다양한 생체시료를 활용한 국내 임산부와 태아의 과불화화합물 노출수준 및 출생지표와의 연관성 = Exposure Levels of Per-and Polyfluoroalkyl Substances and Associations with Birth Outcomes in Korean Pregnant Women and Fetuses Using Various Biological samples

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Pregnant women and fetuses are considered representative vulnerable populations in the field of environmental health and are regarded as potential high-risk groups for adverse health effects associated with exposure to per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS). Exposure to PFAS during pregnancy may adversely affect fetal development, including endocrine disruption, low birth weight, and preterm birth, and previous studies have reported that PFAS can cross the placenta, resulting in direct fetal exposure. Notably, fetuses are known to exhibit relatively high sensitivity even to low-level PFAS exposure, raising environmental health concerns regarding potential intergenerational health effects. The physicochemical properties of PFAS, including chemical structure, carbon chain length, and protein-binding affinity, influence their distribution and elimination in the human body, leading to differences in concentrations and placental transfer rates across biological matrices. Accordingly, this study aimed to analyze 33 PFAS in serum, plasma, urine, and cord serum samples from Korean singleton pregnant women to evaluate exposure levels and transplacental transfer ratios, and to investigate associations between PFAS exposure and various maternal and fetal characteristics.
This study included 151 singleton pregnant women from the Ideal Breast Milk (IBM) birth cohort recruited at Seoul National University Hospital, for whom matched serum, plasma, urine, and cord serum samples were available. Serum, plasma, and cord serum samples were pretreated using solid-phase extraction, urine samples were processed using liquid–liquid extraction, and all samples were quantitatively analyzed using high-performance liquid chromatography–tandem mass spectrometry (HPLC–MS/MS).
Analysis of 33 PFAS showed that long-chain PFCAs (PFOA, PFNA, PFDA, PFUnDA, PFTrDA), PFSAs (Br-PFHxS, L-PFHxS, Br-PFOS, L-PFOS), a precursor compound (6:2 diPAP), and an alternative compound (9Cl-PF3ONS) exhibited consistently high detection frequencies in serum, plasma, and cord serum. In contrast, urine samples showed detection frequencies exceeding 70% for short-chain PFCAs (PFBA, PFPeA, PFHxA), PFSAs (Br-PFHxS, L-PFHxS), and an alternative compound (ADONA). The transplacental transfer ratio (TPT) decreased with increasing carbon chain length from PFBA through PFDA, followed by an increase for PFUnDA, PFTrDA, and PFTeDA, forming a U-shaped pattern, suggesting the potential for PFAS to cross the placenta and result in fetal exposure.
Analyses of associations between PFAS exposure levels and maternal and fetal characteristics indicated that PFTrDA concentrations in blood samples were higher among pregnant women with pre-pregnancy obesity, while Br-PFHxS and L-PFHxS concentrations were higher among primiparous women. In serum, PFOA and Br-PFOS concentrations were lower among women who experienced preterm birth. In plasma, 9Cl-PF3ONS concentrations were higher among women younger than 35 years, and 6:2 diPAP concentrations were significantly higher among women with a history of infertility treatment. In urine, Br-PFHxS concentrations were higher among women of advanced maternal age, while PFHxA and Br-PFHxS concentrations were significantly higher among primiparous women. In cord serum, 6:2 diPAP concentrations were significantly higher among women who conceived naturally. Regarding fetal growth outcomes, plasma concentrations of 11Cl-PF3OUdS were significantly higher in infants with relatively smaller head circumference at birth. In urine, L-PFHxS concentrations, and in cord serum, concentrations of PFDA, PFUnDA, Br-PFOS, L-PFOS, and 9Cl-PF3ONS were significantly higher in female infants. Sex-stratified analyses showed that serum L-PFOS and cord serum 9Cl-PF3ONS concentrations were significantly higher among female infants with smaller head circumference at birth, while urinary ADONA concentrations were higher among male infants with smaller head circumference.
To accurately characterize PFAS exposure, assessments incorporating multiple biological matrices are required, as physicochemical properties and elimination pathways vary across matrices. By comprehensively evaluating PFAS exposure levels and transplacental transfer characteristics in Korean singleton pregnant women and their fetuses, this study suggests that single-matrix–based assessments may underestimate actual fetal PFAS exposure. Furthermore, analyses of associations between PFAS exposure levels and maternal and fetal characteristics, adjusted for relevant covariates, highlight the necessity of multi-matrix–based PFAS biomonitoring for accurate exposure assessment.

국문 초록 (Abstract)

임산부와 태아는 환경보건 분야에서 대표적인 건강 취약계층으로, 과불화화합물(Per-and polyfluoroalkyl substances, PFAS) 노출에 의한 잠재적 건강 위해 집단으로 간주된다. 임신 중 PFAS 노출은 내분비계 교란, 저체중아 출산, 조산 등 태아 발달에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 선행연구에서 PFAS가 태반을 통과해 태아에 직접적으로 노출될 수 있음이 보고된 바 있다. 특히 태아는 저농도 PFAS 노출에도 상대적으로 높은 민감도를 보이는 것으로 알려져 있어, 태아의 PFAS 노출은 세대 간 건강 영향을 초래할 수 있다는 점에서 환경보건학적 우려가 제기되고 있다. PFAS는 화학 구조, 탄소 사슬 길이 및 단백질 결합률에 따라 체내 분포와 배설 양상이 달라 생체 매질별 농도와 태반 전달률에도 차이가 나타난다. 이에 본 연구에서는 국내 단태아 임산부의 혈청, 혈장, 소변 및 제대혈에서 PFAS 33종을 분석하여 노출수준과 태반 전달 비율을 평가하고, PFAS 노출과 임산부 및 태아의 다양한 변수 간의 연관성을 파악하고자 하였다.
본 연구는 서울대학교병원에서 모집한 Ideal Breast Milk(IBM) 전향적 출산 코호트 중 혈청, 혈장, 소변, 제대혈이 모두 매칭된 단태아 임산부 151명을 대상으로 하였으며, 혈청, 혈장, 제대혈은 고체상 추출법, 소변은 액체-액체 추출법으로 전처리한 후 HPLC-MS/MS로 정량 분석하였다.
PFAS 33종을 분석한 결과, 혈청, 혈장, 제대혈에서 탄소 사슬 길이가 긴 PFCAs(PFOA, PFNA, PFDA, PFUnDA, PFTrDA)와 PFSAs(Br-PFHxS, L-PFHxS, Br-PFOS, L-PFOS), 전구체(6:2diPAP) 및 대체물질(9Cl-PF3ONS)이 공통적으로 높은 검출률을 보였다. 반면, 소변에서는 짧은 사슬 PFCAs(PFBA, PFPeA, PFHxA)와 PFSAs(Br-PFHxS, L-PFHxS), 대체물질(ADONA)이 70% 이상의 검출률을 나타냈다. 태반전달비율(transplacental transfer, TPT)은 탄소 사슬 길이가 증가함에 따라 PFBA, PFPeA, PFOA, PFNA, PFDA에서 감소한 후 PFUnDA, PFTrDA, PFTeDA에서 다시 증가하는 U자형 패턴을 보였으며, 이를 통해 PFAS가 태반을 통과해 태아에 노출될 가능성을 확인하였다.
PFAS 노출수준과 임산부와 태아의 다양한 변수 간 연관성을 분석한 결과, 혈액 시료에서는 임신 전 비만인 임산부에서 PFTrDA가 상대적으로 높았고, 초산부에서는 Br-PFHxS와 L-PFHxS가 높게 나타났다. 혈청에서는 PFOA와 Br-PFOS가 조산한 임산부에서 낮았고, 혈장에서는 35세 미만 임산부에서 9Cl-PF3ONS 농도가 높았고, 불임 시술 경험이 있는 임산부에서 6:2diPAP 농도가 유의하게 높았다. 또한 소변에서는 노산 임산부에서 Br-PFHxS가 높았고, 초산부에서 PFHxA와 Br-PFHxS가 유의하게 높았다. 제대혈에서는 자연 임신을 한 임산부에서 6:2diPAP 농도가 유의하게 높게 나타났다. PFAS 노출수준과 태아성장지표 간 연관성을 분석한 결과, 혈장에서는 11Cl-PF3OUdS가 출생머리둘레가 상대적으로 낮은 군에서 유의하게 높았다. 소변에서는 L-PFHxS가, 제대혈에서는 PFDA, PFUnDA, Br-PFOS, L-PFOS, 9Cl-PF3ONS가 여아에서 유의하게 높았다. 신생아 성별로 층화 분석한 결과, 혈청의 L-PFOS와 제대혈의 9Cl-PF3ONS는 여아에서 출생머리둘레가 낮은 군에서 유의하게 높은 농도를 보였고, 소변의 ADONA는 남아의 출생머리둘레가 낮은 군에서 높은 농도를 나타냈다.
PFAS 노출을 이해하기 위해서, 화학적 특성과 배출 경로가 매질별로 다르기 때문에, 다양한 매질을 고려한 평가가 필요하다. 본 연구는 국내 단태아 임산부와 태아의 PFAS 노출수준과 태반 전달 특성을 종합적으로 평가하여, 단일 매질 기반 평가는 태아의 실제 PFAS 노출을 과소평가할 수 있음을 제시하였다. 또한, PFAS 노출수준과 다양한 공변량을 보정한 임산부와 태아의 변수 간 연관성 분석을 통해 정확한 PFAS 노출 평가를 위한 다중 매질 기반 PFAS 바이오모니터링의 필요성을 강조한다.

목차 (Table of Contents)

• 국문요지 = i
• 차례 = iv
• 표차례 = vii
• 그림차례 = viii
• Ⅰ. 서론 = 9
• 1.1 PFAS의 특성 = 9
• 1.2 PFAS의 독성 및 연구 현황 = 11
• 1.3 국내외 PFAS 규제현황 = 16
• 1.4 연구의 필요성 및 목적 = 18
• Ⅱ. 연구 방법 = 20
• 2.1 재료 및 방법 = 20
• 2.1.1 분석 대상물질 = 20
• 2.1.2 시약 및 기구 = 23
• 2.2 연구대상자 및 시료수집 = 25
• 2.3 용액의 제조 = 26
• 2.3.1 표준용액과 내부표준용액의 제조 = 26
• 2.3.2 인공 소변의 제조 = 26
• 2.4 전처리 방법 = 27
• 2.4.1 혈청, 혈장, 제대혈의 전처리 = 27
• 2.4.1 소변의 전처리 = 28
• 2.5 기기분석 = 30
• 2.6 분석법 유효성 평가 = 34
• 2.6.1 선택성 = 34
• 2.6.2 직선성 = 34
• 2.6.3 정확도 및 정밀도 = 35
• 2.6.4 검출한계 및 정량한계 = 36
• 2.7 통계분석 = 37
• Ⅲ. 결과 및 고찰 = 39
• 3.1 연구대상자 인구학적 특성 = 39
• 3.2 분석법 유효성 평가 = 41
• 3.2.1 선택성 = 41
• 3.2.2 직선성 = 41
• 3.2.3 정확도 및 정밀도 = 44
• 3.2.4 검출한계 및 정량한계 = 51
• 3.3 임산부와 태아의 PFAS 노출수준 및 상관관계 = 53
• 3.3.1 임산부의 혈장, 혈청, 소변 = 53
• 3.3.2 제대혈 = 59
• 3.3.3 물질별 상관관계 = 63
• 3.4 매질별 농도 비교와 매질 간 상관관계 = 67
• 3.4.1 임산부의 혈청, 혈장 비교 = 67
• 3.4.2 임산부의 혈청, 혈장, 소변의 상관관계 = 69
• 3.4.3 제대혈과 임산부의 혈청, 혈장, 소변의 상관관계 = 72
• 3.5 태반전달비율(transplacental transfer, TPT) = 76
• 3.6 PFAS 노출수준과 변수 간 연관성 = 80
• 3.6.1 PFAS 노출수준과 임산부의 특성 = 80
• 3.6.2 PFAS 노출수준과 태아성장지표 = 86
• Ⅳ. 결론 = 93
• 참고문헌 = 95
• ABSTRACT = 101