전신 염증 지표로 살펴본 대기 오염 물질의 단기간 및 장기간 노출의 영향 : 전국적인 인구집단 기반 연구

Abstract

ABSTRACT Effect of short-term and long-term exposure to ambient air pollution on systemic inflammation : a nationwide population-based study

Sung Jun Chung Department of Internal Medicine The Graduate School of Hanyang University

Background As industrialization and urbanization progress, numerous air pollution has occurred. Exposure to ambient air pollution is associated with a major threat to health. Activation of acute systemic inflammatory response is import component of the pathophysiological process in exposure to ambient air pollution which leads to the elevation of systemic biomarkers. This study investigated the effects of short-term and long-term exposure to ambient air pollution on the elevation of systemic biomarkers in the general population and asthmatic patients.

Methods A retrospective study of 24,269 subjects was extracted from the Korea National Health and Nutrition Examination Survey(NHANES) database between January 2016 and December 2018. We merged regional ambient air pollution data from Air Korea(www.airkorea.or.kr) provided by the Korea Environment Corporation, with Korea NHANES data according to its registered address. Particulate matter less than 10μm in diameter(PM10), Particulate matter less than 2.5μm in diameter(PM2.5), Ozone(O3), and Nitrogen dioxide (NO2), sulfur dioxide(SO2) and carbon monoxide(CO) were included in ambient air pollution. To analyze the association with systemic inflammatory markers(leukocytes, platelets, and hs-CRP), ambient air pollutant was divided into quartiles according to the exposure concentration. The association between the increasing quartile in air pollution and the percent change in systemic inflammatory markers was analyzed. Three research studies were investigated as follows. First, we investigated which systemic inflammatory biomarker in the general population had the greatest correlation with air pollution. Second, we compared the association between short- and long-term air pollution exposure with systemic inflammation biomarkers in the general population were analyzed. Finally, we compared changes in systemic inflammatory markers in short-term and long-term exposure to ambient air pollutants according to the presence or absence of asthma.

Results 1. Hs-CRP was the most correlated biomarker in the association between air pollution and various systemic inflammatory markers. The hs-CRP had significant associations with ozone, PM2.5, and PM10. 2. In the 30 days of short-term exposure to ozone in the general population, hs-CRP showed a significant association and increased by 1.8 to 3.1% with increasing quartiles of air pollution. In the long-term exposure, more than 30 days, hs-CRP increased about 1.1–3.7% with increasing quartiles of PM10 and PM2.5. Other systemic inflammatory biomarkers were not associated with ambient air pollution. 3. In the short-term ozone exposure to the asthmatic group, hs-CRP was significantly increased to 16.2-17.7%, which was 4 times more increased compared to the control group, according to the increase of quartile. In the long-term PM2.5 and PM10 exposure to the asthmatic group, hs-CRP tended gradually increase, but significance was not noticed. 4. As the increasing quartile of ambient air pollutants was analyzed in association with the systemic inflammatory biomarker and was compared between the asthma patient group and the control group. Among various air pollutants in the asthmatic group, ozone was the only ambient air pollution associated with the hs-CRP, which increased more than twice proportionally with the increase of quartile.

Conclusion Hs-CRP was the most significant biomarker for the association between ambient air pollution and various systemic inflammatory biomarker. The increasing hs-CRP was significantly associated with short-term exposure to ozone and long-term exposure to PM2.5 and PM10, as the quartiles increased. In the study of the general population, hs-CRP was the only biomarker significantly associated with short-term exposure to ozone and long-term exposure to PM2.5 and PM10. In the short-term ozone exposure to the asthmatic patient group, hs-CRP significantly increased according to the quartile increase in both the patient and the control group. In addition, hs-CRP was increased more than 4 times in the asthma patient group compared to the control group, confirming that the asthmatic patient group was vulnerable to air pollution. Ambient air pollution was divided into 4 quartiles according to the exposure concentration and compared sequentially from the 1st quartile to the 4th quartile, and ozone was the only ambient air pollution associated with the hs-CRP, which increased more than twice proportionally with the increase of quartile.

Keywords: Short- and long-term exposure, ambient air pollutant, Hs-CRP, Asthma|국문 요지

연구 배경: 현대 사회는 산업화와 도시화가 진행되면서, 많은 대기 오염이 발생하고 있으며 이는 인류의 건강에 큰 위협이 된다. 대기 오염의 노출은 체내의 급성 전신 염증 반응을 활성화 시켜 high sensitivity C-reactive protein(hs-CRP)과 같은 전신 염증 지표를 증가시킨다. 본 연구에서는 단기간 및 장기간 대기 오염 물질 노출이 전신 염증 지표 상승에 미치는 영향을 일반 인구 및 천식 환자에서 조사하고자 하였다.

연구 방법: 국민건강영양조사 자료에서 2016년 1월 1일부터 2018년 12월 31일까지 조사를 받은 모든 대상자를 추출하였다. 대상자들은 국민건강영양조사 당시 주거 지역으로 등록한 주소와 한국환경공단에서 제공하는 에어 코리아(www.airkorea.or.kr)의 지역별 대기 오염 자료를 병합하여, 전신 염증 지표를 검사한 날짜를 기준으로 분석하였다. 대기오염물질에는 미세먼지 (Particulate matter less than 10μm in diameter, PM10), 초미세먼지 (Particulate matter less than 2.5μm in diameter, PM2.5), 오존(Ozone, O3), 이산화질소(Nitrogen dioxide, NO2), 이산화황 (Sulfur dioxide, SO2) 그리고 일산화탄소(Carbon monoxide, CO)로, 전신 염증 지표(백혈구, 혈소판, hs-CRP)와 연관성을 분석하기 위해 각각의 대기 오염 물질을 노출된 농도에 따라 사분위수로 나누어, 대기 오염의 사분위수 증가와 전신 염증 지표의 퍼센트 변화의 연관성을 분석하였다. 본 연구는 다음과 같은 3개의 세부 연구를 조사하였다. 첫째, 일반 인구 집단에서 어떤 전신 염증 지표가 대기 오염과 가장 큰 연관성을 가지고 상승하는지에 대해 조사하였다. 둘째, 일반 인구 집단에서 단기간 및 장기간 대기 오염 물질 노출에 따른 전신 염증 지표의 변화를 분석하였다. 마지막으로, 천식 유무에 따라 단기간 및 장기간 대기 오염 물질 노출에 따른 전신 염증 지표의 변화를 비교하였다.

연구결과: 1. 대기 오염과 여러 전신 염증 지표와의 연관성에서 hs-CRP가 백혈구와 혈색소보다 더 강한 연관성을 보였다. 특히, hs-CRP는 오존, PM2.5, 및 PM10과 의미 있는 연관성을 보여주었다. 2. 일반 인구 집단에서 1일에서 30일까지 단기간 오존에 노출된 경우, hs-CRP가 사분위수 증가에 따라 1.8–3.1%까지 상승하는 의미있는 연관성을 보였으며, 30일 이상의 장기간 노출에서는 PM2.5와 PM10이 사분위수 증가에 따라 hs-CRP가 약 1.1–3.7% 상승하여 의미 있는 연관성을 보여주었다. 그 외의 다른 대기 오염 물질은 전신 염증 지표에 영향을 미치지 않았다. 3. 천식 환자군에서는, 1일에서 30일까지 단기간 오존에 노출한 경우, hs-CRP가 사분위수 증가에 따라, 2.6-3.9% 상승한 대조군에 비해 16.2-17.7%로 4배 이상 상승하여 매우 의미 있는 강한 연관성을 보여주었다. 30일 이상의 장기간 PM2.5와 PM10에 노출 시에는 통계적으로 의미는 없었지만, hs-CRP가 점차 증가하는 경향을 보여주었다. 4. 각각의 대기 오염 물질을 노출 농도에 따라 사분위로 나누어, 전신 염증 지표를 천식 환자군과 대조군에서 연관성을 비교하였다. 천식 환자군에서 여러 대기 오염 물질 중에 오존에서만 1분위에서 4분위로 노출 농도가 증가할수록, 평균 hs-CRP가 비례적으로 2배 이상 상승하였다.

결론: 대기 오염과 전신 염증 지표의 연관성에서 단기간 오존의 노출과 장기간 PM2.5, 및 PM10의 노출에 사분위수 증가에 따라, 의미있는 상승을 보인 hs-CRP가 다른 전신 염증 지표에 비해 제일 큰 연관성을 보여주었다. 일반 인구 집단을 대상으로 한 연구에서 30일 이하의 단기간 오존에 대한 노출과 장기간 PM10 과 PM2.5에 대한 노출에서 사분위수의 증가에 따라 hs-CRP만 점차 증가하는 의미 있는 연관성을 보였다. 천식 환자군에서는 오존에 30일 이하의 단기간 노출에서 환자군과 대조군에서 모두 사분위수 증가에 따라 hs-CRP도 의미있는 상승을 보였으나, 대조군에 비해 천식 환자군에서 hs-CRP가 4배이상 증가되어, 천식 환자군에서 대기 오염에 대한 취약함을 확인하였다. 각각의 대기 오염 물질을 노출 농도에 따라 4분위로 나누어 1분위부터 4분위까지 순차적으로 비교하였을 때, 오존에서 hs-CRP가 1분위와 4분위로 대기 오염의 농도가 증가할수록 비례적으로2배 이상 상승하여 대기 오염 물질 중에 오존이 천식 환자에 매우 위험함을 확인하였다.

중심단어: 단기간 및 장기간 대기 오염 물질 노출, 대기 오염, hs-CRP, 천식