대기중 다환방향족 탄화수소류의 오염과 생체 모니터링에 따른 발암성 추정에 관한 연구

Abstract

[한글]

유독물질의 노출로 인한 특이한 체내의 대사물질의 측정은 노출 경과·시간 및 유해성 정도를 파악하는데 매우 유익할 것이다. 또한, 대사물질을 생체지표로서 인체 영향을 예측하는데에 이용하는 것은 인체 노출량에 대한 불확실성을 감소시킬 수 있다는 측면에서 매우 중요한 분야로 다루어지고 있다.

본 연구는 대기중 주요 발암성 물질인 다환방향족 탄화수소류(polycyclic aromtic hydrocarbons: PAHs)에 의한 인체 위해도를 추정함에 있어 단지 대기중의 농도만으로 추정하는 종래의 방법에서 노출후 체내 대사산물을 지표로 하는 생물학적 모니터링 방법을 이용하고자 시도되었다. 이를 위해 먼저 다양한 인구집단에서 PAHs의 유의한 생물학적 지표로 알려진 1-hydroxypyrene의 노출수준과 범위를 파악하였고, 특히 호흡 경로를 통한 노출 지표로서의 타당성과 영향정도를 검증해 보았다. 또한, 대기중 PAHs의 허용가능한 발암위해도의 수준에서 뇨중 1-hydroxypyrene 농도의 허용 범위를 제안하여 현재 일반인에서 측정되고 있는 1-hydroxypyrene의 오염수준을 평가하여 보았다.

연구의 대상은 비교적 PAHs의 노출이 높은 제철공장 작업자와 직업적인 노출이 없는 저농도 노출 그룹인 일반 대학생 그룹과 중정도로 노출될 것이라고 가정된 택시기사를 선정하였다. 총 237명에게서 뇨중 1-hydroxypyrene의 오염도와 개인의 특성 및 주거, 직업력, 흡연력 등의 노출특성을 조사하였고. 제철 작업자에게는 개인의 PAHs 노출량을 호흡기 근처에서 부착한 개인 포집기를 이용하여 직접 측정하였다.

대학생과 택시기사에서의 뇨중 1-hydroxyoyrene 농도는 중앙값이 남학생의 경우 0.06μ㏖/㏖ creatinine, 여학생의 경우 0.01μ㏖/㏖ creatinine으로 성별에 따라 차이가 있었다. 운행근무가 끝난 직후에 채취한 택시기사 뇨에서는 중앙값이 0.18μ㏖/㏖ creatinine 이었으며 작업장 기준인 2.3μ㏖/㏖을 초과하는 경우도 있었다. 제철공장의 작업자에서는 작업이 종료된 직후 채취된 뇨에서 1-hydroxypyrene의 중앙값이 0.29μ㏖/㏖이었으며 이들의 호흡기 근처에서 측정된 대기중의 PAHs와의 상관관계는 적은 수의 생체시료를 이용한 것인데도 불구하고 일정한 양의 관계(r**2=0.317, p=0.0517)를 보이고 있어 1-hydroxypyrene이 호흡기 경로를 통한 생체지표로서 유의하다고 판단하였다. 뇨중 1-hydroxypyrene 농도에 영향을 미치는 변수로는 노출 그룹 분류와 연령, 또는 대기중의 PAHs의 오염도 등이었으며 개인의 흡연여부, 평상시의 식습관 행태, 주거 및 이용 교통수단 등에 따라서는 차이를 보이지 않음을 알 수 있었다.

고농도 제철 작업군에게서 얻은 PAHs와 1-hydroxypyrene간의 상관관계를 통해 저농도의 만성적인 노출이 기대되는 일반인에서도 적용가능한 희귀모형을 독립변수를 대기중의 PAHs농도(벤젠고리 3개 이상의 PAHs 농도합, ng/m**2)로 하고 종속변수를 뇨중 1-hydroxypy

rene 농도(μ㏖/㏖ creatinine)로 하여 유의한 3가지 형태의 non intercept linear(y=0.00159x, R**2=0.69), exponential (y=0.2795ex, R**2=0.75), log형(y=0.153logx, R**2=0.74)의 모형을 구하였다.

이러한 희귀모형에 현재 우리나라의 대기중의 PAHs를 호흡하므로써 암이 발생할 초과 발암 위해도가 10**-5, 즉 인구 십만명당 1인 정도 수준의 대기중 PAHs 농도를 적용하여 생물학적 지표로 요구되는 뇨중 1-hydroxypyrene의 허용농도를 Monte-carlo simulaion을 통해 구한 결과 대기중의 PAHs농도와 뇨중 1-hydroxypyrene의 관계가 linear한 모형일때에는 0.04μ㏖/㏖ creatinine 이하, log 모형일때에는 0.31μ㏖/㏖ creatinine 이하, exponential 모형일때에는 0.31μ㏖/㏖ creatinine 이하인 것으로 예측되었다.

이상의 연구결과를 볼 때에 이 연구에서 선정한 저노출군에서의 뇨중 1-hydroxypyrene농도 분포는 다른 나라의 일반인들에 비해 현저히 낮은 수준이었으며 오히려 직업적 노출군에서의 수준이 외국의 일반인들에서의 수준과 유사해 식이습관을 비롯한 다른 생활 습관에 의한 PAHs의 인체 노출이 인종과 민족마다 다르다는 것을 알 수 있었다. 이는 PAHs로 인해 야기되는 발암 위험에 대한 가능성(potency) 또한 다르게 나타날 것이라는 추측을 가능하게 하였으며, 이러한 인종의 차이(ethnic difference)의 차이가 노출 환경의 특성에서 오는 차이인지 또는 다른 대사 특성에 의한 것인지를 계속해서 연구 ·규명해 볼 필요성이 있음을 알 수 있었다. 그러나 이 연구에서 조사된 237명의 뇨중 1-hydroxypyrene의 농도 수준은 대기오염에 의한 PAHs 노출 영향만을 고려했을 때에도 그 허용수준(0.31μ㏖/㏖ creatinine 이하)을 벗어나는 경우가 많아 이외의 다른 오염원과 노출경로에 대한 면밀한 연구가 진행되어 인체 위해성을 감소시킬수 있는 구체적인 방법이 모색되어야 할 것으로 판단되었다.

[영문]

The application of biological monitoring techniques to evaluate humans exposure may contribute significantly to risk assessment by allowing estimates of the effectively absorbed doses, rather than iust the external exposure concentrations which are evaluated by environmental monitoring techniques.

Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs), formed by the incomplete combustion of fossil fuels, are widely distributed in the environment. Although investigation of PAH biomarkers is of general interest, the analytical requirements for assaying many such compounds at trace concentrations are impractical. 1-Hydroxypyrene, a urinary metabolite of pyrene, has recently been used to monitor PAH exposure in humans.

This study was conducted to validate urinary excretion of 1-hydroxypyrene as a biological marker of exposure to PAHs via inhalation route, and to evaluate the acceptable level of health risk in biological monitoring.

University students and taxi divers, who were not occupationally exposed to PAHs, and steelmill workers were subjects of the study. Urine samples form each subject were collected and were analyzed by high performance liquid chromatography(HPLC) and a fluorescence detector.

We investigated steelmill workers' breathing zones, consisting of 16 PAH compounds in particulate and gaseous phases, by gas chromatography/mass spectrometry. Also, participants filled out questionnaires investigating their smoking habits, alcohol consumption, dietary PAH intake, age etc.

The median values of 1-hydroxypyrene in the urine of male university students, taxi drivers and steelmill workers were 0.06, 0.18, 0.29μ㏖/㏖ creatinine, respectively. The level of 1-hydroxypyrene was only significantly correlated with three to six ring PAHs. Major determinants of urinary 1-hydroxypyrene excretion were alcohol consumption and PAHs in the air. The presents study confirms that the determination of 1-hydroxypyrene concentrations in urine can be used as a suitable biomarker to assess individual exposure to three to six ring PAHs in three different settings. As PAH exposure varies greatly within one place, the evaluation of health risk must combines : an environmental monitor to detect PAH sources, and a biological monitor to take into account individual factors such as personal habits. Exposure to the level of the suggested biological level of 0.31μ㏖/㏖ creatinine is estimated to he equal to an excess cancer risk at 10**-5 level of PAHs in ambient air.