2021년 겨울 코로나 위기는 어떻게 일어났나?

[윤복원의 물리상식으로 푸는 요즘 세상]데이터로 보는 ‘한국의 코로나19’(7)
3부 : 델타에서 오미크론까지

한국에서는 2021년 2월 말 아스트라제네카 백신을 시작으로 코로나19 백신 접종이 시작됐다. 한겨레 자료사진

한국은 2021년 2월26일에 공식적인 첫 백신 접종을 시작했다.[9] 백신 접종의 효과가 단기 확진자 치명률에 나타나려면 한 달 정도 기다려야 한다. 백신을 접종한 후 몸에 항체가 충분히 생겨 감염을 예방하는 효과가 나타나는 데 시간이 필요하고, 감염 후 사망에 이르는 시차도 있기 때문이다.

한국에서는 3월 말 단기 확진자 치명률부터 백신 접종 효과가 나타난다고 볼 수 있다. 단기 확진자 치명률이 2021년 3월이 되기 전부터 하락하기 시작했다. 1월 2%가 넘던 치명률은 백신 효과가 나타나는 3월 하순에 0.8% 수준으로 낮아졌다.

백신 접종 효과가 본격적으로 나타나기 전에도 치명률이 감소한 이유는 몇가지가 있다.

첫째로 고령층과 다른 질환이 있는 사람들에 대한 보호가 꾸준히 향상되었을 가능성이다. 요양시설이나 의료시설에 있는 코로나19 취약자를 감염으로부터 잘 보호할수록 사망자수가 줄면서 치명률은 낮아진다. 둘째 적극적으로 많은 사람을 검사해 그동안 찾지 못했던 감염자를 추가로 찾아내면 확진자수가 늘어나고, 사망자수를 확진자수로 나눠 계산하는 확진자 치명률은 낮아진다. 셋째로 위중증 환자 치료 경험이 쌓이면서 사망자수를 줄였을 수도 있다.

한국은 2020년 말부터 임시 선별 검사소를 운영하면서 무증상 감염자를 선제적으로 찾아내고 있었다는 점을 주목해야 한다.[10] 2020년 말 하루 신규 확진자가 1000명선인데 그중 10%인 100명 정도가 선제적으로 찾아내는 무증상 감염자이다.[11] 그만큼 확진자수가 늘어나면서 치명률은 낮아진다. 2020년 12월 중순에 수도권에서 본격적으로 임시 선별 검사소를 운영하면서 확진자를 더 많이 찾아낸 것은 2021년 1월 초 단기 확진자 치명률에 나타나기 시작한다.

1월20일부터 3월 중순까지는 신규 확진자수 이동평균이 300명대 후반~400명대 후반 사이에서 오르락내리락하지만 전반적으로 뚜렷한 증가나 감소 경향은 보이지 않는다. 그런데 이 기간에 확진된 사람 중에서 사망자가 나오는 2월6일부터 3월 말까지 신규 사망자수의 이동평균 곡선은 꾸준히 하락한다. 감염 확산 자체가 줄어서 신규 사망자수는 줄었지만, 임시 선별 검사소를 운영하면서 감염자를 더 많이 찾아내 확진자수는 줄지 않는 상황이었을 수 있고, 감염확산은 눈에 띄게 줄지 않았지만 고령층과 다른 질환을 지닌 사람들을 잘 보호하거나 치료를 잘해 사망자수가 줄었을 수 있다. 둘 다 일어나는 상황이었을 수도 있다.

또 다른 이유로 변이 바이러스의 영향을 들 수 있다. 세계보건기구는 2021년 초에 이미 알파, 베타, 감마 변이를 주요 변이 바이러스로 지정했다. [12] 변이에 따라 치명률이 달라질 수 있다. 하지만 질병관리청 발표에 따르면 2021년 3월11일 이후의 일부 확진자에 대한 유전자 분석 결과는 국내 발생 299건 중 12건만 변이 감염임이 밝혀졌다. 변이 비율은 3월 중순까지 상당히 낮은 것으로 알려졌다.[13] 따라서 변이 바이러스로 인한 치명률 감소 효과는 크지 않다고 볼 수 있다.

결국 백신 접종 효과가 나타나기 전인 2021년 1~3월의 단기 확진자 치명률 감소는 접촉자 추적을 통해 감염자를 더 많이 찾아내는 것과 고령층과 다른 질환을 앓는 사람들에 대한 보호와 치료가 꾸준히 상승한 것이 복합적으로 작용한 결과였을 것으로 보인다.

그림 3-5. 2021년 1~7월 한국의 신규 확진자수 7일 이동평균(파란색 막대), 신규 사망자수 7일 이동평균 (밤색 막대), 단기 확진자 치명률 (빨간색 곡선). [14][15] 백신 접종 이전부터 조금씩 감소하던 단기 확진자 치명률은 백신 접종 시작 이후에도 꾸준히 감소해 7월 하순에는 0.2%수준까지 낮아졌다.

백신 접종의 효과가 본격적으로 나타나기 시작하는 2020년 4월 초에 0.6%이던 단기 확진자 치명률은 7월 말에는 0.2%대로 낮아진다. 7월 말 사망자 중에 백신 접종 효과를 본 사람들은 6월 말까지 백신 접종을 한 사람들이다. 7월1일 발표된 접종 현황을 보면 1차 접종을 마친 사람은 전체 인구의 29.9%, 2차 접종까지 마친 사람은 9.8%였다.[16][17]

연령별 인구분포를 고려하면[18], 2021년 7월 초 50대 중반 이상에 대한 1차 접종은 마무리되었고, 70세 이상에서는 2차 접종이 마무리되는 중이었다. 코로나19 감염으로 사망할 위험이 높은 사람들 위주로 백신 접종이 마무리되면서 사망자수는 충분히 줄어든 상황이었지만, 젊은층은 1차 접종도 받지 않아 확진자수는 상대적으로 덜 줄어드는 상황이었다. 단기 확진자 치명률이 충분히 낮아질 수 있는 조건이었다.

2021년 11~12월 한국에서는 무슨 일이?

델타 변이가 한국에서 우세종이 된 시기는 2021년 7월20일 전후다. [15] 이 시기에는 백신 접종률이 증가하는 것도 탄력을 받기 시작한다. 8월에 들어서 단기 확진자 치명률이 0.2%에서 0.4% 가까이 일시 증가한 기간이 있었고, 이후 9월 초에는 0.3% 수준으로 다시 낮아진다. 이때부터 단기 확진자 치명률이 천천히 상승하기 시작한다. 단기 확진자 치명률에 백신 접종 효과가 나타나려면 한 달 정도 걸린다는 것을 고려하면, 7월 이후 백신 접종률이 단기 확진자 치명률에 영향을 끼쳤다고 볼 수 있다. 8월1일 백신 1차와 2차 접종률은 37.9%와 13.9%로, 사망 위험이 거의 없는 연령 층에도 백신 접종이 시작되었다. 백신의 감염 예방 효과로 신규 확진자수가 줄어들면서 단기 확진자 치명률이 높아지는 조건이 충족되기 시작했다.

시기별로 단기 확진자 치명률은 10월1일 전후로 0.4%였고 10월 하순에는 0.7%였다. 그런데 11월 초에 확진-사망 시차 17일을 적용한 치명률이 1%를 넘더니, 12월 초에는 1.9%까지 높아졌다. 11월25일~12월15일 3주간 단기 확진자 치명률 평균은 1.74%다. 10월1일 발표된 백신접종률을 보면 1차 접종은 76.6%, 2차 접종은 50.1%였다. 11월1일엔 1차 접종률 80.1%, 2차 접종률 75.3%였다. 1차 접종률은 이미 충분히 높은 수준이었고, 2차 접종률도 빠르게 상승해 11월 초엔 충분히 높아진 상황이었다.

그런데 7월20일~8월9일 3주간 단기 확진자 치명률의 평균이 0.204%인 것과 비교하면 11월 말~12월 중순의 1.74%는 8.5배 큰 수치다. 아주 간단한 모델이긴 하지만 백신 접종률에 따라 확진자 치명률이 어떻게 변하는지를 계산한 그림 3-3 결과와 비교해도, 2021년 11~12월의 치명률 상승은 지나치게 컸다.

백신 접종률이 한국과 비슷하고 델타 변이가 우세종인 기간 동안 다른 나라에서는 단기 확진자 치명률이 어땠는지 비교해 볼 필요가 있다.

그림 3-6. 델타 변이가 우세종일 때 한국의 신규 확진자수 7일 이동평균(파란색 막대), 신규 사망자수 7일 이동평균 (밤색 막대), 단기 확진자 치명률(빨간색 곡선).[19][20][21][22] 단기 확진자 치명률 계산에 사용한 확진-사망 시차는 17일이다. 7월 말에서 8월 초에 0.2% 수준까지 감소했던 단기 확진자 치명률은 8월 하순에 0.5%를 잠시 넘었다가 9월에는 0.3% 수준을 유지한다. 이후 단기 확진자 치명률은 다시 증가하기 시작해 11월 말과 9월 초에 매우 높은 수치까지 상승하는 위기가 온다.

백신 접종률은 같은데 치명률이 낮았던 영국

영국에서 델타 변이에 감염된 사람들이 확인되기 시작한 때는 4월 중순이었고,[24] 델타변이가 우세하기 시작된 때는 발표일 기준 6월2일이다.[25] 오미크론 변이가 우세종이 되기 전인 11월 말까지[26] 영국의 단기 확진자 치명률은 0.5%를 넘은 적이 없다. 영국의 확진-사망 시차는 감염자와 접촉한 사람들을 추적하지 않는 영국 상황을 고려해 한국보다 늦게 확진된다고 보고 14일로 가정했다.

2021년 11월1일 발표 기준 백신 접종률은 1차 접종은 74.4%, 2차접종은 68.0%였다. 한국의 같은날 기준 백신 접종률과 비교하면 1차는 5.7%p, 2차는 7.3%p 낮은 수치였다. 하지만 백신 효과가 나타나기 위해 필요한 시간인 14일 후(11월15일)까지 영국의 누적 확진자수는 982만1223명으로 전체 인구의 16.5% 수준이다. 그 중에는 감염된 후에 백신 접종을 한 사람들도 있고, 백신 접종을 한 후에 감염된 이른바 돌파감염이 된 사람들도 있다. 이들을 제외한 확진자들은 백신 접종을 하지 않고도 실제 감염되어서 자연 면역을 얻은 경우로 볼 수 있다. 자연 면역자까지 포함하면 백신을 접종한 것과 비슷한 사람들이 인구에서 차지하는 비율은 한국의 백신 접종률과 큰 차이가 없다고 볼 수 있다.

그럼에도 영국의 단기 확진자 치명률은 0.5%를 넘지 않았다는 데 주목해야 한다. 영국에서는 확진자와 접촉한 사람들을 추적하지 않지만 검사를 통해 감염자는 비교적 잘 찾아내고 있었다고 볼 수 있다. 적어도 델타 변이가 우세종이었던 기간으로 한정해서 보면, 영국은 감염자를 잘 찾아내는 나라이고, 당시 단기 확진자 치명률은 감염자를 잘 찾아내는 나라의 단기 확진자 치명률의 기준으로 볼 수 있다.

2021년 10월15일~11월12일 4주간 영국의 단기 확진자 치명률 평균은 0.374%다. 확진-사망 시차를 10일로 낮춰 계산해도 이 기간에 단기 확진자 치명률 평균은 0.365%로 비슷했다. 영국에서 오미크론 변이 감염이 처음으로 확인됐다고 발표된 날이 2021년 11월 말이었으므로 [26], 11월12일 까지의 단기 확진자 치명률에는 오미크론 변이로 인한 영향이 없었다고 봐야 한다.

그림 3-7 델타 변이가 우세종일 때 영국의 신규 확진자수 7일 이동평균(파란색 막대), 신규 사망자수 7일 이동평균 (밤색 막대), 단기 확진자 치명률 (빨간색 곡선).[23] 단기 확진자 치명률에 사용한 확진-사망 시차는 14일이다.

2021년 12월 치명률이 영국의 5배가 된 이유

한국의 단기 확진자 치명률은 2021년 12월 초 1.9%에 이른다. 영국의 11월 단기 확진자 치명률과 비교하면 5배 이상 더 크다. 당시 한국의 단기 확진자 치명률이 지나치게 높았음을 알 수 있다. 그 원인은 무엇일까? 중요한 단서의 하나가 ‘확진과 사망 사이의 시차’에 있다.

한국에서 델타 변이가 우세종일 때 신규 확진자가 가장 많이 나온 시기는 12월 중순이다. 12월15일에 하루 신규 확진자수는 7800명을 넘었다. 이 시기 이전부터 감염 확산에 대한 위기감이 고조돼 있었고 강력한 거리두기도 시행됨에 따라 12일15일 이후부터는 신규 확진자수가 줄어들기 시작한다. 신규 확진자수가 12월15일에 고점을 찍은 상황이었다.

사망자는 확진 후 2~3주의 시차를 두고 나타나는 것으로 알려졌는데, 12월의 경우 신규 사망자수의 고점이 그보다 빨리 왔다. 신규 확진자수 7일 이동평균 곡선이 만드는 봉우리와 신규 사망자수 7일 이동평균 곡선이 만드는 봉우리 사이의 시차는 9일 정도밖에 안됐다. 확진이 늦게 되면서 확진과 사망 사이의 시차가 짧아졌다고 해석할 수 있다. 한국의 단기 확진자 치명률을 계산할 때 지금까지 가정했던 확진-사망 시차가 더 이상 유효하지 않은 상황이었다.

11월 말에 1.9%까지 높아졌던 단기 확진자 치명률은 확진-사망 시차를 17일로 가정하고 계산한 수치다. 확진-사망 시차가 9일 정도였던 때는 12월이었지만, 신규 확진자수가 급증하면서 신규 확진자수 이동평균 곡선이 가파르게 상승하기 시작했던 때는 11월 중순이다. 새로운 감염자가 많이 나오면서 기존 검사소에서 검사를 받으려는 사람들을 충분히 소화하지 못했을 수 있다. 그러면 검사를 제때 받지 못하고 뒤로 밀리면서 확진이 늦게 됐을 것으로 보인다. 이런 상황에서는 검사를 받기 위해 기다리는 시간이 너무 길어지면서, 처음 검사를 받을 때 증상이 없거나 미미한 사람들은 검사를 포기했을 수도 있다. 그러다 증상이 심해져서 검사를 받으면 확진 시점이 늦어진다. 이런 이유들이 11월 중에 확진-사망 시차가 10일 정도로 짧아지게 만들었을 가능성이 충분히 있다.

그림 3-8. 델타 변이가 우세종인 기간동안 확진-사망 시차를 달리해 계산한 한국의 단기 확진자 치명률. 빨간색 곡선은 확진-사망 시차를 17일로 가정하고 계산한 단기 확진자 치명률이고 오렌지색 곡선은 확진-사망 시차를 10일로 가정하고 계산한 단기 확진자 치명률이다. 보라색 선은 신규 확진자 7일 이동평균 봉우리의 중간점과 신규 사망자 7일 이동평균 봉우리의 중간점 사이의 시차를 나타낸다.

확진-사망 시차를 10일로 가정하고 계산한 단기 확진자 치명률은 그림 3-8 그래프의 오렌지색 곡선으로 그렸다. 확진-사망 시차 17일로 계산한 단기 확진자 치명률보다 낮게 나오는 것을 확인할 수 있다. 11월 말 수치가 1.5%를 웃돌기는 했지만, 확진-사망 시차 17일로 계산하면 1.9%가 넘는다는 걸 고려하면 상당히 낮다. 11월25일~12월15일 3주간 평균은 1.41%다.

확진-사망 시차를 10일로 가정하고 계산한 11월말 단기 확진자 치명률도 영국의 11월 치명률보다 3.8배 이상 크다. 당시 한국은 영국보다 감염자를 3.8배 이상 못 찾고 있던 상황이었다. 한국이 영국처럼 검사를 했으면 11월18일쯤 1만명에 가까운 신규 확진자수가 나와서 11월28일에 단기 확진자 치명률이 영국처럼 0.4%를 밑도는 값이 나왔어야 했다. 하지만 2500명 정도의 신규확진자밖에 안나오면서 치명률 계산에서의 분모 크기가 작아져 1.4%를 넘나드는 단기 확진자 치명률이 나왔다고 볼 수 있다.

영국도 검사받지 않아 확진자 통계에 잡히지 않은 사람들이 있었을 것이기 때문에, 실제 감염자수는 확진자수보다 많았다고 봐야 한다. 이를 고려하면 영국의 델타 변이 시기 ‘감염자 치명률’은 ‘단기 확진자 치명률’보다 낮았을 것이다. 이를 고려하면 한국의 11월말 1.41%의 단기 확진자 치명률은 감염자 치명률의 5배 이상 컸을 가능성도 충분히 있다. 이럴 경우 실제 감염자수는 확진자수의 5배 이상이었고 그중 찾지 못한 감염자수는 확진자수의 4배 이상이었을 것이라고 볼 수 있다.

그림 3-9. 한국에서 11월말부터 치솟은 단기 확진자 치명률을 영국과 비교. 한국은 12월에 9일 정도로 짧아진 확진-사망 시차를 고려해 11월 25일에서 12월 15일까지 사망한 사람들의 확진-사망 시차를 10일로 가정했다. 영국의 확진-사망 시차는 14일로 가정했다. 영국의 확진-사망 시차를 10일로 가정하면 단기 확진자 치명률이 0.365로 차이가 작다.

백신의 사망 예방효과가 낮아졌을 가능성을 생각해 볼 수도 있다. 하지만 백신 접종을 더 일찍 시작한 영국에서는 사망 예방효과가 더 일찍 낮아졌을 것임에도 불구하고, 델타 변이가 지배하던 시기에 단기 확진자 치명률을 0.4% 이하로 유지 했던 것과 비교해야 한다. 11월 말에 한국에서 단기 확진자 치명률이 1.4% 이상까지 치솟았던 상황은 백신의 사망 예방효과가 낮아진 것으로 설명하기에는 너무 큰 수치다.

한편 10월 초부터 10월20일쯤까지 신규 확진자수가 꾸준히 감소한 기간을 주목할 필요가 있다. 비록 신규 확진자수는 줄어드는 경향이 있었지만, 10월 중순부터는 단기 확진자 치명률은 증가하고 있었다. 이는 원래 나와야 할 신규 확진자수보다 적게 나오면서 단기 확진자 치명률이 올라갔을 가능성이 충분히 있다. 이 기간부터 감염자를 충분히 찾아내지 못하면서 ‘찾지 못한 감염자’가 늘어났고, 이들을 격리하지 못하면서 감염 확산 규모가 커지는 악순환이 벌어졌을 수 있다.

윤복원/미국 조지아공대 연구원(전산재료과학센터·물리학) bwyoon@gmail.com

주)

[9] "국내 첫 백신접종 시작…전국 보건소·요양병원서 '동시 스타트'", 신선미, 연합뉴스, 2021년 2월 26일, https://www.yna.co.kr/view/AKR20210225157500530

[10] "코로나바이러스감염증-19 국내 발생 현황 (12월 21일, 정례브리핑)", 보도자료, 질병관리청, 2021년 12월 15일, , http://ncov.mohw.go.kr/tcmBoardView.do?brdId=3&brdGubun=31&ncvContSeq=4462&board_id=312

[11] "코로나19 예방접종 및 국내 발생 현황(12.31., 0시 기준)", 보도자료, 질병관리청, 2021년 12월 15일, , http://ncov.mohw.go.kr/tcmBoardView.do?brdId=3&brdGubun=31&ncvContSeq=4539&board_id=312

[12] ""Tracking SARS-CoV-2 variants", World Health Organization, https://www.who.int/activities/tracking-SARS-CoV-2-variants

[13] "코로나19 국내 발생 및 예방접종 현황", 정례브리핑, 질병관리청, 2021년 3월 15일, http://ncov.mohw.go.kr/tcmBoardView.do?brdId=3&brdGubun=31&ncvContSeq=4972&board_id=312

[14] "세계적 변이바이러스 증가, 예방접종완료·방역수칙 준수 필요", 정례브리핑, 질병관리청, 2021년 6월 22일, http://ncov.mohw.go.kr/tcmBoardView.do?brdId=3&brdGubun=31&ncvContSeq=5575&board_id=312

[15] “비수도권 발생 증가에 따른 주의 당부(7.27., 정례브리핑)”, 질병관리청, 2021년 7월 27일, http://ncov.mohw.go.kr/tcmBoardView.do?brdId=3&brdGubun=31&ncvContSeq=5723&board_id=312

[16] Coronavirus (COVID-19) Vaccinations, https://ourworldindata.org/covid-vaccinations?country=KOR

[17] "코로나19 국내 발생 및 예방접종 현황(7.01., 0시 기준)", 질병관리청, http://ncov.mohw.go.kr/tcmBoardView.do?brdId=3&brdGubun=31&ncvContSeq=5624&board_id=312

[18] “주요연령계층별 추계인구”, 한국 국가 통계 포럼 https://kosis.kr/statHtml/statHtml.do?orgId=101&tblId=DT_1BPA003&language=ko

[19] "코로나19 국내 발생 및 예방접종 현황(8.01., 0시 기준)", 질병관리청, http://ncov.mohw.go.kr/tcmBoardView.do?brdId=3&brdGubun=31&ncvContSeq=5741&board_id=312 37.9% 13.9%

[20] "코로나19 국내 발생 및 예방접종 현황(9.01., 0시 기준)", 질병관리청, http://ncov.mohw.go.kr/tcmBoardView.do?brdId=3&brdGubun=31&ncvContSeq=5878&board_id=312 57.0% 30.7%

[21] "코로나19 국내 발생 및 예방접종 현황(10.01., 0시 기준)", 질병관리청, http://ncov.mohw.go.kr/tcmBoardView.do?brdId=3&brdGubun=31&ncvContSeq=5969&board_id=312 76.6% 50.1%

[22] "코로나19 국내 발생 및 예방접종 현황(11.01., 0시 기준)", 질병관리청, http://ncov.mohw.go.kr/tcmBoardView.do?brdId=3&brdGubun=31&ncvContSeq=6058&board_id=312 80.1% 75.3%

[23] Coronavirus (COVID-19) Vaccinations, https://ourworldindata.org/covid-vaccinations?country=GBR

[24] “Delta coronavirus variant: scientists brace for impact”, E. Callaway, Nature, 595, 17 (2021), https://www.nature.com/articles/d41586-021-01696-3

[25] “Variants of concern or under investigation: data up to 2 June 2021”, GOV.UK, https://www.gov.uk/government/publications/covid-19-variants-genomically-confirmed-case-numbers/variants-distribution-of-case-data-3-june-2021

"Covid-19: Delta variant is now UK’s most dominant strain and spreading through schools", I. Torjesen, 2021년 6월 4일, BMJ 2021;373:n1445, doi: https://doi.org/10.1136/bmj.n1445

[26] "새 변이 '오미크론' 공포에 문 걸어 잠그는 유럽", 최윤정, 연합뉴스, 2021년 11월 26일, https://www.yna.co.kr/view/AKR20211126155000085

“First UK cases of Omicron variant identified”, GOV.UK, 2021년 11월 27일, https://www.gov.uk/government/news/first-uk-cases-of-omicron-variant-identified