대기오염과 건강영향에 대한 국내 연구 결과 및 현황 이 종 태 한양대학교 대학원 보건관리학과 2004-04-27 First of all, I have to express it is my great honor to be here. I hope you enjoy listening to my presentation. The topic I am going to tell you is about air pollution and health in our country. The studies that I am going to touch on today are things based on my previous works.

발표 내용 Prologue Acts 대기오염과 사망 대기오염과 소아천식 대기오염과 폐기능 Epilogue 정리 향후과제

Prologue O.K. now let’s go back to business. Here I am going to tell you is my own view of environmental health. So there might be something that you can’t agree. None the less, the reason why I am going to tell you this is because I guess it will help you to understand me better.

I. 서 론 도시 대기오염의 질적 악화 시민의 관심도 증가 일련의 역학연구 사례 발표 인구증가 및 집중 산업화와 차량증가 잦은 황사현상 시민의 관심도 증가 체감지수 증가 노령층의 증가 및 만성질환자(생존률 증가) 일련의 역학연구 사례 발표

연도별 천식 유병율(미국)

연도별 천식 사망률(미국)

연도별 각 나라의 천식사망율

대기오염 특성 대기오염 가스상 오염물질 입자상 오염물질 오존 아황산가스 이산화질소 일산화탄소 휘발성유기물 CFCs, CO2, methane, nitrous oxide – “greenhouse gases” 대기오염 입자상 오염물질 먼지 (총부유분진, 호흡성 먼지, 미세먼지) 중금속 탄화수소류 Bioaerosols

ACT (Air pollution and health in Korea) So, let’s see the play. Who’s an actor/actress? Environmental health researchers What are properties or materials for this popular play? 1. Ambient air pollutants including particulate matters, and gaseous pollutants such as so2, o3, co, and no2 etc. 2. Adverse health outcomes in population at risk

II. ACT 1 (대기오염과 사망) 먼지 상대위험도 (95% 신뢰구간) 비고 TSP (100ug/m3)1 1.052 (1.031, 1.072) for Seoul 1991-1995 TSP (100ug/m3)2 1.017 (1.008, 1.026) for 7 major cities 1991-1997 국내인구의 절반 PM10 (10ug/m3)3 1.008 (1.000, 1.016) for Incheon 1995-1996 PM10 (40ug/m3)4 1.011 (1.007, 1.015) for 7 major cities 1.013 (1.007, 1.019) for Seoul 1998-2001 TSP (54ug/m3)5 PM10 (45ug/m3) PM2.5 (26ug/m3) 1.002 (0.997, 1.008) for all-cause 1.002 (0.995, 1.008) for all-cause 1.003 (0.996, 1.011) for all-cause 1.002 (0.991, 1.013) for cardiovascular 1.004 (0.991, 1.017) for cardiovascular 1.015 (1.000, 1.030) for cardiovascular 1999년 4월 – 2001년 12월 서울시 1이종태 등, (1999) EHP; 2이종태 등, (2000) Environ Res; 3홍윤철 등, (1999) EHP; 4이종태 등, Environ Res (submitted)

심부전환자의 경우 일반인에 비하여 2.5-4.1배 높은 사망률 III. ACT 1 (대기오염과 사망) 사망증가율 (95% 신뢰구간) 비고 홍윤철 등 (2002) EHP 110:187-191 PM10 (22 ug/m3) O3 (9.3 ppb) SO2 (5.7 ppb) NO2 (8.3 ppb) CO (0.3 ppm) 1.5% (1.3 ~ 1.8%) 2.9% (0.3 ~ 5.5%) 2.9% (0.8 ~ 5.0%) 3.1% (1.1 ~ 5.1%) 4.1% (1.1 ~ 7.2%) Seoul 1995-1998 Stroke mortality 권호장 등 (2001) Epidemiology 12:413-419 PM10 (42 ug/m3) O3 (20.5 ppb) SO2 (9.9 ppb) NO2 (14.6 ppb) CO (0.6 ppm) 1.4% (0.6 ~ 2.2%) 1.0% (0.2 ~ 1.7%) 2.0% (1.2 ~ 2.8%) 2.1% (1.4 ~ 2.9%) 2.2% (1.7 ~ 2.9%) 1994-1998 심부전환자의 경우 일반인에 비하여 2.5-4.1배 높은 사망률

III. ACT 1 (대기오염과 사망) 연구목표 연구기간 연구대상자 측정항목 부산아시안게임 기간의 대기오염 변동과 사망/상병율 부산 아시안게임 기간 초등학생 폐기능 변화 연구기간 2002년 9월 17일 ~ 2002년 10월 20일 아시안게임: 2002년 9월 29일 ~ 2002년 10월 14일 연구대상자 부산시 거주자 전기간 차량 2부제 실시 측정항목 동일 기간 대기오염 및 사망 및 상병 자료 일반건강검진 (문진 및 x-ray) Spirometer를 이용한 폐기능 조사(만성영향) Mini-Wright를 이용한 순간최대호기율 조사(급성영향) 동일기간 PM10 및 PM2.5 sampling

부산시 이산화질소 연도별 일평균 오염도와 평활추세

부산시에서 발생한 일별 총사망자와 평활추이 (1998년~2001년) 1998년 9월-12월 1999년 9월-12월 2000년 9월-12월 2001년 9월-12월

부산시에서 발생한 일별 총사망자와 평활추이 (2002년 9월~12월) 2002년 9월-12월 부산시에서 발생한 일별 총사망자와 평활추이 (2002년 9월~12월)

III. ACT 2 (대기오염과 소아천식) 입원증가율 (95% 신뢰구간) 비고 송호인 (2001) Asthma & Allergy TSP (100ug/m3) 27% (8 ~ 49%) Seoul 1992-1993 외래와 입원 모두 포함 15세 미만 이종태 등 (2002) Epidemiology 인쇄중 PM10 (40.4 ug/m3) O3 (21.7 ppb) SO2 (4.4 ppb) NO2 (14.6 ppb) CO (1.0 ppm) 7% (4 ~ 11%) 12% (7 ~ 16%) 11% (6 ~ 17%) 15% (10 ~ 20%) 16% (10 ~ 22%) 1997-1999 입원만 포함

III. ACT 2 (먼지와 질병) 15세 미만의 소아천식 (ICD-10 code J45-J46) 먼지 상대위험도 (95% 신뢰구간) 비고 TSP (100ug/m3)1 1.27 (1.08, 1.49) for Seoul 1992-1993 외래와 입원모두 포함 PM10 (40.4ug/m3)2 1.074 (1.038, 1.113) for Seoul 1997-1999 입원만 포함 PM10 (40.4ug/m3)3 1.05 (1.00, 1.09) for Seoul Case-crossover design 1송호인, (2001) Asthma & Allergy; 2이종태 등, (2002) Epidemiology; 3이종태, (2003) 예방의학회지 어린아이의 경우 어릴 때 질환으로 인하여 성인이 되어서 만성질환으로 이환되거나 향후 건강상태를 결정함

III. ACT 2 (먼지와 질병) 허혈성 심질환 (ICD-10 codes I20-I24) 먼지 상대위험도 (95% 신뢰구간) 비고 PM10 (40.4ug/m3) 0.99 (0.96, 1.01) for all age groups 1.05 (1.01, 1.10) for the elderly (65+) 1997-1999 서울거주자 입원만 포함 이종태 등, (2003) Arch Environ Health (in press)

III. ACT 3 (대기먼지와 폐기능) 연구장소 연구 대상 서울시 금천구 시흥 2동 환경부 대기오염 측정소 (시흥 5동사무소) 연구 대상 65세 이상의 양로시설 노인 보육원 어린이(초등학생) 대기오염도 (1998.06.01-1998.12.31) Variable 서울 시흥동 SO2 (ppb) 6.83 (3.14) 7.47 (3.76) NO2 (ppb) 28.51 (9.10) 31.05 (13.70) O3-max (ppb) 36.04 (19.51) 31.22 (17.94) CO-max (ppb) 12.80 (6.46) 13.65 (10.04) PM10 (ug/m3) 54.34 (27.85) 58.47 (34.80)

II. ACT 3 (대기먼지와 폐기능 1) Study objectives Study subjects to investigate an association between particulate matters and PEFR in the elderly to compare the estimated risks using PM10 or PM2.5 as the exposure measure Study subjects An asylum for the elderly Peak expiratory flow rate using a potable peak flow meter (Vitalograph Inc, Lenexa, Kansas) Residential area Air particulate matters measurement Two MiniVol Portable Air Samplers (Airmetrics, Eugene, Oregon) one for PM10; the other for PM2.5 placed on the rooftop of the two-story residence building air flow = 5 l/min every 24-hour measurement using Teflon Quartz Filter (0.2 ㎛ pore size and 47 mm diameter) This two-year panel study was done with the elderly living in an asylum located in a southern part of Seoul. The study was designed to look at the association between particulate matters and acute lung function measured as PEFR. The other objective was to compare the estimated risks using pm10 or pm2.5 as the exposure measure. One strength of this study is that I, myself, took two air particle measurements in the same location, one for PM10 and the other for PM2.5. This practice gave unique opportunity of comparing health effects by particle size. The samplers we placed on the rooftop of the two-story residence building were Minivol air samplers. In order to measure particle mass, we exchanged filter in every 24 hours during the same lung function measurement period. This was because our lung function measurement was done by daily level.

II. ACT 3 (대기먼지와 폐기능 1) Survey Period M/F Age (year) Comments 1st Survey 11/04/00-12/15/00 36/25 78.2 Correlation between Spirometer and mini-Wright = 0.67 2nd Survey 04/23/01-06/03/01 30/17 78.1 No spirometric measurement 3rd Survey 10/29/01-12.02/01 23/19 77.7 Total subjects involved in our first survey was 56. Among them, about 80% of subjects were participated in our second survey.

II. ACT 3 (대기먼지와 폐기능 1) Mean particle mass (S.D.) PEFR (l/min) PM10 (ug/m3) PM2.5 1st Survey 11/04/00-12/15/00 75.2 (31.2) 51.9 (19.2) 240.9 2nd Survey 04/23/01-06/03/01 79.9 (28.1) 55.4 (19.4) 245.6 3rd Survey 10/29/01-12.02/01 83.6 (38.3) 61.8 (29.7) 249.3 This table of the descriptive statistics describes fine particles take about 66-70% of respiratory particles. The levels suggested the air quality of the study area was not good in terms of particulate matter air pollution. At the moments, we are analyzing chemical characteristics of particles collected. We can see better and say more, once we have done the chemical analysis data.

II. ACT 3 (대기먼지와 폐기능 1) 분진 PEFR 변화율1과 95% 신뢰구간 (l/min) 비고 PM10 (44 µg/m3)2 -2.39 (-3.35, -1.43) 65세 이상의 노인 PM2.5 (34 µg/m3)2 -2.94 (-4.07, -1.81) 1The multiple regression includes weather information as well. 2Interquartile Range (IQR, 75%-25%)

Epilogue (What we have learned from these findings)

Patho-physiologic change Is it really that ambient air pollution is risky? “YES” “Consistent” and “coherent” findings Normal Death Disease Patho-physiologic change “Consistent findings” over areas/cities/countries populations study designs

사망 질병 병리적 변화 생리적 변화 정상 총 사망 호흡기 및 심혈관 질환 사망 호흡기 및 심혈관 질환 입원 및 병원방문 호흡기 및 심혈관 질환 입원 및 병원방문 천식악화 질병 혈액점도 증가 호흡기 증상 병리적 변화 생리적 변화 폐기능 저하 결석율 증가 정상

대기오염과 인체영향 호흡기계 자극 폐기능 감소 천식 증상의 악화 폐염, 폐 내막 손상 폐기종, 기관지염증, 면역기능저하 대기오염과 인체영향 호흡기계 자극 기침, 목 또는 인후의 과민반응, 흉부 불쾌감 폐기능 감소 폐활량 감소 천식 증상의 악화 폐염, 폐 내막 손상 폐기종, 기관지염증, 면역기능저하 심혈관계 질환 악화 조기 사망

Size distribution of particles Chemical composition of particles Which pollutant is responsible for health risk? “Combustion-source fine particulates” Their size and chemical composition Schwartz et al. Environ Health Perspect 1999;107:339-342 PM2.5 and PM2.5-10 Harvard Six Cities Only fine particles closely related to mortality Size distribution of particles Laden et al. Environ Health Perspect 2000;108:941-947 Estimation of source profiles of fine particles using a factor analysis Harvard Six Cities Mortality increases corresponded to 10ug/m3 increases of PM10 Chemical composition of particles 1.1 (0.3, 2.0) 3.4 (1.7, 5.2) -2.3 (-5.8, 1.2) Mortality (%) (95% CI) Coal (Se) Car (Pb) Soil (Si) Source

TSP PM10 PM2.5 먼지 (IQR for 1997-1999) 사망 증가율 TSP (40ug/m3) 0.7% PM10 (40ug/m3) 1.1 ~ 3.0% PM2.5 (26ug/m3) 3.0% PM10 먼지 (IQR for study period) PEFR 변화율1 (l/min) PM10 (44ug/m3) -3.56 (-5.19, -1.97) PM2.5 (34ug/m3) -4.73 (-6.49, -2.97) PM2.5

What else do we need to pursue? Who are in danger? Children and the elderly Persons having a chronic disease What else do we need to pursue? Effects from long-term exposure Physico-chemical characteristics of particles Accountability Reduction strategies of adverse health effects from air pollution exposure

대기오염과 인체영향 (위험인구 집단) 어린이 및 노인 실외활동 시간이 많은 성인 호흡기계 질환자 만성질환자 및 알러지 환자 대기오염과 인체영향 (위험인구 집단) 어린이 및 노인 야외 활동시간과 계절 호흡기계 발달상황 실외활동 시간이 많은 성인 실외운동, 실외노동 호흡기계 질환자 천식환자 만성질환자 및 알러지 환자

III. 고 찰(향후 과제) 대기오염 특성별 (먼지 입경별, 화학조성별, 복합오염물질) 인체위해도 산출(질병종류별) 대기오염의 만성건강영향 코호트구축, 민감군 특성과 규모 파악 대기오염도 저감 방안 및 효과 분석 예측시나리오 및 실측방법론 개발 대기오염물질 독성 저감 방안 유전적 민감군, 생체지표, 병인론적 기전

장•단기노출 영향 평가필요성 위해도, R  (A+B+C) 산출 위해도, Ŕ  (A+C) B R = Ŕ, where B=0 특정 환경오염 노출과 관련된 사망 또는 질병 총 사망/ 질병 위해도, R  (A+B+C) 산출 위해도, Ŕ  (A+C) R = Ŕ, where B=0 장기 노출 효과 B A 단기 노출 효과 C D 복합 효과 From Kunzli et al. 2001. AJE

What is “Precautionary Principle”? “We must act on facts, and on the most accurate interpretation of them, using the best scientific information. That does not mean that we must sit back until we have 100% evidence about everything. Where the state of the health of the people is at stake, the risks can be so high and the costs of corrective action so great, that prevention is better than cure. We must analyze the possible benefits and costs of action and inaction. Where there are significant risks of damage to the public health, we should be prepared to take action to diminish those risks, even when the scientific knowledge is not conclusive, if the balance of likely costs and benefits justifies it.” (Horton R. The new public health of risk and radical engagement. Lancet 1998;352:251-2)

What is “Precautionary Principle”? “We must act on facts, and on the most accurate interpretation of them, using the best scientific information. That does not mean that we must sit back until we have 100% evidence about everything. Where the state of the health of the people is at stake, the risks can be so high and the costs of corrective action so great, that prevention is better than cure. We must analyze the possible benefits and costs of action and inaction. Where there are significant risks of damage to the public health, we should be prepared to take action to diminish those risks, even when the scientific knowledge is not conclusive, if the balance of likely costs and benefits justifies it.” (Horton R. The new public health of risk and radical engagement. Lancet 1998;352:251-2)