[연구보고서]

*본 연구보고서는 HEI Communication 17호(Mauderly와 McDonald 2012)에 발표된 내용을 요약한 것으로 전체 보고서와 관련데이터 결과는 http://pubs.healtheffects.org/에서 볼 수 있음
*HEI(건강영향연구소)는 미국 환경보호청(EPA)과 자동차업체의 지원으로 대기오염이 건강에 미치는 영향을 연구하기 위해 1980년에 설립된 비영리 독립연구기관임

미국 HEI 고급공동배출가스연구
-최신 디젤 엔진기술 폐암 발병과 무관-

연구배경
수십 년간 디젤엔진 배기가스가 건강에 끼치는 잠재적 영향이 우려된다는 관점에서, 미국 EPA와 캘리포니아주(州) 대기국(CARB)은 디젤엔진에 엄격한 기준을 채택하여 신기술 디젤엔진 배기가스(NTDE*)이 도입되었다.
새로운 기준에 부합하는 대형디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스의 특성을 규명하고 이러한 배출에 노출되었을 경우 건강에 미치는 부정적인 잠재 영향을 평가하기 위하여 HEI는 총괄연구위원회(Coordinating Research Council)와 배출특성에 관하여 전문성을 가진 비영리조직과 같이 공동으로 다양한 단계의 ACES프로그램을 실시하기 시작하였다

연구개요
배출량의 특성화 및 새로운 고급형 대형엔진시스템과 연료를 평가하기 위하여 건강영향연구소(Health Effects Institute)와 총괄연구위원회((Coordinating Research Council(CRC) 다자간 협력과 노력 끝에 2005년에 기획한 고급공동배출가스연구(ACES)를 개발하였고 이는 3 단계로 구성되어 있다.
신형 디젤엔진 배기가스에 노출된 쥐(rats)의 암 발생여부를 연구한 ACES(Advanced Collaborative Emissions Study)는 저명한 과학자들로 구성된 패널에 의해 평가되어 그 객관성을 높였다.
ACES 3단계는 동물에 대한 노출을 시작하기 이전에 노출환경을 조성하고 노출특성(HEI Communication 17의 3A 단계[Mauderly와 McDonald 2012])을 규정하며 2007년도 기준에 부합하는 조건에서 무작위로 선별한 디젤엔진을 큰쥐(rats)에게는 최대 30개월, 생쥐(mice)에게는 최대 3개월간 노출시킨 뒤 DE노출과 관련된 생물학적 반응을 평가하였다

연구방법
연구원들은 생후 6주된 Wistar 큰쥐(rats) 수컷과 암컷(노출수위에 따라 각각140마리의 수컷과 암컷)을 배기가스의 3단계 목표 노출수위 중 하나인 이산화질소(NO₂) - 4.2(최고), 0.8(중간), 0.1(최저) ppm-에 노출하거나 여과된 공기에 조정하면서 노출시켰다.
노출은 하루에 16시간 동안 주 5일, 대개는 16:00부터 08:00까지 실시하였다. 엔진은 예전 TDE의  장기간 연구를 위하여 사용되었던 엔진이 회전할 때보다 더 강력하게 회전시켜 현대식 엔진의 성능을 발휘하도록 하였다. 이렇게 하여 배출된 가스는 동물 흡입실에 도달하기 전은 물론이고 흡입실 내부에서도 감지되었다. 이렇게 하여 연구원들은 동물들의 존재가 노출환경을 조성하는데 어떤 영향을 미치는지 평가할 수 있었다.   
수컷과 암컷의 큰쥐(rats)그룹은 1개월, 3개월, 12개월, 24개월 동안 노출시킨 뒤 LRRI에서 안락사 처리하였으며 28개월이 지난 수컷과 30개월이 지난 암컷은 도중에 안락사 시켰다. LRRI 연구원들은 시점 별로 분석하기 위하여 혈액과 조직을(노출된 각 그룹에서 성별로 10마리씩) 채취하여 노출된 각 그룹에서 암수 5-10 마리로부터 재취한 혈액과 조직샘플을 ACES 3B단계 연구원에게 보냈다.

서문 표. ACES 프로그램의 3B단계 연구(요약)

연구결과
조직학, 혈청화학, 전신 및 폐 염증, 호흡기능 등 광범위한 영역에 걸쳐100개 이상의 엔드포인트로부터 데이터를 분석하기 위한 적절한 통계적 접근방법을 사용하였다. 연구원들은 NTDE가 일부 생물학적 영향이 발생할 수 있지만 큰쥐(rats)에서 종양이 형성되는 것을 증가시키거나 또는 상당한 양의 독성이 건강에 영향을 미치지 않는다는 즉, 선험적 가설을 확인하였다.
평가된 대부분의 생물학적 엔드포인트에서 수컷 큰쥐(rats)를 최대 28개월, 암컷 큰쥐(rats)를 최대 30개월 동안 노출시켰지만 NTDE와 연관된 변화는 보이지 않았다. 특히, NTDE에 만성적으로 노출시켜도 폐에 종양이 발생되거나 또는 암을 유발시키는 변화가 일어나지 않았고 다른 조직에서는 NTDE와 관련되는 것으로 간주되는 종양도 증가하지 않았다. 일부 가벼운 조직학적 변화는 폐에서 발견되기는 하였지만 이는 암을 유발시키는 병소(lesion)가 아니다. 이에 관해서는 큰쥐(rats)를 TDE에 장기간 노출시킨 뒤 실시한 연구에 이미 기술되어 있다. 오히려 상피 세포 증식, 기관지염, 대식세포의 축적 및 샘방주위의 간질 섬유화와 같은 조직학적 변화는 가스 교환에 관여하는 작은 부위인 중심소포형(centriacinus)에 국한되었다.
전반적인 결과는 NTDE에 만성 노출된 큰쥐(rats)에서 폐 종양을 형성하지 않았고 이전에 중복 실험에서 관찰된 바와 같이 TDE에 만성 노출된 큰쥐(rats)에서 폐 종양과 함께 염증과 그을음의 침전이 관찰된 것과는 현저히 상반된다. NTDE가 폐에 미치는 영향은 오히려 산화제가스 특히 NO₂와 같은 오염물질이나 입자를 여과한 TDE에 장기간 노출 후에 관찰된 변화에 더 밀접하다. NO₂ 이외의 다른 NTDE요인들이 기보고된 영향을 끼쳤을 가능성이 있지만 NTDE의 기타요인들은 낮은 수준으로 밝혀져 주된 원인은 될 수 없는 것으로 보였다.     .
ACES검토패널은 폐와 혈청화학 및 호흡기 기능을 포함한 여러 독성 엔드포인트의 검사는 잠재적인 생물학적 영향을 광범위한 범위로 분석하는데 적절하다고 결론을 지었다. 일부 호흡기 엔드포인트와 관련하여 특히 호흡공기의 흐름이 최고수위의 노출에서 미미하게 감소하는 것이 수컷보다 암컷에서 뚜렷하게 더 많이 관찰되었다. 일산화탄소의 확산능력(DLCO, 폐포 모세가스 교환의 측정)은 NTDE노출에 적은 영향을 미쳤다.
전반적으로 이러한 결과는 2007년도 기준에 부합하는 엔진 NTD의 3가지 농도 중 하나에 하루에 16시간, 주 5일, 30개월 동안 실제상황을 반영하도록 하기 위하여 이전 연구에서 사용한 엔진이 아닌 현대적 엔진을 사용하여 큰쥐(rats)에 노출시켰을 때 노출관련 생물학적 반응이 건이 나타나지 않았다..
TDE에 만성노출된 큰쥐(rats)에게 보인 결과와는 상반되게, 폐에서 종양을 유발하거나 암 별병 전의 증상이 없었고 다른 조직에서는 NTDE에 연관된 것으로 판단된 종양의 증가가 없었다. NTDE에서 관찰된 호흡기에 대한 영향은 제한적이었고 일반적으로 노출 수위를 최고로 했을 때만 일관하게 관찰되는 가벼운 수준의 것이었다. 폐 내의 조직학적 변화는 이전 연구에서 큰쥐(rats)에게 NO₂를 장기간 노출한 뒤 얻은 결과에서 관찰되었던 것과 일치하였다. NO₂성분은 노출환경의 주된 구성요인이며 2010년 기준을 부합하는 엔진에서는 점차 상당히 감소되고 있다