Air Pollution and Respiratory Health in Susceptible Life Stages : Prenatal Exposure, Childhood Lung Function, and Ozone-Associated Mortality in Older Adults = 취약 생애단계의 대기오염과 호흡기 건강: 임신 중 노출, 소아기 폐기능, 노년기 오존 연관 호흡기 사망 연구

국문 초록 (Abstract)

대기오염은 호흡기 건강에 중요한 환경 요인이다. 생애주기 관점에서 태아기 및 생애 초기의 오염물질 노출은 최대로 도달 가능한 폐기능에 영향을 미칠 수 있고, 노년기의 노출은 생리적 예비력 감소와 맞물려 중증 호흡기 건강 결과로 이어질 수 있다. 본 학위논문은 한국인을 대상으로 한 코호트 자료를 활용하여 임신기 (태아기)와 노년기라는 두 취약 시기에서의 대기오염 노출이 호흡기 건강에 미치는 연관성을 평가하였다.
제2장에서는 Environment and Development of Children(EDC) 코호트를 이용하여 임신 중 대기오염물질(PM2.5, PM10, NO2, SO2, O3) 노출과 만 8세 및 10세 시점의 폐활량 검사 지표 간 관련성을 일반화 가법 혼합모형(generalized additive mixed models)으로 분석하였다. 모든 공변량을 포함한 모형에서, 임신 2분기 PM2.5의 10 μg/m3 증가는 8세 및 10세 평균 FEV1 68.5 mL 감소(95% confidence interval [CI], −122.7~−14.2), 평균 FVC 88.2 mL 감소(95% CI, −151.4~−24.9)와 연관되었으며, 임신 3분기 PM2.5 10 μg/m3 증가는 8세 및 10세 평균 FVC 84.7 mL 감소(95% CI, −141.9~−27.5)와 연관이 있었다. 연령별 단면 분석에서는 임신 2분기 및 3분기의 PM2.5는 각각 8세 FVC 99.8 mL 감소 (95% CI, −172.4~−27.2) 및 80.2 mL 감소(95% CI, −144.4~−16.0)와 연관되었으며, 10세에서의 FVC 73.0 mL 감소(95% CI, −141.4~−4.7) 및 84.1 mL 감소(95% CI, −147.8~−20.4)와 연관되어 있었다. FEV1의 경우, 임신 2분기 PM2.5 노출이 8세에서는 79.0 mL 감소(95% CI, −141.9~−16.2)와 연관되었지만 10세에서는 유의하지 않았다. 민감도 분석에서 PM2.5는 FVC와 일관된 경향성을 보인 반면, FEV1에서는 상대적으로 덜 강건하였다. PM2.5 이외의 다른 오염물질(PM10, NO2, SO2, O3)에서는 명확한 연관성이 관찰되지 않았고, 주요 모형에서 PM2.5와 폐기능 사이에 비선형 노출–반응 관계의 근거는 확인되지 않았다.
제3장에서는 국민건강보험공단 자료와 통계청 사망자료를 연계하여 65세 이상 536만 명으로 구성된 후향적 코호트 자료를 바탕으로, 시간 가변 Fine–Gray 경쟁위험 모형을 적용하여 장기 온난기(warm–season) 일 최대 8시간 평균 (MDA8) 오존 노출과 COPD, 천식, 전체 호흡기질환 사망의 연관성을 조사하였다. 장기 오존 노출 1 ppb 증가 당 하위분포위험도(subdistribution hazard ratio, sHR)는 COPD 사망 1.009(95% CI, 1.006–1.012), 천식 사망 1.017(95% CI, 1.011–1.023), 전체 호흡기질환 사망 1.007(95% CI, 1.006–1.008) 이었다. 연구 농도 범위 내에서 농도–반응 관계는 단조(monotonic) 증가하는 양상이었고, 역치(threshold)의 근거는 확인되지 않았다. 두 오염물질 모형에서도 연관성은 대체로 유지되었으나, NO2를 모형에 포함하였을 때에는 COPD 사망에 대한 유의성은 약화되었다.
종합적으로, 임신 중 PM2.5 노출은 소아기 폐기능(특히 FVC) 궤적을 하향 이동시켰고, 노년기 장기 오존 노출은 COPD, 천식과 전체 호흡기질환에 의한 사망 위험을 증가시켰다. 이러한 결과는 임신부와 고령층을 대상으로 한 실효성 있는 위험소통 및 대기오염물질 노출 저감이 필요함을 보여주는 근거를 제공하고, 또한 대기질 개선의 공중보건적 필요성을 강화한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Air pollution is an important environmental determinant of respiratory health throughout life. From a life course perspective, exposures during fetal and early-life periods may influence the peak level of lung function, whereas exposures in later life may contribute to severe respiratory outcomes as physiological reserve declines. This dissertation investigates these associations at two sensitive stages—prenatal development and older adulthood—using Korean population data.
In Chapter 2, the Korean Environment and Development of Children (EDC) birth cohort was used to examine prenatal exposure to ambient air pollutants (PM2.5, PM10, NO2, SO2, and O3) in relation to spirometry measured at ages 8 and 10 years. Generalized additive mixed models using repeated spirometry at ages 8 and 10 years showed that a 10 μg/m3 increase in second-trimester PM2.5 was associated with lower visit-averaged FEV1 (−68.5 mL; 95% confidence interval [CI], −122.7 to −14.2) and visit-averaged FVC (−88.2 mL; 95% CI, −151.4 to −24.9), while third-trimester PM2.5 was associated with lower visit-averaged FVC (−84.7 mL; 95% CI, −141.9 to −27.5). In age-specific cross-sectional analyses, second- and third-trimester PM2.5 exposures were similarly associated with lower FVC at age 8 (−99.8 mL; 95% CI, −172.4 to −27.2; and −80.2 mL; 95% CI, −144.4 to −16.0) and age 10 (−73.0 mL; 95% CI, −141.4 to −4.7; and −84.1 mL; 95% CI, −147.8 to −20.4), respectively. In contrast, second-trimester PM2.5 was inversely associated with FEV1 at age 8 (−79.0 mL; 95% CI, −141.9 to −16.2), but the association was not statistically significant at age 10. Overall, the inverse association with FVC was consistent across sensitivity analyses, whereas the corresponding FEV1 association was less robust. No consistent associations were observed for other pollutants (PM10, NO2, SO2, and O3), and no non-linear exposure–response relationships were detected.
In Chapter 3, a nationwide retrospective cohort of 5.36 million adults aged ≥65 years was established using the National Health Insurance Service database. Time-varying Fine–Gray competing-risk models were used to assess long-term warm–season maximum daily 8-hour average O3 exposure. Each 1-ppb increase in O3 was associated with higher mortality from COPD (subdistribution hazard ratio [sHR] 1.009; 95% CI, 1.006–1.012), asthma (sHR 1.017; 95% CI, 1.011–1.023), and all respiratory diseases (sHR 1.007; 95% CI, 1.006–1.008), with monotonic concentration–response relationships and no apparent threshold.
These findings indicate life-stage differences in vulnerability to air pollution, highlighting the need for effective risk communication and targeted exposure-reduction interventions for pregnant individuals and older adults and reinforcing the public health rationale for sustained improvements in air quality.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• List of tables v
• List of figures vii
• List of supplementary tables viii
• Chapter 1. Introduction 1
• 1.1. Rationale: Air pollution and respiratory health 1
• 1.2. Lung function trajectories and critical windows across the life course 2
• 1.3. Review of prior evidence I: Effects of prenatal and early-life exposures on childhood lung function 4
• 1.4. Review of prior evidence II: Long-term exposure in adulthood and older age—lung function decline and respiratory mortality 9
• 1.5. Study objectives 14
• Chapter 2. Impact of prenatal air pollution exposure on childhood lung function: a prospective birth cohort study 15
• 2.1. Background 15
• 2.2. Materials and methods 17
• 2.3. Results 25
• 2.4. Discussion 49
• 2.5. Conclusion 55
• Chapter 3. Long-term ozone exposure, COPD, asthma, and respiratory mortality in South Korea: a nationwide retrospective cohort study 56
• 3.1. Background 56
• 3.2. Materials and methods 58
• 3.3. Results 63
• 3.4. Discussion 79
• 3.5. Conclusion 86
• Chapter 4. Implications and future research 87
• 4.1 Integrated significance in a life course perspective 87
• 4.2. Policy implications 88
• 4.3. Future research 91
• Research ethics 92
• References 93
• 국문 초록 104
• Supplementary tables 106