동경의 대기오염 현황 및 건강 영향에 관한 연구

1. 서 론

대기오염은 호흡기질환자를 증가시키며, 특히 유아와 노인사망의 큰 원인이 되고 있다 (Barnes et al., 2018; Cohen et al., 2017). Brauer (2019)의 연구에 따르면 대기오염으로 인해 매년 전 세계적으로 약 700만 명이 사망하고 있으며, 전 세계 90% 이상의 사람들이 오염된 공기를 마시고 있다. 또한, 세계보건기구 (WHO)는 PM_2.5를 폐암과 방광암의 원인으로 지목하여 1군 발암물질로 지정하였다. 또한, PM_2.5의 건강 위해성에 관한 많은 연구에서 농도가 10 µg/m³ 증가할 때마다 고혈압 발생률이 4.4%가 증가하고, 주요 성분의 하나인 디젤 연소입자가 사람의 중이상피세포에서 독성을 일으켜 급성 중이염을 일으킬 수 있음을 입증하였다 (Franklin et al., 2007; Ostro et al., 2006; Burnett et al., 2004; Klemm and Mason, 2003; Schwartz et al., 1996). 최근의 연구에서는 PM_2.5가 신경세포를 공격하여 뇌에 손상을 주어 자폐증과 우울증, 치매, 파킨슨병과 같이 뇌질환 위험까지 증가시키는 것으로 알려져 있다 (Wang et al., 2021). 유럽연합에서 12개 국가 7만여 명의 여성을 대상으로 PM_2.5 농도 증가에 따른 저체중아 출생률을 분석하여 발표한 내용을 살펴보면, 임신 중 노출된 PM_2.5 농도가 5 µg/m³ 증가할 때마다 저체중아 출생 위험이 18%씩 증가하였다 (Ortiz et al., 2017).

PM_2.5의 건강 위해성에 관한 연구는 현재에도 계속 진행 중에 있지만, PM_2.5 문제가 나날이 심각해지고 있어 그 폐해는 지금보다 더 커질 수밖에 없는 상황이다. 국립환경과학원 대기환경연보 (Korea National Institute of Environmental Research, 2019)에 따르면 최근 3년간 서울시 PM_2.5 농도는 23~26 µg/m³으로 세계보건기구 (WHO) 연평균 권고기준보다 두 배 이상 높게 나타났다. 이런 가운데 서울시보건환경연구원에서는 2010년 기준으로 대기오염물질로 인한 조기사망률이 우리나라에서만 연간 약 1만7,000명에 달하며, 국내 대기질이 개선되지 않을 경우 2060년 대기오염으로 인한 조기사망자가 52,000명까지 늘어나 중국, 인도 다음으로 높아질 수 있을 것으로 예측하였다 (Seoul Institute of Health and Environment, 2018).

또한, 대표적인 가스상 대기오염물질로써 NO₂는 만성 폐질환을 가진 사람들에게 호흡곤란을 일으키며, 심장질환 및 암으로 인한 사망률을 높인다는 보고도 있다 (Romm, 2006). SO₂는 호흡기를 자극하고 기도 감염의 위험을 증가시키고 천식과 만성 기관지염을 악화시키는 것으로 알려져 있다 (Johns and Linn, 2011).

이러한 상황에서 본 연구에서는 일본 동경도 (이하 동경)를 대상으로 PM_2.5 등 대기오염물질의 현황 및 대기오염물질에 의한 도민의 건강상태 저하와 의료비 지원을 통한 실질적인 건강관련 지원정책을 조사하여 소개하고자 한다. 또한, 동경도 내 3개 지역을 대상으로 한 PM_2.5의 상대적 건강 위해성 평가 및 대기질 개선에 따른 PM_2.5 노출량 저감에 대한 사례 연구를 실시하였다. 궁극적으로 본 연구는 국내 대도시 지역에 있어서 PM_2.5 저감 노력과 이를 통한 주민의 삶의 질 향상을 위한 환경보건정책 입안에 기여하는 것을 목적으로 하였다.

2. 동경에서의 주요 대기오염물질 현황

표 1은 2016년 기준 일본 동경에서의 주요 대기오염물질에 대한 각 발생원별 연간 배출량 (Tokyo Institute of Environmental Sciences, 2020)을 나타낸 것이다. 여기에서, SO_x는 선박에서 가장 높은 배출량 (운항 시 4,357톤, 정박 시 2,040톤)을 보였고, 그 다음은 대규모 고정발생원 (2,119톤)으로 나타났다. NO_x는 자동차 (이륜 포함) (12,927톤)>대규모 고정발생원 (8,049톤)>선박 (운항 시 7,213톤, 정박 시 2,495톤)>가정용 연소기기 (6,056톤)>항공기 (5,870톤) 순으로 높은 배출량을 나타내었다. 한편, PM_2.5의 경우 선박에서 가장 많이 배출되었으며 (운항 시 560톤, 정박 시 237톤), 다음으로는 자동차 341톤, 가정용 연소기기 290톤의 순으로 나타났다. 전체적으로는 개별 발생원 중에서 선박으로부터의 배출량이 특이적으로 높게 나타났는데, 이것은 동경만을 출입하는 수많은 선박이 그 원인으로 사료된다.

Table 1.

Annual (2016) emissions of major air pollutants in Tokyo (ton).

표 2는 동경의 도로변과 일반대기 중에서 측정한 주요 대기오염물질 농도에 대한 2010년부터 2020년까지의 추이 변화를 나타낸 것이다. 여기에서 대부분의 대기오염물질의 농도는 해가 거듭될수록 감소 추세를 보이고 있는데, 특히 2020년의 SO₂농도는 2010년의 50% 이상으로 낮아졌다. 또한, 일반대기보다 도로변에서의 농도가 자동차 배출원의 영향으로 인해 전 항목에서 상대적으로 높게 나타났다. 한편, CH₄는 다른 오염물질과는 반대로 2010년에 비해 2020년에 일반 측정지점과 도로변 측정지점 모두 그 농도가 증가하였다. CH₄는 중요한 온실가스로 대류권과 성층권에서의 화학반응 과정에서 중요한 역할을 하고 있다. CH₄에 대한 지상 및 항공기, 위성을 이용한 전 지구적인 관측 결과, Chandra et al. (2020)은 대기 중 농도 증가 폭이 지난 1980년도 후반부터 2006년까지 약 30년간 크게 감소되었으나, 그후부터 다시 증가 추세를 나타내고 있다고 보고하였다. 일본기상청이 아야리, 미나미토리섬 및 요나쿠니섬의 3개 지점에서 측정한 결과를 살펴보면 대기 중 CH₄ 농도 역시 2007년 이후에는 다시 증가하고 있는 것으로 나타났다 (Japan Meteorological Agency website data, https://www.data.jma.go.jp/ghgkanshi/ghgp/ch4_trend.html).

Table 2.

The annual variation of the roadside and ambient concentration of major air pollutants in Tokyo from 2010 to 2020.

한편, 2009년부터 측정이 이루어진 일본의 PM_2.5 (일본의 연평균 대기환경기준 15 µg/m³) 자료 중 동경에서의 유효 측정자료가 확보된 2011년에서 2020년까지의 연간 추이 변화 (도로변과 일반대기 측정지점)를 살펴보면, 일반대기 측정지점과 도로변 모두 현저하게 감소된 것으로 나타났다. 또한 전체 대상기간 동안 도로변에서의 농도가 일반대기에 비해 상대적으로 높았으나, 2016년 이후부터는 도로변에서의 농도도 일본의 연평균 대기환경기준 (15 µg/m³)을 달성한 것으로 나타났다.

표 2에서 CH₄를 제외하면 모든 대상 대기오염물질의 농도가 2010년대 중반부터 낮아졌는데, 이러한 대기질 개선의 요인으로는 크게 두 가지로 볼 수 있다. 우선, 동경은 세계 대도시에서 가장 양호한 수준의 대기환경 실현을 목표로 「도민 퍼스트로 만드는 새로운 동경을 위한 실행 플랜」 (2016년 12월) 및 「동경 환경기본계획」 (2016년 3월) (Atmospheric Fine Particle Review Committee of Tokyo, 2019)을 정책목표로 설정하여, 저공해 및 저연비 자동차의 도입과 VOC 배출량 삭감, 연료 개선, 생산효율 향상, 에너지 절감 등의 노력을 해왔다. 또한, 일본 전역에서 시행된 친환경차 보급 노력이 그 원인이 될 수 있다. 여기에서 친환경차라 함은 전기자동차 (EV), 플러그인 하이브리드차 (PHV), 연료전지차 (FCV), 하이브리드차 (HEV)를 의미한다. 실제 일본 전역에서 전기자동차의 경차를 제외하고, 기타 친환경자동차의 보유대수가 2014년부터 비약적으로 증가하였다. EV, PHV, FCV 차량의 합계 보유대수는 2013년에 비해 2018년에 2.8배나 증가하였다 (https://www.cev-pc.or.jp/tokei/hanbai.html).

한편, 동경의 대기질 개선에 대한 원인의 하나로 국외로부터의 오염물질 유입량의 변화가 될 수 있으므로 이를 명확히 할 필요가 있다. 이것은 일본의 경우도 한국과 마찬가지로 중국으로부터의 대기오염물질 유입이 국내 대기질에 크게 영향을 미칠 수 있기 때문 이다. 따라서, 국외 오염물질 유입에 대한 지표로써 동 기간의 연간 황사관측일 수를 조사하여, 2014년 전후 5년간의 평균 황사관측일 수를 구하였다. 그 결 과, 2010~2014년의 평균 관측일 수는 14.2일인 반면, 2015~2019년의 경우 7.8일 (Japan Meteorological Agency, 2023)로 나타나, 황사의 발현일 수 저감 또한 2014년 이후의 동경의 대기질 개선의 요인이 된 것으로 사료된다.

3. 동경에서의 대기오염에 따른 건강 피해의 실질적 지원제도와 그 현황

동경에서는 대기오염에 따른 건강 피해에 대한 실질적 지원책이면서 일본 지자체 유일의 독자적인 제도로써 ‘대기오염 의료비 지원제도’를 시행하고 있다. 대상자는 동경도에 설치되어 있는 대기오염 의료비 조성 검토위원회에서 의료기관의 진단서 등을 토대로 엄격한 조사심의를 거쳐서 인정된다 (동경도 대기오염장해자 인정 심사조례, 공포 1972년 10월 26일 조례 제118호, 최종개정 2018년 9월 26일 조례 제48호).

본 연구에서는 대기오염 의료비 지원제도의 개요 및 적용 현황을 소개하였다. 여기에서 대기오염 의료비 지원 인정환자 수의 경우 동경 도민의 대기오염에 의한 호흡기질환의 상대적 건강 위해성 평가 시 대기오염관련 환자 수 정보로 활용하였다.

3. 2 대기오염 의료비 지원제도 적용 현황

그림 1은 동경에서의 2010년부터 2019년까지의 최근 10년간 대기오염 의료비 지원 인정환자 수를 나타낸 것이다. 동경에서의 최근 10년간 (2010~2019) 대기오염 의료비 지원 인정환자 수의 추이 변화를 살펴보면 2010년에서 2015년까지는 점진적으로 증가하였으나, 2015년을 기점으로 감소하고 있다. 이것은 동경에서의 대기질 개선이 그 원인 중 하나로 사료된다. 앞서 표 2에 나타낸 동경에서의 주요 대기오염물질의 연간 농도 변화에서 알 수 있듯이, 모든 대상 오염물질의 농도는 2014년을 기해 낮아졌다. 여기에서 질병 유발까지의 대기오염물질에 대한 폭로기간을 고려하면, 2015년을 기점으로 대기오염 의료비 지원 인정환자 수가 감소한 원인이 대기질 개선에 기인한 것으로 볼 수 있다.

Fig. 1.

Number of recognized patients in Tokyo for air pollution medical expenses over the past 10 years.

그림 2는 동경에서의 연령별 대기오염 의료비 지원 인정환자 수 (10년간의 평균)를 나타낸 것이다. 여기에서 연령별 분포를 살펴보면 40~59세의 연령대에서 그 수가 가장 높았다. 상대적인 취약계층으로 알려진 고령자의 경우 의외로 그 수가 상대적으로 낮게 나타났는데, 이것은 60세 이후의 경우 일반 의료비 (국민의료보험)에 의해 개인부담이 특별히 증가하지 않기 때문에 대기오염관련 의료비 지원대상이 되어도 신청을 하지 않는 것으로 사료된다. 한편, 0~19세까지의 인정환자 수가 중년층인 40~59세 연령대 다음으로 높게 나타나 상대적인 취약층으로 확인되었다. 그 이유로는 유아기 및 청소년기에는 아직 면역체계가 확립되지 않은 성장기이며, 동시에 다른 연령대에 비해 상대적 활동량이 많아 대기오염물질의 체내 침착량이 증가하기 때문으로 사료된다.

Fig. 2.

Number of patients recognized for air pollution medical expenses by age in Tokyo.

4. 동경에서의 대기오염물질과 건강 영향

4. 1 동경에서의 주요 대기오염물질 농도와 사망자 수의 상관분석

본 연구에서는 2011년부터 2020년까지 동경의 일반대기 중 연평균 PM_2.5, NO₂, SO₂ 농도와 4가지 질병 즉, 급성 심근경색 (acute myocardial infarction), 뇌경색 (cerebral infarction), 뇌혈관질환 (cerebrovascular disease), 폐렴 (pneumonia)으로 인한 사망자 수 간의 상관관계를 분석하여 그 결과를 그림 3에 나타내었다.

Fig. 3.

A correlation matrix among the annual average PM2.5, NO2, SO2 and the number of deaths caused by four diseases in Tokyo from 2011 to 2020.

상관분석 결과에 의하면 우선 PM_2.5 농도는 급성 심근경색, 뇌경색, 뇌혈관질환 및 폐렴 모두에 있어서 높은 상관성을 보였으며, 상관성의 정도는 급성심근경색 (r=0.91)>뇌경색 및 폐렴 (r=0.81)>뇌혈관질환 (r=0.77) 순으로 높게 나타났다. NO₂ 농도와 4가지 질병에 의한 사망자 수와의 상관에 있어서도 상관계수가 0.86~0.98로 높은 상관성을 보였으며, 그중에서 급성심근경색과의 상관성 (R=0.98)이 가장 높았다. SO₂ 농도 또한 4가지 질병의 원인으로 인한 사망자 수와의 상관계수는 0.76~0.92로 나타나 4가지 질병의 주요 발병요인의 하나로 사료된다.

본 연구에서는 사망률 증가의 정량적인 평가는 이루어지지 않았으나, 본 연구와 동일한 동경 23구를 대상으로 Yorifuji et al. (2011)이 실시한 NO₂ 및 PM_2.5 농도와 사망률에 대한 관계를 조사하였다. 그 결과 이들 대기오염물질은 순환기계 및 폐질환 사망률, 특히 뇌혈관질환과 유의한 상관성이 있었고, PM_2.5는 그 농도가 10 µg/m³ 증가할 때마다 뇌혈관질환 사망률이 1.3% 증가하였다.

Odashima (2015)의 경우에도 동경을 대상으로 한 PM_2.5 농도와 건강 영향의 상관성 연구를 통하여 건강한 사람에 비해 지속성 기침과 알레르기 비염 증상이 있는 사람이 PM_2.5 농도 증가에 따른 증상이 더 발생하기 쉽다고 주장하였다. 또한, 그는 동경에서의 PM_2.5 농도 현황과 그에 따른 건강 위해성에 대해 다음과 같이 주장하였다.

• (1) PM_2.5 농도는 연구기간까지의 최근 10년 사이에 감소 추세에 있음
• (2) PM_2.5의 고농도는 장거리 영향이 없을 때도 나타남
• (3) PM_2.5는 면역학적 작용, 감염 지속 등에 영향을 줄 수 있음
• (4) 감수성이 예민한 소아, 천식·비염 환자 등에서는 PM_2.5 농도 상승에 따른 증상 (기침, 콧물, 눈이나 목구멍 가려움증 등)의 악화도 나타남

4. 2 동경 도민의 대기오염에 의한 호흡기질환의 상대적 건강 위해성 평가

코호트 연구 (cohort study)는 분석역학적 조사방법 중의 하나로, 어떤 위험요인에 노출된 집단 (예를 들어 흡연 습관이 있는 군)과 노출되지 않은 집단 (예를 들어 흡연 습관이 없는 군)을 추적 관찰하여 연구대상이 되는 질병 (예를 들어 폐암)의 발생률 (DI-rate, %)을 조사해 비교위험도 (relative risk, RR)를 산정함으로써 위험요인과 질병의 관련성을 조사하는 연구기법이다 (Brauer et al., 2008). 위험요인의 노출 여부에 따른 인구집단 (cohort)을 추적하여 결과를 얻기 때문에 시간이 많이 걸리지만, 질병발생 위험도를 직접 구할 수 있는 장점이 있다. 그림 4는 본 연구에서 수행한 코호트 연구의 RR 산정과정을 나타낸 것이다.

Fig. 4.

Flow of RR calculation.

본 연구에서는 평가대상지역 (A_t)으로 신주쿠 (Shinjuku)와 타마시 (Tamashi)를, 비교지역 (A_c)으로 오가사와라섬 (Ogasawara)을 선정하였다. 여기서 A_t는 앞서 언급한 위험요인에 노출된 집단으로, 본 연구에서는 동경에서도 인구밀도가 높고 교통량 등 발생원이 많아 상대적으로 높은 대기오염에 노출되는 지역이다. A_c는 행정구역상 동경에 포함되지만, 남동쪽으로 약 1,000 km 떨어져 있고 대기오염 발생원이 거의 없는 지역이다. 또한 그림 4에서 설명한 RR 산정과정에서의 N_p 즉, 대기오염관련 환자 수는 대기오염관련 질환의 의료비 지원제도 인정자 수로 대체 적용하였다.

표 3은 신주쿠, 타마시, 오가사와라 3개 지역의 연령별 인구, 대기오염관련 환자 수 즉, 대기오염관련 질환 의료비 지원제도 인정자 수 (N_p), 그리고 건강한 사람 수 (N_h)를 나타낸 것이다. 표 4는 비교지역인 오가사와라에 대한 두 분석대상지역 즉, 신주쿠 및 타마시의 RR 산정 결과를 나타낸 것이다. 앞서 기술한 바와 같이 RR 계산을 위해 우선 표 3의 자료를 이용하여 세 지역에서의 질병발생률 (DI-rate, %) (의료비 지원 인정환자 수/인구×100)을 구하였다. 그리고 비교지역에서의 질병발생률 (%)에 대한 대상지역에서의 질병발생률 (%)의 비를 구하여 RR을 산출하였다.

Table 3.

Population of target (At) (Shinjuku and Tamashi) and comparative (Ac) (Ogasawara) areas, number of air pollution-related patients (Np), and number of healthy people (Nh).

표 4에서 두 지역의 연령별 RR 값이 1보다 크면 비교지역인 오가사와라에 비해 비교위험도 즉, 대기오염관련 질환의 발생위험이 크다는 것을 의미한다. 0~19세 연령대에서는 타마시가 1.541, 40~59세의 연령대에서는 신주쿠와 타마시가 각각 6.143과 5.195, 그리고 60~74세의 연령대에서는 신주쿠가 1.428로 1보다 큰 값을 나타내었다. 75세 이상의 연령대에서는 비교지역인 오가사와라에서의 대기오염관련 질환의 의료비 지원 인정자 수가 0명이었던 이유로 산정되지 않았다. 신주쿠와 타마시 모두 40~59세의 연령대에서 5 이상의 현저하게 높은 RR 값이 나타난 것은 특이하다고 할 수 있다. 한편, 대기오염에 상대적으로 취약할 수 있는 60세 이후의 연령에서 RR 값이 크게 나타나지 않은 이유는 앞에서 언급한 바와 같이 의료비 지원제도를 신청하지 않아도 질병발생 시 국민의료보험에 의해 의료서비스를 받을 수 있기 때문으로 사료된다.

Table 4.

The RR values in Shinjuku and Tamashi calculated with Ogasawara as comparative region.

5. 결 론

본 연구에서는 일본 동경의 PM_2.5 등 주요 대기오염물질의 배출량 및 이들 물질의 연평균 농도의 변화 등에 대해 그 현황을 설명하였다. 또한, 대기오염으로 인한 건강 위해성 관리 측면에서 일본 지자체의 독자적인 정책으로 시행 중인 동경의 대기오염관련 질환에 대한 의료비 지원제도를 소개하였다. 2011년부터 10년간의 PM_2.5, NO₂, SO₂의 연평균 농도와 주요 심폐질환에 의한 사망자 수와의 상관분석을 통해, 이들 대기오염물질의 농도가 높았던 해일수록 급성 심근경색, 뇌경색, 뇌혈관질환 및 폐렴을 원인으로 사망한 사람이 증가한 사실을 입증하였다. 동경도 내 3개 지역 (신주쿠, 타마시, 오가사와라)을 대상으로 한 PM_2.5의 상대적 건강 위해성 평가 결과에서는 비교지역으로 대기오염물질 농도가 낮은 오가사와라에 비해 자동차 등 다양한 오염원이 있고 많은 인구가 상주 또는 이동하는 신주쿠 및 타마시가 대기오염에 의한 호흡기질환에 걸릴 위험이 상대적으로 높은 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 국내 대도시 지역에 있어서 PM_2.5 등 대기오염물질의 저감 노력과 이를 통한 주민의 삶의 질 향상을 위한 환경보건학적 정책 입안에 기여할 것으로 사료된다. 향후에는 PM_2.5를 중심으로 대기오염물질의 배출량 저감에 따른 호흡기계에서의 염증 지연효과 등 건강 위해성의 저감 정도를 평가할 계획 이다.

Acknowledgments

이 논문은 2023년도 원광보건대학교 교내연구비 지원에 의해서 수행되었으며, 이에 감사드립니다.

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