Association between exposure to heavy metals in atmospheric particulate matter and sleep quality

Abstract

Background: Recent studies have demonstrated that long-term exposure to particulate matter (PM) is associated with poor sleep quality. However, no studies have linked PM constituents, particularly heavy metals, to sleep quality. This study investigated the association between exposure to heavy metals in PM and sleep quality. Methods: We obtained nationwide data from the Korean Community Health Survey conducted between August and October 2018 in adults aged 19 –80. Sleep quality was evaluated using Pittsburgh Sleep Quality Index (PSQI). PSQI was calculated using the data answered in self-diagnosis questionnaire. Poor sleep quality was defined as PSQI ≥5. One-year and three-month average concentrations of heavy metals (lead, manganese, cadmium, and aluminum) in PM with diameter ≤10 μm were obtained from nationwide air quality monitoring data and linked to the survey data based on individual district-level residential addresses. Logistic regression analyses were performed after adjusting for age, sex, education level, marital status, smoking status, alcohol consumption, history of hypertension, history of diabetes, temperature and humidity. Results: Of 32,050 participants, 17,082 (53.3%) reported poor sleep quality. Increases in log-transformed one-year average lead (odds ratio, 1.14; 95% confidence interval, 1.08−1.20), manganese (1.31; 1.25−1.37), cadmium (1.03; 1.00−1.05), and aluminum concentrations (1.17; 1.10−1.25) were associated with poor sleep quality. Increases in log-transformed three-month average manganese (odds ratio, 1.13; 95% confidence interval, 1.09−1.17) and aluminum concentrations (1.28; 1.21−1.35) were associated with poor sleep quality. Conclusion: This study investigated the impact of exposure to air pollutants and the heavy metals contained in air pollutants on the sleep quality of adults at the community level. The results showed that PM10, PM2.5, and the heavy metals (Al10, Mn10, and Pb10) in PM10 were strongly associated with poor sleep quality. These findings have significant value at the community level and can be useful for formulating public health policies. 연구배경: 최근 대기오염물질에 장기간 노출이 나쁜 수면의 질과 연관성이 있는 것으로 나타났다. 인간이 흡입 노출을 통해 미세먼지 내 중금속에 지속하여 노출되면 중금속의 뇌신경 독성으로 인해 수면에 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 미세먼지(PM)의 구성 성분인 중금속류의 흡입 노출 관점에서 뇌 신경독성과의 연관성을 조사한 연구는 매우 제한적이며, 수면과의 연관성에 관한 연구도 찾아보기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 한국의 지역사회건강 조사 결과와 전국 대기측정망 자료(환경부 에어코리아)를 연계하여 대기오염 물질인 PM10, PM2.5 및 PM10 중의 중금속류(Al, Mn, Pb, Cd) 등 미세먼지의 오염 특성과 수면의 질과의 상관성을 평가하였다. 연구방법: 본 연구는 2018년 지역사회건강조사 참가자의 수면의 질을 PSQI로 평가하였으며, 글로벌 점수 5에 따라 PSQI ≥ 5는 나쁜 수면의 질로 평가하고 PSQI < 5는 좋은 수면의 질로 간주하였다. PM10 중의 중금속류 노출 농도는 지역사회건강조사가 수행된 지역 보건소 255개소 중 44개의 보건소 에어코리아의 대기측정망과 연계되어 대기 중 중금속류 자료 확보할 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 지역사회건강 조사가 수행된 3개월(‘18년 8월~10월) 및 1년(’17년 11월~‘18년 10월) 동안의 대기 중의 입자상 물질과 중금속류의 평균 농도를 활용하였다. 이 연구에서는 다변수 선형회귀분석 수행하였으며, 로지스틱 회귀분석을 통해 입자상 물질(PM10, PM2.5) 및 PM10 중 중금속류의 평균 농도와 나쁜 수면의 질과의 연관성을 조사하였다. 또한, 남성과 여성, 광역시와 그 외의 지역으로 성별 및 지역별로 구분하여 층화 분석을 수행하였다. 연구결과: 본 연구에 포함된 32,050명의 참가자 중 17,082명 (53.3%)가 나쁜 수면의 질을 나타내었고, 14,968명(46.7%)이 좋은 수면의 질을 나타내었다. 1년간의 PM10 중 중금속류(log 변환)의 노출과 나쁜 수면의 질의 오즈비는 Pb 1.14 (95%Cl 1.08-1.20), Mn 1,31 (95%Cl 1.25-1.37), Cd 1.03 (95%Cl 1.00-1.05) 및 Al 1,17 (95%Cl 1.10-1.25)로 수면의 질과 연관성이 있는 것으로 나타났다. 또한, 3개월 동안 중금속류의 노출과 나쁜 수면의 질의 오즈비는 Mn 1,13 (95%Cl 1.09-1.17) 및 Al 1.28 (95%Cl 1.21-1.35)로 나쁜 수면의 질과 연관성이 있는 것으로 나타났다. 이 연구는 수면의 질과 대기오염물질 내 중금속과의 연관성을 조사한 첫 번째 연구이며, PM10 중의 중금속류(Pb, Mn, Cd 및 Al)가 나쁜 수면의 질과 연관성이 높은 것으로 나타났다. 결론: 이 연구는 대기오염물질 및 대기오염물질에 함유된 중금속류에 대한 노출이 성인의 수면의 질에 미치는 영향을 지역사회 수준에서 조사하였다. 그 결과 대기오염물질 PM10, PM2.5 및 PM10 중의 중금속류(Al, Mn, Pb)가 나쁜 수면의 질과 연관성이 높은 것으로 나타났다. 본 연구결과는 지역사회 수준에서 충분한 가치가 있으며 공중보건정책 수립에 유용하게 활용할 수 있을 것이다.