환경부와 한국환경산업기술원은 환경 특성화대학원으로 대학교 4곳을 추가 선정했다고 발표했습니다. 그중 미세먼지 관리 특성화 대학원은 강원대와 안양대, 고려대 등 3곳을 선정했습니다. 이로써 미세먼지 관리 특성화대학원은 총 6곳이 되었습니다. 1차로 2020년 중앙대학교, 부경대학교, 한서대학교를 선정한 바 있습니다.
요즘 황사가 심한 날이 계속되고, 황사로 인한 건강상의 위험으로 노약자 등은 외출 자제를 권하는 날들이 지속되고 있습니다. 작년 COVID-19로 한때 맑은 날들이 이어지고, 이 환경을 유지하자는 운동이 잠시 이어지기도 했지만 지금을 보면 아직 환경의 중요성이 전 세계 모든 사람들에게 인식되기에는 많은 시간이 필요한 것 같습니다. 환경에 대한 인식과 환경보호가 일상화가 되기 위해서는 아직 수많은 시간이 지나야 할 것 같습니다.
이번에 소개해 드릴 연구는 대기오염이 알레르기 비염에 미치는 영향에 대한 연구입니다.
이 연구는 대기오염과 알레르기 비염과의 수많은 연구들을 바탕으로 리뷰해서 정리한 논문입니다. 대기오염이 알레르기 비염에 영향을 미친다는 것은 많은 연구를 통해 알려진 사실이며, 이를 예방/치료를 위한 의료 현장에서의 중요한 결론을 도출하였습니다.
1. 대기오염과 알레르기 비염
대기오염물질은 크게 실내와 실외 오염물질로 나눌 수 있습니다. 실내 오염물질로는 미세먼지 (Particulate matter), 휘발성유기화합물 (Volatile organic compounds), 라돈 (Radon), 세균 (Bacteria), 곰팡이 (Fungi)), 집먼지진드기 (House dust mite) 등이 있고, 실외 오염물질에는 미세먼지, 질소산화물 (Nitric oxides), 일산화탄소 (Carbon monoxide), 황산화물 (Sulfur oxides), 오존 (O3), 자동차 매연 유발 대기오염(Traffic-related air pollultion, TRAP) 등이 포함됩니다. 이 중에서 알레르기 비염과 관련된 주요 오염물질은 실내에서는 곰팡이, 집먼지진드기 등이 대표적인 항원이고, 실외에서는 오존이 알레르기 비염 유발과 매우 높은 관련을 보였습니다.
대기오염물질과 알레르기 비염과의 관계를 조사한 연구들은 대부분 역학적 연구인 경우가 많습니다. 최근까지 보고된 알레르기 비염 및 호흡기 질환에서 대기 오염에 관한 역학적 연구결과 알레르기 비염, 천식 등의 기도 면역 질환에서 대기오염이 심해지면 임상적으로 실제 외래 방문 횟수가 늘어난다고 합니다.
최근 유럽에서는 EIT Health (European Institute of Innovation and Technology Health)가 POLLAR(Impact of air POLLution on sleep, Asthma and Rhinitis)라는 대규모 프로젝트 (참고: eithealth.eu/who-we-are/)를 실시하고 있습니다. 이는 유럽지역의 대기오염에 관한 지리적 정보를 바탕으로 모바일 앱과 머신러닝 기술을 이용하여 대기오염, 수면, 알레르기 비염의 관계에 대해 조사하는 연구입니다. 대기오염, 수면 상태, 알레르기 증상 등을 종합하여 새로운 치료 가이드라인을 제시하고, 국가 간 네트워크를 형성함으로써, 궁극적으로 대기오염과 알레르기 비염의 상호작용을 체계적으로 평가할 수 있을 것입니다.
중국 북경 지역에서는 시간 경과에 따른 분석을 통해 대기오염 물질 중 미세먼지, 이산화황, 이산화질소의 농도가 증가함에 따라 알레르기 비염 환자의 외래 방문 빈도가 증가한다는 점을 확인하였습니다. 또한, 알레르기 비염 외래 방문 횟수를 기준으로 이산화질소 및 이산화황 농도가 외래 방문 횟수에 가장 많은 변화를 초래했다는 연구 결과도 있습니다.
기온도 알레르기 비염에 중요한 영향을 미칩니다. 이를 뒷받침해주는 연구결과로 기온이 증가하면서 알레르기 증상 점수가 높아진 연구결과가 있습니다. 최근 지구 온난화로 인해 극지방의 온난화, 장기간의 장마, 홍수, 가뭄 등 기상 사건들이 일어나고 있습니다. 이로 인한 단열 현상 및 습도 증가로 실내에서는 개, 고양이 등 애완동물, 집먼지진드기, 곰팡이, 바퀴벌레 같은 공기 알레르겐뿐만 아니라 극초미세먼지나 휘발성유기화합물이 증가합니다. 또한, 실외에서는 자동차 매연, 난방, 화석연료 사용으로 인해 꽃가루, 곰팡이, 디젤가스 입자, 미세먼지, 산화질소, 오존의 증가를 유발하고 이는 실내로도 유입되어 공기 오염에도 영향을 미쳐 악순환이 지속된다. 즉, 지구 온난화가 오염물질을 증가시키고 이는 알레르기를 일으키는 결과를 가져올 수 있습니다.
알레르기 비염은 대기오염, 계절적 영향 등 환경적 요인뿐 아니라 개개인의 유전자형 (genotype)에 따라 발현되는 전사체 (transcriptome)가 다른 후생유전학적 (epigenetics) 영향을 받으며 이에 따라 면역 세포와 점막 면역의 반응이 달라지는 복잡한 기전으로 나타나는 질환으로 알려져 있습니다. 최근에는 대기오염물질에 의해 조직에 산화 스트레스가 축적되고 조직 염증 반응과 세포 사멸 (apoptosis)이 유발되며 궁극적으로 알레르기 비염을 발현시킨다는 가설이 발표되기도 했습니다.
일반적으로 알려진 미세먼지로 인한 호흡기 질환은 아래 그림과 같이 일어납니다. 미세먼지에 의한 외부 자극을 받으면 기도 점막에서는 기도 상피 세포(airway epithelial cell) 내에 염증조절복합체(inflammasome)인 NLRP3 (nucolotide-biding domain, leucinrich repeat protein 3)가 발현되어 CXCL1 케모카인을 분비하여 혈액 내 중성구 (Neutrophil)를 모집 (Recruitment) 합니다. 한편, 흑탄소 자극을 받으면 점막 내 탈메틸화 (Demethylation)를 거쳐 IL-4가 생성되며, 이는 점막에서 호염기구 (Basophil) 및 Th2, B세포와 반응하여 국소 IgE 생성이 증가합니다.
2. 알레르기 비염 진단 및 치료
알레르기 비염 진단을 위해서는 알레르기 증상에 대한 병력 청취와 함께 동반질환 (비갑개 비대, 성인 비중격만곡증, 소아 아데노이드 비대증 등)에 대한 신체진찰이 무엇보다 중요합니다. 하지만, 알레르기 비염 증상은 대부분 비특이적인 경우가 많기 때문에 병력 청취와 이학적 검사만으로 대기오염에 의한 알레르기 비염을 특정하는 것은 쉽지 않습니다. 따라서, 병력 청취나 신체진찰 이외에 IgE 매개 과민반응 (IgE-mediated hypersensitivity)을 객관적으로 확인하기 위해 혈청검사나 피부반응 검사가 이용될 수 있습니다.
* 임상에서 주로 시행하는 검사
- 체외 검사: 혈청 총 IgE 검사(serum total IgE), 특이 IgE 항체 검사인 RAST (radioallergosorbent test), MAST (multiple allergen simultaneous test), ImmunoCAP system, 혈액 호산구와 호산구 양이온단백 (eosinophil cataionic protein) 검사, 비세포 검사(nasal cytology) 등
- 체내 검사: 피부반응검사 (침습적이지만 원인 항원을 규명할 수 있는 임상 검사법, 피부단자검사(skin prick test)와 피내검사(intradermal test)가 있음), 유발검사(provocation test)
하지만, 임상 현장에서 알레르기 비염 진단에 이용하는 대기오염물질에 대한 개별 검사법은 아직까지 없는 실정입니다.
일반적인 알레르기 비염의 약물치료는 중증도(severity)와 지속 기간(duration)에 따라 ARIA (Allergic Rhinitis and its Impact on Asthma) guideline 권고안을 따르고 있습니다. ARIA guideline에서는 증상의 지속기간에 따라 간헐성(intermittent) 혹은 지속성(persistent)으로 분류하고 수면이나 일상생활 지장 여부에 따라 경증(mild) 혹은 중등도-중증(moderate-severe)으로 분류합니다. 이에 따라 단계적으로 약물치료를 결정하는데, 현재 임상에서 알레르기 비염 치료에 사용되는 대표적인 약제는 국소 스테로이드제, 경구 항히스타민제이며 혈관 수축제, 항콜린제, 류코트리엔 조절제, 비만세 포안 정제, 국소 항히스타민제가 보조적으로 사용됩니다.
하지만 대기오염에 의해 악화된 알레르기 비염에서 구체적인 약물치료 효과에 대한 연구는 현재까지 많지 않은 실정입니다. 따라서, 알레르기 비염에서 여러 대기오염물질 자극 이후에 증가된 산화스트레스가 다양한 약물치료로 인해 얼마나 변화하는지 확인하는 기초 연구들과 이를 바탕으로 임상적으로 치료에 접목할 수 있는 연구들이 필요할 것입니다.
결론적으로 고농도 미세먼지나 대기오염에 대한 대응을 통해 알레르기 비염을 예방해야 하며, 아래는 대표적인 대응 방안입니다. (1) 외출은 가급적 자제하고 실외 모임, 스포츠 활동 등의 실외 활동을 최소화합니다. (2) 외출 시 식약처 인증 보건용 마스크(KF 80 이상)를 올바른 방법으로 착용합니다. (3) 외출 시 대기 오염이 심한 곳은 피하고, 활동량은 줄인다. 미세먼지 농도가 높은 도로변, 공사장 등에서 지체 시간을 줄이고 격렬한 외부활동을 줄입니다. (4) 외출 후 손, 발, 눈, 코를 흐르는 물에 깨끗이 씻고 양치질합니다. (5) 적절한 환기, 물청소 등 실내공기 질을 관리하고 필요시 공기청정기를 가동한다. 공기청정기의 필터는 주기적으로 점검, 교체합니다. (6) 자가용 운전 대신 대중교통을 이용하고 폐기물 소각을 자제하여 대기오염 유발 행위를 최소화합니다.
알레르기 비염에 대한 대기오염의 의미를 이해하여 진료 현장에서 효율적인 진료를 시행할 수 있는 실제적인 도움이 되었으면 합니다.
요새 COVID-19로 인해서 주로 실내에만 머무르고 있으실 것 같습니다. 실내에만 머물기에는 답답하기도 합니다. 그러면 실내 공기가 우리 건강에 미치는 영향은 더 커질 것입니다. 특히 환기도 하지 않는다면 더더욱 실내공기가 건강에 직접적으로 영향을 미칠 것입니다.
이번에 소개할 논문은 실내공기 중에서도 나노 물질 (PM-0.1)*, 그중에서도 생물학적 물질의 중요성에 대한 논문입니다. 현재 전 세계적으로 PM-10, PM-2.5를 법적으로 규정하여 관리하고 있습니다. 하지만, 과거부터 계속해서 공기 중 나노물질 (PM-0.1)에 대한 연구가 계속되고, 나노물질이 건강에 미치는 영향이 더 심각하다고 밝혀졌습니다.
*PM-0.1: 입자 크기가 0.1um (100nm) 이하의 물질
이 논문에서는 실내공기 중 나노물질 중에서도 생물학적 물질이 폐질환에 미치는 영향에 대해 리뷰하였습니다.
우선 나노물질의 큰 문제는 침전되지 않고 오랜 시간 공기 중에 머무르면서 호흡기로 흡입될 가능성이 매우 높다는 데 있습니다. 침전이 되고 청소를 하면 먼지가 사라지는데, 침전이 되지 않는다면 공기 중 먼지를 없애기는 쉽지 않습니다. 또한, 폐로 흡입되었을 때, 미세먼지/초미세먼지는 폐포대식세포 (Alveolar macrophage)에 의해서 걸러지지만, 나노물질의 경우 상기도 상피세포로 흡수되어 염증반응을 일으키게 됩니다. 이 염증 반응이 만성질환, 암 등의 위험성을 증가시킵니다. 즉, 실내공기 중 나노물질은 직접적으로 건강에 영향을 미치는 물질이라고 할 수 있습니다. PM-10, PM-2.5도 건강에 영향을 미치지만 나노물질만큼의 직접적인 영향은 아니라고 할 수 있습니다.
천식, COPD, 폐암 등과 같은 폐질환의 주요 원인은 흡연, 화학물질, 알레르겐 (집먼지진드기 유래), 공기오염물질, 생물학적 물질 (세균 유래 등) 등으로 알려져 있습니다. 하지만 위의 원인으로 만성 폐질환을 전부 설명하기에는 어려움이 있습니다. 환자 중에는 비흡연자도 많이 있으며, 원인 물질의 노출이 얼마 되지 않았는데도 질병이 발생한 경우도 많이 보고되고 있습니다. 폐질환을 기전적으로 확인해 보면 Th17 cell inflammation 이 주요 기전인데 이 기전은 주로 세균 유래 물질에 의한 것으로 알려져 있습니다.
위의 내용을 정리하면 세균 유래 물질이 폐질환을 일으키는 기전의 원인이며, 세균에서 유래하는 나노물질이 공기 중에 떠 다니면서 인체로 흡입 되게 됩니다. 그중에서도 세균 유래 세포외소포 (EV: Extracellular Vesicle)가 폐질환과 관련 있는 중요한 나노물질입니다. 많은 연구에서 동물실험을 통해 세균 유래 세포외소포가 염증반응을 일으키고 질병과 매우 밀접한 연관이 있는 것이 밝혀졌습니다.
우리가 하루에 70-80%를 실내에서 생활하는 만큼, 실내공기 중에 있는 나노 물질과 특히 생물학적 물질을 관리하는 것이 건강을 지키는 일 일 것입니다. 이런 물질들을 관리하는 방안에 대해 나오기를 기대해 봅니다.
우선 첫 번째 결과로 과학실과 교실과의 차이를 보여줬습니다. 과학실은 실험을 하면서 위험물은 아니지만 그래도 화학약품 등을 보관하고 있고, 교실은 항상 학생들이 있어 학생들이 뛰어다니는 등으로부터 발생되는 오염물질이 많이 일어날 것입니다.
역시나 폼알데하이드와 총휘발성유기화합물은 과학실에서 높았고, 미세먼지, 이산화탄소, 총부유세균은 교실에서 높게 나타났습니다. 어린이들은 워낙에 또 활기차서 정말 열심히 뛰어다니기 때문에 미세먼지, 이산화탄소, 총부유세균 등이 높게 나타납니다. 이럴 때는 모두들 아시다시피 환기가 가장 중요합니다.
두 번째 결과는 주변 환경에 따른 학교 실내공기질 차이였습니다. 저는 이 부분이 정말 재밌게 느껴졌습니다. 주변 환경에 따라서 세 분류로 나누었는데 1. 산 주변 (주변에 산이 존재) / 2. 주거시설 근처 (아파트 등 고층 주거시설 근처) / 3. 도로 근처 (주변에 큰 도로)로 나누었습니다. 당연히 이것만 봐서는 '1번 산 주변'에 있는 공기질이 좋겠고, '3번 도로 근처'가 나쁘겠군 이라고 생각을 했을 것입니다. 하지만 연구결과는 그 반대를 보였습니다. '3번 도로 근처' 초등학교에서 미세먼지, 총부유세균 농도가 낮게 나오고, '1번 산 주변', '2번 주거시설 근처'에서 농도가 높게 나왔습니다. 다들 이 결과에 의아해하실 수도 있습니다. 이 논문에서는 이렇게 나온 결과의 가능성을 아래와 같이 설명했습니다.
- 도로가 근처에 있다는 것은 학교 주변을 막는 건물 등이 없어 공기가 멀리서부터 와서 학교를 통과하면서 환기를 시킴
- 즉, 환기가 매우 잘됨
- 아파트 등 고층빌딩의 경우 오염된 공기가 멀리 날아가지 못하고 건물에 갇혀있어 환기를 해도 오염된 공기가 다시 유입됨.
- 산의 경우 오염물질이 산을 넘어가야 하지만 산이 높아 넘어가지 못하고 다시 밤의 기온 때문에 하강하여 다시 내려옴.
위와 같은 이유로 위의 결과가 나왔을 가능성을 보였습니다. 우리의 예상과는 많이 다른 결과를 보였지만, 충분히 가능성 있는 연구라고 생각합니다. 오염물질이 멀리 퍼져가야 하는데 고층 빌딩과 같이 공기의 흐름을 방해하여 오염물질이 계속 근처에 남아있는 것입니다.
이건 저의 생각인데 산의 경우는 조금 다른 가능성도 있을 것이라고 봅니다. 산은 흙, 나무 등으로 덮여있어 수많은 미생물들의 집합소인데 여기서 나오는 미생물들의 영향이 있을 수도 있다고 생각합니다.
이 결과는 서울을 대상으로 단기간으로 측정한 것으로 일반화를 하기에는 아직까지는 제한점이 있습니다. 정확한 모델링이나 날씨, 계절, 기후 등 모든 조건을 따져봐야지 정확한 결과를 알 수 있을 것 같습니다.
저는 이 결과를 보면서 신기했는데 다들 어떠셨나요? 주변에 큰길이 있어 자동차가 많이 다닌다고 공기질이 나쁘다고만 판단할 것은 아니라고 생각합니다. 그리고 공기질 농도가 높다고 건강에 유해하다고만 판단하기에도 뭔가 찜찜한 점이 느껴집니다.
