Observation of Changes in Indoor Formaldehyde(HCHO) Concentration during Ultrasound Guided Biopsy

초음파 조직생검 시 실내의 포름알데히드(HCHO) 농도 변화 관찰

Abstract

This study was conducted by simulating the same environmental conditions as the actual biopsy to observe the change in formaldehyde(HCHO) concentration in the indoor air during ultrasound guided biopsy. Changes in HCHO concentration in the room were measured by successively performing five steps: sealing the ultrasound room, ventilation, opening formalin containers, sealing formalin containers, and re-ventilating. Trends of measured HCHO concentration changes were visualized using graphs. As a result of analyzing the consistency of the concentration change values measured three times using the intra-class correlation coefficient, it was found to be 0.989, which was statistically significant(p<0.05). Based on the results of this study, we hope that medical workers working in the HCHO exposure environment of the field of radiology part will improve their awareness of the necessity of exposure management at work, and actively discuss the establishment of an environment for exposure control and preparation of countermeasures.

본 연구는 초음파 조직검사 시에 실내 공기 중 HCHO 농도변화를 관찰하고자 실제 조직검사와 동일한 환경조건을 모사하여 진행하였다. 초음파 검사실의 밀폐, 환기, 포르말린 용기 개봉, 포르말린 용기 밀봉, 재환기의 다섯 단계를 연속적으로 진행하며 실내의 HCHO 농도변화를 측정하였다. 측정한 HCHO 농도변화는 그래프를 이용하여 시각화하였다. 3회에 걸쳐 측정된 농도 변화값의 일치도를 급내상관계수를 이용하여 분석한 결과, 상관계수 값이 0.989로 통계적으로 유의한 결과를 나타내었다(p<0.05). 연구 결과를 토대로 영상의학적 검사 분야에서 HCHO의 노출 환경 내에 근무하고 있는 의료종사자들 스스로 업무 중 노출 관리 필요성에 대한 인식개선과 더불어 노출 관리를 위한 환경구축 및 대책 마련에 대하여 적극적인 논의가 이루어지길 바란다.

Ⅰ. INTRODUCTION

의료산업은 전문적인 지식과 숙련된 기술을 보유한 직업군과 이들 직군의 업무를 보조하는 다양한 형태의 기능직 인력들이 종사하는 특성을 가지고 있다. 일반적으로 의료산업의 종사자들은 의료서비스 이용에 대한 접근성이 좋고 질병의 예방 및 관리 수준이 높을 것으로 생각하고 있지만, 생각과는 달리 여러 연구 결과들을 보면 보건의료 산업은 업무 특성과 관련하여 발생하는 질병이 다른 산업보다 높으며 종사자들로 하여금 건강을 위협하는 여러 가지 물리 화학적 환경 및 생물학적 위협 요소들이 상존하는 것으로 보고되고 있다^[1-3].

의료기관 종사자는 대부분의 업무가 진료 또는 검사실이라는 한정적인 공간에서 이루어지기 때문에 실내 환경 특히, 실내 공기 오염과 관련된 요소에 대한 관리는 종사자에게 있어서 위협 요소 노출평가에 매우 중요하다고 볼 수 있다^{[4, 5]}.

국내 의료기관 종사자에게 노출될 수 있는 화학물질에는 소독제로 사용되는 에탄올(ethanol)이 대표적이며 그 외에도 벤젠(benzene), 포름알데히드 (formaldehyde, HCHO) 등 물질안전보건자료(material safety data sheet, MSDS)를 통해 관리되는 다양한 종류의 화학물질들이 있다^[6-8]. 이 중 HCHO는 생체조직의 보존 및 고정, 방부의 목적을 가지고 포르말린(formalin) 수용액 형태로 조직 병리 검사와 관련된 업무에 널리 사용되고 있다. 하지만 HCHO를 취급하는 인력은 대체로 MSDS 정보를 통해 HCHO가 발암성 위험물질임을 단순히 인지하고만 있을 뿐, 어떠한 경로로 인체에 노출되며, 노출 시의 인체에 대한 영향과 취급 주의사항 등에 대해서는 정확히 인지하지 못하고 있는 실정이다^[3].

의료기관에서의 HCHO 노출에 관한 국내·외 선행연구는 대부분 조직검사에 관련된 업무를 주로 수행하는 병리학 관련 검사실 및 실험실 종사 인력을 대상으로 수행되어왔다^[9-11].

영상의학 분야에서도 조직검사를 위한 표본 채취를 위하여 초음파(ultrasonography), 전산화단층촬영 (computed tomography, CT), 자기공명영상(magnetic resonance Imaging, MRI), 유방촬영(mammography) 등 다양한 의료영상 방법 등을 이용하여 생체 조직의 표본을 채취하는 검사를 수행하고 있으며, 이 중에서도 초음파를 이용한 조직생검(ultrasound guided biopsy)은 준비와 조작에 대한 접근성이 용이하여 임상에서 많이 사용되고 있다. 하지만 이를 수행하는 과정에서 발생하는 HCHO 노출에 관한 연구는 매우 부족한 실정이다.

본 연구의 목적은 영상의학적 방법을 이용한 여러 조직 검사 중 가장 빈번하게 이루어지는 초음파유도 하 조직검사 시 HCHO의 실내 농도변화를 관찰하여 해당 업무 종사자에게 HCHO 노출을 관리하기 위한 기초자료를 제공하고자 한다.

Ⅱ. MATERIAL AND METHODS

본 연구는 임상적 목적으로 시행되는 초음파 유도 하 조직검사 시에 실내 공기 중 HCHO 농도변화를 관찰하고자 실제 조직검사와 동일한 환경 조건을 모사하여 진행하였다.

1. 실험 장비

연구에 사용된 실험 장비로는 Fig. 1과 같이 실제 임상에서 조직검사 시 사용하는 10 % 포르말린 용액 40 ml가 담겨있는 조직고정액(10 % formalin, BBC, USA)을 사용하였다. 또한 현재 상용화되어 HCHO의 농도를 측정할 수 있는 칼더 공기질 측정기(KD-001, KHALDER, SON Technology, China)를이용하였으며, 측정기 사용 시 야외의 신선한 공기에서 약 12분간 HCHO의 영점기준(zero base)으로교정하여 사용하였다. 실험 공간의 온·습도는 온·습도계(ST -1 온/습도계, Emate Electronics, CO.)를 이용하여 확인하였다.

Fig. 1. Photograph of tools used in the experiment. (‘a’ is the formalin container, ‘b’ is HCHO measuring device, ‘c’ is the space of the ultrasound room used for the experiment)

연구에 사용된 초음파 검사실의 공간적 정보로는 바닥 면의 장축이 3.4 m, 단축이 2.3 m, 층고 2.6 m 로 20.332 ㎥의 입방 용적을 가지고 있는 직육면체 형태이며, 출입문과 공조 장치를 제외하고 외부 공간과의 공기 흐름을 위한 창문 등은 설치되어 있지 않은 공간 구조를 가지고 있다. 검사실 내부에 비치되어 있는 각종 검사장비 및 집기의 용적은 실험변수로 고려하지 않았다.

2. 실험 방법

실내의 HCHO 농도변화를 관찰하기 위한 선행연구에서 실내 공기 내 카르보닐화합물 중 HCHO가 가장 온·습도에 영향을 크게 받으며 특히 계절적 요인에서 습도의 영향을 크게 받는 것으로 보고된바^[12], 본 연구는 이러한 계절적인 요인이 측정 결과에 미치는 영향을 최소화하고자 하여 냉·난방을 작동하지 않는 2021년 5월 하순 시점에 연구를 진행하였다.

초음파 검사실의 HCHO 농도변화 측정 실험은 5 가지 단계로 나누어 진행하였다. 첫 번째 단계로 초음파 검사실 내·외의 공기 유·출입을 차단하기 위해 외부 공기와 닿는 개구부를 모두 닫은 상태에서 기본 HCHO 농도 수준을 측정하였다. 이때 환경부에서 고시한 ‘실내 공기 오염물질 시료 채취 및 평가 방법’의 규정에 따라(측정하고자 하는 실내공간을 30분 이상 환기 후 5시간 밀폐하여 연속 2회 이상 측정) 측정기에 표시되는 수치를 기록하였다 ^[13]. 두 번째 단계로 초음파 검사실의 출입문 완전 개방 및 검사실 천장에 위치한 기계식공조 환기 시설을 이용하여 내부를 30분간 환기한 후 환기 시설작동 하에 HCHO의 농도 수준을 측정하였다. 세 번째 단계로는 환기를 중단한 후 실제 조직검사 환경과 동일하게 실험기구를 배치하고 조직 고정용 포르말린 수용액 용기 1개를 개봉한 후 HCHO의 실내농도 변화 추이를 측정하였다. 네 번째 단계로는 세 번째 단계와 동일한 환경에서 포르말린 수용액의 용기를 밀봉한 후 HCHO의 실내농도 변화 추이를 측정하였다. 마지막 다섯 번째 단계에서는 출입문 개방 및 기계식공조 환기 시설 등 모든 환기용 시설을 작동하며 HCHO의 실내농도 변화 추이를 측정하였다.

HCHO의 농도측정 지점은 Fig. 2과 같이 실제 조직생검 시 업무 환경을 반영하여 면적 7.82 m² 인 초음파 검사실 중앙에 가로 75 cm 세로 42 cm 높이 80 cm인 조직생검에 사용하는 이동용 테이블 (cart) 위에 측정기와 온·습도계를 두고 측정하였으며, 이때 측정기와 포르말린 수용액 용기와의 거리는 50 cm를 이격시키도록 하였다.

Fig. 2. Photograph of Experimental Conditions for Determination of Indoor Concentrations of HCHO. (solid arrow is the measuring device and dotted arrow is the formalin container)

3. 결과의 평가 및 통계적 분석

HCHO의 실내 농도변화는 첫 번째 단계에서 다섯 번째 단계까지 각각의 단계를 연속적으로 3회에 걸쳐 측정하였다. 3회 측정한 값의 평균과 표준편차를 계산한 후 시각적 확인이 용이하도록 꺾은 선 그래프(broken line graph)를 활용하여 단계별로 표시하였으며, 각각의 측정 회차를 서로 교차하여 Bland-Altman plot을 이용하여 산점도로 표시하였다. 또한 측정 회차에 따른 측정값의 일치에 대한신뢰도를 알아보기 위하여 급내상관계수(intra class correlation, ICC) 이용하여 분석하였다. 이때 각각의 실험단계에 따른 반복 측정값의 일치도 및 전체 실험단계에서의 측정값을 하나의 연속적 자료로 통합하여 3회 반복 측정한 값의 일치도를 구분하여 분석하였다. 통계적 분석에는 SPSS(ver.25.0, Korea Plus Statistic for Medical Service, SPSS Inc.)를 사용하였다. p 값이 0.05 미만일 때에만 통계적으로 유의하다고 평가하였다.

Ⅲ. RESULT

1. HCHO 실내 농도변화 측정값

3회에 걸친 HCHO의 실내 농도측정 시 초음파검사실의 평균온도는 26.1°(±0.17)이었고, 습도는 62 %(±1.73)이었다.

실험단계에 따른 HCHO의 실내농도 변화를 측정 회차별 평균, 표준편차를 이용하여 나타낸 결과는 Fig. 3과 같다. 3단계 구간에서 HCHO 측정값의 편차가 크게 다른 단계보다 크게 나타났다.

Fig. 3. Mean and standard deviation graph of indoor HCHO concentration measured three times.

각각의 측정 회차를 서로 교차하여 Bland-Altman plot을 이용하여 산점도로 나타낸 결과는 Fig. 4와 같다. 측정된 HCHO 농도값은 평균을 중심으로 대부분 편차 구간 내에 위치함을 확인할 수 있었다.

Fig. 4. Cross-analysis by number of measurement using the Bland-Altman plot.

2. 실험단계별 HCHO 농도변화 측정값의 일치도 분석

급내상관계수를 이용하여 실험단계별로 3회 반복 측정된 HCHO 실내농도값의 일치도를 분석한 결과는 Table 1과 같다.

Table 1. The result of analyzing the consistency of HCHO indoor concentration values by experimental step using the intraclass correlation coefficient

Note. ICC: intraclass correlation coefficient, CIs: confidence intervals. p-value of less than 0.05 was considered statistically significant.

먼저 각 단계별로 측정 회차에 따른 일치도를 분석한 결과, 첫 번째 단계와 두 번째 단계에 대한 상관계수값은 각각 –0.041과 –0.072로 반복 측정값의 일치도는 통계적으로 유의하지 않았지만(p>0.05), 세 번째, 네 번째, 다섯 번째 단계는 각각 0.917, 0.970, 0.983으로 매우 일치하는 수준이며 통계적으로도 유의한 결과를 나타내었다(p<0.05).

전체 실험단계에서의 HCHO 농도변화 측정값을 시간 흐름에 대해 하나의 연속적 자료로 통합하여 3회 반복 측정한 값의 일치도를 분석한 결과, 상관계수값은 0.989로 일치에 대한 신뢰도가 매우 높게 분석되었으며 통계적으로도 유의한 결과를 나타내었다(p<0.05).

Ⅳ. DISCUSSION

실내 공기의 주된 오염원으로는 HCHO, VOCs(휘발성 유기화합물인 벤젠, 톨루엔, 스티렌, 케톤 등), 미세먼지, 석면, 일산화탄소, 이산화탄소, 오존, 이산화질소, 라돈, 총부유세균 등이 있다. 이중 HCHO는 환경부에서 고시하는 대표적인 실내 공기 질 관리 대상 인자이며, 현재 국제발암연구기관 (International Agency for Research on Cancer, IARC) 에서 지정한 1급 발암물질로 규정되어 있는 상태이고, 국내의 고용노동부에서도 발암성 구분 1등급으로 분류하고 있다.

HCHO는 1859년 러시아의 화학자인 알렉산드로부틀레로프에 의해 발견된 메탄올의 산화로 얻는 자극성 냄새를 갖는 가스로서, 탄소 1개, 수소 2개, 산소 1개로 구성되며, 공식 명칭은 포름알데히드 (formaldehyde) 또는 메탄알(methanal)이라고 부르며 화학식은 CH₂O, 구조식은 HCHO이다. 주로 농약, 제초제, 살균 소독제, 방부제, 곰팡이 제거, 오수 처리, 제지 공업, 합성 수지 및 가죽 가공 등 다양한 분야에서 사용되고 있다^[14]. HCHO는 물, 알콜, 에테르 등에 잘 녹으며, 물에 녹인 37 % 전후의 수용액을 포르말린(formalin)이라고 한다. 의료기관에서는 포르말린을 주로 인체에서 유래된 병리 조직의 고정액으로 사용하며 소독 및 살균에 이용하기도 한다^[8]. 이러한 과정에서 공기 중 HCHO의 수치를 높이는데 작용할 수 있으며^{[15, 16]}, 흡입, 피부접촉, 눈 접촉, 섭취 등의 여러 경로를 통해서 인체에 노출될 수 있다. HCHO는 1 ppm 이하의 농도로 노출될 경우에도 눈, 코, 목의 자극, 두통, 메스꺼움을 유발하기도 하며^[17], 이미 많은 선행연구에서 HCHO의 노출이 알레르기 질환이나 암의 위험을 증가시킬 수 있다고도 보고하고 있다^{[18, 19]}.

여러 영상의학과의 업무 중 특별히 초음파나 전산화단층촬영 등 영상 유도하 조직 흡인 및 생검 시 채취된 조직의 고정 용도로 포르말린 형태의 HCHO가 많이 사용되는데 이러한 검사과정에서 의료종사자들에게 직접적으로 노출될 수 있다. 이미 오래전에 기체 형태의 HCHO에 노출된 의료기관종사자들에게서 쌕쌕거리는 천명(wheezing)이나 지속적인 기침을 동반하는 기관지 천식(asthma) 발병이 보고된 바 있다^{[20, 21]}. 따라서 의료기관에서는 환자들의 감염 예방을 위한 생물학적 오염관리뿐만 아니라 의료종사자들의 업무 환경에 따른 비 생물학적 오염물질의 발생 특성과 관리에 대한 적극적 노력이 필요하다. 본 연구는 이러한 관점에서 영상의학 업무와 관련된 비 생물학적 오염물질 중에서 조직생검 시 사용되는 HCHO의 노출에 대해 의료종사자로 하여금 스스로 자각할 수 있게 함과 동시에 이의 관리를 통하여 반복되는 노출 환경에서의 질병 발생에 대한 상관성과 위험성을 최소화하고자 하는 데 의의를 두고자 하였다.

연구에 이용된 초음파 검사실 환경에서는 HCHO 를 사용하지 않은 상태에서도 5시간 이상 밀폐 시평 균 농도가 64.5 ㎍/㎥으로 측정되어 출입문 개방 등의 적극적 환기를 시행했을 때의 평균 농도인 18.4 ㎍/㎥에 비해 3배 이상 높게 측정되었다. 이는 검사실 환경에 사용된 건축자재 및 내장재나 가구류 등에서 사용된 석유화학계 제품에 의해 발생된것이라 생각된다^[22]. 하지만 이는 환경부의 실내 공기 질 유지기준(제3조 관련) 중 다중이용시설인 의료기관, 산후조리원, 노인요양시설, 어린이집, 실내 어린이 놀이시설에서의 포름알데히드 권고 수준인 80 ㎍/㎥ 이하를 충족시키는 수치였으며^[13], 출입문 개방과 공조 장치 작동만으로도 충분히 낮출 수 있었다. 실험과정에서 나타난 HCHO 농도변화 그래프에서도 세 번째와 네 번째 실험단계의 농도변화가 급속하게 감소하는데 그 이유는 다음 단계로의 실험조건 설정을 위해 검사실 내로 연구자가 출입하는 과정에서 발생한 환기효과 때문일 것으로 판단된다. 세 번째 단계에서 HCHO 수용액인 포르말린을 개봉한 이후 초음파실 내부의 HCHO의 농도 수치는 빠르게 상승하는 경향을 보이며 환경부의 의료기관 실내 공기 질 권고 수준을 상회하는 수준까지 측정되었다. 다만 실내 기류 및 HCHO 입자의 공간 분포에 따라 측정되는 농도값의 편차는 다른 측정단계에서보다 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 이는 검사실 내 공기 중으로 HCHO의 기체 입자가 직접적으로 확산되는 과정이라 생각된다. 이러한 결과를 통해 개봉된 포르말린의 직접 노출 시간이 증가할수록 의료종사자뿐만 아니라 대상 환자에게도 HCHO의 폭로 시간 증가에 의한 잠재적 위해(hazard) 가능성의 비례적 증가도 연관 지어 생각해 볼 수 있을 것이다. 특히 의료종사자의 경우 반복적 업무에 의해서 HCHO의 폭로 시간이 누적되기 때문에 검사 목적을 위해 단발성(temporary)으로 폭로되는 환자에 비해서 그 위험성이 훨씬 클 수 있다는 것을 충분히 주지해야 할 것이다. 따라서 선행연구^[9] 및 본 연구결과를 보건데 HCHO를 사용하여 업무가 이루어지는 공간에서는 충분한 환기 절차가 병행되어야 하며, 가능하다면 출입문이나 창문 등 수동적 환기 시설뿐만 아니라 국소 배기 장치 등을 활용한 강제적 환기가 가능한 설비가 필요하리라 생각된다.

본 연구는 HCHO를 취급함에 있어서 임상에서의 다양한 작업환경 요소 및 의료종사자의 생리적 특성과 감수성에 따른 위험요인에 대한 분석을 담아내지는 못하였다. 또한 실내의 HCHO 농도를 측정하기 위해 사용된 측정기는 환경부의 형식승인을 인정받은 측정기가 아니라 전문적인 지식이 없더라도 몇 가지 실내 공기 오염물질의 농도를 손쉽게 측정할 수 있도록 상용화된 측정기를 사용하였다. 따라서 측정된 수치의 정확성과 정밀성을 보장하기는 어렵고, 다만 그 농도변화의 경향성을 수치를 통해서 제시하는 제한적 역할로서만 연구에 활용되었다.

Ⅴ. CONCLUSION

본 연구에서는 초음파를 이용한 조직검사 시 사용되는 포르말린에 의해 실내 공기 중의 HCHO 농도 변화 정도를 알아보았다. 연구 결과를 토대로 영상의학적 검사 분야에서 HCHO의 노출 환경 내에 근무하고 있는 의료종사자들 스스로 업무 중 노출 관리 필요성에 대한 인식개선과 더불어 노출 관리를 위한 환경구축 및 대책 마련에 대하여 적극적인 논의가 이루어지길 바란다.