유아의 간접흡연과 체내 중금속 농도와의 관계: 제3기(2015-2017) 국민환경보건 기초조사 자료를 이용하여
Association between Secondhand Smoke Exposure and Heavy Metal Concentrations in Young Children: Based on Data from The Korean National Environmental Health Survey Cycle 3 Ministry of Environment (2015-2017)
Article information
Trans Abstract
Objectives
This study aimed to investigate the association between secondhand smoke (SHS) exposure and urinary concentrations of mercury (Hg) and cadmium (Cd) in Korean children aged 3 to 5 years.
Methods
Data were analyzed from 871 young children who participated in the third cycle of the Korean National Environmental Health Survey (KoNEHS) conducted from 2015 to 2017. SHS exposure was assessed using caregiver-reported questionnaires, and participants were categorized into exposed and non-exposed groups. Urinary Hg and Cd levels were compared between groups using multivariable-adjusted regression models. To overcome the limitations of subjective exposure assessments, urinary cotinine levels were analyzed as an objective biomarker of SHS exposure in relation to heavy metal concentrations.
Results
No significant differences were observed in urinary Hg and Cd concentrations between the questionnaire-based SHS exposure groups. However, elevated urinary cotinine levels were significantly associated with increased urinary Hg concentrations (β=0.251, 95% confidence interval [CI]: 0.015-0.487, p=0.038) and Cd concentrations (β=1.123, 95% CI: 0.698-1.547, p<0.001) after adjustment for covariates. These findings suggest that low-level SHS exposure, even when unreported, may contribute to the internal accumulation of toxic metals in early childhood.
Conclusions
Our findings highlight secondhand smoke as a potential unrecognized source of heavy metal exposure in young children. While caregiver-reported SHS exposure may underestimate true exposure levels, cotinine-based analyses reveal significant associations with urinary mercury and cadmium concentrations. These results underscore the need for enhanced strategies for early detection and prevention of environmental toxicant exposure in young children.
서 론
중금속은 산불, 암석 풍화, 화산 폭발과 같은 자연적 과정뿐만 아니라, 산업 활동, 금속 폐기물, 비료, 살충제, 석탄 연소 등 인위적 요인에 의해 환경에 유입된다[1]. 수은(mercury, Hg), 카드뮴(cadmium, Cd), 납(lead, Pb), 크롬(chromium, Cr)과 같은 주요 중금속은 물, 공기, 토양을 통해 인체로 들어와 대사되지 않고 조직에 축적되어, 인간을 포함한 동물, 식물 생태계에 심각한 독성을 유발한다[1,2]. 특히, 수은과 카드 뮴은 독성과 발암성이 높아 미국환경보호청(Environmental Protection Agency, EPA)에서 우선 관리 금속으로 지정되었으며[3], 생물농축성과 비분해성 특성으로 인해 각국에서 건강 위해 요인으로 엄격히 관리되고 있다[4].
중금속의 주요 노출 경로 중 하나인 담배는 여러 연구를 통해 연관성이 명확히 밝혀져 있다[4-6]. 담배는 재배 과정에서 토양에 존재하는 금속이온을 쉽게 흡수하여 잎과 줄기에 축적하는 특성이 있으며[5], 재배 지역에서 오염된 강물을 관개에 사용할 경우 담배의 중금속 함량이 더욱 증가하게 된다[6]. 이러한 담배를 직접 피우지 않고 타인의 담배 연기를 흡입하는 간접흡연(secondhand smoke, SHS)만으로 흡연자와 동일한 유해물질과 중금속에 노출될 수 있으며, 이로 인해 다양한 질병의 위험이 증가할 수 있다[7].
특히 간접흡연은 영유아기에 더욱 심각한 영향을 미친다. 호흡기와 면역체계가 완전히 발달하지 않은 영유아가 간접흡연에 노출될 경우, 호흡기 감염, 중이염, 영아 돌연사 증후군, 천식 위험 증가 등과의 연관성이 보고되었으며[8,9], 임신 전·중 모체의 흡연 여부와 무관하게 아동의 과잉행동 및 부주의와 같은 행동 장애에도 영향을 미칠 수 있는 것으로 나타났다[5]. 또한, 수은 노출은 아동의 정신지체 및 성장·인지 발달 장애와 관련이 있으며[10], 카드뮴은 국제암연구소(International Agency for Research on Cancer, IARC)와 미국 독성학 프로그램(National Toxicology Program, NTP)에서 Group Ⅰ 인간 발암물질로 분류되었으며[11], 소아암 등 악성종양의 발생과도 관련이 있는 것으로 보고되었다[12]. 우리나라에서도 이러한 중금속의 유해성을 인식하고 있으며, 환경부는「중점관리물질의 지정」고시를 통해 수은 및 카드뮴과 그 화합물을 위해인자로 지정하여 관리하고 있다[13]. 특히 수은과 카드뮴은 발암성 및 생식독성 등 심각한 건강 영향을 초래할 수 있어, 이에 따라 환경 노출을 줄이기 위한 법적 기준 마련 및 감시체계 강화 등의 관리 정책이 시행되고 있다[13].
그럼에도 불구하고, 지금까지의 선행 연구는 대부분 성인이나 청소년을 대상으로 이루어졌으며, 유아의 간접흡연 노출이 체내 중금속 농도에 미치는 영향을 규명한 연구는 아직 이루어지지 않았다.
따라서 본 연구는 2015-2017년 수집된 제3기 국민환경보건 기초조사(Korean National Environmental Health Survey, KoNEHS) 자료를 활용하여, 만 3세에서 5세 유아를 대상으로 간접흡연 노출과 소변 내 중금속(수은, 카드뮴) 농도 간의 관계를 확인하는 것을 목적으로 한다.
연구 방법
연구대상
본 연구는 2015년부터 2017년까지 수행된 제3기 KoNHES에 참여한 만 3-5세까지의 유아 571명을 대상으로 하였다. KoNHES는 우리나라 국민의 환경 유해물질 노출 수준을 파악하고, 이를 기반으로 환경보건 정책 수립에 기여하고자 환경부가 시행하는 국가 표본조사이다.
연구의 모집단은 대한민국에 거주하며 어린이집 또는 유치원 등 보육기관에 재원 중인 유아로 설정하였다. 표본설계는 교육부의 보육 ·교육 기관 현황자료를 표본추출틀로 활용하였으며, 전국 183개 표본 기관에서 조사가 이루어졌다. 선택 편향을 최소화하기 위해, 기관 담당자에게 사전 지침을 제공하여 무작위 표집이 이루어지도록 하였고, 설문조사는 가구를 대표하는 보호자 1인이 응답하였다. 최종 분석에는 설문 응답과 생체시료(소변) 자료가 모두 확보된 571명의 유아가 포함되었다.
연구도구
생체시료 수집 및 분석
본 연구에서는 제3기 KoNEHS 관리지침[14]에 따라 수집된 생체시료 데이터를 활용하였다. 유아의 경우 안전상의 이유로 혈액 대신 소변 시료만을 수집하였으며, 보호자가 조사 전날 밤이나 조사 당일 아침에 채취하여 냉장 보관한 후, 조사 당일 시료이송요원이 보육 기관을 방문하여 수거하였다. 수집된 소변 시료로부터 분석된 코티닌(cotinine), 수은, 카드뮴의 농도 데이터를 본 연구에 사용하였으며, 각 물질의 분석 방법은 다음과 같다: 코티닌은 기체 크로마토그래피-질량분석법(Gas Chromatography/Mass Spectrometer, GC-MS) [15], 수은은 골드아말감 수은전용분석법(Gold amalgamation direct mercury analyzer) [16], 카드뮴은 흑연로 원자흡광광도법(Graphite Furnace Atomic Ab-sorption Spectroscopy, GFAAS) [16].
간접흡연 노출 정의
간접흡연 노출 여부는 설문조사 항목을 기반으로 분류하였다. 노출군은 다음 조건 중 하나 이상 해당하는 경우로 정의하였다: (1) 자녀의 간접흡연 여부에 대해 보호자가 “주 1-7회 있다”고 응답한 경우, (2) 아버지 또는 어머니가 현재 흡연자인 경우, (3) 함께 거주하는 가족 중 흡연자가 있는 경우.
또한, 코티닌은 니코틴의 주요 대사산물로, 간접흡연 노출 정도를 정량적으로 평가할 수 있는 생물학적 지표로 널리 사용된다[17]. 본 연구에서는 참가자의 소변 내 코티닌 농도를 또 다른 독립 변수로 활용하였으며, 해당 농도 값을 분위(quintile) 기준으로 다섯 집단으로 나누어 분석을 실시하였다.
공변량
성별은 남과 여로 구분하였으며, 연령은 범주형 변수로 사용하였다. 가구 소득은 조사일로부터 지난 1년간 가구의 월평균 소득을 기준으 로 하였으며, 200만 원 미만인 경우 ‘하’, 200만 원 이상 300만 원 미만인 경우 ‘중하’, 300만 원 이상 500만 원 미만인 경우 ‘중상’, 500만 원 이상인 경우 ‘상’으로 분류하였다. 거주 형태는 단독주택, 연립·다세대 주택, 아파트로 구분하였고, 아버지와 어머니의 교육 수준은 고등학교 졸업 이하, 대학교 4년제 미만 졸업, 대학교 4년제 졸업, 대학원 이상 졸업으로 분류하였다. 생선 섭취 빈도는 거의 먹지 않음, 월 1-3회, 주 1-6회, 일 1-3회의 4단계로 분류하였고, 주거지 인근 도로와의 거리를 50 m 미만, 50 m 이상 100 m 미만, 100 m 이상 150 m 미만, 500 m 이상으로 구분하였다. 격렬한 신체활동(땀에 젖거나 숨이 찰 정도로 움직이는 놀이 또는 운동의 횟수) 빈도를 전혀 하지 않음, 주 1-2회, 주 3-4회, 주 5-7회의 4단계로 구분하였다.
통계분석
모든 통계 분석은 제3기 KoNEHS에서 제공된 표본설계 변수(층화변수, 집락변수, 가중치변수)를 반영하여 수행하였으며, 분석의 정확성과 대표성을 확보하기 위해 복합표본설계에 기반한 통계 기법을 사용하였다. 연구대상자의 인구사회학적 특성은 빈도(%) 또는 중앙값을 표준오차와 함께 제시하였다. 간접흡연 노출군과 비노출군 간의 차이는 복합표본설계를 반영한 Rao-Scott 카이제곱검정과 가중치를 고려한 survey-weighted t검정을 통해 분석하였다.
간접흡연 노출이 소변 내 중금속(수은, 카드뮴) 농도에 미치는 영향을 평가하기 위해, 여러 공변량을 보정한 다중선형회귀분석을 수행하였다. 결과는 최소제곱평균과 통계적 유의수준으로 제시하였다. 또한, 소변 내 코티닌 농도와 중금속 농도 간의 관계는 Spearman 순위상관분석을 통해 평가하였다. 모든 농도는 비정규성을 나타내었으며, 검출한계 미만의 값에는 해당 물질의 검출한계 값을 더한 후 상용 로그(log10) 변환을 수행하였다. 본 연구에서 사용된 검출한계 값은 수은 0.1 μg/L, 카드뮴 0.05 μg/L, 코티닌 0.3 μg/L이며[16,17], 최종 분석 결과는 해석의 용이성을 위하여 역변환하여 제시하였다. 모든 통계분석은 SAS 9.4 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) 프로그램을 사용하였으며, 통계적 유의수준은 양측 검정 기준으로 p <0.05로 설정하였다.
연구 윤리
본 연구는 서울시립대학교의 생명윤리심의위원회의 면제 승인(IRB No.: UOS 2024-08-001)을 받아 진행하였다.
연구 결과
간접흡연 노출 상태에 따른 일반적 특성
연구대상자 571명 중 남아는 285명(49.9%)이었으며, 연령 분포는 3세 190명(33.3%), 4세 185명(32.4%), 5세 196명(34.3%)으로 나타났다. 연구대상자는 간접흡연 노출 여부에 따라 간접흡연 노출군 294명(50.2%)과 비노출군 277명(49.8%)으로 구분하였다. 성별, 연령, 가구 소득, 주거 형태, 생선 섭취 빈도, 주거지 인근 도로와의 거리, 격렬한 신체활동 빈도는 두 집단 간 유의한 차이를 보이지 않았다(p <0.05). 반면, 부모의 교육 수준은 간접흡연 노출군에서 통계적으로 유의하게 낮았다(아버지 p <0.001, 어머니 p =0.001). 소변 내 코티닌 농도는 간접흡연 노출군에서 비노출군보다 유의하게 높았고, 중앙값은 각각 1.43 μg/L와 1.00 μg/L로 나타났다(p <0.001) (Table 1).
General characteristics of participants by secondhand smoke (SHS) exposure status
간접흡연 노출 상태에 따른 요 중 중금속 농도
간접흡연 노출군과 비노출군 간의 수은과 카드뮴의 농도는 성별, 연령, 가구 소득, 거주 형태, 부모의 교육 수준, 생선 섭취 빈도, 집에서 가장 가까운 도로와의 거리, 격렬한 신체활동 빈도를 보정한 후에도 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다(Table 2).
Adjusted urinary mercury and cadmium concentrations by secondhand smoke (SHS) exposure status
요 중 코티닌 농도와 요 중 중금속 농도 간의 상관관계
소변 내 코티닌 농도를 사용하여 중금속 농도 간의 관계를 분석한 결과, 수은 및 카드뮴 모두에서 유의한 양(+)의 상관관계가 관찰되었다(Figure 1).
Spearman's rank correlation between urinary cotinine concentration and urinary mercury and cadmium concentrations (log transformed).
참여자의 소변 내 코티닌 농도를 5분위로 나누어 공변량을 보정한 평균값을 비교한 결과, 수은과 카드뮴 모두에서 유의한 증가 추세가 확인되었다(Table 3). 수은의 농도 범위는 0.376-0.499 μg/L, 카드뮴은 0.086-0.203 μg/L로 나타났다.
Adjusted urinary mercury and cadmium concentrations according to urinary cotinine quintiles
다중선형회귀분석에서도 코티닌 농도는 수은(β [95% confidence interval, CI]: 0.251 [0.015-0.487], p =0.038) 및 카드뮴(β [95% CI]: 1.123 [0.698-1.547], p <0.001) 농도의 증가와 유의하게 관련된 것으로 나타났다(Table 4).
Multiple linear regression analysis of the association between urinary cotinine concentration and urinary heavy metal concentrations
고 찰
본 연구는 제3기 KoNEHS 자료를 활용하여 유아의 간접흡연 노출과 중금속(수은, 카드뮴) 농도와의 관계에 대해 분석하였다. 그 결과, 설문을 기반으로 분류한 간접흡연 노출 여부와 중금속 농도 간의 유의한 차이가 확인되지 않았으나, 코티닌 농도의 증가는 중금속 농도 증가와 유의한 연관성을 나타냈다.
설문을 통한 간접흡연 노출 여부에 따른 중금속 농도의 차이가 유의하지 않았던 이유는, 사회적 바람직성 편향에 기인하였을 가능성이 있다. 본 연구에서는 연구대상자의 간접흡연 노출 여부를 보호자가 대신 응답한 설문자료에 기반하여 판단하였기 때문에, 간접흡연에 대한 자녀의 실제 노출 수준이나 행위 등을 숨기고, 보호자가 사회적으로 수용 가능하거나 바람직하다고 여겨지는 방향으로 답변하여 나타난 왜곡된 결과일 수 있다[18]. 일부 연구에서도 설문지만으로 개인의 간접흡연 노출 수준을 추정하는 것은 한계가 있을 수 있다고 제기하였으 며[19], 기존 설문 기반 연구들 역시 간접흡연 노출과 소변 내 수은 농도 간의 유의한 연관성을 확인하지 못한 바 있다[20,21].
또한, 자녀가 실제 담배 연기에 직접적으로 노출되지 않았더라도 표면과 먼지 등에 잔류하는 담배 연기의 잔여물이나 화학 물질에 의한 3차 흡연(thirdhand smoke, THS)에 노출되었을 가능성을 보호자가 간과하였을 수 있다[22]. 최근 연구에 따르면, 실내 흡연 후 3시간 이상이 경과한 후에도 카드뮴, 크롬, 비소(arsenic, As)의 평균 실내 농도가 암 위험 한계값을 초과하는 수준으로 유지되며, 피부 흡수 및 먼지 흡입을 통한 미량의 중금속 노출이 건강에 유해할 수 있음이 보고되었다[22]. THS는 호흡기 질환의 위험을 증가시키고, 면역 체계와 생물학적 발달 경로를 변형시키는 등 건강상에 미치는 부정적인 영향이 직접 및 간접흡연과 유사한 것으로 알려져 있다[22]. 결론적으로, 본 연구에서는 유아의 간접흡연 노출을 평가함에 있어 3차 흡연 경로를 충분히 반영하지 못해 실제 노출 수준에 대한 오분류 바이어스가 발생했을 가능성이 있다. 이로 인해 간접흡연과 중금속 농도 간의 실제 연관성이 통계적으로 확인되지 않았을 수 있으며, 향후 연구에서는 간접흡연뿐만 아니라 3차 흡연을 포함하는 종합적인 노출 평가가 필요하다.
간접흡연 노출 수준의 객관적 지표인 소변 내 코티닌 농도[17]와 수은 농도 간에 유의한 양적 연관성이 본 연구에서 확인되었다. 이러한 결과는 한국 및 미국의 청소년과 성인을 대상으로 한 기존 연구들과 상반되며, 해당 연구들에서는 코티닌과 소변 내 수은 농도 간의 유의한 관련성이 확인되지 않았다[23,24]. 이 연구들에서 결과의 비유의성에 대해 구체적으로 설명하지 않았으나, 수은의 주요 노출 경로인 해산물 섭취를 적절히 통제하지 못한 점이 한계로 지적된다[25]. 수은의 생물학적 반감기가 약 30-60일에 이른다는 점을 고려할 때[26], 향후 연구에서는 해산물 섭취 빈도와 종류에 대한 정량적 자료를 수집하고 이를 통제 변수로 포함함으로써, 간접흡연이 수은 체내 축적에 미치는 독립적 영향을 보다 명확히 분석할 수 있는 정교한 연구 설계가 필요하다.
기존 문헌들은 흡연이 체내 수은 농도 증가에 기여할 수 있음을 시사하고 있다[27,28]. 담배 식물은 오염된 하천과 토양에 존재하는 수은을 흡수하여 성장하는 과정에서 뿌리와 줄기에 축적하고, 흡연자가 담배를 피울 때 연기를 통해 호흡기로 들어가 폐로 전달된다[29,30]. 이는 유아가 간접흡연에 노출되어 수은을 포함한 중금속을 흡입할 위험이 있음을 뒷받침한다. 이러한 점을 고려할 때, 가정 내 흡연 행위에 대한 경각심을 제고하고, 보호자 대상의 맞춤형 금연 교육 및 행동 개입 프로그램을 통해 유아의 간접흡연 노출을 실질적으로 감소시킬 수 있는 공중보건 전략이 요구된다. 특히, 유아가 머무는 실내 환경에서는 간접흡연뿐 아니라 담배 잔여물에 의한 3차 흡연 노출까지 차단할 수 있도록, 환기, 청소, 금연 구역 지정 등 구체적이고 실천 가능한 생활 지침 마련이 중요하다.
본 연구에서는 코티닌 농도와 카드뮴 농도 간에도 유의한 연관성이 확인되었다. 이는 7-9세 중국 어린이 821명을 대상으로 간접흡연 노출과 모발 내 카드뮴 농도 간의 양의 상관관계(β [95% CI]: 0.43 [0.14-0.73], p =0.003)를 보고한 연구와 일치하며[31], 여러 선행 연구에서도 코티닌과 카드뮴 간 유의한 연관성을 보고하고 있다 [23,24,31-33]. 담배 식물은 카드뮴을 쉽게 흡수 · 축적하는 특성이 있으며, 담배 한 개비에는 약 12 μg의 카드뮴이 포함되어 있다[19,34]. 흡연 시 생성되는 미세 입자를 통해 카드뮴이 호흡기로 전달될 수 있어, 간접흡연은 유아의 카드뮴 노출 경로가 될 수 있다[29]. 카드뮴은 골수에서 자연 살해(natural killer, NK) 세포의 발달을 방해하여 성숙한 NK세포의 독성을 손상시켜 면역 체계를 악화시키며, 암, 이타이-이타이병, 세뇨관 손상 등의 여러 질병의 위험이 과거 연구에서 예상했던 것보다 훨씬 더 낮은 농도에서도 보고되고 있다[35]. 그러나 본 연구는 일시적 소변을 이용한 단면 조사로, 간접흡연에 따른 유아의 코티닌과 카드뮴 노출이 건강에 미치는 영향을 장기적으로 평가하지 못하였으므로, 향후 연구에서는 시간 변화에 따른 노출과 건강 결과 간의 관계를 분석할 필요가 있다.
영유아는 중금속을 포함한 여러 환경적 독성 물질 노출에 대해 성인보다 더 취약하다[36]. 이는 체중 당 음식 섭취율과 흡입률이 더 높고, 가정 내 먼지와 토양의 오염 물질을 포함할 수 있는 매체와의 접촉이 더 빈번하므로, 그 노출과 효과가 더 증대되기 때문이다[37,38]. 또한, 체내 중금속의 축적으로 인한 여러 질환의 위험이 어린 연령에서부터 시작되어 전 생애에 걸쳐 증가할 가능성이 있으므로, 유아기 성장과 발달에 장기적인 악영향을 미칠 수 있다[23]. 따라서 유아의 중금속 노출을 예방하기 위한 체계적인 공중보건 전략과 함께, 보호자 및 사회 전반을 대상으로 한 교육 및 정책 개입이 시급하다.
본 연구는 전국 단위의 대표성을 갖춘 KoNEHS 자료를 이용하여 유아의 간접흡연 노출과 소변 중 중금속 농도 간의 관계를 분석한 점에서 의의가 있다. 그러나 다음과 같은 제한점이 존재한다. 첫째, 연구 참여자를 생후 개월 수가 아닌 만 3-5세로 분류하여 유아 개개인의 발달 단계와 노출 차이를 충분히 반영하지 못하였다. 둘째, 일시적인 소변 검사를 기반으로 한 단면 연구 설계로 인해, 유아의 일상생활에서의 지속적이고 누적된 노출 수준을 정확히 평가하는 데 한계가 있었다. 셋째, 대기 오염, 실내 환기 상태, 지역별 환경오염 수준, 식이 섭취 등 다양한 경로를 통한 중금속 노출의 복합적 영향을 완전히 통제하지 못하였다. 넷째, 간접흡연 노출군과 비노출군 간 비교 시 지역적 특성(예: 도시/농촌, 지역별 대기오염도 차이 등)을 고려하지 않아, 지역에 따른 환경 노출 편차가 결과에 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 다섯째, 유아의 생애 초기 중금속 노출에 영향을 줄 수 있는 모유수유 여부 및 수유 기간과 같은 생리적 요인 역시 본 연구에서는 고려되지 않았다.
따라서 향후 연구에서는 동일 지역 내에서 간접흡연 노출 여부에 따라 비교군을 구분하거나, 지역 특성을 기준으로 층화하여 분석하는 접근이 요구된다. 아울러, 모유수유 이력과 같은 유아의 초기 및 누적 노출 이력, 그리고 자녀의 돌봄 형태에 따른 사회적·환경적 요인을 보다 정교하게 반영할 수 있는 변수를 분석 모델에 포함함으로써, 개인별 노출 특성을 보다 정확히 설명할 수 있는 연구 설계가 필요하다.
결 론
본 연구는 국내 3-5세 유아를 대상으로 간접흡연 노출과 소변 내 중금속 농도(수은, 카드뮴) 간의 연관성을 분석한 최초의 전국 단위 연구로서, 간접흡연의 생물학적 지표인 소변 내 코티닌 농도가 증가할수록 중금속 농도 역시 유의하게 증가하는 연관성을 확인하였다. 반면, 설문 기반의 노출 분류에서는 유의한 차이가 나타나지 않아, 영유아의 간접흡연 노출 평가에서 생체지표의 중요성을 시사한다.
이러한 결과는 간접흡연이 영유아의 체내 중금속 축적에 기여할 수 있음을 시사하며, 향후 유아 건강 보호를 위한 간접흡연 저감 정책 수립 및 부모 대상 교육 프로그램 개발에 과학적 근거자료로 활용될 수 있다. 특히, 중금속에 취약한 성장기 유아의 노출을 최소화하기 위해 보다 정밀한 노출 모니터링과 예방적 개입이 요구된다.