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ISSN : 1229-1153(Print)
ISSN : 2465-9223(Online)
Journal of Food Hygiene and Safety Vol.35 No.6 pp.587-601
DOI : https://doi.org/10.13103/JFHS.2020.35.6.587

Estimation of Multi-Route Exposure and Aggregated Risk Assessment for Cadmium and Lead

Changwoo Yu1, Hoonjeong Kwon1,2*
1Department of Food and Nutrition, Seoul National University, Seoul, Korea
2Research Institute of Human Ecology, Seoul National University, Seoul, Korea
*Correspondence to: Hoonjeong Kwon, Department of Food and Nutrition, Seoul National University, 1 Gwanak-ro, Gwanak-gu, Seoul 08826, Korea Tel: +82-2-880-6835, Fax: +82-2-884-0305 E-mail: hjkwon@snu.ac.kr
December 23, 2019 February 4, 2020 November 23, 2020

Abstract


Exposure to hazardous substances occurs through multiple pathways. Aggregated risk assessment, which includes all potential exposure pathways to a single toxicant, is necessary to prevent exposure to harmful substances. We aimed to estimate cadmium and lead exposure through various media, such as food, water, air, smoking, cosmetics, and female hygiene products. This study covered 10,733 subjects from the Seventh Korea National Health and Nutrition Examination Survey(2016, 2017). Dietary exposure was estimated using 24-hour recall data. For water and inhalational exposure, regional variations were considered. Water was classified as tap, bottled, and public water. Inhalational exposure was estimated using the ‘2014 Time Use Survey’ based on daily lifestyle and social status. The frequency and volume of cosmetic usage were randomly approximated by sex and age. Post-menarcheal and premenopausal women were assumed to use feminine hygiene products. Non-carcinogenic aggregated risks were estimated using the Aggregate Risk Index from EPAs and the Total Exposure Hazard Index from Korean government guidelines. For carcinogenic risk assessment, excessive cancer risk was estimated. Ingestion, especially food, was the major route for both cadmium and lead exposure. Smoking was also associated with high cadmium exposure. Exposure to lead from cosmetics was remarkable but not critical. In aggregate risk assessments, median cadmium and lead exposure did not exceed the reference value. Sex, age, smoking status, and income affected exposure levels, unlike to regional variations.



카드뮴과 납의 다경로 노출량 추정 및 통합 위해성 평가

유 창우1, 권 훈정1,2*
1서울대학교 식품영양학과
2서울대학교 생활과학연구소

초록


국내외적으로 유해물질의 통합 노출에 대한 관심은 높 아지고 있다. 이러한 흐름에 따라 다양한 경로를 통해 노 출될 수 있는 중금속에 대한 통합 노출 연구가 필요하다. 카드뮴과 납은 각각 신장 독성과 인지 장애 등 다양한 독 성을 나타낼 수 있으며 또한 발암 물질로 알려져있다. 따 라서 본 연구에서는 카드뮴과 납의 노출량 추정 및 통합 위해성 평가를 진행하였다. 2016, 2017년의 7기 국민건강 영양조사에 참여한 10,733명의 식품, 물, 흡연과 간접흡연, 호흡, 화장품, 여성용 위생용품을 통한 중금속 노출 추정 량을 계산하였다. 결과적으로 카드뮴과 납 모두 식품을 통 한 노출이 제일 높게 나타났다. 이외에도 흡연은 카드뮴 의 주요한 노출원이었으며, 납은 화장품을 통해 높은 농 도로 노출되었다. 통합 위해평가에서도 식품이 가장 큰 영 향을 미쳤다. 지역적 특성의 차이는 노출 추정량의 차이 를 보이지 못하였으나, 연령 별, 성별 간 노출 추정량은 큰 차이를 보였다. 특히, 월경 중인 성인 여성의 경우 카 드뮴, 월경 중이지 않은 여성은 납의 노출 추정량이 더 높 으며 신체 대사를 고려하였을 때, 그 위험성이 더 클 수 있음을 암시하였다. 결론적으로 노출량 추정 및 통합 위 해평가 모두 식품이 주요 노출원이었다. 다만, 잠재적 위 험을 방지하기 위해 다른 경로에 대한 노출량 추정 및 위 해평가가 요구된다.



    Ministry of Food and Drug Safety(MFDS)
    18182MFDS511

    유해물질은 음식이나 물과 같이 경구를 통해 섭취되거 나, 호흡 및 피부를 통해 흡수되는 등 그 유입 경로가 매 우 다양하므로, 다경로(multi-media) 노출 혹은 통합 (Aggregated) 노출의 범주로 국내외에서 지속적으로 연구 되어왔다. 그 중 카드뮴과 납은 비의도적 오염물질로써 일 상 중 흔하게 검출될 수 있다. 카드뮴과 납의 주요 노출 경로는 식품으로 알려져 있으며1,2), 물과 호흡을 통한 공 기 또한 주요한 노출 경로이다3,4). 특히 흡연 시 높은 농 도의 카드뮴에 노출될 수 있으며5) 화장품에 포함된 납이 피부를 통해 흡수되어 혈 중 납 농도를 높일 수 있다는 연구 결과도 발표되었다6). 국제암연구기관(International Agency for Research on Cancer, IARC)은 폐암, 신장암과 전립선암 발생에 영향을 미친다는 점을 근거로 카드뮴을 ‘carcinogenic to human’인 1급 발암물질로 분류하였다7). 카드뮴은 발암성 외에도 주로 신장에 축적되어 요단백증 등의 신장독성을 나타낸다1). 또한 무기 납의 경우, IARC 는 유전독성을 근거로 ‘possibly carcinogenic to humans’ 인 2B 등급으로 분류하였다8). 여러 노출 경로를 통해 흡 수된 납은 혈 중 납 농도를 높이며, 이는 신경, 인지 장애 등의 독성을 나타내는 것으로 알려져있다9).

    카드뮴과 납의 단일 경로 노출 연구는 쉽게 찾아볼 수 있으나, 다경로 노출 연구는 제한적으로 이루어졌다. 미국 의 국민환경노출조사(National human exposure assessment survey, NHEXAS)를 바탕으로 Clayton 등10)은 경로 별 납 등 유해물질의 농도를 보고하였으며, 혈액, 소변 등의 생 체지표와의 상관관계를 분석하였으나, 대상자 개개인의 노 출량을 계산하지 않았다. Eleonora 등11)는 폴란드 내 카드 뮴, 납 등의 중금속으로 오염된 광산 주변 환경에 대해 흡 기 및 경구 노출에 대한 위해평가를 실시하였다. 다만, 식 품, 지하수 등을 고려하지 않고 토양 중 중금속 농도만을 이용하여 위해평가를 실시하였으며, 전체 인구에 대한 평 가는 이루어지지 않았다. 국내의 경우 Jeong 등12)은 유해 물질 25종의 관리 우선순위를 제시하였으나 실제 노출량 및 위해평가는 이루어지지 않았다. Kwon13)은 식품, 한약, 건강기능식품 등을 통한 납과 카드뮴의 경구 노출량을 계 산하였으나 흡기, 경피 노출 등과 같은 다른 노출 경로는 고려하지 않았다. Oh 등14)은 식품, 공기, 물에 대한 모니 터링 자료를 실측하여 노출량 평가를 실시하였다. 다경로 노출에 대해 개인의 생활 환경 자료를 실측하여 노출량을 계산하고, 식품의 전체 기여율을 고려하였으나 표본 수가 적고 위해평가로 이어지지 못하였다.

    이러한 제한점을 바탕으로 본 연구에서는 대한민국 국 민 개개인에 대한 경로 별 노출 추정량을 개략적으로 구 하고, 위해평가를 수행하고자 하였다. 2016-2017년 제7기 국민건강영양조사 자료를 이용하여 식품, 물, 호흡, 담배, 화장품, 여성용 위생용품을 통한 카드뮴과 납의 노출 추 정량을 구하였다. 노출 경로 별 카드뮴, 납의 농도는 ‘식 품 중 중금속 안전관리 연구’15) 등 과 같이 기존에 발표된 논문, 국가 보고서, 데이터 베이스 등을 참고하였다. 이 후 2016, 2017년 국민건강영양조사16)를 바탕으로 개인 별 노 출 시나리오를 구성한 후, 통합 노출 추정량을 구하여 주 요 노출원을 확인하였다. 또한 통합 위해평가를 실시하여 다경로 노출의 위해 수준을 확인하였다. 마지막으로 대상 자를 특성에 따라 집단 간 노출 추정량의 차이점, 혹은 특 이사항이 존재하는지 확인하고자 하였다.

    Materials and Methods

    노출량 추정 대상자 선정

    노출량 추정을 위해 2016, 2017년의 7기 국민건강영양 조사16)에 참여한 12세 이상을 대상으로 하였으며. 나이, 직업을 바탕으로 9개 그룹으로 분류하였다. 초, 중, 고등 학생의 경우 재학 여부를 기준으로 분류하였으며 현재 대 학에 재학 중인 인원은 취업 여부와 관계없이 대학생으로 분류하였다. 20세 이상의 학생이 아니며, 직장이 없는 인 원은 자택근무로 분류하였으며, 그 중 65세 이상은 노년 으로 따로 구분하였다. 직장인의 경우, 표준직업분류코드 에 따라 실내, 실외, 실내외 노동자로 구분하였다. 이 외 에도 성별, 체중, 월경 여부, 직업, 거주 지역, 흡연 여부 와 간접 흡연 노출 상태17) 등의 자료와 식품 24시간 회상 자료를 수집, 분석하여 최종적으로 10,733명에 대해 경로 별 노출량 추정 및 통합 위해평가를 실시하였다.

    농도 자료 수집

    본 연구에서는 기 보고된 다양한 논문과 보고서의 평균 농도 자료를 인용하여 노출량을 추정하였다. 조사대상 시 료의 60% 이상이 불검출일 때 농도를 0으로 계산하는 것 은 노출 추정량을 과소평가할 우려가 있다18). 따라서 불검 출에 각각 0과 검출 한계의 1/2값을 적용하여 노출 추정 량을 구하였으며, 각각의 경우를 하한값(Lower bound, LB) 과, 상한값(Upper bound, UB)으로 나타내었다.

    식품

    식품군 별 카드뮴, 납의 농도는 2016년 보고된 ‘식품 중 중금속 안전관리 연구’의 연구결과15)를 인용하였다. 568종 의 농, 수, 축산물과 가공식품의 평균 중금속 농도를 24시 간 회상 자료의 3차 식품코드와 매칭하여 식품 중 노출 추정량을 구하였다.

    환경부는 먹는 물에 대해 수돗물, 먹는 샘물, 먹는 염지 하수, 먹는 해양 심층수로 분류하여 규제하고 있다19). 이 를 바탕으로 본 연구에서는 먹는 물의 중금속 농도 자료 를 수돗물, 생수, 그리고 지하수, 약수 등의 먹는 물 공동 시설의 3 종류로 구분하였다. 각 농도 자료는 시도와 조 사 년도에 따라 수집하였다.

    수돗물의 카드뮴, 납 농도 자료는 시도별로 매년 발간 되는 수돗물 품질보고서를 참고하였다20-43). 세종, 제주시 를 포함한 8개의 광역, 특별시와 각 도 별 인구 상위 2개 도시의 카드뮴, 납 농도 평균값을 사용하였다. 생수의 카 드뮴, 납 농도자료는 국립환경과학원에서 발표한 2017년 먹는 샘물 검사 결과를 참조하였다44). 다만, 2017년 자료 만 공개되었고, 그 결과는 모두 불검출이었으므로, 2016년 생수내의 카드뮴, 납 농도 또한 불검출로 가정하였다. 먹 는 물 공동시설에는 약수와 음용 가능한 지하수를 포함하 였다45-47).

    공기 및 담배

    실외와 실내의 공기 중 카드뮴 및 납 농도를 각각 고려 하였다. 실외의 경우, 물과 동일하게 지역별로 농도를 적 용하였다. 매년 발간되는 대기환경연보48-49)를 참고하여 각 시도의 연평균을 사용하였다. 다만, 세종시와 제주시의 카 드뮴, 납 농도는 측정되지 않아, 가장 가까운 지역인 대전 시와 전라남도의 검출 결과를 적용하였다. 실내의 카드뮴, 납 농도 자료는 ‘산모와 영유아의 환경유해인자 노출 및 건강 영향 연구’50)에서 발표된 값을 사용하였다. 실내와 실외가 명확히 구분되지 않은 경우 실외, 실내의 평균값 을 사용하였다.

    2017년에 발표된 식약처 보도자료에서 주류연 중 카드 뮴과 납은 모두 정량 한계 이하로 검출되었다. 따라서 주 류연 시험법에 기재된 정량 한계의 1/2를 카드뮴, 납의 농 도로 사용하였다51,52). 또한 부류연 중 카드뮴, 납의 농도는 2013년 식품의약품안전처 연구 보고서의 결과를 참고하였 다53).

    화장품 및 여성 위생용품

    화장품의 카드뮴, 납 농도는 2018년 연구 보고서인 ‘유 통화장품 안전관리 연구’와 ‘화장품 위해평가 가이드라인’ 을 참조하였다54,55). 눈 화장용 메이크업 제품, 색조 화장용 메이크업 제품, 사용 후 씻어내지 않는 두발 및 기초 화 장용 제품, 인체 세정용 제품, 사용 후 씻어내는 인체 세 정 및 두발용 제품, 손발톱용 제품 등 총 7가지 제품군의 평균 함량을 적용하였다. 여성용 위생용품 내 카드뮴, 납 의 농도는 물에 용출되는 중금속의 농도를 적용하였다56).

    노출 시나리오

    각 대상자 p에 대해 경로에 대한 노출량을 추정하였다. 앞서 언급한 바와 같이 물과 호흡은 거주 지역 r을 고려 하여 지역에 해당하는 중금속 농도를 적용하였다. 추정된 노출 추정량은 체중(bwp)으로 나누어 표기하였다.

    식품

    식품을 통한 노출 추정량(Efp)은 국민건강영양조사 24시 간 회상자료의 식품섭취량과 식품 코드 별 농도를 매칭하 여 구하였다(Equation 1). 육수와 같이 물을 사용하는 식 품은 그 무게를 보정하였으며(αi), 영양제나 건강보조식품 은 추정에서 제외하였다.

    E fp = i ( FC i × FI i × α i bw p )
    (1)

    • Efp: 식품을 통한 카드뮴, 납 노출 추정량(μg/kg bw/day)

    • FCi: 식품 i의 카드뮴, 납 농도(μg/g)

    • FIi: 대상자 p의 식품 i 섭취량(g)

    • bwp: 대상자 p의 체중(kg)

    • αi: 육수 무게 보정 계수

    물을 통한 노출 추정량(Ewp)은 마신 물과 조리 시 사용 된 물로 구분하였다. 마신 물(WId)의 양은 컵 단위로 조 사된 국민건강영양조사의 결과를 이용하였다. 조리 시 사 용된 물(WIf)의 양은 24시간 회상 자료 내 음식 섭취량에 서 재료 무게를 제외한 무게가 조리 시 사용한 물의 양이 며 1 g의 물은 1 mL와 동일하다고 가정하였다. 섭취 패턴 은 앞서 언급한 수돗물, 생수, 먹는 물 공동시설의 세 가 지 섭취 집단으로 나누어 고려하였다. 2016년에 발표된 설 문조사를 바탕으로57), 전체 대상자의 49.4%가 수돗물을, 47.4%가 먹는 샘물을, 3.2%가 먹는 물 공동시설의 물을 섭취한다고 가정하여 각 대상자를 비율에 따라 무작위적 으로 분류하였다. 이 후 지역과 조사 년도에 따른 물의 카 드뮴, 납 농도(WCr)를 적용하였다 (Equation 2).

    E wp = WC r × ( WI d ×200+WI f ) bw p
    (2)

    • Ewp: 물을 통한 카드뮴, 납 노출 추정량(μg/kg bw/day)

    • WCr: 지역 r의 물 중 카드뮴, 납 농도(μg/ml)

    • WId: 마시는 물의 양(cup)

    • WIf: 조리식품을 통해 섭취하는 물의 양(ml)

    • bwp: 대상자 p의 체중(kg)

    호흡 및 흡연

    호흡을 통한 개인의 노출 추정량(Eap)을 고려하기위해, 2014 생활시간조사를 사용하였다58). 성별과 집단별로 수면, 식사, 개인유지, 이동, 가정관리, 가족 돌보기, 여가, 일(학 습)의 8개 행동군 생활 시간을 적용하였다. 수면(Tslp)과 식 사, 개인유지, 가정관리 및 가족 돌보기 활동은 실내 활동 시간(Tin)으로, 여가, 학습은 실내외 활동 시간(Tin/out)으로 분류하였으며, 이동은 실외 활동 시간(Tout)으로 분류하였 다. 일의 경우 직장에 따라 다르게 적용하였다. 각 활동 종류에 따라 수면(ACslp) 및 실내(ACin), 실내외(ACin/out), 실 외(ACout)상황에서의 공기 중 카드뮴, 납 농도를 적용하였다.

    본 연구에서는 호흡률을 휴식(안정), 저강도(IRLI), 중강 도(IRMI), 고강도(IRHI)의 4단계로 나누었다. 수면 시에는 휴식 시의 호흡률을 적용하였으며(IRslp), 실내 활동의 경 우 저강도의 호흡률(IRin)을 적용하였다. 또한 이동, 즉 실 외 활동 시에는 중강도의 호흡률(IRout)을 사용하였다. 개 개인의 활동량 차이를 고려하고자 국민건강영양조사에서 개략적으로 제공하는 고강도(THI), 중강도(TMI), 휴식 시간 (TLI)을 바탕으로 평균적인 호흡률을 계산하였다(IRin/out) (Equation 3, 4).

    담배의 경우 흡연과 간접흡연에 의한 노출을 모두 고려 하였다. 노출 시나리오는 호흡의 노출 시나리오와 동일하 나 공공장소나, 직장에서 간접 흡연에 의한 공기 중 중금 속 농도 변화(ETSk)와 그로 인한 노출을 고려하였다. (Equation 5) 흡연자 가정의 공기 중 카드뮴 농도는 비흡연 자의 경우에 비해 0.0007 μg/m3 높은 것으로 보고되었다59). 따라서 실내외 구분 없이, ETS는 공기 중 카드뮴의 농도 를 0.0007 μg/m3 높이는 것으로 가정하였다. 반면, ETS에 의한 납의 농도 변화는 아직까지 보고된 바 없다. 따라서 ETS는 17%의 주류연과 83%의 부류연으로 구성된다는 연 구 결과60)를 바탕으로 납의 농도 변화를 계산하였다. 따라 서 ETS에 의한 납의 농도 변화는 약 0.0004 μg/m3 로 가 정하였다(Equation 6). 직접 흡연에 의한 노출은 주류연에 포함된 모든 카드뮴, 납에 노출되는 것으로 가정하였으며, 일일 흡연 담배 개비 수를 곱하여 노출 추정량을 구하였다.

    IR in/out = ( T HI ×IR HI ) + ( T MI ×IR MI ) + ( T LI ×IR LI ) T sum
    (3)

    k E ap = ( IR k ×T k ×AC k ) bw p k {slp, in, in/out, out}
    (4)

    k E ssp = ( IR k ×T k ×ETS k ) bw p k {slp, in, in/out, out}
    (5)

    ( Cd ETS =0.0008 ) : 0 .13×Cd MS +0 .87×Cd ss =Pb ETS : 0 .13×Pb MS +0 .87×Pb ss
    (6)

    • IRk: 호흡률(m3/hr)

    • Tk: 활동 시간(hr)

    • Eap: 공기를 통한 카드뮴, 납 노출 추정량(μg/kg·bw/day)

    • Essp: 간접 흡연을 통한 카드뮴, 납 노출 추정량(μg/kg·bw/day)

    • ACk: 공기 중 카드뮴, 납 농도(μg/m3)

    • ETSk: 간접 흡연을 통한 카드뮴, 납 노출 농도(μg/m3)

    • CdETS: 간접 흡연을 통한 카드뮴 농도(μg/m3)

    • CdMS: 주류연 중 카드뮴 농도(μg/m3)

    • CdSS: 부류연 중 카드뮴 농도(μg/m3)

    • PbETS: 간접 흡연을 통한 납 농도(μg/m3)

    • PbMS: 주류연 중 납 농도(μg/m3)

    • PbSS: 부류연 중 납 농도(μg/m3)

    • bwp: 대상자 p의 체중(kg)

    화장품 및 여성 위생용품

    화장품을 통한 전신 노출 추정량(Ecp)은 화장품의 사용 패턴을 바탕으로 계산하였다(Equation 7). 2014년 식품의 약품안전처 보고서61)에서 조사된 67종의 화장품의 사용 비 율과 일일 사용량 및 사용 빈도를 바탕으로 20대 이상의 성인을 화장품군 사용 비율에 따라 사용군과 미사용군, 두 개의 집단으로 무작위적으로 배정하였다. 67종의 화장품 은 앞서 언급한 7개의 제품군으로 나뉘어 사용량과 빈도 를 곱하여 각 제품군의 일일 총 사용량(CUj)을 가정하였 고 이를 제품군의 평균 농도(CCj)와 곱하여 화장품을 통 한 총 노출 추정량을 구하였다. 씻어내는 화장품에는 잔 류계수(βj)로써 0.01을 적용하였다62). 또한 물티슈의 경우, 실 사용량이 제시되어 있지 않았으나, 보수적 접근을 위 해 4.57 g/day의 사용량을 가정하였다55).

    여성 위생용품을 통한 중금속 노출(Ehp) 또한 화장품과 유사한 방식으로 접근하였다. (Equation 8) 식품의약품안 전처 보도자료를 배경으로63), 월경 중인 여성의 88%가 생 리대를, 나머지 12%가 탐폰을 사용하는 것으로 가정하여 무작위적으로 두 집단으로 분류하였다. 평균적으로 한 달 중 7일 동안 일일 7.5개의 여성용 위생용품이 사용되는 것 으로 보고되었다64). 이는 한 달 동안 52.5개를 사용하는 것이며, 한 달을 30일로 가정하여 매일 1.75개를 사용하 는 것으로 일일 노출 추정량을 계산하였다(HUhp). 이 후 물에 용출되는 중금속 농도(HChp)를 적용하였다.

    E cp = j ( CC j ×CU j ×β j bw p )
    (7)

    E hp = HC hp ×HU hp bw p
    (8)

    • Ecp: 화장품을 통한 카드뮴, 납 노출 추정량(μg/kg·bw/day)

    • CCj: 화장품 중 카드뮴, 납 농도(μg/g)

    • CUj: 화장품 j 사용량(g)

    • βj: 화장품 j 잔류 계수

    • Ehp: 여성용 위생용품을 통한 노출 추정량(μg/kg·bw/day)

    • HChp: 여성용 위생용품 중 카드뮴, 납 농도(μg/g)

    • HUhp: 여성용 위생용품 사용량(g)

    • bwp: 대상자 p의 체중(kg)

    통합 위해평가

    통합 위해평가는 UB와 LB에 대해 각각 실시되었다. 비 발암성 통합 위해평가는 미국 환경보호청(Environmental protection agency, EPA)4)의 통합위해지수(Aggregated Risk Index, ARI)(Equation 9, 10)와 국내 식품의약품안전평가원 2)의 총노출위해지수(Total Exposure Hazard Index, TEHI) 를 이용하였다(Equation 11, 12). EPA는 ARI가 1 이하, 식 품의약품안전평가원은 TEHI가 1 이상 인 경우를 위해 우 려가 있는 수준으로 제시하였다. 발암성 통합 위해평가의 경우 노출 경로 별 slope factor를 이용하여 초과발암위해 도를 산정하였다(Equation 13). 식품의약품안전평가원에서 는 초과발암위해도의 총 합이 10-6과 10-4 사이가, 국민 건 강 보호에 적절한 수준이라고 언급하였으므로66), 본 연구 도 동일하게 적용하였다.

    Risk Index (RI) =Margin of Exposure/Uncertainty factor
    (9)

    Aggregated Risk Index =1/ 1 RI 1 + 1 RI 2 +…+ 1 RI n
    (10)

    Hazard Index (HI) = Daily exposure level/Reference dose
    (11)

    Total Exposure Hazard Index = HI 1 + HI 2 + +HI n
    (12)

    Excess Cancer Risk =Daily exposure level×Slope factor
    (13)

    카드뮴의 경구, 흡기 독성값은 미국 환경보건위해성평가 국(Office of environmental health hazard assessment, OEHHA)의 참고노출량(Reference Exposure Level, REL) 인 0.5 μg/kg bw/day, 0.02 μg/m3을 각각 사용하였다67). 경 구와 흡기 REL 모두 장기 노출 시 심각한 단백뇨를 유발 하는 경우에 대한 최대무독성용량(No Observed Adverse Effect Level, NOAEL)을 기준으로 설정되었다. 경피 독성 은 연구가 제한적이나, 유럽화학물질청(European chemicals agency, ECHA)에서는 1 μg/day의 내적용량을 보수적인 위 해평가 지표로써 제시하고 있다68). 따라서 본 연구에서도 경피 노출에 대한 0.3%의 카드뮴 흡수율69)을 적용하여 위 해성 평가를 진행하였다. 카드뮴의 slope factor는 흡기 노 출에 대해서만 설정되어 있으므로, 발암성에 대한 통합 위 해평가를 수행할 수 없었다.

    납의 흡기 노출 독성값은 EPA의 대기환경기준(National Ambient Air Quality Standards, NAAQS)의 lead primary & secondary standard70)값인 0.15 μg/m3를, 경구 노출 독성 값은 BMDL10인 0.63 μg/kg bw/day를 사용하여 위해평가 를 진행하였다71). 경피 독성은 보고된 바가 없었으므로 흡 수율을 고려한 내적 용량으로써 경구 노출 독성값을 사용 하였다72). 경구, 흡기 발암력으로는 OEHHA에서 발표한 경구, 흡기 slope factor를 사용하였다73).

    통계 분석

    통계 분석은 IBM사의 SPSS statistics 25를 이용하였다. 집단 간의 노출 추정량 차이를 확인하기 위해 두 개의 집 단의 경우 Mann-Whitney U 분석을, 세 개 이상의 집단인 경우 Kruskal-Wallis 분산분석을 실시하였다. Bonferroni correction method를 적용하여 쌍체 비교 사후 검정을 실 시하였다. 유의 수준 0.05에서 통계분석을 실시하였다.

    Results and Discussion

    노출량 추정

    노출 추정량은 μg/kg bw/day로 표기하였다(Table 1, 2). 또한 전체 노출 추정량 중 각 노출 경로가 차지하는 백분 율과 그 비율을 표로 나타내었다(Table 3). 카드뮴과 납 모 두 경구를 통한 노출 추정량이 가장 높게 나타났다. 특히 식품의 UB를 적용한 노출 추정량은 물에서의 노출 추정 량에 비해 약 10배였다. 흡기 노출은 담배에 의한 영향이 대부분을 차지하였으며. 화장품을 통한 경피 노출은 특히 납에서 높은 노출 추정량을 보였다.

    식품의 평균 노출 추정량은 카드뮴의 경우 전체 노출 추정량의 83%, 납은 60%를 차지하였다. 식품의약품안전 처에서 발간한 위해평가 보고서에서의 평균 카드뮴 섭취 량은 0.292 μg/kg·bw/day로, 본 연구에서 LB를 적용한 식 품의 평균 노출 추정량인 0.279 μg/kg·bw/day와 유사한 값 을 보였다74). 반면, 본 연구의 납 노출 추정량은 0.337 μg/ kg·bw/day로, 기존에 발표된 0.210 μg/kg·bw/day에 비해 1.5배 이상 높게 나타났다75). 이는 뼈를 이용한 육수에 의 해 기인하였는데, 본 연구에서는 육수를 끓일 때 재료 중 납이 모두 용출된다고 가정하였기 때문이다. 물의 카드뮴 및 납의 농도는 대부분 불검출이며, 따라서 LB와 UB를 각각 적용한 노출 추정량과 백분율이 큰 차이를 보였다. WHO는 일반적으로 물을 통한 카드뮴과 납의 노출이 각 각 2.0, 3.8 μg/day 이하라고 보고하였다3,4). 본 연구 결과 와 비교한 경우, 카드뮴은 이와 비슷한 수준이었으나 납 은 보다 높게 추정되었다.

    호흡을 통한 납 노출 추정량이 카드뮴에 비해 높게 나 타났다. 직접 담배를 피우는 것은 상당히 높은 수준의 중 금속에 노출되며, 간접 흡연의 경우에도 평소보다 높은 수 준의 중금속 농도에 노출될 수 있는 것으로 나타났다. 흡 연은 카드뮴의 주요 노출 경로이나, 간접흡연의 영향에 대 해서는 상반된 의견이 공존한다. 어린이나 호흡기 취약 계 층의 경우 혈 중 카드뮴, 납 농도가 유의적으로 높았다고 보고된 경우가 많았으나77-79), 일부 보고서는 유의미한 상 관 관계를 발견할 수 없었다80).

    카드뮴의 경피 노출 추정량은 거의 무시해도 좋은 수준 인 반면, 납의 노출 추정량은 흡기 노출보다 높은 수준으 로 나타났다. 화장품을 통한 평균 노출 추정량은 카드뮴 과 납 각각 5.12×10-3, 52.89×10-3 μg/kg·bw/day였다. 기존 연구에서 계산된 카드뮴과 납의 전신 노출 추정량은 각각 7.38×10-3, 66.67×10-3 μg/kg·bw/day이다54). 본 연구에서는 개인에 대해 실사용량을 고려하였으므로 기존 연구에 비 해 화장품을 통한 노출 추정량이 더 적게 나타났다. 남성 의 경우 화장품을 사용하는 빈도가 여성에 비해 적으므로, 남성의 화장품 노출 추정량이 기존의 연구에 비해 훨씬 낮게 평가되었다. 여성용 위생용품을 통한 노출은 화장품 에 비해서 훨씬 낮게 추정되었다. 다만, 여성용 위생용품 내 중금속 규제는 이루어지지 않으며, 중금속 노출과 관 련된 연구 또한 확인할 수 없었다.

    국내에서도 여러 경로에 대한 통합 노출량 평가 연구가 수행된 바 있다. 오은하는 서울, 용인, 안산 지역의 사무 직 지원자 30명에 대해 식품과 물, 그리고 실내, 실외에서 의 호흡을 통한 노출 추정량을 구하였다76). 식품, 물, 호흡 을 통해 노출되는 카드뮴은 12.61, 0.001, 0.082 μg/day로 추정하였으며 납은 16.40, 0.002, 5.06 μg/day였다. 본 연 구 결과와 비교해보았을 때, 해당 연구의 식품과 물을 통 한 카드뮴, 납 노출 추정량은 낮게 나타났으나 오히려 호 흡은 더 높게 추정되었다. 각 경로 별 노출이 전체 노출 에서 차지하는 비율은 본 연구 결과와 동일하게 식품에서 가장 높게 나타났는데, 카드뮴이 99.0%, 납이 73.6%를 차 지하였다. 물의 경우 0.1% 정도만이 기여하는 것으로 보 고하였으며 흡연을 고려하지 않은 호흡의 경우 20%정도 기여하는 것으로 보고하였다.

    2012년 식품의약품안전청 보고서82)에서는 납, 카드뮴, 수 은에 대한 노출량 평가를 진행하였다. 식품 외에도 한약 제제, 건강기능식품, 기타 식품 등 경구 섭취에 대한 통합 노출량 평가를 진행하였다. 해당 연구에서 식품을 통한 성 인의 중금속 노출은 카드뮴과 납 각각 0.172, 0.133 μg/kg bw/ day로 본 연구나 다른 연구에 비해 매우 낮은 노출량 을 보였다. 통합 노출량 평가에서는 카드뮴과 납의 경구 노출에 대한 식품의 기여율이 90% 이상으로 나타났다. 결 과적으로 본 연구에서 한약과 건강기능식품은 다루지 않 았으나, 카드뮴과 납의 추정 노출 추정량에 큰 영향은 없 을 것으로 보인다. 다만 이러한 기여율은 한약 및 건강기 능식품은 국민 전체가 아닌, 일부 집단만 섭취하는 데에 서 기인하였으며, 따라서 섭취 집단만의 노출량을 추정함 으로써, 잠재적 위험 요소를 예방하여야 한다.

    통합적 위해평가

    EPA는 ARI가 1 이하일 경우 위해 우려가 있는 수준이 라고 언급하였으며 식품의약품안전처는 TEHI가 1이상일 경우 위해 우려가 있다고 언급하였다.

    카드뮴의 경우, LB, UB 모두 ARI와 TEHI의 중간값이 EPA와 식품의약품안전처의 권고값을 초과하지 않았다. 주 요한 노출원은 경구 노출로 TEHI와 ARI의 중간값은 각 각 2.5 이상, 0.7 이하로(Table 4) 기존의 식품의약품안전 처 보고서74,75) 결과와 비교하였을 때, 큰 차이가 나타나지 않았다. 담배를 포함한 흡기 노출 또한 중간값은 ARI와 TEHI 각각 53.0, 0.015였다. 다만 경구 노출과 흡기 노출 모두 상위 95% 노출군에서는 권고기준을 초과하였으며, 이는 식품과 흡연에서 기인하였다. 경피 노출의 경우 ARI 와 TEHI 모두 기준치보다 낮았다.

    납의 경구 노출에 대한 위해도는 LB, UB를 적용한 상 위 노출군에서도 기준치를 초과하지 않았다75)(Table 4). 납 의 경피 노출 추정량은 카드뮴에 비해 높게 나타났으나, 위해평가에서는 기준치를 초과하지 않았다. 발암력 위해 평가는 어떠한 경우에서도 10-5를 넘지 않아, 식약처에서 제시한 범위 내에 포함되었다.

    2010년 식품의약품안전평가원의 연구보고서는 카드뮴의 식품, 토양, 공기 등의 환경 노출 위해평가를 수행하였다83). 식품을 통한 노출은 본 연구와 동일하게 위해 지수가 1을 넘지 않았다. 또한 해당 연구에서는 흡연을 고려하지 않 아 흡기 노출이 위해 기준을 초과하지 않았다.

    집단 별 노출 추정량 비교

    앞선 통합 노출량 추정과 위해평가를 종합해보면, 카드 뮴은 경구, 흡기 노출이, 납은 경구 노출이 주요 노출원이 었다. 경구 노출은 주로 식품을 통해 이루어졌으며 흡기 노출은 흡연이 높은 비중을 차지하였다. 따라서 각 집단 별 추정 노출 추정량을 비교할 때 경구, 흡기, 경피 노출 외에도 가장 높은 노출 추정량을 보인 상위 10개 식품군 의 기여율을 확인하였다. 집단 별로 UB를 적용한 노출 추 정량의 중간값을 사용하여 분석을 실시하였다.

    집단의 특성 별로 비교하기 앞서 전체 연구 집단에 대 해 식품군 별 노출 추정량을 검토한 결과(Table 5) 카드뮴 은 수산물, 특히 두족류에서 가장 높은 노출 추정량을 보 였다. 그 외에도 해조류, 갑각류, 패류 등의 수산물에서도 높은 노출 추정량을 나타냈으며 곡류 또한 높은 노출 추 정량을 보였다. 납은 축산물, 그 중에서도 소고기, 돼지고 기 부산물에서 높은 노출 추정량을 보였다. 이는 앞서 언 급한 바와 동일하게 육수에서 사용된 뼈에서 기인한 것으 로 추측되며 이외에도 두족류, 엽채류, 인과류 순으로 높 은 노출 추정량을 보였다.

    카드뮴과 납은 공통적으로 농산물과 수산물에서 높은 노 출 추정량을 보였다. 특히, 곡류와 김치류는 카드뮴, 납 농 도가 낮음에도 섭취량이 많아 높은 기여율을 나타냈다. 반 면 두족류와 패류 같은 무척추 해양 생물의 경우는 높은 카드뮴, 납 농도로 높은 노출 추정량을 보였다.

    성별 및 연령에 따른 노출 추정량 비교

    남성과 여성 간의 노출 추정량 비교에서는 모든 경로에 서 통계적으로 유의미한 차이를 보였다(Table 6). 카드뮴 과 납 모두 남성이 더 높은 경구, 흡기 노출을 보였다. 두 족류, 어패류 등 무척추 해양 생물을 통한 카드뮴, 납의 노출이 남성에서 더 높았다. 또한 남성의 체충 및 체중 당 호흡량이 여성보다 많고, 흡연자 비율이 더 높았으므로 더 높은 흡기 노출 추정량을 보였다. 반면 경피 노출은 여성 이 많았는데, 이는 여성 용품의 사용 외에도 화장품 사용 량과 빈도 모두 더 높은 것에서 기인하였다. 남녀 간 카 드뮴과 납 모두 곡류나 김치류 등의 섭취량은 통계적으로 차이를 보이지 않았으나, 두족류, 어패류 등의 무척추 해 양 생물의 섭취량에서 차이를 보였다.

    연령별 경구 노출의 경우, 카드뮴과 납 모두 20대가 다 른 집단에 비해 낮은 노출 추정량을 보였다. 카드뮴과 납 모두에서 10대의 경구, 흡기 노출이 다른 집단에 비해 높 게 추정되었다. 식품군 별 노출 추정량은 10대와 20대가 유사한 경향을 보였으며, 60대와 70대, 30-50대가 비슷하 게 나타났다. 섭취 패턴으로는 10대, 20대는 가공식품을 많이 섭취하였으며, 50-70대는 높은 빈도의 장류, 근채류 섭취를 보였다. 카드뮴의 경우 연령과 상관없이 모두 두 족류, 곡류, 패류를 통해 많은 중금속 노출이 이루어졌다. 곡류를 통해 가장 많이 노출되는 70대를 제외하고는 다른 연령 집단은 모두 두족류에서 가장 많은 카드뮴에 노출되 었다. 납은 모두 공통적으로 소고기 부산물에서 가장 높 은 노출 추정량을 보였다. 축산물 부산물을 통한 노출을 제외하고는 10-40대는 두족류에서, 50-70대는 엽채, 인과 류에서 높은 노출 추정량을 보였다. 경피 노출은 카드뮴 과 납 모두 화장품 노출량 추정을 실시하지 않은 10대를 제외한 모든 연령대에서 통계적으로 유의미한 차이를 보 이지 않았다.

    남녀 모두 비흡연자의 비율이 제일 높았으며, 남성의 48%, 여성의 75%가 비흡연자였다. 남성은 약 30%가 흡 연자인 반면, 여성의 경우는 5%가 채 되지 않았다. 간접 흡연의 영향을 받는 사람들은 두 집단 모두 비슷한 비율 을 보였다. 흡연자 중 남성의 비율이 높은 만큼 흡연 집 단의 경구 노출 추정량은 높게 나타난 반면, 경피 노출 추 정량은 적게 나타났다.

    여성 중, 카드뮴 노출 추정량은 경구, 흡기 노출이 모두 월경을 하는 집단에서 높게 나타났으나, 납의 경우는 월 경을 하지 않는 집단에서 경구, 흡기 노출 모두 더 높은 것으로 분석되었다. 월경 시에는 철의 손실 등의 생체 지 표의 변화를 야기하는데, 체 내의 철이 부족한 경우, 카드 뮴의 흡수가 더 높게 나타나는 것으로 알려져있다84,85). 반 면 납의 경우 오히려 폐경 후 골 흡수 작용으로 골 조직 내 축적되어있던 납이 용출되어 혈 중 납 농도가 증가한 다86). 결론적으로 여성 중 월경을 하는 집단에서의 카드뮴 노출과 월경을 하지 않는 집단에서의 납 노출이 더 높음 과 더불어, 카드뮴과 납이 인체에 미치는 영향은 노출 추 정량 보다 더 심각할 수 있음을 암시한다.

    직업, 소득 특성에 따른 노출 추정량 비교

    경구를 통한 카드뮴, 납 노출 추정량은 소득 수준이 증 가할 수록 증가하였다. 흡기 노출의 경우, 2소득 분위 집 단에서 가장 높게 나타났으며 이후 소득이 증가할수록 감 소하였다(Table 7). 경피 노출은 1소득 분위 집단을 제외 하고는 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않았다. 식품 군 별로 살펴보았을 때, 소득이 증가할수록, 두족류 및 해 조류, 패류의 섭취가 유의미하게 증가한 반면 곡류는 감 소하였다(Fig. 1).

    실내 근무자에서 카드뮴, 납의 경구 노출 추정량이 제 일 높게 나타났다. 이는 흡기 노출은 카드뮴의 경우 실내 외 근무자 집단에서, 납은 실외 근무자 집단에서 가장 높 게 나타났다. 카드뮴과 납의 경피 노출 추정량은 모두 자 택 근무자에서 가장 높은 수치를 보였다. 이는 해당 직업 군에 주부가 포함되어 있으며, 주부의 대부분이 여성인 점 에서 기인하였다. 각 직업 별로 주요 노출 식품군을 검토 하였을 때, 노년층과 실외 근무자 집단에서 곡류와 소고 기 부산물 섭취가 높게 나타났다. 반면, 실내 근무자의 경 우 두족류와 패류의 섭취가 높게 나타났다. 이는 노년층 과 실외 근무자 중 1소득 분위 인원이 많은 반면, 실내 근 무자 중 40% 이상이 4 소득 분위에 해당하는 것에서 기 인하는 것으로 보인다.

    지역적 특성에 따른 노출 추정량 비교

    시도 간 추정된 노출 추정량을 비교하였을 때, 의도적 으로 지역별 카드뮴, 납 농도를 적용한 흡기 노출을 제외 하고 경구, 경피 노출이 통계적으로 유의하지 않게 나타 났다. 납의 경구 노출은 시도 간 통계적으로 유의미한 차 이가 있는 것으로 분석되었으나, 사후검정 결과 통계적으 로 유의미한 차이를 보이는 집단이 나타나지 않았다 (Table 8). 동과 읍면을 비교하였을 때에도, 납의 흡기 노출을 제 외하고는 통계적으로 유의적인 차이는 나타나지 않았다.

    식품군 별로 노출 추정량을 비교하더라도, 지역적으로 특이한 점은 나타나지 않았다. 본 연구 결과와는 다소 다 르게 국내외에서 도시 크기가 커질수록 혈 중 납 농도는 증가하는 것으로 조사되었다80,87). 혈 중 카드뮴 농도는 시 골이나 대도시보다 오히려 중소도시에서 높은 것으로 보 고되었다80).

    Conclusion

    통합 노출량 추정 및 통합 위해평가를 실시한 결과, 카 드뮴과 납의 주요 노출원은 식품이었다. 흡연을 통한 카 드뮴 노출의 경우 노출 추정량은 식품보다 낮았으나, 통 합 위해평가 결과 식품을 통한 노출 수준과 유사한 수준 의 위해도로 나타났다. 화장품을 통한 납의 노출의 경우, 노출 추정량은 흡기 노출에 비해 높았으나 위해도는 1/6 정도로 낮게 나타났다. 본 연구 결과 발암성과 비발암성 독성에 대한 위해도는 모두 안전한 수준으로 나타났으나, 식품 외에도 담배와 같은 다른 노출원으로부터의 영향이 확인되었다. 따라서 예측할 수 없는 국민 건강의 위해를 방지하기위해 본 연구에서 실시한 노출 경로 외에도 장난 감, 한약제제 등 다른 경로를 포함한 통합 노출 추정이 필 요할 것으로 보인다. 특히, 카드뮴, 납은 어린이에게 더 치 명적으로 작용할 수 있으므로 집단 별 노출 추정량 평가 와 이를 위한 개인별 생활, 환경 자료 수집이 요구된다.

    Acknowledgement

    본 연구는 2018년도 식품의약품안전처의 연구개발비 (18182MFDS511)로 수행되었으며 이에 감사드립니다.

    Figure

    JFHS-35-6-587_F1.gif

    Cadmium exposure from food by career and income characteristics.

    Table

    Estimated cadmium exposure levels by each medium

    Estimated lead exposure levels by each medium

    Percentage of estimated exposure levels for each medium

    Aggregated risk assessment of cadmium and lead

    Specific food categories ranking by exposure values

    Estimated median exposure level by sex and age

    Estimated median exposure level by career and income

    Estimated median exposure level by regional characteristics

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