자외선(UV-B)노출에 따른 인체위해도 예측모델의 고찰

Abstract

[한글]

CFCs(chlorofluro carbons)의 다량방출로 인한 성층권의 오존감소는 지구의 많은 부분에서 관측되고 있으며, 이로 인해 지표면에 도달하는 생물학적으로 유해한 UV조사량은 계속적으로 증가할 것으로 기대된다(Slaper, 1993). 최근 십년동안 한반도 상공의 오존량 감소는 약 4%에 달하고 있으며(조희구 등, 1994), 오존량의 1%의 파괴에 따른 UVB조사량의 증가를 나타내는 RAF(radiation amplification factor)는 평균 1.2로 보고 되었다(권효정, 1995). 이러한 UVB조사량의 증가에 따른 피부의 만성노출로 인해 유발되는 non-mel anoma피부암은 BCC(basal cell carcinoma)와 SCC(squamous cell carcinoma)이며, 이는 인종과 노출형태 및 노출부위와 시간, 지리적인 위도에 따라 달라진다.

서울에서의 UVB조사량은 Robertson-Berger형 UV-Biometer(Mo.501)로 측정되었는데 그 측정된 연적산값은 2275MED/yr였고, 이론적인 추정치로는 3328MED/yr로 서울에서의 측정치는 위도와 측정고도가 유사한 외국과 비교하여 낮은 결과를 보였다.

UVB조사량의 증가로 인한 인체위해도를 예측하는 모델로 본 연구에서는 역학적 연구에서 흔히 사용되고 있는 Power-model과 Exponential model, 연령층화를 고려한 Age-specific model에 관한 수학적 특성을 비교하였고, 평면형(plane)의 인체모형만을 고려한 기존모델의 제한점을 줄이기 위해, 구형(sphere), 수직원통형(cylinder)의 인체모형을 각 모델에 적용하여 나타내었다.

또한, 각 모델에서 UVB조사량의 증가율(%)에 따른 피부암발생의 증가(%)에 대한 예측결과를 비교하였고, Monte-Carlo Simulation을 이용하여 각 인자의 분포를 가정하였으며, 각 구성인자의 중요 영향력을 결정하기 위해 민감도 분석(sensitivity analysis)를 하였

다.

각 모델의 특성을 비교해보면, Power model은 UVB조사량이 낮은 지역에서 Exponential model에 의한 추정보다 높은 결과를 보이며, BAF값은 상수로써 존재하고 연령에는 독립적이고 성별에는 의존적인 값을 나타낸다. 이에 대해 Exponential model은 UVB조사량이 높은 지역에서 Power model보다 높은 값으로 추정되며, BAF값은 위도에 따라 달라지며, 적도로부터 멀수록 작은값을 나타낸다.

결과적으로 UVB조사량의 1%증가에 따른 피부암발생율의 증가를 나타내는 BAF는 평면형(plane)의 인체모형에서 Power model은 1.56%, Exponential model에서는 1.05%, Age-specific model에서는 2.71%로 나타났고, 구형(sphere)의 인체모형에서는 각각, 1.77%, 1.19%, 3.06%를, 수직원통형(cylinder)에서는 1.86%, 1.25%, 3.22%로 추정된다.

각 모델에서의 Monte-carlo simulation에 따른 예측결과를 보면, Power model은 Uniform의 분포형태를 보이는데, 이유는 각 구성인자들이 Uniform distribution을 따르기 때문이다.

Exponential model에서는 UVB조사량 즉, 위도에 따라 의존적인 값을 보이며, 전체적으로 정규분포화된 결과를 볼 수가 있으며, 이 분포모양은 UVB의 Empirical data의 분포경향과 유사하게 예측됨을 알 수 있다. Age-specific model에서는 연령이라는 중요변수외의 다른 다양한 변수간의 상호작용(interaction)으로 인해 안정된 분포모양을 보이지 못하고, 이산분포의 형태를 취한다.

또한, 민감도 분석(sensitivity analysis)결과를 보면, Power model에서는 UVB용량이 46.3%, β가 27.6%, RAF가 26.1%를 차지하며, Exponential model에서는 UVB용량이 48.5%, β가 26.1%, RAF가 25.4%의 상대적인 영향력을 가진다.

Age-specific model은 다양한 구성인자들이 존재하며, UVB가 23.37%, RAF가 14.06%, K-scc가 13.91%, c-bcc가 13.32%, K-bcc가 13.21%, a가 12.40%, c-scc가 9.73%의 상대적인 중요성을 갖는 것으로 예측되었다.

본 연구에서의 제한점으로는 기존의 역학자료를 이용한 수학적 모델들은 서양사람 즉, 백인종을 근거로 한 모델로써 황인종인 우리나라 사람에게 직접 적용하기에는 여러 가지 불확실성이 따른다. 또한, 우리나라에서는 기준이 되는 피부암 발생율의 역학자료조차 없

는 실정이므로 UVB조사량의 증가로 인한 피부암의 발생을 예측할 수 있는 신뢰성과 타당성이 높은 역학자료가 요구되며, 우리나라에 적합한 모델을 구성하는 것이 가장 불확실성을 적게 하는것이라고 사료된다.

UVB는 일상생활 패턴, 노출형태와 시간이 중요 영향인자이며, 이러한 영향인자를 고려한 노출 시나리오(scenario)를 설정하여 실제적인 인체노출량을 측정해야 할 필요가 있다. 인체 노출 시나리오(scenario)를 가정하지 않고 일반적으로 발생되는 피부암의 역학자료를 이용한 회귀분석을 전제로 한 기존의 수학적 모델들은 많은 불확실성이 수반된다. 따라서 향후 연구방향으로는 노출 시나리오(scenario)를 전제로 실제적인 인체 노출량과 피부암 역학자료와의 상관관계를 이용하여 모델을 구하는 것이 훨씬 타당성 있는 UVB로 인한 인체 피부암의 발생율과 사망율을 예측할 수 있으리라 사료된다.

[영문]

A decrease in stratospheric ozone probably caused by chloroflurocarbons (CFCs) emissions, has been observed large parts of the globe. It is generally accepted that if ozone levels in the stratospheric are depleted, greater amounts of shortwave ultraviolet radiation (UVB) will reach the earth's surface, resulting in increased incidence from nonmelanoma skin cancer.

In this study, we evaluated several mathematical models, such as a power and an exponential model, and a geometric model considering the surface area of a human body part and ages for the prediction of skin cancer incidence caused by exposure to the UVB radiation.

These models basically estimated the risk of skin cancer based on those measurements of the local ozone in stratospheric and UVB. Both were measured at a part of Seoul with a Dobson ozone spectrometer and Robertson-Berger UV Biometer for two year (1994 to 1995). As a result, we calculated the point estimation applying a biological amplification factor (BAF), UVB radiation and other factors.

The distribution of UVB radiation was used by an empirical distribution measured in our city. To predict the distribution of skin cancer risk in an age stratum, factors including population behaviors and sensitivity from the UVB exposure were considered. In order to estimate the distribution, we used a Monte-Carlo simulation technique with assumption on the distribution of each considered factor. The sensitivity analysis was also conducted using the mean or median values of each parameter. Those values and its standard deviation were calculated from the simulation. The values of the radiation amplification factor (RAF) were ranged from 0.9 to 1.5 in Seoul. The annual integral of UVB radiation was 2275 MED/yr. Also, an estimate of the annual amount of UVB reaching the earth's surface at a korea's latitude and altitude was 3328MED/yr. This measured value was lower than another countries with the similar latitude and altitude. This study used a Power model, Exponential model and Age-specific model. The power model estimates are larger than the exponential model estimates for areas of lower UVB dose . Conversely, the

exponential model estimates are larger than the power model estimates for areas of high UVB dose. The skin cancer incidence rate was incireased according to the increase of the age in Age-specific model. To give the effective factors required to model the prediction of skin cancer incidence caused by exposure to the UVB radiation in Korea, we studied the pros and cons of above mentioned models with the application of those parameters measured in Seoul, Korea.