이스라엘 미 연구진, '도로 주변 대기 오염(air pollution)' 사람 건강에 심각한 영향 Study finds single exposure to roadway PM induces transient pulmonary stress; possible need to regulate non-tailpipe-related pollution

도로 주변 배기가스 측정 

쥐에 실험결과

배기가스 억제 정책 강화해야 

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

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출처 london24.com

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이스라엘과 미국 연구진이 수행한 새로운 연구는 도로 환경(roadway environment) 인근에서 포집된 입자상 물질로부터 추출된 단일 노출(single exposure)이 쥐의 폐에서 일시적인 산화 스트레스(oxidative stress)와 염증(inflammation)을 유발할 수 있다는 사실을 확인했다. 연구진은 이러한 현상이 도로에서 배출된 배기가스의 일부인 구리, 철, 망간, 바나듐, 니켈 및 크롬 등과 같은 용해 금속(dissolved metals)에 주로 기인한다고 밝혔다. 교통과 관련된 대기 입자상 물질(traffic-associated atmospheric particulate matter, PM2.5)의 흡입은 상당한 건강 위험으로 간주된다. 이 연구에서 연구팀은 폐의 염증(pulmonary inflammatory), 산화 메커니즘과 방어 메커니즘 및 시스템 영향 등을 유발하는 가능한 요인을 규명하기 위하여 주요 유럽 도시의 도로변에서 포집된 PM으로부터 물에 용해되는 추출물에 대한 단일 노출(single response) 즉, 무증상 반응(subclinical response)에 초점을 맞추었다. 증가된 BALF 세포(BALF; broncho-alveolar lavage fluid)와 시토킨(cytokine, IL-6 and TNF-α)의 특성을 나타내는 24시간 염증 반응을 유발하는 수용성 추출물의 기관 내 점적 주입(IT; Intratracheal instillation)은 활성 산소 종 생성을 증가시켰지만, 미미한 지질과 단백질 산화가 쥐의 폐에서 확인됐다. 이러한 국부적인 반응은 주로 48시간 이내에 자발적으로 해결되었으며, 이러한 사실은 일상 수준의 노출에 대한 무증상 반응을 대표할 수 있다고 연구팀은 제안했다. 킬레이트화(chelation)를 통한 용해성 금속의 제거는 폐의 반응(pulmonary response)을 뚜렷하게 감소시켰다. 논문은 ACS의 Environmental Science & Technology 저널에 발표됐다. 인간 건강에 대한 도로 주변 대기 오염(air pollution)의 효과는 주요 도시에서 특히 상당하며, 호흡기 및 심장혈관계 질환은 대기 오염에 대한 지속적이고 반복적인 노출과 주로 관련이 있다.  도로와 관련된 대기 오염을 제한하기 위한 노력에서, 일반적인 규제는 배기관 배기가스를 억제하는데 초점을 맞추고 있다. 다양한 입자상 물질(PM; particulate matter)의 구성 원소 중에서, 일부 금속은 세포 독성의 가능성이 있으며, 기관과 조직의 손상과 상처에 기여할 수 있다. 그러나 자동차 공급원으로부터 배출되는 배기관 배기가스가 이러한 금속의 주요 공급원이 아니기 때문에, 도로 배기가스는 브레이크의 마모, 타이어의 마모 및 지각 성분(crustal element) 등을 함유하는 부유된 도로 먼지와 주로 관련이 있다.  화학종의 불균일성과 다른 도로 오염원은 질병의 발생으로 이어지거나 가장 생물학적인 활성인 특정 구성 원소를 규명하는 데 있어서 주요 도전과제로 대두된다. 이러한 성분을 규명하는 것은 공중위생 영향을 억제하는 적절한 완화 정책에 필수적이다. 이스라엘 네이브의 벤-구리온 대학(Ben-Gurion University of the Negev)과 미국 위스콘신 대학 매디슨 캠퍼스(University of Wisconsin-Madison) 소속의 연구진으로 구성된 연구팀이 수행한 연구는 포집된 도로변 PM으로부터 PM-유래 전이금속(PM-derived transition metals)의 체내에서 진행되는 역할을 규명하는 데 초점을 맞추었다. 연구팀은 2012년 7월 초 런던 중앙에 도로변 모니터링 위치로부터 PM 시료를 포집했다. 금속은 포집된 도로 입자에서 얻은 추출물로부터 킬레이트화되거나, 상호 보완적인 실험에서 물에 녹는 성분을 추출한 추출물에 존재했다. PM-유래 금속의 동일한 농도와 조성을 함유한 물 금속 용액이 폐 감염과 전신 염증 및 산화 스트레스 및 방어 등에 끼치는 효과를 평가하는 데 이용됐다.  연구팀은 도시 환경에서 도로 PM에 대한 일일 노출의 일반적인 수준에 대한 폐의 반응을 모형화하고, 독성을 나타내는 완전히 진행된 질병을 촉진하는 노출 수준 보다는 일시적인 감염/산화성 반응을 유추해 내기 위하여 기관 내 점적 주입에 의한 단일의 낮은 용량 노출을 사용했다.  연구팀은 수용성 추출액이 증가된 기관지 폐포 세척 유체(BALF; broncho-alveolar lavage fluid) 세포와 시토킨(cytokine, IL-6 and TNF-α)과 증가된 반응성 산소 종 생산의 특징을 나타내는 24시간 감염 반응을 유발한다는 것을 확인했다.  이러한 낮은 용량의 보상된 짧게 잔류하는 반응은 도로변에서 유래되는 대기 오염에 대한 일반적인 일상생활 노출에 의하여 호흡기에서 발생하는 연속적인 사건을 설명할 것이다. 재부유된 도로 PM에 함유된 금속은 주로 브레이크와 타이어 마모, 도로 먼지의 재부유 등으로부터 유래한다. 이러한 도로 오염원은 일반적으로 배기가스 제어 조치에 초점이 되지 못한다. 배기가스 제어 조치는 배기관 배기가스를 주로 목표로 한다. 향후 연구는 반복되는 저용량 노출이 실제로 비대상성 생물학적 반응과 대기 오염과 관련된 사망률(mortality)과 유병률(morbidity)을 설명할 수 있는 축적된 손상으로 이어진다. 이러한 사례에서, 규제된 비-배기관과 관련된 오염원은 인간 건강에 대한 교통과 관련된 대기 오염의 영향을 경감시키기 위하여 고려되어야만 한다는 것을 확인할 수 있다. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

Study finds single exposure to roadway PM induces transient pulmonary stress; possible need to regulate non-tailpipe-related pollution

13 July 2015

A study by researchers in Israel and the US has found that single (“sub-clinical”) exposure to extracts from particulate material (PM) collected in a near roadway environment can induce a transient oxidative stress and inflammation in mice’ lungs. The researchers attributed this largely to the dissolved metals (such as Cu, Fe, Mn, V, Ni, and Cr) that are part of roadway emissions.

The local response was largely self-resolved by 48 h, suggesting that it could represent a subclinical response to everyday-level exposure. Removal of soluble metals by chelation markedly diminished the pulmonary response. The paper appears in the ACS journal Environmental Science & Technology.

The effect of near roadway air pollution on human health is especially significant in major cities, and respiratory and cardiovascular diseases are mostly implicated in response to continued/repeated exposure to air pollution. In an effort to limit roadway-related air pollution, the common regulations have focused on reducing tailpipe emissions. Among the various particulate matter (PM) constituents, some metals are potentially cytotoxic and can contribute to organ and tissue damage and injury. Yet, because tailpipe emissions from mobile sources are not major sources of these metals it is expected that their roadway emissions are largely associated with resuspended road dust that contains brake wear, tire wear, and crustal elements.

… The heterogeneity of chemical species and different roadway sources presents a major challenge in identifying specific components that are most biologically active, lead to pathogenesis of disease, or both. Identifying these components is essential for appropriate mitigation policies that could reduce their public health impact.

The study by the team from Weizmann Institute of Science, Ben-Gurion University of the Negev and the University of Wisconsin-Madison focused on identifying the in vivo role PM-derived transition metals from collected roadside PM.

They collected PM samples from a roadside monitoring site in central London in early July 2012. Metals present in water-soluble extracts from collected roadway particles were either chelated from the extracts, or in complementary experiments, a water metal solution containing the same composition and concentrations of the PM-derived metals was used to assess the effect on pulmonary and systemic inflammation and oxidant stress and defense.

They used a single, low-dose exposure by intratracheal instillation (IT) to elicit a transient inflammatory/oxidative response rather than a toxic/full-blown disease-promoting exposure level, to model pulmonary response to common levels of daily exposure to roadway PM in an urban environment.

They found that the aqueous extracts induced a 24 h inflammatory response characterized by increased broncho-alveolar lavage fluid (BALF) cells and cytokines (IL-6 and TNF-α), and increased reactive oxygen species production.

The associated the self-resolving nature of the response with the activation of antioxidant defense mechanisms.

this low-dose, compensated and short-lived response may elucidate the sequence of events that occur in the respiratory system by normal daily life exposure to roadside-derived air pollution. Metals in resuspended roadway PM are largely derived from brake and tire wear and the resuspension of road dust. These roadway sources are typically not a focus of emission controls measures, which are largely targeted at tailpipe emissions.

Future studies should unravel whether repeated low-dose exposure eventually results in decompensated biological response and accumulated damage that could explain air-pollution-associated morbidity and mortality. In such case, regulating non-tailpipe-related pollution sources must be considered to alleviate the impact of traffic-associated air pollution on human health.

KISTI 

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