경희대 의과대학 박은정·김진배 교수 연구팀, 지하철역 포집 먼지 호흡기 노출 건강 영향 평가

경희대학교 의과대학 박은정 교수와 김진배 교수 연구팀이 지하철 역사에서 포집한 먼지의 호흡기 노출에 따른 건강 영향을 평가해 실내 공기 질 관리에 필요한 새로운 지표를 제안했다. 사진은 지하철 역사 이미지. 사진출처: 게티이미지코리아

경희대학교 의과대학 박은정 교수와 김진배 교수 연구팀이 지하철 역사에서 포집한 먼지의 호흡기 노출에 따른 건강 영향을 평가해 실내 공기 질 관리에 필요한 새로운 지표를 제안했다.

연구팀은 서울에서 유동 인구가 가장 많은 지하철역 승강장에 설치된 공기청정기에 포집된 먼지의 성분을 분석했다. 그 결과, 먼지에는 지하철 운행에 사용된 시설과 장비에서 발생하는 다양한 성분이 포함돼 있었다. 특히 철(Fe), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr), 바륨(Ba), 몰리브덴(Mo) 함량이 기존 연구에서 수행한 지하철 환풍기 내 먼지와 비교해 더 많이 검출됐고, 세슘도 소량 검출됐다. 세슘은 유해미생물의 DNA를 파괴하기 위한 장치에 응용되고, 바륨은 브레이크 패드(brake shoes)의 구성 성분이다.

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환경친화적 대중교통인 지하철 운영에서 배출되는 원소, 지하철 역사 내부 공기에 장시간 영향

지하철 시스템은 가공선이나 주변 제3철도 시스템에서 전기를 공급받기 때문에 다른 대중교통 수단에 비해 환경친화적 대중교통으로 알려져 있다. 하지만, 환기 시설의 한계로 지하철 시스템을 운영할 때 사용되는 시설과 장비에서 배출되는 원소는 지하철 역사 내부 공기에 장시간 영향을 줄 것으로 예측된다. 결과적으로 지하철 시스템 운영에 필요한 시설과 장비가 변화되면 지하철 역사 내부 공기 질 관리 기준의 적합성도 재평가해야 함을 의미한다.

연구팀은 지하철역 승강장의 먼지가 호흡기를 통해 노출됐을 때 인체에 미치는 영향을 알아보기 위한 실험도 진행했다. 이 먼지를 마우스의 기관지를 통해 13주간 노출했다. 13주는 인간의 수명으로 환산하면 약 10년에 해당한다. 노출 결과, 폐 내의 대식세포의 총수는 먼지의 농도에 따라 유의하게 증가했다. 또한 혈액 내 면역세포의 조성에도 영향을 미쳤다. 먼지를 탐식한 대식세포와 염증세포가 마우스의 폐혈관 주위에 축적됐고, 이 연구에서 분석된 염증성 사이토카인과 케모카인 중 CXCL-1, TNF-α 및 TGF-β의 농도가 대조군과 비교해 뚜렷하게 증가했다. 폐 세척액에 함유된 세포의 막 위에서 발현된 CCR5 및 CD54의 수준은 먼지에 노출된 후에도 증가한반면, CXCR2 수준은 동일한 샘플에서 감소하는 경향이 있었다.

이는 폐포 내에 상주하는 면역세포와 폐포막을 둘러싼 혈관에서 유입된 면역세포와의 소통에 장애가 생겨 폐포 내 축적된 먼지 제거가 정상적으로 일어나지 못함을 의미한다. 더 나아가, 연구팀이 수행한 병리학적 검경에서는 의미 있는 변화로 분석되진 않았지만, 다크 필드(Dark-Feild) 현미경으로 분석한 결과, 심장 조직을 구성하는 세포의 밀도가 뚜렷하게 감소하였다. 이는 지하철 역사 먼지에 만성적으로 노출되는 경우, 호흡기뿐만 아니라 심 순환계에도 영향을 줄 가능성이 있음을 의미한다.

연구팀은 마우스 폐 내 대식세포를 이용해 먼지를 탐식한 대식세포에서 일어난 세포 내 반응도 관찰했다. 그 결과 대식세포의 리소좀과 미토콘드리아 기능이 감소했고, 세포 사멸이 동반됐으며, NO 생성이 농도에 따라 급격히 증가했다. 먼지에 노출된 세포에서는 자가포식(p62) 및 항산화(SOD-2) 관련 단백질의 발현이 증가했고, 염증 관련 유전자의 발현이 뚜렷하게 상향 조절됐다.

연구팀은 이 결과를 바탕으로 지하철 역사 내 먼지의 호흡기 노출이 폐포 내 대식세포의 기능을 손상해 염증 반응을 유도할 수 있으며, 지하철 승강장 먼지에 결합된 화학성분들이 주요 원인일 것으로 판단했다. 이들 결과를 바탕으로 연구팀은 지하철 먼지와 관련된 건강 위험을 평가할 때 크롬, 철, 몰리브덴, 지르코늄, 바륨의 노출 농도를 신중하게 고려해야 함을 제안했다.

이번 연구는 ‘Subway station dust-induced pulmonary inflammation may be due to the dysfunction of alveolar macrophages: Possible contribution of bound elements’라는 제목의 논문으로 국제학술지 〈Toxicology〉에 온라인 게재됐다.

온라인 중앙일보