, Al, P, Ti, Sr, Zr, Mo, B,

Mg, Ba, Hg, Na, Ca, K)에 대해 중국 북경대학 분석센터에서 분석하였고, 자

세한 분석방법은 부록 13 에 수록하였다.

(4) 미세먼지 내 PAHs 측정

인천지역 대기 중 미세먼지에 포함된 PAHs (particle-bound

polycyclic aromatic hydrocarbons)농도를 2008. 5. 13 ～ 5. 22까지 10일 동안

Photoelectric Aerosol Sensor (PAS 2000, EcoChem)를 이용하여 2 L/min 유

량으로 3분 간격으로 연속측정 하였다.

PAS는 입자에 포함된 PAHs를 광이온화시켜 측정하는 장치로, 측정기에

유입되는 입자에 UV Excimer lamp로 222 ㎚(6.7 eV) 파장의 빛을 조사한다.

- 33 -

PAH를 포함하는 입자는 6.7 eV photoelectric threshold 미만에서는 전자를

방출하고 양전하를 띠게 되는데, 이 이온화된 입자들은 electrometer 안의 필

터에 모이게 되어 전류량을 측정하게 된다. Niessner(1986)에 의하면 π-전자

를 포함하며 벤젠고리가 4개 이상인 PAH는 작은 PAH에 비해 1차 이온화

에너지가 낮아 쉽게 광이온화 된다고 알려져 있으며, Wilson 등(1994)은 벤젠

고리 2～4 사이의 기체상 PAH는 PAS에 의해 측정되지 않는다고 보고하였

다. 또한 Inlet부분은 입자크기를 분류하는 장치가 없으나 Burtscher(1992)는

기체상에서 전자의 평균자유경로와 비교할 때 광전자가 입자에 재확산될 가

능성은 낮으며, 효율적인 이온화입경의 상한선은 약 1㎛라고 보고하였다. 그

외에도 Sapkota 와 Buckley(2003)은 거대입자에서 방출되는 전자들은 다시

결합될 가능성이 크므로, PAH를 포함하는 입자의 이온화나 측정가능성이 높

은 입경은 1 ～ 2 ㎛ 미만으로 보고하였다. 즉, PAS는 공기역학적 직경이 약

1～2㎛ 미만의 입자에 흡착된 벤젠고리 4개 이상의 PAH를 측정하는 데 유용

하다고 보고되고 있다(Dunbar 등, 2001).

그림 2-10. PM-PAHs 측정장치

- 34 -

(5) 가스상 물질 및 기상자료

각 지역의 SO2, NO2, O3 과 같은 가스상 대기오염도 농도는 인근 자동

측정망 자료를 이용하였는데 인천지역의 경우 초등학교에서 약 250m 거리에

위치한 계산 자동측정망 자료를 이용하였다. 중국지역의 경우 북경지역만 자동

측정망 SO2, NO2 농도를 이용할 수 있었다.

기온, 상대습도, 강수량, 일조시간, 기압 등과 같은 기상자료는 각 기상청에서

공개한 일일자료를 이용하였다.

- 35 -

사. 통계분석

PEFR 자료 분석은 각 개인별 측정 자료의 극단치와 이상치를 제거한 상

태에서 평균값으로부터 100 이상의 차이를 나타내는 자료를 제거하였고, 100

이내의 차이를 보이는 경우라도 표준편차가 10 이내로 변동폭이 거의 없는 값

은 신뢰성이 떨어지는 것으로 생각하여 제거하였다. 8-OHdG, Isoprostane과

MDA 측정값들에 대하여 creatinine 측정결과가 0.5 ～ 2.0 g/ℓ 범위를 벗어

나는 값들은 제외하였다.

모든 측정된 결과자료는 SAS(ver. 8.02) 통계패키지를 이용하여 처리하였다.

조사기간 중 대기오염물질 농도 및 기상 요인간 상관분석을 위해 pearson

correlation 분석을 하였고 지역간, 집단 특성간 차이를 보기위해 one-way

ANOVA를 이용하였으며 이때 유의수준을 0.05로 설정하였다.

건강영향과 미세먼지의 경시적 관련성은 일평균 PEFR과 뇨 중 산화손상지

표 농도를 각각 종속변수(dependent variable)로 하고, 성별, 연령, 신장, 일평

균 온도, 일평균 상대습도, 일별 PM1, PM2.5, coarse, PM10 또는 미세먼지 수농

도를 독립변수(independent variable)로 하는 선형혼합회귀모델(linear mixed

regression analysis)에 의하여 분석하였다. 통계분석모형은 다음과 같다(Litteil

등, 1996).

y = χβ + Zu + ε

여기서,

u : unknown random-effects parameters,

β : fixed-effects parameters

[gender(male=1, female=0), age, height, meteorological factor, PM1, PM2.5,

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coarse, PM10 또는 미세먼지 수농도], 오차항 ε의 분산 (Var(ε))은 correlation들

을 고려한 compound symmetric 형태로 주어진다.

y : Health effect(daily mean PEFR, urinary 8-OHdG, Isoprostane and

MDA)

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Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 대상자 특성

가. 설문결과

최초 중국과 한국의 연구조사에서 동일한 내용의 설문지를 사용할 예정

이었으나 중국측 사정에 의해서 한국과 중국의 설문내용이 완전하게 동일하지

는 않으나 대부분 동일한 부분과 유사한 부분의 설문지였기 때문에 공통되는

부분의 설문결과 중 일부만을 발취하여 본 보고서에 제시하였다.

조사기간 동안 설문조사에