식품 섭취 자료를 활용한 한국 영유아의 혈중 납 예측 및 위해성평가

Abstract

본 연구에서는 한국의 5세 이하 어린이의 혈중 납 농도에 영향을 미치는 변수를 확인하고, 납의 주요 노출원인 식품의 섭취 조절을 통한 납의 위해도 개선 효과를 확인하고자 하였다. 납은 신경계 손상, 인지 기능 저하, 심혈관 질환 등을 유발하는 중금속으로, 특히 어린이의 뇌 발달에 심각한 영향을 미친다. 세계보건기구(WHO)와 유니세프에 따르면, 3.5 μg/dL 이하의 혈중 납 농도에서도 IQ 저하와 학습 장애가 발생한다. 특히 5세 연령은 뇌 발달이 가장 활봘한 시기이며, 성인보다 체중 대비 높은 납 흡수율을 보여 납 노출에 보다 큰 주의를 기울일 필요가 있다. 먼저 5세 이하 한국 어린이를 대상으로 식품, 공기, 물, 토양/먼지 매체의 시나리오 기반 노출 평가를 수행하였다. 노출평가 결과, 식품 섭취에 의한 납 노출이 전체 노출량의 약 80%를 차지하여 식품이 주요 노출 요인임을 확인하였다. 주요 노출원인 식품 중에서 노출 기여도 상위 5개 식품에 대해 분류가 동일하고 납 함량이 50% 이하인 식품을 선별하였다. 납 노출 기여도가 높은 식품은 백미, 고구마, 사과, 두부, 떡이었고, 이를 대체할 식품들은 찹쌀, 토란, 포도, 묵, 시리얼로 선택되었다. 시나리오 기반 노출평가 결과를 기반으로 수행한 어린이 발달신경 독성 위해성평가 결과 1세부터 5세까지 모두 위해기준을 초과하였다. 이에 대해 납 함량이 낮은 식품을 대신 섭취 했을 시의 위해도를 확인한 결과, 식품 섭취에 의한 노출량만을 고려했을 때의 MOE는 1세 1.19, 2세 0.98, 3세 1.00, 4세 1.17, 5세 1.17로 2세를 제외한 모든 연령에서 위해기준을 초과하지 않았지만 총 노출량을 고려했을 시 1세 0.84, 2세 0.76, 3세 0.79, 4세 0.92, 5세 0.94로 여전히 모든 연령에서 위해기준을 초과하였다. IEUBK 모델을 통해 추정한 1세에서 5세 어린이의 혈중 납 농도 95% 신뢰구간을 모자환경보건센터(Mothers and Children’s Environmental Health)의 출생 코호트에서 측정한 혈중 납 농도의 최솟값, 최댓값과 비교한 결과 2세의 혈중 납 농도는 실제 측정값 범위 내에 포함되었으나, IEUBK 모델을 활용하여 혈중 납 농도를 추정했을 때 저농도 혈중 납 농도가 과대평가되는 선행연구결과들과 같이 3세와 5세의 추정 혈중 납 농도가 실제 측정 범위를 초과하는 것으로 나타났다. 어머니와 자녀의 혈중 납 농도가 도시/시골 거주 여부, 가구 소득, 연령에 따라 유의한 차이가 있는지 확인하였다. 어머니의 혈중 납 농도는 가구 소득에 따라 유의한 차이가 있는 것으로 나타났고, 어린이의 경우 연령과 가구 소득에 따라 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=0.044; p=0.018; p=0.018). 다만 어머니의 혈중 납 농도는 가구 소득이 높을수록 감소한 것에 비해 자녀의 혈중 납 농도는 가구 소득이 높을수록 함께 증가하였다. 소득 수준이 높을수록 식품 섭취량이 유의하게 높아지는 것과 1세에서 5세 어린이의 위장관 납 흡수율이 성인에 비해 5배~10배 높은 것이 이러한 차이의 원인일 수 있다. 어머니와 자녀의 혈중 납 농도에 가구 소득 수준이 공통적으로 영향을 미치는 것으로 나타났으나 그 방향이 서로 다른 것으로 나타났으므로 부모와 그에 의한 환경이 어린이의 혈중 납 농도에 미치는 영향은 미미한 것으로 생각된다. 납 함량이 낮은 식품을 섭취하도록 조절했을 시에 가구 소득 수준 하에 해당하는 어린이의 기하평균 혈중 납 농도는 1.11 ㎍/dL로 어린이 발달신경 독성 BMDL01을 초과하지 않았다. 또한, 각 연령별로 식품 섭취 조절 시의 혈중 납 농도를 비교했을 시 1세 어린이의 혈중 납 농도가 1.09 ㎍/dL로 BMDL01을 초과하지 않았다. 1세 어린이의 혈중 납 농도를 위해기준 미만으로 개선하기 위한 적정 식품 섭취 변화량을 10% 단위로 확인한 결과 납 노출 기여도가 높은 5개 식품 섭취량의 80%를 저농도 식품으로 대체하여 섭취했을 때 BMDL01을 초과하지 않는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 가구 소득 수준에 따라 어린이의 혈중 납 농도에 유의한 차이가 있으며, 노출 기여도가 높은 식품을 대신하여 납 함량이 적은 식품을 섭취했을 때 납에 의한 위해가능성을 감소시킬 수 있음을 보였다. 그러나 서로 다른 자료를 이용함에 의한 일부 식품 데이터의 누락과 미국 어린이 데이터 기반 모델링의 불확실성, 상위 노출 식품을 대신하는 특정 식품 섭취 가정의 현실적 한계가 존재한다. 따라서 더욱 정확한 한국 1~5세 어린이 납 노출 위해 가능성과 식품 섭취 조절 효과를 확인하기 위해서는 향후 어린이환경보건 출생 코호트와 같은 실제 어린이 혈중 납 농도 데이터와 한국인 특성을 반영한 혈중 납 농도 예측 모델이 필요하며, 식품 섭취 조절의 실제 효과와 부작용을 평가하기 위한 장기 연구가 필요하다.

This study aimed to identify variables affecting blood lead concentrations in Korean children under 5 years of age and to evaluate the effectiveness of reducing lead exposure risk through dietary control of foods that serve as major sources of lead exposure. Lead is a heavy metal that causes neurological damage, cognitive decline, and cardiovascular diseases, with particularly severe effects on brain development in children. According to the World Health Organization (WHO) and UNICEF, IQ decline and learning disabilities occur even at blood lead concentrations of 3.5 μg/dL or lower. The age of 5 years represents a critical period when brain development is most active, and children demonstrate higher lead absorption rates relative to body weight compared to adults, necessitating greater attention to lead exposure prevention. A scenario-based exposure assessment was conducted for Korean children under 5 years of age across food, air, water, and soil/dust media. The exposure assessment results confirmed that food intake accounted for approximately 80% of total lead exposure, establishing food as the primary exposure factor. Among the major food sources of exposure, foods with the same classification and lead content of 50% or less were selected as alternatives to the top 5 foods contributing to exposure. The foods with high lead exposure contribution were white rice, sweet potato, apple, tofu, and rice cake, while the selected alternative foods were sticky rice, taro, grape, Muk, and cereal. The developmental neurotoxicity risk assessment for children, based on the scenario-based exposure assessment results, showed that all age groups from 1 to 5 years exceeded the safety criteria. When the risk was evaluated after replacing high-lead foods with low-lead alternatives, the Margin of Exposure (MOE) values considering only food intake exposure were 1.19 for 1-year-olds, 0.98 for 2-year-olds, 1.00 for 3-year-olds, 1.17 for 4-year-olds, and 1.17 for 5-year-olds. All age groups except 2-year-olds did not exceed the safety criteria. However, when total exposure was considered, the MOE values were 0.84 for 1-year-olds, 0.76 for 2-year-olds, 0.79 for 3-year-olds, 0.92 for 4-year-olds, and 0.94 for 5-year-olds, with all age groups still exceeding the safety criteria. The 95% confidence intervals for blood lead concentrations in children aged 1 to 5 years, estimated using the IEUBK model, were compared with the minimum and maximum blood lead concentrations measured in the birth cohort from the Mothers and Children's Environmental Health Center. The blood lead concentrations for 2-year-olds fell within the actual measured range. However, consistent with previous research findings indicating that the IEUBK model overestimates low-level blood lead concentrations, the estimated blood lead concentrations for 3-year-olds and 5-year-olds exceeded the actual measured ranges. The study examined whether mothers and children's blood lead concentrations showed significant differences according to urban/rural residence, household income, and age. Mothers' blood lead concentrations showed significant differences according to household income, while children's blood lead concentrations showed significant differences according to age and household income (p=0.044; p=0.018; p=0.018). However, while mothers' blood lead concentrations decreased with higher household income, children's blood lead concentrations increased with higher household income. The significantly higher food intake associated with higher income levels and the 5-10 times higher gastrointestinal lead absorption rate in children aged 1-5 years compared to adults may explain this difference. Although household income level commonly affected both mothers' and children's blood lead concentrations, the directions of these effects were opposite, suggesting that the influence of parents and their environment on children's blood lead concentrations is minimal. When dietary intake was adjusted to include foods with lower lead content, the geometric mean blood lead concentration for children in the corresponding household income level was 1.11 μg/dL, which did not exceed the BMDL01 for developmental neurotoxicity in children. Additionally, when blood lead concentrations were compared by age group under dietary adjustment conditions, the blood lead concentration for 1-year-old children was 1.09 μg/dL, which did not exceed the BMDL01. To determine the appropriate dietary modification levels needed to reduce blood lead concentrations in 1-year-old children below the safety criteria, changes were evaluated in 10% increments. Results indicated that replacing 80% of the intake of the five foods with high lead exposure contribution with low-lead alternatives resulted in blood lead concentrations that did not exceed the BMDL01. This study demonstrated that children's blood lead concentrations vary significantly according to household income level, and that the risk of lead-related harm can be reduced by consuming foods with lower lead content instead of foods with high exposure contribution. However, several limitations exist, including the omission of certain food data due to the use of different data sources, uncertainties in modeling based on US children's data, and practical limitations in the assumption of consuming specific alternative foods to replace high-exposure foods. Therefore, to more accurately assess the risk of lead exposure in Korean children aged 1-5 years and the effectiveness of dietary modification, future research requires actual blood lead concentration data from children, such as those from Korean CHildren’s ENvironmental health study(Ko-CHENS), and blood lead concentration prediction models that reflect Korean population characteristics. Long-term studies are also needed to evaluate the actual effects and potential adverse consequences of dietary modifications.