각종 질환을 유발하는, 대기오염과 미세먼지

대기오염은 대기 중에 인위적으로 배출된 오염 물질이 한 가지 또는 그 이상 존재하여 오염 물질의 양, 농도 및 지속 시간이 어떤 지역의 불특정 다수인에게 불쾌감을 일으키거나 해당 지역에 공중보건상 위해를 끼치고 인간이나 동식물의 활동에 해를 끼쳐 생활과 재산을 향유할 정당한 권리를 방해받는 상태로 정의됩니다. 

 

전 세계적으로 2012년에 7백만 명이 대기오염으로 사망하였으며, 실외 대기오염으로 허혈성 심장 질환 40%, 뇌졸중 40%, 만성 폐쇄성 폐질환 11%, 폐암 6%, 소아 급성 호흡기질환 3%로 각각 사망하였습니다. 

 

실내 대기오염으로는 뇌졸중 34%, 허혈성 심장 질환 26%, 만성 폐쇄성 폐질환 22%, 소아 급성 호흡기질환 12%, 폐암 6%로 각각 사망한 것으로 알려져 있습니다. 

 

 

세계보건기구(WHO)는 환경인자가 질병 비용의 24%, 모든 사망에 대한 질병 비용의 23%에 해당되는 것으로 보고하였습니다. 

 

대기오염 물질이 어떤 노출 원인 및 경로에 의해 인체에 영향을 미치고 환자가 사망하기에 이르는지는 아직 명확하지 않으므로 더 많은 연구가 필요한 상황입니다. 

 

우리나라는 대기오염 물질을 대기환경보전법에서 이산화황, 일산화탄소, 이산화질소 등 가스상 물질과 먼지 등 입자상 물질을 포함한 총 61종의 물질로 정하고 있습니다.

 

이 중 카드뮴 등 35종을 특정 대기유해 물질로 정하여 관리하고 있습니다.

 

지구의 온난화 영향으로 대기에 있는 오존, 아황산가스, 질소산물, 휘발성 유기화합물, 미세 먼지 등 대기오염 물질이 증가되고 있습니다. 

 

미세먼지는 입자의 크기에 의해 10㎛ 이하를 미세 먼지(particulate matter, PM), 2.5㎛ 이하를 초미세 먼지, 0.1㎛ 이하를 극미세 먼지로 정의하고 있습니다.

 

미세 먼지 내에는 탄소 성분(검댕, 생물체 유기탄소), 이온 성분(염소, 질산, 암모늄, 나트륨, 칼슘 등), 금속 성분(비소, 납, 수은 등), 다환방향족 탄화수소(벤조피렌 등) 다양한 성분을 포함하고 있습니다. 

 

분진의 크기, 표면적, 숫자, 입자의 물리 상태에 따라 건강에 다양한 영향을 미치고 입자의 크기가 2.5㎛ 이하인 경우에 폐 깊숙이 흡입되어 폐에 더 많은 영향을 미칩니다. 

 

 

◈ 대기오염의 발생원

 

미세 먼지를 포함하는 대기오염은 자동차나 공장 등의 생성원을 포함하여 분진과 가스 형태로 존재하며 다양한 독성 물질을 포함합니다.

 

생성원은 자연적인 것과 인위적인 것 등이 포함됩니다. 

 

 

최근 대기오염 물질은 이산화황 등 입자가 큰 분진에서 질소산화물, 오존, 초미세 먼지 등이 증가하는 추세로 변하고 있습니다. 

 

미세 먼지는 실외나 실내의 주요 오염 물질이며, 가스에 녹아 있는 고체나 액체상 분진 등을 포함합니다. 미세 먼지는 사람이나 자연의 다양한 생성원을 포함합니다.

 

자연원은 꽃가루, 곰팡이, 세균, 식물이나 동물의 분비물 등을 포함하고 인위적으로 생성되는 경우는 산업장, 자동차, 연료 연소, 화학공장 등에서 생성됩니다. 

 

 

특히 실내에서는 흡연, 요리, 스토브나 아궁이에서 태어지는 물질, 외부에서 실내로의 유입 등이 생성원이 됩니다.

 

또한, 최근 몇 년간 지속되는 중국에서 기인하는 미세 먼지의 빈도, 농도의 증가가 미세 먼지 증가에 기여하고 있습니다. 

 

 

◈ 미세 먼지에 의한 호흡기 작용원리

 

미세 먼지는 선천면역, 후천면역, 산화스트레스, 기도개형 등의 작용원리에 의해 인체에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. 

 

미세 먼지에 노출이 되면, 폐탐식세포나 상피세포가 관여하여 급성 염증을 일으키고, 케모카인이나 사이토카인 등이 분비되어 선천면역에 관여합니다. 

 

미세 먼지의 입자 크기가 10㎛ 이상인 경우에는 코나 후인두에서 걸러지고 입자의 크기가 2.5㎛ 이하인 경우에는 폐섬모운동에 의해 제거되기도 합니다.

 

호산구나 호중구, 탐식세포 등이 작동되고 면역세포나 기도상피세포에서 IL(인터루킨)-6, IL-8, GM-CSF(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor, 과립구큰포식세포집락자극인자), TNF-α(종양괴사인자-α) 등을 분비시킵니다. 

 

PM10은 예민한 사람에서 기도 염증과 염증 매개인자를 증가시켜 폐질환을 악화시키고, 폐 감염을 증가시키기도 합니다. 

 

 

반응성 산소종 등 산화스트레스는 산화항산화 효소의 반응 균형이 불균형이 되면서 기도에 염증을 일으키게 됩니다. 

 

미세 먼지는 항산화 물질의 감소를 초래하고, 체내에 활성산소를 증가시켜 산화스트레스에 의한 영증을 유발하고 기도 내 염증성 손상과 알레르겐 감작을 유발하여 천식에 영향을 미칩니다. 

 

또한, 미세먼지가 폐 깊숙이 도달하기 어려운 알레르겐을 전달하기도 하며 기도상피 손상을 일으켜 알레르겐의 면역세포 노출을 증가시킵니다. 

 

기도상피세포에 미세 먼지가 노출된 후의 단백 분석을 보면 미세 먼지 노출로 산화스트레스가 증가하여 방어기전, 세포 활성화, 세포 구조와 연관된 단백이 증가합니다.

 

그리고 미세 먼지 노출에 의해 특히 탐식세포 인자가 상피세포에서 발현이 증가하고 기관지 폐포세척액, 폐조직에서 단백이 증가하여 폐 염증을 증가시킵니다. 

 

미세 먼지나 초미세 먼지가 탐식세포나 상피세포를 자극하여 TNF-α, TGF-β1(Transforming growth factor-β1), GM-CSF, IL-6, IL-8 등을 증가시키고, 반응성 산소종이 급성 및 만성 폐 염증을 일으킵니다.

 

미세 먼지의 구성 성분에 포함된 독성 물질들이 기도나 폐실질에 영향을 주고 손상을 야기하여 기도개형이 발생할 수 있습니다.  

 

 

◈ 미세 먼지가 인체에 미치는 영향

 

미세 먼지는 호흡기질환뿐만 아니라 피부 노화, 심지어 정신 질환까지 유발할 수 있다는 연구 결과가 속속 발표되면서 미세 먼지 공포도 확산되고 있습니다.

 

전문가들은 미세 먼지처럼 마이크로 단위의 작은 입자가 체내에 들어왔을 때 각 부위에서 어떠한 영향을 미칠지 예측하는 연구를 진행하고 있습니다. 

 

하지만 현재까지 체내로 유입된 미세 먼지가 어떤 작용을 일으켜 여러 질환을 유발하는지는 학계가 풀지 못한 숙제로 남아 있습니다. 

 

▷뇌

최근 중금속인 바나듐이 전두염에 축적될 수 있다는 연구결과가 최초로 나오면서, 미세 먼지 속 중금속이 치매 등을 일으킬 가능성이 대두되고 있습니다.

 

▷눈

혈전 등으로 망막 혈관이 막혀 시력이 저하될 수 있습니다. 

 

▷폐

호흡기 질환과 폐렴, 호흡기를 통한 감염질환, 심한 경우 폐암을 유발할 수 있습니다. 

 

 

▷심장과 혈관 

부정맥이나 심근경색, 협심증, 고혈압, 심부정맥혈전증 등의 심혈관 질환이 발생할 수 있습니다. 최근 미세먼지가 혈소판 생성을 억제해 혈전을 만들 수 있다는 가능성이 제기되고 있습니다. 

 

▷췌장

제1형 및 제2형 당뇨병을 유발 가능성이 있습니다. 

 

▷태아

조산, 미숙아 출산, 태아 성장 지연의 가능성이 있습니다. 

 

▷생식기관

임신중독증의 유발 가능성이 있습니다. 

 

▷뼈

물질대사를 억제할 수 있습니다. 

 

▷신경계

신경 발달을 억제하거나 신경퇴행성 질환을 유발할 수 있습니다. 

 

 

*참고:

1)논문_장안수, 미세 먼지와 천식, 대한내과학회지, 제 88권 제2호, 2015, 150~152p

2)site_이정아, 「미세먼지,천식 유발하고 피부노화-정신질환에 직접 관여」,동아닷컴, IT/의학, 과학 일반, 2019