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미세먼지의 입경별 위해 분석 방법 비교 연구

Other Titles
 Risk analysis of size-related airborne particulate matters in urban area 
Authors
 김진용 
Issue Date
2011
Description
보건학과/박사
Abstract
최근 미국과 유럽 등 선진 외국에서는 대기오염으로 인한 사망률 및 유병율의 증가에 대한 연구가 꾸준히 지속되고 있다. 많은 연구에서 대기오염의 가장 중요한 오염원으로 자동차를 들고 있고, 특히 입자상 물질에 대한 유해성에 많은 연구가 진행되고 있다.특히 대기중의 미세먼지 연구는 나노 크기의 매우 작은 입경으로 인한 영향 및 인체 위해 증폭 가능성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 미세먼지중 입경이 100㎚ 이하의 극미세입자는 마이크로 크기의 입자에 비해 기하급수적으로 증가된 표면적으로 인해 오염물질의 부착 및 체내세포와의 반응성이 높아질 수 있으며, 작은 크기로 인해 체내 및 세포내 유입이 용이하여 심혈관계 질환 및 발암 유발 가능성이 커질 수 있기 때문이다.그러나 기존의 역학적 접근법이나 함유성분을 이용한 위해성평가 방법론은 입자 크기를 반영하지 못하고 있어, 본 논문은 입자상물질의 입경별 위해분석을 위하여 역학적 연구결과에 따른 농도-반응 평가와 함유 물질별 용량-반응평가, 세포의 독성에 의한 용량-반응평가 방법을 비교 분석함으로써 극미세입자와 같은 입경별 특성을 반영할 수 있는 인체 위해성평가 방법론을 제시하고자 하였다.이를 위해 먼저 국내외 PM10 및 PM2.5과 사망률과의 상관성 연구 결과에 의해 도출된 농도-반응 함수를 이용한 조기 사망률을 추정하였고, 입경별 미세먼지(PM10, PM2.5 및 PM1.0)에 함유된 중금속류와 다환방향족탄화수소류(PAHs)의 농도 기반에 따른 독성 위험값 및 초과발암위해도를 추정하였다.또한 미세먼지의 입경별(PM10, PM2.5 및 PM1.0) 세포내 활성산소 발생에 의한 산화적 스트레스에 대한 용량-반응 값을 추계하여 인체 위해도를 추정하였다. 이와 같은 3가지 미세먼지의 입경별 인체 위해도 추정 방법의 장단점을 비교 분석하였다.미세먼지의 입경별 위해도를 추정하기 위해 서울 신촌 도로변에서 2007. 12. ~ 2009. 12. 기간동안 10㎛ 이하의 먼지를 10단으로 분리하여 포집했고, 이를 이용하여 계절 및 차량 소통량 등에 대한 영향을 분석하였다.측정기간동안 도로변 극미세입자는 0.18~0.32㎛와 1.8~3.2㎛에서 높은 농도를 나타낸 이산형 분포를 보였으며, PM10의 평균 농도는 38.3㎍/㎥, PM1.0의 평균 농도는 21.9㎍/㎥ 로 측정되어 PM10중 PM1.0의 기여율은 약 53% 수준이었고, 특히 0.1~1.0㎛ 분포의 입경은 차량 증가에 따라 유의하게 농도가 높아졌다.입경별 미세먼지에서 분석한 16종의 중금속(P, S, Cl, Ti, V, Ni, Cu, Zn, Se, Ba, Pb, Ca, Fe, Na, Al, K)중 미세먼지에 함유되어있는 대표적인 오염물질인 6종의 전이금속(Ti, V, Ni, Cu, Zn, Fe)중 가장 많은 함유율을 보인 Fe와 전신독성 및 생식·발육독성을 나타낼 수 있는 Ni, 전이금속은 아니나 자동차 배출가스를 오염원으로 가진 오염물질중 하나인 Pb에 대한 계절적 변화 및 교통 소통량에 따른 차이를 분석하였다. 분석 결과 Ni은 0.18㎛이하의 입경에서, Pb은 0.32~3.2㎛ 입경에서, Fe은 0.18㎛ 이하의 입경과 1.0~10㎛ 입경에서 주로 분포하는 것으로 나타났고, Ni는 0.56~1.0㎛, Pb는 0.1~1.0㎛의 입경에서 교통량에 따른 차이가 크게 나타난 반면, Fe의 경우에는 전반적으로 교통량에 따른 영향이 미미한 것으로 나타났다.또한 Total PAHs 오염도는 PM10의 경우 80.50ng/㎥, PM2.5의 경우 63.25ng/㎥로 분석되었고, PM10과 PM2.5중 개별 PAH 물질의 농도 패턴은 대체로 유사한 수준이었으며, 모두 Benzo[a]pyrene 이 가장 높은 함유율을 보였다.포집된 미세먼지를 PM10과 PM2.5, PM1.0 으로 구분하여 역학적 방법을 통해 조기 사망율을 산출한 결과, 조사 대상 지역의 PM2.5 평균농도(28.5㎍/㎥)로 인한 호흡기계 질환 사망률은 년간 10만명당 약 342명이었으며, PM10 평균농도(38.3㎍/㎥)로 인해서는 년간 10만명당 약 246명인 것으로 나타나 PM10에 비해 PM2.5로 인한 조기 사망률이 약 1.4배정도 높은 것을 알 수 있었다.또한 미세먼지중 니켈과 납의 독성위험값은 모두 1.0 이하로 PM10 > PM2.5 > PM1.0의 순이었으며, 다환방향족탄화수소류(PAHs)의 초과발암위해도는 PM10이 5.6×10-6, PM2.5이 4.8×10-6, PM1.0이 2.6×10-6로 추정되어 함유성분에 대한 위해성평가는 입경별 영향보다는 미세먼지의 질량에 따른 영향이 지배적인 것으로 나타났다.세포독성평가에 의한 산화적 스트레스에 대한 BMDL10은 PM10이 72㎍/㎖, PM2.5가 39㎍/㎖, PM1.0이 24㎍/㎖로 추정되어 산화적 스트레스의 발생 확율은 PM10이 1.4배, PM2.5가 1.9배, PM1.0이 2.1배인 것으로 나타났다.이상과 같이 미세먼지의 함유성분에 의한 위해성 추정법은 극미세입자의 특성적 영향을 반영하지 못하고 있음을 확인할 수 있었다.이에 반해 역학적 방법론을 통한 접근법은 입경이 작은 미세입자의 독성영향이 크게 나타나 입경별 특성을 반영할 수 는 있었으나, 다양한 입경에 대한 기초 자료의 부족으로 인해 현실적으로 PM1.0 및 PM0.1 등의 극미세입자에 대한 평가는 어려운 제한점이 있었다. 또한 세포독성평가의 입경별 위해도 추정은 극미세입자의 특성을 반영할 수 있는 것으로 관찰되었으나, 독성영향과 질병 발생간의 명확한 기전이 확립되지 않아 유사영향에 대한 불확실성을 초래할 수 있는 제한점이 있었다.따라서 향후 나노입자 등의 매우 작은 입경의 극미세먼지에 대한 건강 영향 평가를 위해서는 기존의 성분분석에 의한 위해성평가보다는 질병 발병이 아닌 다소 초기증상이기는 하지만 ROS 측정과 같은 세포독성평가를 접목하는 것이 보다 타당할 것으로 생각된다.
URI
https://ir.ymlib.yonsei.ac.kr/handle/22282913/133477
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Yonsei Authors
김진용(Kim, Jin Yong)
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