Association between green space types and congenital anomalies and allergic rhinitis in children = 녹지 유형과 선천성 기형 및 어린이 알레르기 비염 간의 연관성

국문 초록 (Abstract)

배경: 도시 녹지 공간은 특히 한국 인구의 90% 이상이 도시에 거주하는 상황에서 중요한 환경 건강 결정 요인으로 부상하고 있다. 녹지 공간은 대기 오염 완화 및 온도 조절을 비롯한 다양한 생태적 기능을 제공하는 동시에 신체 활동과 심리적 웰빙을 증진할 수 있다. 특히 아동은 발달에 중요한 시기인 태아기와 유아기에 환경에 노출되면 평생 건강에 영향을 미칠 수 있기 때문에 매우 취약한 집단으로, 선천성 기형과 알레르기 비염은 이러한 우려를 잘 보여주는 두 가지 소아 건강 문제로 꼽힌다. 선천성 기형의 경우, 태아기 녹지 공간 노출은 대기 오염 및 극심한 더위와 같은 환경 스트레스 요인에 대한 산모의 노출을 줄이고 신체 활동을 촉진함으로써 보호 효과를 제공할 수 있다. 뿐 아니라, 녹지 공간은 대기 질을 개선하는 동시에 알레르기 유발 꽃가루의 공급원이 될 수 있다. 두 질환 모두 상당한 의료비 부담을 초래하며, 한국에서는 2024년 선천성 기형으로 인한 영아 사망률이 출생아 10만 명당 45.1명에 달하고, 알레르기 비염의 연간 치료 비용은 연간 6,950억 원을 초과하며, 특히 5~9세 아동이 가장 큰 부담을 안고 있는 상황이다. 연구 관심이 증가하고 있음에도 불구하고, 관련 증거는 여전히 제한적이고 일관성이 부족하다. 대부분의 연구는 정규화 식생 지수(NDVI)에 의존하여 녹지의 양만으로 평가해왔지만, 최근 연구 결과는 녹지의 유형에 따라 건강에 미치는 영향이 다를 수 있음을 시사한다. 따라서 본 연구는 고해상도 토지 피복 데이터를 활용하여 다양한 녹지 유형이 중요한 발달 시기에 CA 및 AR 위험에 미치는 영향을 조사함으로써 이러한 연구 공백을 해소하고자 한다.

방법: 본 논문은 각 연구 질문에 적합한 서로 다른 연구 설계를 사용하여 녹지 공간 노출과 두 가지 소아 건강 결과 간의 연관성을 조사하였다.
2장은 142,422명의 어린이(사례군 35,629명, 대조군 106,793명, 3:1 매칭)를 대상으로 국민건강보험 청구 데이터(2008-2013)를 활용한 사례-대조군 설계를 통해 산전 녹지 공간 노출과 선천성 기형을 평가했다. 녹지 공간 노출은 Landsat 위성의 NDVI와 고해상도 토지 피복 지도를 모두 사용하여 행정 구역 수준에서 측정했으며, 우리 연구에서는 인공 녹지와 자연 녹지를 구분하였다. 사용된 통계 방법은 일반화된 추정 방정식을 사용하여 구역 내 군집화를 고려했다.
3장은 환경 및 아동 발달 코호트(n=303)의 종단 데이터를 사용하여 아동기 녹지 공간 노출과 알레르기성 비염을 조사했다. 개인별 녹지 공간 노출 정도는 출생 시, 4세, 8세 시점에 주거지 반경 250m, 500m, 1000m 이내에서 NDVI와 토지 피복 지도를 이용하여 평가하였다. 이를 위해 일반화 선형 모형과 로지스틱 회귀 모델을 사용하여 각 연령대별 연관성을 분석하고 취약 발달 시기를 파악하고자 하였다.

결과: 2장은 한국의 7개 주요 도시에서 142,422명의 어린이를 분석한 결과, 출생 시 녹지 공간 노출이 높을수록 신경계 기형 위험이 감소하는 것으로 나타났다(1단위 증가당 조정 오즈비: 0.97, 95% CI: 0.94-0.99). 사분위수별 민감도 분석 결과, 1사분위수에 비해 3사분위수와 4사분위수에서 위험도가 유의하게 낮았지만, 추세 검정에서는 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 선천성 기형 하위 유형 전반에 걸친 다중 검정에 대한 거짓 발견율 보정을 적용한 후에는 통계적 유의성이 유지되지 않아 해석에 주의가 필요하다.
3장에서는 8세까지 추적 관찰한 303명의 어린이를 대상으로 4세 시점의 총 녹지 공간이 사분위 범위(IQR)만큼 증가할 경우 알레르기 비염 발생 위험이 유의하게 감소하는 것으로 나타났다(조정 오즈비: 0.58, 95% CI: 0.35-0.95). 이러한 보호 효과는 주로 인공 녹지 (조정 오즈비: 0.62, 95% 신뢰구간: 0.41-0.95)에 의해 나타났으며, 자연 녹지 공간은 유의미한 연관성을 보이지 않았다. 출생 시 및 8세 시점의 녹지 공간 노출은 알레르기성 비염 위험과 유의미한 연관성이 보이지 않았다.

결론: 이러한 연구 결과는 도시 계획 및 공공 보건 정책에 중요한 시사점을 제공한다. 공원, 주거 지역 조경, 기타 접근 가능한 녹지 공간을 포함한 녹지 공간의 보호 효과는 도시 거주자, 특히 임산부와 어린 자녀를 둔 가족을 위해 접근 가능한 녹지 기반 시설을 조성하고 유지하는 것이 중요하다는 점을 강조한다. 도시 계획 전략은 단순히 전체 녹지 면적을 늘리는 것보다 주거 지역 인근에 접근 가능하고 잘 설계된 녹지 공간을 개발하는 것을 우선시해야 한다. 향후 연구에서는 이러한 유형별 효과의 메커니즘을 조사하고, 다양한 건강 결과에 대한 최적의 녹지 공간 특성을 규명하며, 녹지 공간의 질, 유지 관리, 이용 패턴과 같은 요인이 다양한 도시 환경에서 건강상의 이점에 미치는 영향을 탐구할 필요가 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Background: Urban green spaces are emerging as a critical environmental health determinant, especially given that over 90% of the Korean population lives in urban areas with limited green space. Green spaces provide a variety of ecological functions, including air pollution mitigation and temperature regulation, while also promoting physical activity and psychological well-being. Children are particularly vulnerable because environmental exposure during the critical developmental periods of fetal and infancy can have lifelong health consequences. Congenital anomalies (CA) and allergic rhinitis (AR) are two pediatric health problems that highlight this concern. Prenatal exposure to green spaces may offer protection against birth defects by reducing maternal exposure to environmental stressors such as air pollution and extreme heat, and by promoting physical activity. Furthermore, while green spaces improve air quality, they can also serve as a source of allergenic pollen. Both diseases result in significant healthcare costs. In Korea, the infant mortality rate due to CA is projected to reach 0.4 per 1,000 live births in 2024, and the annual treatment cost of AR exceeds 695 billion won, with children aged 5 to 9 bearing the greatest burden. Despite growing research interest, relevant evidence remains limited and inconsistent. Most studies have relied solely on the amount of green space, relying on the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), but recent research suggests that health effects may vary depending on the type of green space. Therefore, this study aims to address this research gap by utilizing high-resolution land cover data to investigate the impact of various green space types on CA and AR risk during critical developmental periods.
Method: This dissertation examined the association between green space exposure and two childhood health outcomes using different study designs tailored to each research question.
Chapter 2 assessed prenatal green space exposure and CA using a case-control design using National Health Insurance claims data (2008-2013) among 142,422 children (35,629 cases and 106,793 controls, 3:1 matching). Green space exposure was measured at the administrative district level using both Landsat satellite NDVI and high-resolution land cover maps, and our study distinguished between artificial and natural green spaces. The statistical method used was generalized estimating equations, accounting for clustering within districts.
Chapter 3 examined the association between childhood green space exposure and AR using longitudinal data from the Environment and Child Development Cohort (n=303). Individual exposure to green space was assessed at birth, 4 years of age, and 8 years of age within 250 m, 500 m, and 1,000 m of their residence using NDVI and land cover maps. Mixed-effects logistic regression models and logistic regression models were used to analyze associations across age groups and identify vulnerable developmental periods.
Result: Chapter 2 analyzed 142,422 children from seven major Korean cities and found that higher built green space exposure at birth was associated with reduced risk of nervous system anomalies (adjusted odds ratio per 1-unit increase: 0.97, 95% CI: 0.94-0.99). Sensitivity analyses by quartiles demonstrated significantly lower risk in the third and fourth quartiles compared to the first quartile, though the trend test was not significant. After applying false discovery rate correction for multiple testing across CA subtypes, associations did not maintain statistical significance, necessitating cautious interpretation.
Chapter 3 found that among 303 children followed to age 8, an IQR increment in total green space at age 4 was associated with significantly reduced odds of AR (adjusted odds ratio: 0.58, 95% CI: 0.35-0.95). This protective effect was primarily driven by built green spaces (adjusted odds ratio: 0.62, 95% CI: 0.41-0.95), while natural green spaces showed no significant association. Green space exposure at birth and age 8 showed no significant associations with AR risk.
Conclusion: These findings have important implications for urban planning and public health policy. The protective effects of built-in green spaces, including parks, residential landscapes, and other accessible green spaces, highlight the importance of creating and maintaining accessible green infrastructure for urban residents, especially pregnant women and families with young children. Urban planning strategies should prioritize the development of accessible, well-designed green spaces near residential areas, rather than simply increasing overall vegetated cover. Future research should investigate the mechanisms underlying these type-specific effects, investigate optimal green space characteristics for various health outcomes, and explore how factors such as green space quality, maintenance, and use patterns influence health benefits in different urban environments.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Introduction １
• 1.1. Study Background １
• 1.1.1. Beneficial effects of green space ２
• 1.1.2. Green space exposure during critical developmental windows ４
• 1.1.3. Limitations of NDVI and land use cover maps as alternatives ８
• 1.1.4. High-resolution land cover data in South Korea １5
• 1.2. Objectives ２１
• Chapter 2. Differential effects of green space typologies on congenital anomalies: Data from the Korean National Health Insurance Service (2008-2013), A case-control study ２２
• 2.1. Introduction ２２
• 2.2. Material and methods ２５
• 2.2.1. Data and variables ２５
• 2.2.2. Exposure to green spaces ３４
• 2.2.2.1. NDVI ３５
• 2.2.2.2. Land cover maps ３８
• 2.2.3. Covariates ４３
• 2.2.4. Statistical analysis ４５
• 2.3 Results ４７
• 2.3.1. Descriptive statistics ４７
• 2.3.2. Association between green space and congenital anomalies ５２
• 2.3.3. Sensitivity analysis ５４
• 2.4. Discussion ５８
• 2.5. Conclusions ６５
• Chapter 3. Green space type differs the association between green space and allergic rhinitis: A cohort study ６６
• 3.1. Introduction ６６
• 3.2. Material and methods ６９
• 3.2.1. Study design and subjects ６９
• 3.2.2. Outcome assessments ７１
• 3.2.3. Exposure assessments ７２
• 3.2.3.1. NDVI ７４
• 3.2.3.2. Land cover maps ７６
• 3.2.4. Covariates ８２
• 3.3. Results ８５
• 3.3.1. Descriptive statistics ８５
• 3.3.2. Association between green space and AR ８８
• 3.4. Discussion １００
• 3.5. Conclusions １１０
• Chapter 4. Summary and Conclusions １１１
• 4.1. Main findings １１１
• 4.2. Implication and policy recommendations １１３
• 4.3. Future direction １１８
• 4.3. Conclusion １２１
• Bibliography １２２
• Abstract(국문) １４６