Association Between Indoor Environmental Factors and Biomarkers Related to Residential VOCs Exposure Based on the Korea National Health and Nutrition Examination Survey (KNHANES) = 국민건강영양조사 기반 주거환경 VOCs 농도에 영향을 미치는 실내환경요인 및 생체지표 간 연관성 분석

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Introduction: Volatile organic compounds (VOCs) are organic chemicals that easily evaporate at room temperature, potentially leading to various health problems. In South Korea, people spend over 80% of their daily time indoors, mostly at home. Due to various indoor sources such as building materials, furniture, and household products, indoor VOCs concentrations are generally two to five times higher than outdoor levels. This study aimed to identify indoor environmental factors influencing residential VOCs levels, as well as to determine whether residential VOCs concentrations reflect internal exposure by examining the relationship between VOCs levels and urinary VOCs metabolites.
Methods: Data were obtained from the Home Indoor Air Quality and Environmental Hazardous Substances Biomonitoring Survey of the 8th Korea National Health and Nutrition Examination Survey (2020–2021). VOCs concentrations from 1,182 households and urinary VOCs metabolite concentrations from 1,858 individuals were analyzed. The target VOCs included benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, and styrene, while the urinary metabolites measured were S-phenylmercapturic acid (SPMA), benzylmercapturic acid (BMA), phenylglyoxylic acid (PGA), methylhippuric acids (2MHA and 3,4MHA), and mandelic acid (MA). Using questionnaire data, indoor environmental factors influencing VOCs levels were identified through multivariate linear regression analysis. Pearson correlation analysis was performed to evaluate the relationships between residential VOCs concentrations and urinary metabolites.
Result:
Multivariate regression analysis identified indoor CO2, seasons, residence duration, house size, and housing type as factors associated with residential VOCs concentrations. Higher indoor CO2 levels and larger house size were associated with increased VOCs concentrations, whereas longer residence duration was associated with lower levels. Correlation analysis between residential VOCs concentrations and urinary metabolites showed statistically significant but weak correlations for benzene–SPMA (r = –0.11), toluene–BMA (r = –0.07), xylene–2MHA (r = 0.22), and xylene–3,4MHA (r = 0.24).
Conclusion:
Using nationally representative data, residential VOCs concentrations, influencing factors, and associations with urinary metabolites were characterized. These findings provide a scientific basis for improving indoor air quality and reducing residential VOCs exposure.

국문 초록 (Abstract)

배경: 휘발성유기화합물(VOCs)은 실내 공기 중에서 쉽게 증발하는 유기화합물로, 인체에 다양한 건강영향을 유발할 수 있다. 한국인은 하루 생활시간의 약 80% 이상을 실내에서, 그중 대부분을 가정 내에서 보낸다(국립환경과학원, 2019). 건축자재, 가구, 생활용품 등 다양한 오염원으로 인해 실내 VOCs 농도는 실외보다 2~5배 높게 나타난다 (EPA, 2025). 이에 본 연구는 주거 공간에서 VOCs 농도에 영향을 미치는 실내환경요인을 파악하고, 더 나아가 주거 환경의 VOCs 농도가 체내 노출을 반영하는지 확인하기 위해 VOCs 농도와 요 중 대사체 간의 관계를 평가하였다.
연구 방법: 본 연구는 제8기(2020–2021) 국민건강영양조사 중 ‘가정 실내공기질 및 환경유해물질 생체지표 조사’ 자료를 활용하였다. 전국 1,182가구의 실내 VOCs 농도와 1,858명의 요 중 대사체 농도를 분석하였다. 측정 대상 VOCs는 benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, styrene이며, 요 중 대사체로는 S-phenylmercapturic acid (SPMA), benzylmercapturic acid (BMA), phenylglyoxylic acid (PGA), methylhippuric acids (2MHA, 3,4MHA), mandelic acid (MA)를 활용하였다. 설문조사 결과를 바탕으로 실내 VOCs 농도에 영향을 미치는 실내환경요인을 다변량 회귀분석을 통해 평가하였다. 또한, 실내 VOCs 농도와 요 중 대사체 간의 상관성을 평가하기 위해 Pearson 상관분석을 실시하였다.
결과: 다변량회귀 분석 결과, 실내 이산화탄소 농도, 계절, 거주기간, 전용 면적이 주요 영향 요인으로 확인되었다. VOCs 농도와 요 중 대사체 간 상관분석 결과, benzene–SPMA(r=-0.11), toluene–BMA(r=-0.07), xylene–2MHA(r=0.22), xylene–3,4MHA(r=0.24)에서 통계적으로 유의한 상관관계가 관찰되었으나, 두 변수 간의 관계는 전반적으로 약한 것으로 판단되었다.
결론: 본 연구는 대표성 있는 전국단위 데이터를 활용하여 주거환경의 VOCs 농도와 그 영향요인을 규명하고, 실내 VOCs 농도와 인체 내 대사체 간의 관련성을 평가하였다. 본 결과는 향후 가정 내 실내공기질 개선 및 VOCs 노출 저감을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Methods
• 2.1 Study design 6
• 2.2 Questionnaire on indoor environmental factors 7
• 2.3 Measurements and analysis of indoor VOCs and CO2 8
• 2.4 Collection and analysis of urinary VOCs metabolites 8
• 2.5 Statistical analysis 10
• 3. Results 11
• 4. Discussion 23
• 5. Conclusion 28
• Reference 29
• Summary (Korean) 38