환경 중 benzo(a)pyrene의 다매체/다경로

인체 노출 예측에 관한 연구

연세대학교 보건대학원

환 경 관 리 학 과

문 지 영

환경 중 benzo(a)pyrene의 다매체/다경로

인체 노출 예측에 관한 연구

지도 신 동 천 교수

이 논 문을 보건 학석 사 학위 논문 으로 제 출함

2001년 12월 일

연 세대 학교 보 건대 학원

환 경 관 리 학 과

문 지 영

문지영의 보건학석사 학위논문을 인준함

심사위원 인

심사위원 인

심사위원 인

연세대학교 보건대학원

2001년 12월 일

감사의 글

늘 지나고 나면 후회와 아쉬움으로 가득하지만, 그 동안 제게 주어진 모든

일들과 경험들이 하나도 헛되지 않았음을 마음속에 새기며, 지금의 자리에 있

기까지 제게 용기와 격려, 그리고 사랑을 주셨던 모든 분들에게 감사의 글을

전하고 싶습니다. 단지 환경 하나만을 손에 쥐고 있던 제게, 보건이라는 또 다

른 학문을 다른 손에 쥐게 하여 환경보건이라는 하나의 학문적 결합체를 완성

하도록 이끌어주신 신동천 교수님께 무엇보다도 깊은 감사를 드리며, 늘 자상

하신 웃음으로 지켜봐 주시던 정용 교수님께도 감사드립니다. 또한 바쁘신 가

운데서도 세심한 배려와 격려의 말씀을 아끼지 않으셨던 임영욱 교수님과 지

금의 제가 있기까지 독려해주시고 도움을 주신 박성은 선생님께 진심 어린 감

사를 드립니다. 철없는 지난 대학시절에 도전이라는 큰 용기를 북돋아주셨던

이상훈 교수님과 김영준 교수님께도 지금의 기쁨에 감사드리고 싶습니다.

부족한 저를 누구보다도 늘 아껴주시고 격려해주셨던 이보영 선생님, 그리

고 저의 논문이 완성되기까지 너무도 큰 도움을 주신 양지연 선생님께 감사의

마음을 전합니다. 연구소 안팎에서 아낌없는 조언과 관심을 보여 주셨던 최윤

호 선생님, 연구소 생활동안에 항상 따뜻한 배려와 충고를 아끼지 않으셨던

김예신 선생님께 감사드립니다. 그리고 선배이지만 때로는 친오빠처럼 편하게

대해줬던 진용오빠와 만식선배, 기쁨과 슬픔을 함께 나누며 많은 충고와 조언

을 해주고 갔던 연신언니, 지호언니를 포함한 그 동안의 많은 선배님들, 그리

고 영원한 동기 경숙언니와 은영언니에게도 고마움을 전합니다. 호현씨, 명현,

석재, 종훈씨와 한 연구실을 쓰면서 허물없이 지냈던 시간들은 잊지 못 할 것

이며, 김창수 선생님, 효진, 준환오빠, 문기씨, 혁표씨, 용진씨, 광모씨, 민정이,

영수씨와도 짧은 시간이었지만 그들의 밝은 웃음들은 오랫동안 간직하고 싶습

니다. 그리고 친언니 이상으로 너무도 잘 따라와줬던 이쁜 동생 화성이에게도

고마움을 전합니다.

논문 쓰는 동안에 지치고 힘들었던 몸과 마음을 따뜻하게 감싸 안아줬던

종윤오빠와 부모님들의 사랑에 깊은 감사를 드리며, 지금의 이 기쁨을 함께

나누고 싶습니다.

마지막으로, 소중했던 시간들과 고마웠던 사람들을 돌이켜보는 가운데, 그

래도 가장 지금의 기쁨을 나누고 감사를 드리고 싶은 분들은 나의 사랑하는

가족들입니다. 그저 제가 바라는 대로, 원하는 대로 언제나 든든한 받침돌이

되어주셨던 아버지와 어머니의 무한한 사랑이 가슴속 깊이 느껴지며, 때로는

이 누나보다도 더 어른스러운 모습과 착한 마음을 가진 동생 찬호에게도 사랑

한다고 전하고 싶습니다.

사랑하는 가족들과 그 동안 제게 크나큰 힘과 용기, 그리고 격려를 아끼지

않으셨던 모든 분들에게 이 작은 결실을 통해 감사의 마음을 전하고자 합니

다.

2001년 12월

문 지 영 사룀

차 례

국문 요약 ⅰ

Ⅰ. 서 론 1

Ⅱ. 연구 내용 및 방법 5

1. 연구 내용 5

2. 연구 방법 7

가. 다매체/ 다경로 인체 노출 시나리오의 결정 7

나. 다경로 인체 노출 평가 모델의 기본 모형 구성 9

1) 인체 접촉 매체에서의 농도 수준 예측 9

2) 호흡에 의한 인체 노출 예측 12

3) 섭취에 의한 인체 노출 예측 15

4) 피부 접촉에 의한 인체 노출 예측 16

5) 인체 노출 시나리오에 따른 매체/ 경로별 인체 노출량 예측 18

다. 다매체/ 다경로 인체 노출량 예측을 위한 주요 인자값의 결정 19

1) 연구 대상 지역 선정 및 환경 중 benzo(a)p yren e의 오염도 19

2) Ben zo (a)p yren e의 물리·화학적 특성 및 확률분포 결정 21

3) 연구 대상 지역의 인체 노출 특성 및 확률분포 결정 23

라. 불확실성 및 민감도 분석을 통한 다경로 인체 노출 모형의 보정 27

Ⅲ. 연구 결과 28

1. 인체 노출 매체별 benzo (a)p yren e의 예측 농도 28

2. Ben zo (a)p yren e의 일일 평균 인체 노출량 예측 29

3. 일일 평균 인체 노출량에 대한 매체/ 경로별 기여율 비교 33

4. 다경로 인체 노출 모형의 민감도 분석 37

가. 매체/ 경로별 인체 노출 모형의 민감도 분석 결과 37

나. 다경로 인체 노출 모형의 민감도 분석 결과 43

Ⅳ. 고 찰 45

Ⅴ. 결 론 52

참고 문헌 54

영문 요약 62

표 차 례

Table 1. A com p arison betw een p red icted concen tration s an d m easu red

concen tration s for ben zo (a)p yren e 10

Table 2. Ch aracteristics of th e stu d y city in Korea 20

Table 3. Distr ibu tion of benzo (a)p yren e concen tration in environm en tal

m ed ia ap p lied to m od el 21

Table 4. Su m m ary of ch em ical p rop erties for b en zo (a)p yren e 22

Table 5. Su m m ary of hu m an exp osu re factors in this stu d y 25

Table 6. Prediction of ben zo (a)p yren e con centration s in th e exp osu re contact

m ed ia u sin g th e m u ltip athw ay h u m an exp osu re m od el 29

Table 7. Su m m ary of hu m an in tak e factors 30

Table 8. LADD m o d e l of benzo (a)p yren e by m u lim edia/ m u ltip ath w ay hu m an

exp osu re 31

Table 9. Distr ibu tion of LADD m o d e l accordin g to exp osu re p ath w ay for

benzo(a)p yren e 32

Table 10. Com p arison of h u m an exp osu re factors 49

그 림 차 례

Figu re 1. Sch em e of th is stu dy 6

Figu re 2. Diagram of p red icted p rocess to m u ltim ed ia-m u ltip athw ay

exp osu re scen ario for benzo (a)p yren e in this stu d y 8

Figu re 3. Prop ortion of LADD m o d e l accord in g to exp osu re p ath w ay for

b en zo (a)p yren e 34

Figu re 4. Com p arison of LADD m o d e l of benzo (a)p yren e in th e exp osu re

contact m ed ia an d exp osu re p athw ay u sin g th e Mu ltip ath w ay

H u m an Exp osu re Mod el 36

Figu re 5. Sen sitivity an aly sis of p aram eters for inh alation of b en zo (a)p yren e

in ou td oor air 37

Figu re 6. Sen sitivity an aly sis of p aram eters for inh alation of b en zo (a)p yren e

in in d oor air 38

Figu re 7. Sen sitivity an aly sis of p aram eters for inh alation of b en zo (a)p yren e

in d rinkin g w ater 39

Figu re 8. Sen sitivity an aly sis of p aram eters for in gestion of benzo(a)p yren e

in d rinkin g w ater 39

Figu re 9. Sen sitivity an aly sis of p aram eters for in gestion of benzo(a)p yren e

in su rface soil 40

Figu re 10. Sen sitiv ity an alysis of p aram eters for in gestion of ben zo (a)p yren e

in v egetation 41

Figu re 11. Sen sitiv ity an alysis of p aram eters for in gestion of ben zo (a)p yren e

in beef cattle 41

Figu re 12. Sen sitiv ity an alysis of p aram eters for d erm al u p tak e of

ben zo (a)p yren e in d rin kin g w ater 42

Figu re 13. Sen sitiv ity an alysis of p aram eters for d erm al u p tak e of

ben zo (a)p yren e in su rface soil 43

Figu re 14. Sen sitiv ity an alysis of p aram eters for th e Mu ltip athw ay H u m an

Exp osu re Mod el of b en zo (a)p yren e 44

약 어 표

ABS : absorp tion factor (derm al) (u nitless)

AF : ad heren ce factor (㎎/ ㎠)

AT : averagin g tim e (d ay s)

AT : averagin g tim e (d ay s)

BR : breath in g rate (㎥/ d ay)

Bt (m eat) : biotr an sfer factor in m eat relative to cattle-d iet contam in ant in take

(d ay/ kg [m ])

BW : body w eight (㎏)

CDF : cu m u lative d en sity fu n ction

CF : u nit conversion factor

Ci : con cen tr ation of the chem ical in exp osu re m ediu m su ch as d rin kin g w ater ,

su rface soil an d m eats (㎎/ ㎥, ㎎/ L, ㎎/ ㎏)

Ck : concen tr ation of th e ch em ical in en vironm ental m ediu m su ch as am bien t

air, su rface w ater, an d su rface soil (㎎/ ㎥, ㎎/ L, ㎎/ ㎏)

D a : d iffu sion coefficien t in air (㎡/ s)

D l : d iffu sion coefficient in w ater (㎡/ s)

ED : exp osu re du ration (year s)

EF : exp osu re frequ ency (d ays/ year)

ET : exp osu re tim e by w ater u sin g in exp osu re sp ace (hr / d ay)

Ffv : fraction of fru its an d vegetables con su m ed th at are exp osed p rodu ce

(u nitless)

Fs : fr action rate of exp osed skin (u n itless)

H : H en ry`s Law Con stant (Pa-L/ m ol)

H IFij k : hu m an intake factor from exp osu re m ed iu m su ch as air , w ater, soil,

an d p lan ts by exp osu re rou te su ch as inh alation , in gestion , an d derm al

u p take

Iib c : in gestion of exp osu re m ediu m su ch as air, w ater, soil, an d p lants by beef

cattle (㎥/ d ay, L/ d ay, kg [s]/ d ay, k g [fv g]/ d ay)

IRi : in gestion rate of exp osu re m ediu m su ch as air, w ater , soil, an d p lants

(L/ d ay, k g [s]/ d ay , kg [m ]/ d ay)

ISR : rate of exp osu re tim e in in d oor (u nitless)

LADD ijk : lifetim e average d aily d ose from exp osu re m ediu m i by rou te j

attr ibu table to environm en tal com p artm ent k (㎎/ ㎏-d ay)

MTE : th e m ass tr an sfer efficiency from w ater to air in exp osu re sp ace

(u nitless)

N H EXAS : N ation al H u m an Exp osu re A ssessm ent Su rvey

ORD : Office of Research & Develop m ent

PAH s : p olycyclic arom atic hydrocarbon s

PDF : p robability den sity fu nction

POPs : Persisten t Organic Pollu tants

R : u niversal gas con stant (Pa-L/ m ol-k)

S.D . : stan d ard deviation

SA : available su rface aerea (㎠/ d ay, ㎡)

SP : skin p erm eability coefficientc (m / hr)

T : tem p eratu re of exp osu re sp ace (degrees Kelvin s)

TEAM : Total Exp osu re Assessm ent Meth od ology

TF : in ter-m edia tr an sfer factor

TF (i - > m ) : tr an sfer factor from chem ical of exp osu re m ed iu m i to beef cattle (㎥

/ kg [m ], L/ kg [m ], kg [s]/ kg [m ], kg [fv g]/ kg [m ])

TF (k i ) : tran sfer factor from chem ical of environm ental m ed iu m k to exp osu re

m ed iu m i

TH EES : Total H u m an En vironm ental Exp osu re Stu dy

VR : ven tilation rate of exp osu re sp ace (㎥/ h r)

W : w ater con su m er in exp osu re sp ace (L/ hr)

X : baseline an d v ariation of exp osu re factor

øR n : the m ass-tran sfer efficiency of rad on from w ater to air an d is 0.7 for

sh ow er s an d 0.54 for all h ou seh old w ater u ses

i : exp osu re m ediu m su ch as ou td oor air , in d oor air , dr inkin g w ater, su rface

soil, p lants an d m eats

j : exp osu re rou te su ch as inh alation , in gestion , an d derm al u p take

k : environ m ental m ediu m su ch as am bient air, su rface w ater, an d su rface soil

: stan d ard deviation of distribu tion for exp osu re factor

국 문 요 약

환경오염물질에 대한 인체 노출은 환경내의 모든 매질과 먹이사슬을 통해

서 일어나는 다중경로(m u lti-p athw ay) 노출로서, 특히 ben zo (a)p yren e을 포함

한 PAH s의 노출평가에 있어서도 이들의 환경 중 분포특성에 따라 대기, 물,

토양, 식품을 통한 호흡 및 섭취, 피부접촉의 모든 경로를 고려하는 다경로 노

출평가(m u ltip athw ay exp osu re assessm en t)에 대한 중요성이 제기되어 오고

있다.

따라서, 본 연구의 목적은 환경오염에 의한 1차 환경매체의 오염으로부터

실제 노출매체로의 매체간 오염전이(inter-m ed ia tran sfer) 개념을 가지고 매체

/ 경로별 인체 노출량을 예측하고자 하는 것으로서, 본 연구에서는 기존 연구

들에서 주로 다뤄왔던 benzo (a)p yren e의 인체노출과 관련하여 식품의 조리 및

가공(2차오염)에 의한 인체로의 섭취노출은 고려하지 않았다. 즉, 환경 중

benzo (a)p yren e의 오염도를 바탕으로 수식을 이용한 다경로 인체 노출 모형

(m u ltip athw ay h u m an exp osu re m od el)을 사용하여 실제 접촉매체에서의 오

염도 및 노출량을 예측하고자 하였다.

이를 위하여, 우선 오염원으로부터 배출되는 ben zo (a)p yren e의 인체 노출

시나리오로서 총 12가지의 다중 노출 경로를 결정하였고, 실내·외 공기, 음용

수, 토양 그리고 식품 중의 ben zo (a)p yren e 농도 및 매체별 인체 노출량을 예

측하기 위한 다경로 인체 노출 모형을 구성하였다. 노출모형의 기본 구성은

기존의 인체 노출 평가 모델들의 기본 알고리즘을 분석하고 검토하여, 이를

바탕으로 모형의 기본 산출식을 도출하였으며, 이러한 수식들을 Crystal ball

softw are 2000(v5.2)과 연결하여 Excel p rogram 상에서 구동 가능한 모형으로

- i -

재구성하였다. 본 모형의 구성 인자로서 연구 대상 물질인 benzo (a)p yren e의

물리·화학적 특성(ch em ical p rop erties) 인자(12항목)와 인구집단의 인체 노출

특성(hu m an exp osu re factors) 인자(28항목)에 대한 대표값을 결정하였다. 그리

고, 실내·외 공기 오염, 음용수 및 주택 주변의 지표토양 오염, 그리고 오염지

역에서 생산되는 농작물 및 육류 등의 인체 접촉 매체(exp osu re contact

m ed ia)에서의 오염도 예측에는 매체간 오염 전이계수(in ter-m edia tran sfer

factor ; 이하 TF)와 TF 함수(en vironm ental m ed ia exp osu re con tact m ed ia),

생체전환계수(biotran sfer factor) 또는 생체축적계수(bioaccu m u lation factor)를

이용하였다. 또한, 모형의 불확실성 분석(u n certainty an alysis)을 위하여 각 인

자들에 대해서 확률 분포값을 적용하였고, 모형의 예측 결과에 영향을 미치는

주요 인자들을 평가하기 위하여 민감도 분석(sen sitiv ity an alysis)을 실시하였

다. 보완된 다경로 인체 노출 모형에 가정된 다매체/ 다경로 노출 시나리오에

따라 주요 인자값들을 적용시켜 환경 중 benzo(a)p yren e에 의한 총량적인 인

체노출량을 예측하고, 매체/ 경로별 기여도를 평가하였다.

본 연구 대상 지역의 환경매체인 대기, 수질, 토양에서의 오염도가 각각

3.66×10- 6 ±1.42 ×10- 6 ㎎/ ㎥, 3.29×10- 5 ±1.80×10- 5 ㎎/ L, 4 .22 ×10- 3 ±4.64 ×10-4 ㎎/ ㎏

이었을 때, 이 지역에서의 인체 접촉 매체/ 경로별 노출량을 예측하였으며, 다

음과 같은 주요 연구 결과들을 도출하였다.

첫째, 본 연구의 다경로 인체 노출 모형을 이용해 실제 인체 접촉 매체로

전이된 benzo (a)p yren e의 오염도를 예측한 결과, 실외 및 실내 공기, 음용수(수

도수), 지표 토양, 그리고 식품 중 농작물과 육류에서의 평균 오염도 및 예측

범위(5th p ercentile∼95th p ercen tile)는 각각 3.66×10- 6 (1.49×10- 6∼6.55 ×10- 6 ) ㎎/

㎥, 3.48 ×10- 6 (1.67×10- 6∼6.19×10- 6 ) ㎎/ ㎥, 5.75 ×10- 6 (4 .10×10- 7∼1.37×10- 5) ㎎/ L,

4 .22 ×10- 3 (3.67×10- 3∼4.93×10- 3 ) ㎎/ ㎏, 1.43 ×10- 5 (2.50×10- 6∼4.03×10- 5 ) ㎎/ ㎏,

- ii -

1.20×10-4 (3.65×10- 5∼2.44 ×10- 4 ) ㎎/ ㎏이었다.

둘째, 연구 대상 지역에서 거주하는 성인의 일일 평균 총 인체 노출량(total

LADD m o d e l)은 평균 5.52×10- 7㎎/ ㎏-d ay, 50th p ercentile은 4.19×10- 7

㎎/ ㎏

-d ay, 95th p ercentile은 8.65 ×10- 7㎎/ ㎏-d ay로 예측되었다. 흡입에 의한 노출량

은 평균 4.22 ×10- 7 ㎎/ ㎏-d ay이고, 전체 총 인체 노출량의 78%(실내공기 흡입

40.2 %, 실외공기 흡입 37.8 %)로서 가장 큰 노출 기여율을 나타내었다. 그 다음

으로는 구강 섭취에 의한 인체 노출량이 평균 1.19×10- 7 ㎎/ ㎏-d ay로 기여율은

20.2 %(음용수 섭취 8.6%, 농작물 섭취 7.1%, 육류 섭취 4.4 %, 지표토양 섭취

0.1%)이었고, 피부접촉에 의한 인체 노출량은 평균 1.07×10- 8㎎/ ㎏-d ay로서 기

여율이 1.8 %(음용수 접촉 1.3%, 지표토양 접촉 0.5%)로 나타났다.

셋째, benzo (a)p yren e의 다경로 인체 노출 모형의 민감도 분석 결과, 대기

중의 오염도가 0.66의 민감도 지수를 나타내어, 본 연구의 환경 중

benzo (a)p yren e에 대한 일일 평균 총 인체 노출량 예측에 있어서 가장 큰 영

향을 미치는 인자로 분석되었다. 그 다음으로는 노출빈도(0.32), 실외 활동시의

호흡률(0.27), 토양에 의한 식물로의 분배계수(강우에 의해 손실되는 경우)

(0.18), 실내활동 및 휴식시의 호흡률(0.17)에 대한 인자들이 다경로 인체 노출

량 예측에 유의한 영향을 주었다. 그 외의 영향인자들로는 지표수의

benzo (a)p yren e 오염도, 노출기간, 매체간 전이계수로서 음용수 처리과정에 의

한 지표수의 오염 제거율, 그리고 실외공기에서 실내공기로의 오염전이 계수,

토양의 오염도, 음용수의 일일 섭취량 등이 있었다.

지금까지의 환경 중 ben zo (a)p yren e을 포함한 PAH s에 대한 인체 노출 연

구들은 주로 단일 매체 중심으로 이루어져 왔고, 실제로 실측 농도 데이터를

근간으로 하여 다경로 인체노출량을 평가하는 데에는 비용이나 시간적인 면에

서 많은 제한점이 존재하였다. 그러나, 본 연구는 기존의 각 매체/ 경로별 노출

- iii -

에 대한 예측 모형으로 많이 적용되었던 수식들을 비교, 정리하여 통합적인

다매체/ 다경로 인체 노출 모형을 구성하였다는데 의의를 두고 있다. 그리고,

환경 오염물질의 다매체/ 다경로 노출 예측에 관한 연구에 있어서는 지역적 특

성 인자 및 인체 노출 인자들이 예측하고자 하는 지역 및 인구집단의 특성을

얼마나 잘 대표할 수 있는가에 따라 모형의 불확실성이 좌우된다. 따라서, 인

체 접촉매체에서의 오염물질 농도 및 노출량을 실제와 크게 다르지 않은 범위

에서 예측하고, 이러한 인체 노출 모형에 의한 예측연구가 활성화됨과 동시에

예측결과의 활용성을 극대화시키기 위해서는 현실적으로 우리나라에 적합한

지역적 특성 및 한국인을 대표할 수 있는 인체 노출 인자들에 대한 다양한 자

료 조사 및 데이터베이스 구축이 매우 시급한 시점이라 여겨진다.

핵심되는 말 : 다매체/ 다경로 인체 노출, 일일 평균 인체 노출량(LADD),

benzo (a)p yren e, PAH s

- iv -

Ⅰ . 서 론

환경오염물질에 대한 인체 노출은 환경내의 모든 매질과 먹이사슬을 통해서

일어나는 다중경로(m u lti-p athw ay) 노출이기 때문에, 기존의 특정 매체를 중심

으로 한 환경 및 인체 노출평가(environ m ental an d hu m an exp osu re

assessm ent)는 매우 많은 한계를 드러내고 있다.

또한, 이같이 특정 매체를 중심으로 한 접근법(m ed iu m sp ecific ap p roach)은

환경이 대기, 물, 토양, 식생, 그리고 인체가 모두 포함된 생물계로 이루어진

하나의 시스템이라는 점을 고려하지 못하였다는 비판을 받고 있으며, 특정 지

역의 환경적 특성을 반영한 환경관리를 어렵게 한다. 이러한 한계를 극복하기

위한 노력으로서 미국, 영국 등의 선진국들에서는 20세기 후반부터 환경오염과

그 원인, 환경의 본성, 환경매체 속에서의 오염원의 이동, 그리고 기존의 특정

매체 중심의 연구 및 관리를 함으로써 발생되는 문제점들을 관찰하고, 그 한

계를 극복함과 동시에 궁극적인 환경문제의 해결을 위한 탈출구를 모색한 결

과, 이에 대한 접근방식으로서 환경을 하나의 시스템으로 인식하는 통합오염

관리의 필요성이 대두되기 시작하였다.

실제로 미국에서 1980년대 후반부터 시작되었던 TEAM (Total Exp osu re

Assessm ent M eth od ology) 연구나 TH EES(Total Hu m an Environm en tal

Exp osu re Stu d y)는 오염물질에 대한 인체의 총 노출을 평가하고자 실시되었으

며, 최근 N H EXAS(N ation al Hu m an Exp osu re Assessm ent Su rvey) 프로그램

등을 통해 오염물질에 대한 인체 노출에 관련된 각종 정보를 얻어내고자 하는

연구 조사가 이루어지고 있다(Sexton 등, 1995). 또한 미국의 O RD (Office of

Research & Dev elop m ent)에서는 통합오염관리의 핵심기술 중 하나인 다매체

- 1 -

(m u ltim ed ia), 다경로(m u ltip ath w ay), 다수용체(m u ltirecep tor) 위해성 평가에

관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

이처럼 21세기의 환경문제를 해결하기 위한 환경보건의 주요 기술은 오염물

질에 인간 및 생태계의 수용체가 노출될 수 있는 가능한 모든 경로를 평가하

는 다매체/ 다경로 노출평가(m u lti-m edia an d m u lti-p athw ay exp osu re

assessm ent) 접근법이다(Yan g 등, 2002). 이러한 다매체/ 다경로 노출평가 접근

법은 환경 중 오염물질을 단순히 단일 매체별 오염도 평가에 머물지 않고, 수

용체에 대한 가능한 모든 노출 정보를 제공하여 매체/ 경로별 인체 노출량을

산출하고, 총량적인 위해도 평가(total risk assessm ent)를 가능하게 하기 때문

에 통합오염관리를 위한 필수적인 요소라 할 수 있다.

특히, 단일매체 연구는 오염물질을 하나의 매체에서 다른 매체로의 전환을

파악하지 못할 수 있기 때문에, 실제적인 위해도 평가에서 부적절한 결과를

나타낼 가능성이 많다. 따라서, 환경오염물질이 환경 중으로 배출, 이동되어 영

향을 주는 범위는 직접적으로 관련있는 공간, 매체, 경로, 수용체에만 국한된

것이 아니라 보다 광범위하고 복잡하기 때문에, 환경 중 여러 매체로의 오염

물질의 이동에 관한 다매체 환경 동태의 파악 및 예측에 관한 연구는 다중매

체의 인체 노출 평가와 더불어 연구되어야 할 주요 부분이다.

현재까지 위해성 평가의 국내 연구는 단일 매체를 대상으로 한 연구가 대부

분이었고, 최근 다이옥신을 대상으로 한 다매체 동태 연구(Lee, 1999)와 다매체

/ 다경로 모델을 이용한 인체 노출량 예측 연구(Yan g 등, 2002)가 부분적으로

나마 진행되고 있다. 그러나 아직까지 기타 인체 유해물질에 대한 다매체/ 다

경로 노출 평가 및 통합 위해성 평가에 대한 연구는 찾아보기 어려운 실정으

로서, 본 연구에서는 다환방향족 탄화수소류 중 b en zo (a)p yren e에 대해서 시도

해 보았다.

- 2 -

다환방향족 탄화수소류(p olycyclic arom atic hy drocarb on s; 이하 PAH s)는 휘

발유, 쓰레기 소각, 목재류 등의 불완전 연소과정에서 발생되며, 독성학적 실험

들을 통해 인체에의 가능한 발암물질로 알려져 있을 뿐 아니라 코크 생성물

(cokes ov en), 담배연기, 타르(tar)와 같이 사람에 대해서 발암물질로 분류된 복

합물질들의 주된 독성 원인물질이기도 하다(IARC, 1983).

더욱이 국제적으로 POPs(Persistent Organic Pollu tants) 물질의 하나로써 지

정된 PAH s는 독성, 난분해성, 생물축적성 뿐만 아니라 환경에 잔류하여 물,

대기 중에서 유입 및 전달, 그리고 건식, 습식 흡착 등에 의해 장단거리 이동

이 가능하기 때문에 공기, 물, 토양 등 자연계에도 존재하는 특성을 지니고 있

다. 따라서 일부 오염된 토양에서 재배된 곡물 및 채소, 육류 등과 이것으로써

제조된 식품에서도 검출된다. 특히 식품에서의 오염은 일반적으로 숯을 이용

하여 고기 등의 식품을 굽거나(grillin g), 훈연, 태움(roastin g)으로서 PAH s가

생성된다. 이러한 PAH s의 환경 중 분포 특성을 고려하였을 때, PAH s의 노출

평가에 있어서는 대기, 물, 토양, 식품을 통한 호흡 및 섭취, 그리고 피부접촉

의 모든 경로를 고려하는 총 노출평가(total exp osu re assessm en t)에 대한 중요

성이 제기되어 오고 있다(Lioy, 1988; Bu tler 등, 1979). 그러나, 환경매체 중에

존재하는 ben zo (a)p yren e의 인체에 대한 총 노출을 평가하는데 있어서는 식품

의 2차적인 조리 및 가공에 의한 오염은 제외시키고, 단순히 환경오염에 의한

1차적인 노출매체에서의 ben zo (a)p yren e의 오염 및 인체영향에 초점을 맞추고

자 한다.

약 100 여종의 PAH s 중 특히, benzo (a)p yren e은 거의 모든 동물종에서 발암

성을 나타내는 물질로서 가장 관심이 주목되고 있으며, 다른 PAH s의 지표물

질(in d ex com p ou n d)로서 사용되어지고 있기 때문에, benzo (a)p yren e에 대한

위해성 평가를 통해서 얻어진 정량적인 데이터의 유용성은 환경 및 보건학적

- 3 -

관리차원에서 중요하다고 볼 수 있다(Collin s 등, 1991).

앞으로는 단순히 소수의 사람을 대상으로 하여 오염물질의 인체 노출원인에

따른 인체 유해영향이라는 결과의 관련성을 보고자 하는 것 이상으로, 보건

정책자나 관리자의 입장에서 환경 오염 물질에 대한 인체 노출량 및 위해도를

사전에 예측하고자 하기 때문에, 예방 지향적 관리로서의 접근이 요구되는 추

세이다. 이러한 시점에서 볼 때, 환경 중 오염물질들의 농도 및 인체 노출량을

실제와 크게 다르지 않은 범위에서 예측함과 동시에, 현실적으로 우리 나라에

적용 가능한 다매체/ 다경로 인체 노출 모형의 구성에 관한 다양한 연구들과

이를 이용한 위해도 통합평가 기법의 확립이 시급한 실정이다.

따라서, 본 연구는 환경 중 benzo (a)p yren e에 대한 인체 노출과 관련하여 다

매체적인 사전예방원칙(p recau tion ary p rincip le)에 입각한 건강 및 환경 관리

의 기초 연구로서, 다매체/ 다경로를 고려한 인체 노출 모형을 적용시켜

benzo (a)p yren e의 인체 노출량을 예측하고자 하였으며, 세부 연구 목적으로는

다음과 같다.

첫째, 환경 중 오염물질의 인체노출에 대해서 적합하게 설명되어질 수 있으

며, 노출 가능성들을 모두 고려한 노출 시나리오를 가정하고,

둘째, 매체간 오염전이(inter-m edia transfer)의 개념을 바탕으로 다매체/ 다경

로를 고려한 benzo(a)p yren e의 인체 노출 모형을 구성하고자 하였으며,

셋째, 구성된 모형을 통해 환경 중 benzo (a)p yren e의 매체/ 경로별 인체 노출

량을 예측하여, 다매체/ 다경로 간의 인체 노출 기여도를 평가하였고,

넷째, 불확실성 분석(u ncertainty analysis)과 민감도 분석(sen sitivity an alysis)

의 결과를 바탕으로 노출 모형의 영향 인자들을 보완하여 모형의 예측

력을 향상시키고자 하였다.

- 4 -

Ⅱ . 연구 내용 및 방법

1. 연구 내용

본 연구에서는 서울지역에서의 면배출원(연료 연소) 및 이동배출원(차량 운

행)에 의해 환경 중으로 배출되는 benzo (a)p yren e의 인체 노출 시나리오를 가

정하여 대기, 물, 토양, 그리고 이들 매체로 인해 오염된 식품 중의

benzo (a)p yren e 농도를 예측하고, 인구집단의 노출변수(exp osu re factors)들을

고려하여 매체/ 경로별 인체 노출량을 예측하기 위한 b en zo (a)p yren e의 다경로

인체 노출평가 모형(m u ltip athw ay hu m an exp osu re m od el)을 구성하였다.

그리고, 본 연구에서는 benzo (a)p yren e의 오염원에 의한 직접적인 환경매체

(대기, 지표수, 토양)에서의 오염뿐만 아니라, 오염지역에서 재배된 식물 및 가

축에서의 간접 노출 영향도 고려하기 위하여 연구 대상 지역을 하나의 노출

지역으로 가정하였다 . 직접적인 환경매체인 대기, 지표수, 토양에서의

benzo (a)p yren e의 오염 농도로는 서울지역에 대한 다매체 동태예측모형

(m u ltim ed ia environ m ental fate m od el)에 의해 도출된 예측 농도 데이터(서울

대 환경대학원, 2001)를 사용하였으며, 이들 환경매체 오염에 의한 노출매체에

서의 오염도 예측으로서 실내·외 공기, 음용수, 토양, 그리고 식품, 즉 채소

류 (v eg etab les), 과일류 (fru it s), 곡류 (gr a in s), 육류 (b eef ca tt le)에 대한

benzo (a)p yren e의 농도는 다매체/ 다경로를 고려하여 구성한 인체 노출 모형을

통해 예측하여 도출하였다. 또한 b en zo (a)p yren e의 물리·화학적 특성과 노출

대상 집단에 대한 인체노출 지표변수(hu m an exp osu re p aram eters)들은 국

내·외 연구보고서에 게재된 자료들을 이용하였다.

- 5 -

Mu l t imed ia-Mu l t i pa thwayHuman Exposu re Scena r io

Es t ima t ion o f

Mu l t imed ia-Mu l t i pa thway Human Exposu re fo r Benzo(a )py rene

Environmental Media Levels

- ambient air- surface water- surface soil

Chemical Properties

Human Exposure

Parameters

Monte-Carlo Simulation

Uncertainty analysis Sensitivity analysis

Mu l t i pa thway Human Exposu re Mode l

- Prediction of exposure contact media levels

- Prediction of human intake factor

- Prediction of human exposure dose(LADD)

2 . 연구 방법

가. 다매체/ 다경로 인체 노출 시나리오의 결정

PAH s의 대표적인 물질로서 발암성을 지닌 benzo (a)p yren e의 주요 노출경

로는 반휘발성(sem i-v olatile)물질의 특징에 따라 자동차 및 난방 연료의 불완

전 연소과정과 담배연기를 통한 호흡노출, 음용수, 식품 및 토양 섭취에 의한

노출, 물 및 토양의 피부접촉을 통한 노출, 그리고 식품의 2차 조리과정 중에

발생하여 섭취되거나 스모크 향과 같은 식품 첨가물을 통해 섭취되는 네 가지

의 노출경우로 나누어 볼 수 있다. 그러나 본 연구에서는 이러한 노출과정들

중에서도 식품의 2차 조리 및 가공 시에 benzo (a)p yren e이 생성되어 섭취되는

경로는 실제적인 일차 환경매체 - 즉 대기, 물, 토양, 그리고 이들 매체로부터

오염전이가 1차적으로 이루어지는 식물(p lants) 및 동물(beef cattle) - 중심의

다경로 인체 노출 평가의 관점에서 벗어나는 범위로서 간주하였다. 따라서, 환

경오염에 의한 benzo(a)p yren e의 매체/ 경로별 인체 노출량을 예측하기 위하여

식품의 조리 및 가공(2차오염)에 의한 인체로의 섭취노출을 제외시킨

benzo (a)p yren e의 인체 노출과 관련된 가능한 노출 시나리오를 세부적으로 결

정하였다(Figu re 2).

호흡 노출경로에는 실외 활동으로 인한 호흡노출, 실내활동 및 휴식에 의한

호흡노출, 그리고 물에서 실내공기 중으로 휘발되어 호흡기를 통해 일어나는

노출의 세 가지로 나누었으며, 섭취 노출경로에서는 직접적인 음용수의 섭취

와 토양의 섭취, 오염된 토양에서 재배된 농작물의 섭취, 오염된 공기 및 지표

수와 토양, 그리고 오염된 식물로 사육된 육류 섭취의 일곱 가지로 분류하였

다. 또한, 피부접촉에 의한 것으로는 음용수와 토양에의 직접적인 두 가지 노

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나. 다경로 인체 노출 평가 모델의 기본 모형 구성

다매체/ 다경로 인체 노출 경로를 고려한 benzo (a)p yren e의 인체 노출 모형

을 구성하기 위하여, 기존의 인체 노출 평가 모델들의 알고리즘을 구성하고

있는 다양한 매체/ 경로별 인체 접촉율(h u m an in take factor ; 이하 H IF) 산출식

들을 분석하고 검토하여, 이를 바탕으로 benzo(a)p yren e의 다경로 인체 노출

모형(m u ltip athw ay hu m an exp osu re m od el)의 기본 산출식(Eq. 1∼12)을 도출

하였다. 이러한 수식들을 Cry stal ball softw are 2000(v5.2)과 연결하여 Excel

p rogram 상에서 구동 가능하도록 재구성하여 하나의 인체 노출 모형으로서

완성하고자 하였다.

특히, 오염된 대기 및 수질, 토양의 환경매체(environ m ental m ed ia)로 인한

실내·외 공기 오염, 음용수 및 주택 주변의 지표토양 오염 등 인체 접촉매체

(exp osu re contact m ed ia)에서의 오염도 예측에는 매체간 오염 전이계수

(inter-m ed ia tran sfer factor; 이하 TF)와 TF 함수(en vironm ental m ed ia

exp osu re con tact m edia)를 이용하였다. 그리고 오염지역에서 생산되는 농작물

및 육류에서의 오염도는 생체전환계수(biotr an sfer factor) 또는 생체축적계수

(bioaccu m u lation factor)를 적용하여 예측하였다.

1) 인체 접촉 매체에서의 농도 수준 예측

환경매체로서 대기, 지표수 및 토양에서의 농도는 다매체 동태 예측 모형에

의해 산출된 예측치(서울대 환경대학원, 2001)를 사용하였고, 이러한 환경 중

오염도를 바탕으로 다경로 인체 노출 모형을 이용하여 직접적인 인체 노출매

체에서의 benzo (a)p yren e의 오염 농도 수준을 예측하였다. 그러나 다매체 동태

- 9 -

예측 모델링을 통해 도출된 환경매체에서의 오염도 데이터를 사용하기 전에

검토해 보아야 할 사항은 실제 모니터링을 통해 얻어진 측정치와 비교하여 예

측치가 얼마나 측정치에 근접한가에 대한 평가이다. 따라서 본 연구에서는

G7-환경오염물질의 위해성평가 및 관리기술 연구(연세대 환경공해연구소,

1996; 1999)를 통해 이루어진 실측 모니터링 자료와 비교하여 보았다. Table 1

에서 보는 바와 같이, benzo (a)p yren e에 대한 대기와 지표수의 예측치 경우는

각각 10- 7∼10- 6 , 10- 9∼10- 5 정도의 수준이었고, 토양은 10- 5∼10- 3 수준이었다. 따

라서 실측치와 비교해 보았을 때, 유사하거나 근접한 농도범위로 예측되었다.

Table 1. A com p arison betw een p red icted concen tration s an d m easu red

con centr ation s for benzo (a)p yren e

Environ m entalm edia

Multimedia environmental fate model1) G7-Project2 )

p red icted conc. m easu red conc. m easu red con c.

Am bien t air(㎎/ ㎥) 10- 7∼10- 6 10- 7 10- 6

Su rface w ater(㎎/ L) 10- 9∼10- 5 10- 8∼10- 7 10- 6

Su rface soil(㎎/ ㎏) 10- 5∼10- 3 10-4 ∼10- 2 -

Sou rce : 1)서울대 환경대학원, 2001

2) 연세대 환경공해연구소, 1996; 1999

직접적인 인체 노출 매체(hu m an exp osu re m ed ia)로서의 실외 공기와 실내

공기, 지표 토양, 그리고 농작물 및 육류에서의 오염도는 오염된 환경 매체, 즉

대기, 지표수 및 토양에 의해 영향받는다는 가정하에, 이들 오염도(Ck)에 매체

간 오염전이계수 (TFk i)나 생체전환계수 또는 생체축적계수를 적용시킨

- 10 -

RAGS/ H H EM (US EPA, 1989a,b)의 수식을 인용하여 예측하였다(Eq . 1∼3).

C i = TF ( k i) C k (Eq . 1)

Ck : concentration of the chemical in environmental medium k (㎎/ ㎥,㎎/ L, ㎎/ ㎏)

Ci : concentration of the chemical in exposure medium i (㎎/ ㎥, ㎎/ L,㎎/ ㎏)

TF(k i) : transfer factor from chemical of environmental medium k toexposure medium i

k : environmental medium such as ambient air, surface water, andsurface soil

i : exp osure medium such as outdoor air, indoor air, drinking water,surface soil, p lants and meats

특히, 육류에서의 오염도 예측은 가축이 사육되어지는 동안에 오염된 지표

수, 토양, 농작물(또는 목초)을 섭취하였을 가능성을 고려하여 오염된 매체(공

기, 지표수, 토양, 농작물)들로부터 가축 육질로의 오염 전이 계수(TFi m )를 수

식 Eq . 2에 의해 산출하여, 이를 각 노출 매체에서의 오염농도(Ci)에 곱하여 합

산한 것으로 산출하였다(Eq . 3).

T F ( i m ) = I ibc B t( m ea t) (Eq . 2)

TF(i->m) : transfer factor from chemical of exp osure medium i to beefcattle (㎥/ ㎏[m], L/ kg[m], kg[s]/ kg[m], kg[fvg]/ kg[m])

Ii b c : ingestion of exposure medium i by beef cattle (㎥/ day, L/ day,kg[s]/ day, kg[fvg]/ day)

Bt(meat) : biotransfer factor in meat relative to cattle-diet contaminantintake (day/ kg[m])

i : exp osure medium such as air, water, soil, and plants

- 11 -

C m = [ TF ( a m ) C air ] + [ TF ( w m ) C water]

+ [ T F ( s m ) C soil] + [ T F ( f vg m ) C f vg ](Eq . 3)

Cm : concentration of the chemical on beef cattle exp osed to the chemicalin air, water, soil, p lants (㎎/ kg[m ])

Cai r : concentration of the chemical in air (㎎/ ㎥)Cw a t er : concentration of the chemical in surface water (㎎/ L)Cs o il : concentration of the chemical in surface soil (㎎/ ㎏)Cf v g : concentration of the chemical in plants (㎎/ ㎏)TF(i->m) : transfer factor from chemical of exp osure medium i to beef

cattle (㎥/ kg[m ], L/ kg[m], kg[s]/ kg[m], kg[fvg]/ kg[m ])i : exp osure medium such as air, water, soil, and plants

2) 호흡에 의한 인체 노출 예측

호흡 노출경로는 실외 활동으로 인한 호흡노출, 실내에서의 활동 및 휴식에

의한 호흡노출, 그리고 물에서 실내공기 중으로 휘발되어 호흡기를 통한 노출

의 세 가지로 나누었다.

본 연구의 공기호흡에 의한 노출 예측은 호흡률(BR), 체중(BW ), 실내·외에

서 보내는 시간(ISR) 및 기간을 고려한 RAGS/ H H EM (US EPA, 1989a,b)의 기

본수식을 바탕으로 하였으며, 호흡률에 대해서는 활동시(activ e 또는 h igh; 이

하 BR h )와 휴식시(restin g 또는 light; 이하 BR l)로 구분하여 적용하였다(Eq.

4~5).

- 12 -

H IF in haa =

B R h

B WE F E D

A T( 1 - ISR ) (Eq . 4)

HIFa ain h : human intake factor of chemical of concern by an exp osed

individual via inhalation of contaminated ambient air (㎥/ kg-day)BRh : high activity breathing rate (㎥/ day)BW : body weight (㎏)EF : exp osure frequency (days/ year)ED : exposure duration (years)A T : averaging time (days)ISR : rate of exp osure time in indoor (unitless)

H IF in hia =

B R l

B WE F E D

A TISR (Eq . 5)

HIFi ain h : human intake factor of chemical of concern by an exp osed

individual via inhalation of contaminated indoor air (㎥/ kg-day)BR l : light activity breathing rate (㎥/ day)

그리고, 물에서 실내공기 중으로 휘발되어 호흡기를 통해 일어나는 노출의

예측을 위해서 McKon e(1987)의 음용수를 통한 호흡 노출평가 모델에서 제시

하고 있는 오염물질의 물중에서 공기중으로의 질량이동계수(m ass tr an sfer

efficien cy; 이하 M TEz ) 산출식(Eq. 6)을 이용하였다. 그리고 Fisk 등(1987)의 실

내공기 오염예측에 대한 관계식과 RAGS/ H H EM (US EPA, 1989a,b)의 인체노

출 예측에 관한 기본 수식에 따라 질량이동계수(M TEz )에 사용량(W z )과 노출시

간(ETz )을 곱하여 노출 실내공간에서의 환기량(VR z )으로 나누고, 여기에 실내

에서의 호흡률(BR l), 체중(BW ), 노출기간을 고려하여 실내에서의 음용수에 기

인한 호흡 접촉율을 구하였다(Eq. 7).

- 13 -

M T E z = øR n( 2 10 6) ( - 2/ 3) m 2/ s2 .5

D l2/ 3 +R T z

H Da 2/ 3

(Eq. 6)

M TEZ : the mass transfer efficiency from water to air in exp osure space(unitless)

ø R n : the mass-transfer efficiency of radon from water to air and is 0.7

for showers and 0.54 for all household water u sesDl : diffusion coefficient in w ater (㎡/ s)Da : diffu sion coefficient in air (㎡/ s)R : universal gas constant (Pa-L/ mol-k)Tz : temperature of exposure sp ace (degrees Kelvins)H : Henry`s Law Constant (Pa-L/ m ol)z : exp osure sp ace such as bathroom or hou se

HIF in hdw =

B R l

B WE F E D

A T

(( Wb M TE b

VR bE T b)+ ( Wh M TE h

VR hE T h)) CF

(Eq. 7)

HIFa ain h : human intake factor of chemical of concern by an exp osed

individual via inhalation of contaminated drinking water(L/ kg-day)

W z : w ater consumer in exposure space (L/ hr)M TEZ : the mass transfer efficiency from water to air in exp osure space

(unitless)VRz : ventilation rate of exp osure space (㎥/ hr)ETz : exp osure time by water using in exposure space (hr/ day)CF : unit conversion factor, 1/ 24 (day/ hr)z : exp osure sp ace such as bathroom or hou se

- 14 -

3) 섭취에 의한 인체 노출 예측

섭취 노출의 경우, 직접적인 음용수의 섭취와 토양의 섭취, 육류 섭취 및

농작물의 섭취의 네 가지로 분류하였다.

먼저, 음용수, 토양 및 육류를 통한 섭취노출은 수식 Eq. 8에서 보는 바와

같이 각각의 섭취량(IR i)에 체중(BW )과 노출시간 및 기간을 고려한 인체 노출

량 산출식의 기본형(US EPA, 1989a,b)을 가지고 산출하였다.

H IF ingi =

IR i

B WE F E D

A T(Eq . 8)

HIFii n g : human intake factor of chemical of concern by an exposed

individual via ingestion of contaminated exp osure medium i(L/ kg-day, kg[s]/ kg-day, kg[m]/ kg-day)

IR i : ingestion rate of exp osure medium (L/ day, kg[s]/ day, kg[m]/ day)BW : body weight (㎏)EF : exp osure frequency (days/ year)ED : exposure duration (years)A T : averaging time (days)i : exp osure medium such as drinking water, surface soil and meats

또한, 농작물에 의한 섭취 노출의 예측도 RAGS/ H H EM (US EPA, 1989a,b)

지침서에서 제시한 수식을 기본으로 하였다. 특히, 채소 및 과일류의 경우 실

제로 사람이 식용하는 부위가 열매, 잎 정도로 한정되어 있고, 오염물질이 뿌

리(root) 등과 같은 농작물의 특정부위로 보다 많이 전이되어질 가능성이 있기

때문에, 농작물이 오염물질에 직접 노출되거나 오염된 물, 토양과 같은 매체를

통해 간접 노출된다 하더라도 인체로 섭취되어 실제 노출되는 비율(Ff v )을 고려

해주어야 한다. 여기에 마찬가지로 각각의 섭취량(IR i), 체중(BW )과 노출시간을

- 15 -

적용시켜 농작물 섭취에 의한 접촉율을 산출하였다(Eq . 9).

H IF ingf vg =

( IR f v F f v) + IR g

B WE F E D

A T(Eq . 9)

HIFf v gi n g : human intake factor of chemical of concern by an exposed

individual via ingestion of contaminated fruits, vegetables, andgrains (kg[fvg]/ kg-day)

IRf v : ingestion rate of fru its and vegetables (kg[fv]/ day)IRg : ingestion rate of grains (kg[g]/ day)Ff v : fraction of fruits and vegetables consumed that are exposed produce

(unitless)

4) 피부 접촉에 의한 인체 노출 예측

피부접촉을 통한 노출경로로는 물과 토양에 의한 직접적인 두 가지 피부접

촉으로 나누어 보았다.

물에 의한 직접적인 피부노출은 주로 샤워 또는 목욕, 그리고 세탁, 청소와

같은 가사일을 할 때 발생하기 때문에 일일 노출시간(ET)과 빈도(EF), 그리고

직접적으로 물과 닿는 피부면적(또는 체표면적; 이하 SA )에 대한 인자가 중요

하다. 물을 통한 피부노출 예측에 사용되어진 기본 수식은 Brown 등(1984)의 연

구에서 인용하였으며, 이 수식은 노출시간(ETz )을 노출 장소별로 세분화하였고

피부 노출율(Fs) 및 피부침투계수(SP)에 대한 인자가 고려되었다(Eq. 10).

- 16 -

H IF uptakedw = SA F s SP

B W( E T b + E T h) E F E D

A TCF (Eq . 10)

HIFd wu p t a k e : uptake of chemical of concern by an exposed individu al via

dermal uptake with contaminated drinking water (L/ kg-day)Fs : fraction rate of exposed skin (unitless)SP : skin permeability coefficientc (m / hr)ETz : exp osure time by water using in exposure space (hr/ day)CF : unit conversion factor, 103 / 106 (L/ ㎤)z : exp osure sp ace such as bathroom or hou se

토양에 의한 피부노출은 미국 EPA의 지침서에 수록된 인체 노출량 산출식

(US EPA. RAGS/ HHEM, 1989a,b)을 근거로 예측하였고, 여기에서는 체표면적

(SA )과 피부에 대한 흡수율(absorp tion factor; 이하 A BS) 및 토양의 점착계수

(ad h erence factor; 이하 A F), 그리고 체중(BW )과 노출시간이 고려되었다(Eq.

11).

H IF uptakes = SA A F A B S

B WE F E D

A TCF (Eq . 11)

HIFsu p t a k e : uptake of chemical of concern by an exposed individu al via

dermal uptake with contaminated surface soil (kg[s]/ kg-day)SA : available surface aerea (㎠/ day)A F : adherence factor (㎎/ ㎠)A BS : absorption factor (dermal):equivalent to 0.1%(inorganics),

1.0%(organics) (unitless)CF : unit conversion factor, 10- 6 (kg/ ㎎)

- 17 -

5) 인체 노출 시나리오에 따른 매체/ 경로별 인체 노출량 예측

이상과 같이, 다매체/ 다경로 인체 노출 시나리오에 따라 각 노출 매체/ 경

로에서의 접촉율(hu m an intake factor; 이하 H IFp r e d i c t)을 산출하였고, 여기에

인체 접촉 매체별 오염도(con centration in exp osu re m ediu m i; 이하 C i)를 각

각 곱하여, 환경오염에 의한 benzo (a)p yren e의 일일 평균 인체 노출량(lifetim e

average d aily d ose; 이하 LADD m o d e l)을 매체/ 경로별로 예측하였다(Eq. 12). 이

수식도 미국 EPA의 지침서 (U S EPA . RAGS/ HHEM, 1989a,b)를 근거로 인용

하였다.

LA DDij k = H IF ijk C i (Eq . 12)

LA DDij k : lifetime average daily dose from exp osure medium i by route jattributable to environmental compartment k (㎎/ ㎏-day)

HIFij k : hum an intake factor from exposure medium i by route jattributable to environmental comp artment k(㎥/ kg-day, L/ kg-day, kg[i]/ kg-day)

Ci : concentration of the chemical in exposure medium i(㎎/ ㎥, ㎎/ L, ㎎/ ㎏)

i : exp osure medium such as outdoor air, indoor air, drinking water,surface soil, p lants and meats

j : exp osure route such as inhalation, ingestion, and dermal uptakek : environmental medium such as ambient air, surface water, and

surface soil

- 18 -

다. 다매체/ 다경로 인체 노출량 예측을 위한 주요 인자값의 결정

본 연구는 다매체 / 다경로 인체 노출 시나리오에 의해 환경 중

benzo (a)p yren e의 매체/ 경로별 인체 노출량을 산출하고자 하였으며, 이를 위

한 다경로 인체 노출 모형 구성에 필요한 인자(factor s)로서 연구 대상 지역의

환경매체별 오염도와 화학물질 고유의 물리·화학적 특성 및 이러한 화학물질

에 오염된 연구 대상 지역에 거주하여 노출 가능성을 갖고 있는 인구집단의

인체 노출 특성들에 대해서 대표값과 확률분포 모형을 결정하였다.

1) 연구 대상 지역 선정 및 환경 중 benzo(a)pyrene의 오염도

Benzo (a)p yren e는 그 특성상 차량 및 난방 연료의 불완전 연소에 의해 발

생되어 도시 대기 중에 분포하고 있으며, 특히 디젤의 연소 배기가스를 통해

다량 배출되는 것으로 알려져 있다. 자연적으로는 화산이나 숲의 화재에 의해

서도 발생하나, 인위적인 발생원에 의한 것이 더 심각하다. 일반 대기 중에서

의 b en zo (a)p yren e은 이와 같은 기작으로 발생되므로 관련 공장이 있는 곳이

나, 자동차가 밀집된 도시 지역 또는 공항 지역이 그렇지 않은 지역(전원 지

역)보다 대기 중 농도가 높다고 보고되고 있기 때문에, 우리 나라의 대도시인

서울지역을 연구 대상 지역으로 선정하였다. 서울지역은 우리 나라의 대표적

인 대도시이며 다른 지역에 비해 인구와 주택이 밀집해 있고, 일일 시내 교통

량이 비교적 가장 높은 것으로 알려져 있으며, 기타 서울 지역의 특성에 대해

서는 전국 자료와 비교하여 Table 2에 나타내었다.

- 19 -

Table 2. Ch aracteristics of th e stu d y city in Korea

Con tents Korea Seou l(%)

Total area(㎢) 99,461 606(0.6)

Farm in g lan d area(㎢) 18,888 21(0.1)

Pop u lation (p er son ) 46,136,101 9,895,217(21.5)

Pop u lation d en sity (p er son / ㎢) 463 17,132

N u m ber of h ou se1) 9,204,929 1,688,111(18.3)

Registration nu m ber s ofau tom obiles2) 12,728,038 2,531,797(19.9)

Average tr affic den sity (car / d ay)3) - 75,756

Sou rce : KOSIS(2000), 1 )KOSIS(1995), 2)KOSIS(2001), 3)Seou l Metrop olitan P oliceA dm inistration (1999)

연구 대상 지역에서 benzo (a)p yren e의 오염원으로는 차량 운행으로 인한

배기가스와 난방 연료의 불완전 연소에 의해 발생되는 오염원만을 고려하였으

며, 환경매체(대기, 수질, 토양)에서의 오염도는 다매체 동태예측모형에 의해

산출된 예측치(서울대 환경대학원, 2001)를 근거로 오염도 분포를 결정하였다

(Table 3). 대기와 토양에서의 오염도는 각각 3.66×10- 6 ±1.42×10- 6 , 4.22×10-3 ±4.64×10-4

으로 log-normal 분포를 보였고, 지표수의 오염도는 3.29×10- 5 ±1.80×10- 5으로서

normal 분포를 나타내었다.

- 20 -

Table 3. Distribu tion of benzo (a)p yren e concen tration in environm en tal

m edia ap p lied to m od el

Med ia Con centration Distribu tion

Am bientair

(㎎/ ㎥)

Mean ±S.D .1 ) 3.66×10- 6

±1.42 ×10- 6

Logn orm al d istr ibu tion

Med ian 3.50×10- 6

Ran ge(Min .∼Max.)

1.49×10- 6

∼6.55 ×10- 6

Su rfacew ater(㎎/ L)

Mean ±S.D .1 ) 3.29×10- 5

±1.80×10- 5

N orm al d istr ibu tion

Med ian 3.02 ×10- 5

Ran ge(Min .∼Max.)

1.13 ×10- 5

∼9.29×10- 5

Su rfacesoil

(㎎/ ㎏)

Mean ±S.D .1 ) 4.22 ×10- 3

±4.64 ×10-4

Logn orm al d istr ibu tion

Med ian 4.13 ×10- 3

Ran ge(Min .∼Max.)

3.67×10- 3

∼4.93 ×10- 3

Sou rce : 서울대 환경대학원, 20011) S.D . : stan d ard d eviation

2) Benzo(a)pyrene의 물리·화학적 특성 및 확률분포 결정

연구 대상 물질인 benzo (a)p yren e의 분자량, 헨리상수, 옥탄올 분배계수, 대

기확산계수 및 피부침투계수 등의 물리·화학적 특성 인자값은 CalTOX(US

EPA, 1996b)에 수록된 값을 사용하였고, 이에 대한 대표값 및 확률분포를 다

음 Table 4에서 설명하였다.

- 21 -

Table 4. Su m m ary of ch em ical p rop erties for b en zo (a)p yren e

Ch em ical p rop ertyBenzo(a)p yrene Probability

distribu tionValu e(S.D .2 )) Ran ge

Molecu lar w eight (g/ m ol) 252.3 - p oint

Octan ol-W ater p artitioncoefficient(u n itless) 2.20×106 - p oin t

H en ry`s Law Con stant (P a-L/ m ol) 92 - p oint

Univer sal gas con stan t(Pa-L/ m ol-k) 8.32 ×103 - p oin t

Diffu sion coefficient in w ater (㎡/ s) 6.13 ×10-10 4.60×10-10

∼7.66×10-10 u n iform

Diffu sion coefficient in air (㎡/ s) 5.09 ×10-6 4.68 ×10-6

∼5.50×10-6 u n iform

Tran sfer factor fromam bient air to in d oor air (u nitless) 1 0.9∼1 u n iform

Tran sfer factor from su rface w ater todrinkin g w ater (u n itless)1) 0.15 0.05∼0.3 u n iform

Biotran sfer factor in m eat relative tocattle-d iet con tam in antin take(d ay/ kg [m ])

0.029 3.45 ×10-3

∼5.5 ×10-2 trian gu lar

Biotran sfer factor in p lan ts relative tocontam in ant airconcentration (㎥[air ]/ kg [p ])

5.9 ×105

(8.26×106) - logn orm al

Partition coefficien t in p lan ts relativeto soil concentration (kg [s]/ k g [p ])

1.5 ×10-2

(0.015) - logn orm al

Plant-soil p artition coefficient forsu rface soil du e to rain sp lash(kg [s]/ k g [p ])

3.4 ×10-3

(0.0034) - logn orm al

Sou rce : CalTOX(US EPA, 1996b), 1 )연세대 환경공해연구소(1996)

2) S.D . : stan d ard deviation

반휘발성(sem i-volatile)인 benzo (a)p yren e의 분자량은 252.3 g/ m ol이고, 옥

탄올-물 분배계수는 2.20×106 , 헨리상수는 92 Pa-L/ m ol이었다. 물로의 확산계

수는 6.13×10- 1 0 ㎡/ s으로서 공기로의 확산계수(5.09×10- 6 ㎡/ s)보다 작았다. 이

- 22 -

는 오염원의 물에 의한 이동보다는 대기에 의한 확산이동이 훨씬 우세하다는

것을 보여주고 있다.

매체간 오염 전이 계수(TF)로서 우선, 대기에서 실내공기로의 전이계수를 1

로 두었는데, 이는 benzo (a)p yren e의 오염원을 주로 실외에 두고 실내로 100%

전이된다고 보았다. 음용수 중의 benzo (a)p yren e의 농도를 예측하기 위해서 연

세대 환경공해연구소의 자료(연세대 환경공해연구소, 1996)의 실측치를 바탕으

로 정수처리에 의해 지표수 중 benzo (a)p yren e의 오염도가 평균 85 % 정도 제

거된다고 보았고, 따라서 음용수 처리과정에 의한 오염 전이계수로서 0.15를

적용하였다. 이들 대부분의 특성들은 p oint valu e 또는 u niform 분포로 결정하

였다.

또한, 생체전환계수(biotran sfer factor)로는 가축의 먹이에 의한 육질로의 전

이계수가 0.029 d ay/ ㎏, 오염된 공기에 의한 식물로의 전이계수가 5.9×105 ㎥/

㎏으로 조사되었다. 토양에 의한 식물로의 분배계수는 1.5 ×10- 2 ㎏/ ㎏이며, 특

히, 강우에 의해 손실되는 경우는 3.4 ×10- 3 ㎏/ ㎏으로 구분하여 적용하였다. 이

들 인자들에 대한 확률분포로서 가축의 먹이에 의한 육질로의 전이계수는 최

대치와 최소치에 의한 trian gu lar 분포로 보았고, 나머지 생체전환계수들에 대

해서는 log-n orm al 분포로 결정하였다.

3) 연구 대상 지역의 인체 노출 특성 및 확률분포 결정

연구 대상 지역의 인체 노출에 관한 특성 중 노출 인구 집단에 대한 체중

은 1997년도 보건복지부의 자료를 인용하여 성인 평균 체중으로서 60 ㎏을 적

용하였으며, 체표면적은 EPA (US EPA, 1989b)에서 제시하고 있는 체중을 이용

한 수식을 통해 산출된 값을 적용하였다.

- 23 -

EPA에서 제안하고 있는 체표면적(㎡) 산출식은 다음 Eq. 13과 같다.

SA = 0 . 1 B W(2/ 3) (Eq . 13)

SA : available surface aerea (㎡)BW : body weight (㎏)

그 밖의 연구 대상 지역의 인체 노출에 관련된 세부적 특성에 대해서는

Table 5에 정리하여 기술하였다. 자세히 살펴보면, 우리 나라 성인의 평균 체

중으로는 60 ㎏(보건복지부, 1997)을 적용하였고, 체표면적은 앞에서의 수식

(Eq . 13)에 따라 산출된 15326 ㎠를 사용하였다(US EPA, 1989b). 피부침투계수

는 0.012 m / hr, 피부에 대한 흡수율(absorp tion)은 0.01(u nitless), 토양의 점착

(ad h erence)계수로는 1 ㎎/ ㎠을 사용하였다(US EPA, 1989; 1991; 1992b; 1995a;

1996b). 호흡률에 있어서는 실외 활동시과 실내 활동 및 휴식시로 구분하여 각

각 31.2 ㎥/ d ay, 13.25 ㎥/ d ay으로 적용하였다(US EPA, 1997). 일일 음용수의

섭취량 1.3 L/ d ay는 연세대 환경공해연구소의 자료(연세대 환경공해연구소,

1996)를 인용하였으며, 기타 토양, 곡류, 농작물, 육류에 대한 인체 섭취량은

각각 2.1×10- 5 ㎏/ d ay, 0.306 ㎏/ d ay, 0.432 ㎏/ d ay, 0.03 ㎏/ d ay으로 US

EPA (1996b)와 보건복지부(1997)의 자료를 적용시켰다. 또한 사육되는 가축의

일일 호흡율은 122 ㎥/ d ay로 적용하였고, 가축의 먹이 섭취량으로는 물 35

L/ d ay, 토양 0.4 ㎏/ d ay, 식물 60 ㎏/ d ay을 사용하였다(US EPA, 1996b). 이

인자들 중 피부침투계수는 tr ian gu lar 분포, 피부에 대한 흡수율은 u niform 분

포, 토양의 점착계수는 p oin t 값을 적용하였으며, 이외 대부분의 노출인자들은

log-n orm al 분포로 결정하였다.

피부노출율과 농작물이 실제 인체로 섭취되는 농작물의 소비비율은 각각

- 24 -

라. 불확실성 및 민감도 분석을 통한 다경로 인체 노출 모형의 보정

다매체/ 다경로 노출 시나리오를 고려한 인체 노출 평가에 있어서는 다양한

노출변수들을 고려해야 하기 때문에 하나의 값으로 표현하기에는 많은 불확실

성(u n certainty)을 포함하게 된다. 따라서, 본 연구의 모형을 통해 예측된 결과

에 대한 불확실성을 최소화하기 위해서 각 인자들의 대한 M on te-Carlo

sim u lation을 실시하여, 예측 결과의 확률분포를 결정하였다.

또한, benzo (a)p yren e에 대한 다경로 인체 노출 모형을 보정하기 위하여,

모형에 적용되었던 다양한 인자들(factors) 중에서 매체/ 경로별 인체 노출량 예

측결과에 유의한 영향을 미치는 인자들을 도출하기 위한 민감도 분석

(sen sitiv ity an alysis)을 실시하였다. 여기서도 Monte-Carlo sim u lation을 이용

하였는데, 매체/ 경로별 인체 노출량을 예측하는데 있어서 정확도(accu racy)를

질적으로 평가할 수 있도록, 산출된 매체/ 경로별 인체 노출량에 가장 큰 영향

을 주는 모수를 분석하였다(Eq. 14).

S en sitivity =L A DD baselin e - L A DD 10%

X baselin e - X 10%(Eq . 14)

LA DDb a s e li n e, LA DD1 0 % : baseline and variation of LADDX b a s el i n e, X 1 0 % : baseline and variation of exp osure factor

: standard deviation of distribution for exp osure factor

본 연구에서는 불확실성 분석(u n certain ty an alysis)과 민감도 분석

(sen sitiv ity an aly sis)을 위해서 Crystal ball softw are 2000(v5.2)를 사용하였으

며, 분석 결과를 바탕으로 영향 인자들의 자료들을 보완하여 모형의 예측력을

향상시켰다.

- 27 -

Ⅲ . 연구 결과

1. 인체 노출 매체별 be nz o (a )py re ne의 예측 농도

대기, 수질 및 토양의 환경매체에서의 농도를 가지고 다경로 인체 노출 모

형에 적용하여 실제 인체 접촉매체로 전이된 benzo (a)p yren e의 농도를 예측하

였다(Table 6). 실제 인체 접촉매체로는 실외 공기 및 실내 공기, 음용수(수도

수), 지표 토양, 그리고 식품 중 농작물과 육류로 구분하였으며, 여기서 실외

공기는 대기 중의 오염도와 같다고 가정하여 평균 오염도가 3.66×10- 6 ㎎/ ㎥이

었고, 대기로부터 실내공기로의 전이 계수로서 1 을 사용하여 실내 공기 중의

평균 오염도를 3.48×10- 6 ㎎/ ㎥으로 예측하였다.

음용수 중의 평균 benzo (a)p yren e의 오염도는 5.75×10- 6 ㎎/ L이었고, 본 연

구의 연구 대상 지역은 가정으로의 수도수 보급율이 94 %에 이르기 때문에, 지

표수는 단지 농업 또는 낙농업 등의 비 음용수에만 적용하였으므로 지표수에

의한 직접적인 인체 접촉 경로는 제외시켰다. 그리고 지표토양 중의

benzo (a)p yren e 오염도 역시 환경매체 중의 토양 농도와 같다고 가정하여

4.22 ×10- 3 ㎎/ ㎏으로 예측하였다.

그리고 오염된 환경매체에 의한 식품에서의 benzo (a)p yren e 오염도는 농작

물에서 1.43 ×10- 5 ㎎/ ㎏, 육류에서 1.20×10-4 ㎎/ ㎏로 예측되었다.

- 28 -

Table 6. Pred iction of benzo (a)p yren e concentration s in th e exp osu re contact

m edia u sin g th e m u ltip athw ay h u m an exp osu re m od el

Exp osu re contactm ed ia

Con centr ation of ben zo (a)p yren e

Mean Med ian(50th)

Ran ge(5th∼95th)

Ou td oor air(㎎/ ㎥) 3.66×10- 6 3.50×10- 6 1.49×10- 6∼6.55 ×10- 6

In d oor air(㎎/ ㎥) 3.48 ×10- 6 3.22×10- 6 1.67×10- 6∼6.19×10- 6

Drinkin g w ater(㎎/ L) 5.75 ×10- 6 4.94 ×10- 6 4.10×10- 7∼1.37×10- 5

Grou n d soil(㎎/ ㎏) 4 .22 ×10- 3 4.13×10- 3 3.67×10- 3

∼4.93 ×10- 3

Food s(㎎/ ㎏)

Vegetables,fru it s, an d

grain s1.43 ×10- 5 1.01×10- 5 2.50×10- 6∼4.03 ×10- 5

Meat 1.20×10-4 1.07×10- 4 3.65 ×10- 5∼2.44 ×10-4

2 . Be nz o (a )py re ne 의 일일 평균 인체 노출량 예측

완성된 인체 노출 모형을 통해 가정한 노출 시나리오에 따라 매체/ 경로별

인체 노출량을 산출하여, 다매체/ 다경로 간의 인체 노출 기여도를 평가하였다.

먼저, 다경로 인체 노출 모형에 ben zo (a)p yren e의 물리·화학적 인자값과

인체 노출변수들을 적용시켜 각 인체 노출매체별로 섭취율(H IF)을 산출하여

정리하였다(Table 7). 노출매체별 인체 노출율은 실내와 실외 공기에 의한 호

흡노출이 각각 7.26×10- 2 ㎥/ ㎏-d ay, 4.27×10- 2 ㎥/ ㎏-d ay이었으며, 실외보다는

실내에서의 접촉율이 약간 크게 산출되었다. 그리고 음용수의 호흡 접촉율은

4.89×10- 1 5 L/ ㎏-d ay으로서, 구강 섭취(8.90×10- 3 L/ ㎏-d ay)나 피부 접촉에 의한

노출율(1.27×10- 3 L/ ㎏-d ay)에 비하여 매우 작은 수준이었다. 토양에 의한 구강

- 29 -

섭취율과 피부 접촉에 의한 노출율은 각각 1.44 ×10- 7㎏/ ㎏-d ay, 1.05 ×10- 6

㎏/

㎏-d ay의 수준으로 예측되었다. 또한, 식품의 구강 섭취를 통해 예측된 노출율

로서 농작물에서는 3.49×10- 3㎏/ ㎏-d ay, 육류에서는 2.05 ×10-4

㎏/ ㎏-d ay이었

다.

Table 7. Su m m ary of hu m an in tak e factors1 )

Environm en talm edia Exp osu re m edia

Exp osu re p ath w ay

Inh alation In gestion Derm alu p take

Am bientair

Ou td oor air(㎥/ ㎏[h ]2 )-d ay) 4 .27×10-2 - -

In d oor air(㎥/ ㎏[h ]-d ay) 7.26×10-2 - -

Su rfacew ater

Drinkin g w ater(L/ ㎏[h ]-d ay) 4 .89 ×10-1 5 8.90×10-3 1.27×10-3

Su rfacesoil

Grou n d soil(㎏[s]3)/ ㎏[h ]-d ay) - 1.44 ×10- 7 1.05 ×10-6

Food s

Vegetables, fru its,an d grain s

(㎏[fv g]4 )/ ㎏[h ]-d ay)- 3.49×10-3 -

Meat(㎏[m ]5)/ ㎏[h ]-d ay) - 2.05×10-4 -

1 ) human intake factor = (contact rate × exposure time) / body weight2 ) ㎏[h] : body weight of hum an, 3 ) ㎏[s] : weight of soil,4 ) ㎏[fvg] : weight of vegetables, fruits, and grains,5 ) ㎏[m] : weight of meat

다경로 인체 노출 모형에 위의 Table 7에서 제시한 노출 매체/ 경로별

benzo (a)p yren e의 인체 섭취율(H IF)과 각각의 인체 접촉매체별 오염도(C i)를

적용하여, 환경 중 b en zo (a)p yren e에 대한 연구 대상 지역에서 거주하는 성인

의 일일 평균 인체 노출량(LADD m o d e l)을 산출하였다. 그 결과, 다매체/ 다경로

노출을 모두 고려하였을 때의 환경 중 benzo (a)p yren e의 일일 평균 총 인체

- 30 -

노출량(Total LADDm o d e l)은 평균 5.52×10- 7㎎/ ㎏-d ay이며, 50th p ercen tile은

4.19×10- 7 ㎎/ ㎏-d ay, 95th p ercentile은 8.65 ×10- 7 ㎎/ ㎏-d ay로 예측되었다(Table

8, 9).

Table 8. LADD m o d e l1 ) of ben zo (a)p yren e by m u lim edia/ m u ltip athw ay h u m an

exp osu re

Exp osu rep athw ay

Exp osu recontact m ed ia

LADD (㎎/ ㎏-d ay)

Mean Med ian(50th )

Ran ge(5th∼95th )

Inh alation

Ou td oor air 1.56×10- 7 1.42×10- 7 3.16×10- 8

∼4.85 ×10- 7

In d oor air 2.66×10- 7 1.51×10- 7 5.93×10- 8

∼3.56×10- 7

Drinkin g w ater 2.41×10- 2 0 1.53 ×10- 2 0 8.85×10- 2 2

∼1.04 ×10- 1 9

In gestion

Drinkin g w ater 4.39×10- 8 3.23×10- 8 2.53×10- 9

∼1.04 ×10- 7

Grou n d soil 6.07×10- 1 0 1.44 ×10- 1 0 1.25×10- 1 1

∼1.80×10- 9

Vegetables,fru its, an dgrain s

5.00×10- 8 2.68×10- 8 6.40×10- 9

∼1.11×10- 7

Meat 2.47×10- 8 1.67×10- 8 5.24 ×10- 9

∼4.12 ×10- 8

Derm alu p take

Drinkin g w ater 6.26×10- 9 5.03×10- 9 2.82×10- 1 0

∼2.85 ×10- 8

Grou n d soil 4.43 ×10- 9 1.73×10- 9 4.34 ×10- 1 0

∼3.91×10- 9

Total LADD 5.52 ×10- 7 4.19×10- 7 2.06×10- 7

∼8.65 ×10- 7

1) LADD m o d e l : lifetim e average d aily d ose u sin g the Mu ltip ath w ay H u m anExp osu re Mod el

- 31 -

Table 9는 다경로 인체 노출 모형의 Monte-Carlo sim u lation을 통해 얻어진

노출 경로별 인체 노출량의 예측 분포에 대한 결과이다. 흡입에 의한 평균 노

출량은 4.22 ×10- 7㎎/ ㎏-d ay, 섭취에 의한 평균 인체 노출은 1.19×10- 7

㎎/ ㎏

-d ay이며, 피부접촉에 의한 평균 노출량은 1.07×10- 8㎎/ ㎏-d ay이었다.

Ben zo (a)p yren e의 인체 노출량을 경로별로 비교해 보면, 흡입에 의한 노출이

가장 컸으며, 그 다음으로는 구강 섭취, 피부 접촉에 의한 노출 순이었다.

Table 9. Distribu tion of LADD m o d e l accordin g to exp osu re p athw ay for

benzo (a)p yren e

Exp osu rep athw ay

LADD(㎎/ ㎏-d ay)

Distribu tion

PDF1 ) CDF2)

Inhalation

Mean : 4 .22 ×10- 7

50 th : 3.11×10- 7

95 th : 7.36×10- 7

Ingestion

Mean : 1.19 ×10- 7

50 th : 8.55 ×10-8

95 th : 2.08 ×10- 7

Dermaluptake

Mean : 1.07×10-8

50 th : 6.99 ×10-9

95 th : 3.04 ×10-8

TotalLADD

Mean : 5.52 ×10- 7

50 th : 4 .19 ×10- 7

95 th : 8.65 ×10- 7

1 ) PDF : probability density function2 ) CDF : cumulative density function

- 32 -

3 . 일일 평균 인체 노출량에 대한 매체 /경로별 기여율 비교

다매체/ 다경로를 모두 고려하여 산출된 환경 중 benzo(a)p yren e의 총 인체

노출량에 대하여 각 노출 매체/ 경로별로 기여율을 살펴보았다(Figu re 3).

흡입에 의한 노출은 전체 총 인체 노출량의 77.99%를 차지하여 가장 큰 노

출 기여율을 나타내었고, 그 중에서도 실내 공기에 의한 노출 기여율이 51.5 %

로 실외 공기에서보다도 큰 비중을 차지하였는데, 이는 오염원이 비록 실외라

할지라도 실내로의 유입을 100% 가정한 이상, 노출 인자 중에서도 특히 실

내·외 공간에서의 노출시간(exp osu re tim e)이 중요한 영향을 미친 것으로 판

단된다.

그 다음으로 구강 섭취에 의한 기여율이 20.21%로서, 노출매체 중에서도

음용수가 42.6%, 농작물이 35.3%, 육류에 의한 섭취가 22.0% 순으로 나타났으

며, 토양의 섭취는 아주 미미한 수준이었다.

노출 경로 중에서도 총 인체 노출량에 가장 낮은 기여율을 보이는 것이 피

부접촉에 의한 노출로서 1.8 %를 나타내었다. 음용수에 의한 피부노출이 74.4 %

로 토양에 의한 노출(25.6%)보다도 훨씬 크게 차지하였으며, 이러한 노출은 샤

워나 목욕, 그리고 가사일을 하는 동안 물과 피부가 접촉하는 사이에 발생하

는 것으로 볼 수 있다.

그리고, 다매체/ 다경로를 고려하여 산출된 b en zo (a)p yren e의 일일 평균 총

인체 노출량에 가장 큰 영향을 미치는 환경매체는 대기의 오염으로 분석되었

다(Figu re 4). 따라서 대기 오염에 의한 노출 경로로서 실내·외 공기의 흡입

에 의한 영향이 가장 크게 나타났으며, 실내와 실외공기의 흡입으로 인한 일

일 평균 인체 노출량은 각각 1.51×10- 7 ㎎/ ㎏-d ay, 1.42×10- 7 ㎎/ ㎏-d ay로 예측

되어 실외보다는 실내에서의 노출량이 다소 높음을 보여주고 있다.

- 33 -

Ⅳ . 고 찰

지금까지의 ben zo (a)p yren e을 포함한 PAH s에 대한 환경 중 실측 농도 데

이터를 근간으로 하여 매체/ 경로별 인체 노출량을 평가하는 데에는 몇 가지

제한점이 있었다. 우선 비용이나 시간적인 면에서 다양한 매체에 대해 다수의

시료를 측정하고 분석하는 데에는 부담이 크며, 즉각적인 대응방안을 마련하

기가 또한 어렵다는 점이다. 따라서, 최근에는 이러한 경우 노출 시나리오를

모의하고, 인체 노출 및 위해성 평가에 이용하기 위한 측정치들을 보충할 수

있는 자료생성을 위한 컴퓨터 모델링 연구들이 수행되고 있다(US EPA,

1992a). 또한 EPA를 중심으로 하여 노출 평가에 대해서 다양한 환경 오염원과

인간 또는 생태계의 건강 위해를 분석하는 가장 핵심이 되는 단계로서 규정하

고, 물, 대기, 토양, 실내 환경의 오염물질에 대한 다매체적인 노출을 인구집단

을 대상으로 평가하고자 하는 프로그램을 기획하고 있다(US EPA, 2000e).

그러나, 노출평가를 위해 개발되어온 환경 및 인체 노출 관련 모델들은 그

나라만의 독특한 노출 시나리오 및 데이터베이스가 지원토록 되어 있어 사실

상 국내 적용이 어려운 현실이다. 그 동안의 국내에서의 노출 평가는 모델을

이용한 예측보다는 오염도를 직접 실측하는 방법을 주로 이용해 왔으며, 다매

체/ 다경로 모델에 관한 연구는 아직 초보적인 수준이다. 따라서, 우리나라도

현재 선진국에서 다이옥신 및 라돈의 다매체/ 다경로 노출에 대한 예측 모델로

많이 적용되고 있는 모형들을 비교하고 검토하여, 환경 중 오염물질의 농도

및 노출량을 실제와 크게 다르지 않은 범위에서 예측할 수 있으며 현실적으로

도 우리나라에 적용이 가능한 다매체/ 다경로 인체 노출 모형을 구성하여, 이

를 이용한 위해도 통합평가기법의 확립이 필요한 시점이라 여겨진다.

- 45 -

그러한 의미에서 볼 때, 본 연구는 환경 중 ben zo (a)p yren e에 대하여 정확

한 수치로서의 매체/ 경로별 인체 노출량이 얼마다라는 것에 중점을 두기보다

는 환경오염물질의 위해도 관리 기술 개발의 하나로서, 환경 중

benzo (a)p yren e의 오염도를 가지고 수식을 이용한 모형을 통해 어느 정도 수

준까지는 인체에 대한 노출량을 실제와 가깝게 예측하며, 매체/ 경로별 상대적

인 노출 기여율을 제시하고자 하는 것이 목적이다. 다시 말해, 환경오염물질의

위해도 관리측면에서 매체/ 경로별 인체 노출량에 기여하는 정도를 비교하여

궁극적으로 benzo (a)p yren e의 인체 노출 및 위해를 감소시키기 위해서는 어느

매체 또는 어떤 경로에 특히 초점을 두어야 할지에 대한 관리방안의 기초자료

로서 제시하고자 하는 것이다.

실제 benzo (a)p yren e을 비롯한 PAH s의 발생 특성상, 여러 노출 매체 경로

중에서도 음식에 의한 인체 노출이 일일 총 인체 접촉율(total d aily intake)의

약 97%를 차지한다는 보고가 있으며(H attem er-Frey 등, 1991), Baghu rst (1999)

와 Knizie 등(1999)의 연구에서도 식품의 2차 조리 및 가공시 식품 중의 주성

분인 탄화수소, 단백질, 지질 등이 분해되거나 육류의 지방이 열분해 되면서

다량 생성되는 ben zo (a)p yren e의 가장 큰 특성 때문에, 식품의 2차 조리 및 가

공에 의한 benzo(a)p yren e의 노출을 가장 큰 문제로서 제시하고 있다. 그러나,

본 연구에서는 음식의 조리 및 가공 과정에 의해 발생되거나 오염되는 문제를

특정 식생활 방식이나 개인에 따른 차이로 보고 이러한 오염은 2차적인 물

리·화학적 과정에 의해 발생되는 것이기 때문에, 실제적인 일차 환경매체의

범위에서는 다소 벗어나는 것으로 간주하였다. 또한, 본 연구의 초점은 환경오

염에 의한 1차 환경매체의 오염으로부터 실제 노출매체로의 매체간 오염전이

(inter-m ed ia tran sfer) 개념을 가지고 매체/ 경로별 인체 노출량을 예측하고자

하는 것으로서, 기존 연구들에서 주로 다뤄왔던 b en zo (a)p yren e의 인체노출과

- 46 -

관련하여 식품의 조리 및 가공(2차오염)에 의한 인체로의 섭취노출은 고려하지

않았다.

다경로 인체 노출 모형을 구성하기에 앞서, 기존의 인체 노출 평가 모델들

중 대표적으로 CalTOX(US EPA, 1996b), Sm art_RISK(Sm artRISK, 1996), REx

2.1G (US EPA, 2000)의 구성 알고리즘들은 비교, 분석해 본 결과, 대부분의 수

식들이 미국 EPA의 지침서(US EPA . RAGS/ H H EM, 1989a,b)에 수록된 인체

노출량 산출식을 근거로 짜여진 것을 알 수 있었다. 따라서 본 연구의 다경로

인체 노출 모형을 구성하는데 있어서도 이를 바탕으로 하였다.

대기, 지표수 및 토양의 환경매체에서의 오염도를 가지고 다경로 인체 노출

모형에 적용하여 실제 인체 접촉매체로 전이된 benzo(a)p yren e의 오염도를 예

측한 결과, 실외 및 실내 공기의 평균 오염도는 각각 3.66×10- 6 ㎎/ ㎥,

3.48 ×10- 6 ㎎/ ㎥이었는데, 이는 우리나라의 수원지역에서 측정되었던 대기 농도

5.8 ×10- 7∼2.54 ×10- 6 ㎎/ ㎥(1990년∼1994년, 매년 측정)과 유사한 수준이었다(김

성천 등, 1996). 그러나 외국의 대도시인 시카고, 보스턴, 휴스턴, 런던 지역에

서 측정되었던 대기 중 ben zo (a)p yren e의 농도는 2.0×10- 7∼2.5 ×10- 5 ㎎/ ㎥으로

우리나라의 대도시에 비해서는 다소 높은 오염도를 보였다(O d abasi 등, 1999).

한편, 음용수(수도수) 중 benzo (a)p yren e의 농도는 5.75 ×10- 6 ㎎/ L이었고, 지

표 토양에서의 평균 오염도는 4.22 ×10- 3 ㎎/ ㎏으로 예측되었다. 태국의

Chian g-m ai 지역에서의 토양 중 benzo (a)p yren e의 농도를 측정한 Am agai 등

(1999)의 연구 결과를 보면, 기하평균 2.02 ×10- 2 ㎎/ ㎏으로 측정되어 우리나라

보다는 높은 농도였다.

오염된 환경매체에 의한 식품에서의 오염도 경우, 농작물에서 1.43 ×10- 5 ㎎/

㎏, 육류에서는 1.20×10-4 ㎎/ ㎏로 예측되었으며, 이때 육류의 오염도가 농작물

에 비해 약 10배가량 높게 나타났다. 이는 노출 모형을 구성하고 있는 수식에

- 47 -

서 오염물질의 매체간 이동 및 생체내 축적에 대한 부분으로 매체간 오염전이

계수(TF)와 생체전환계수(biotran sfer factor)를 적용한 예측 결과이자, 실제로도

가축이 오염된 공기, 물, 토양에 직접적으로 노출될 뿐만 아니라, 먹이 연쇄를

통해 오염된 토양에서 재배된 식물(또는 목초)을 다시 가축이 섭취하기 때문에

생체농축에 의한 결과라고 판단되었다. 그리스 산업지역에서 재배된 채소류에

대한 PAH s의 오염도 분석결과(Vou tsa와 Sam ara, 1998), 양배추에서의

benzo (a)p yren e은 1.4 ×10- 4 ㎎/ ㎏, 당근 1.1×10- 4 ㎎/ ㎏, 부추 1.5×10- 4 ㎎/ ㎏, 양

상추 2.8 ×10-4 ㎎/ ㎏, 샐러드용 꽃상추 2.4 ×10- 4 ㎎/ ㎏으로 분석되었고, 또 다른

외국의 연구로서 200종의 식품 중 benzo(a)p yren e의 농도를 분석한 결과

(Kazerou ni 등, 2001), 쌀 1.2 ×10-4 ㎎/ ㎏, 당근 1.5 ×10- 4 ㎎/ ㎏, 양배추 4.7×10- 4

㎎/ ㎏, 토마토 1.9×10-4 ㎎/ ㎏, 감자 1.7×10- 4 ㎎/ ㎏의 농도수준을 보여 우리나

라의 경우보다는 ben zo (a)p yren e의 오염도가 높음을 알 수 있었다.

본 연구에서 다매체/ 다경로를 고려하여 예측한 benzo (a)p yren e의 일일 평

균 총 인체 노출량에 가장 큰 영향을 미치는 환경매체는 대기의 오염으로 분

석되었다. 대기 오염에 의한 실내공기와 실외공기 오염에 의한 인체 노출량으

로는 각각 1.51×10- 7 ㎎/ ㎏-d ay와 1.42 ×10- 7 ㎎/ ㎏-d ay로 산출되었으며, 이는

Yaffe 등(2001)의 연구 결과에서 제시되었던 공기 흡입에 의한 노출량 결과

1.3 ×10- 7 ㎎/ ㎏-d ay와도 유사하였다. 또한, 본 연구 결과에서도 보여졌듯이 피

부접촉에 의한 노출량은 6.99×10- 9 ㎎/ ㎏-d ay로 다른 노출 경로들에 비해 가장

낮았으며, Los An geles에서의 다매체 중 PAH s의 분석연구 결과에서도 음용수

나 토양에 의한 피부노출량을 다른 노출경로에 비하여 상대적으로 미미한 수

준으로서 보고 있다(Yaffe 등, 2001).

다매체/ 다경로 노출 시나리오에 의해 구성된 benzo (a)p yren e의 다경로 인

체 노출 모형을 보정하기 위하여 민감도 분석을 실시하였다. 그 결과 모형에

- 48 -

이러한 노출 변수들은 인체 노출 예측 모형에 있어서 결과예측에 중요한

구성요소이지만, 현재 우리나라 국민을 대상으로 한 인체 노출 지표변수들에

대한 연구결과나 자료가 미비하기 때문에, 본 연구에서는 식품섭취량, 음용수

섭취량, 체중, 피부노출율, 물사용량 및 노출시간 이외의 적용한 대부분의 인체

노출 변수들은 미국 EPA에서 제안하고 있는 값들을 사용하였다. 따라서 현실

적으로 다경로 인체 노출 모형에 의한 오염물질의 인체 노출량을 예측하기 위

해서는 우리나라의 현실에 적합한 모형 개발도 중요하겠지만, 이러한 예측모

형을 뒷받침해줄 수 있는 기초 자료에 대한 데이터베이스 구축이 무엇보다도

시급한 실정이다.

더 나아가 다경로 인체 노출 평가에 있어서 노출 인구 집단의 특성을 더욱

세분화하여 성별, 연령 등의 특성화된 기준에 따라 노출 시나리오를 가정하여

그에 따른 변수들을 차별성있게 적용함으로써, 보다 정확하고 신뢰성있는 예

측 모형 개발을 위한 연구를 진행시켜야 할 것으로 사료된다.

- 51 -

Ⅴ . 결 론

환경 중 benzo (a)p yren e의 오염도를 바탕으로 수식을 이용한 다경로 인체

노출 모형(m u ltip ath w ay hu m an exp osu re m od el)을 사용하여 실제 접촉매체

에서의 오염도 및 노출량을 예측하고자 하였으며, 다음과 같은 주요 연구 결

과들을 도출하였다.

1. 오염원으로부터 배출되는 ben zo (a)p yren e의 인체 노출 시나리오로서 총

12가지의 다중 노출 경로를 결정하고, 기존의 인체 노출 평가 모델들의 기본

알고리즘에 대한 비교, 분석을 바탕으로 모형의 기본 산출식을 도출하였으며,

이를 하나의 다경로 인체 노출 모형으로서 구성하였다.

2. 다경로 인체 노출 모형을 이용해 실제 인체 접촉매체로 전이된

benzo (a)p yren e의 오염도를 예측한 결과, 실외 및 실내 공기의 평균 오염도 및

예측범위(5th p ercentile∼95th p ercentile)는 3.66×10- 6 (1.49×10- 6∼6.55×10- 6 ) ㎎/

㎥, 3.48 ×10- 6 (1.67×10- 6∼6.19×10- 6 ) ㎎/ ㎥이었고, 음용수(수도수), 지표 토양, 그

리고 식품 중 농작물과 육류에서는 각각 5.75×10- 6 (4 .10×10- 7∼1.37×10- 5 ) ㎎/ L,

4 .22 ×10- 3 (3.67×10- 3∼4.93×10- 3 ) ㎎/ ㎏, 1.43 ×10- 5 (2.50×10- 6∼4.03×10- 5 ) ㎎/ ㎏,

1.20×10-4 (3.65×10- 5∼2.44 ×10- 4 ) ㎎/ ㎏으로 예측되었다.

3. 연구 대상 지역에서 거주하는 성인의 일일 평균 총 인체 노출량(total

LADD m o d e l)은 평균 5.52×10- 7 ㎎/ ㎏-d ay, 50th p ercentile은 4.19×10- 7 ㎎/ ㎏

-d ay, 95th p ercentile은 8.65 ×10- 7 ㎎/ ㎏-d ay로 예측되었다. 흡입에 의한 노출량

- 52 -

은 평균 4.22 ×10- 7㎎/ ㎏-d ay이고, 전체 총 인체 노출량의 78%로서 가장 큰 노

출 기여율을 나타내었다. 그 다음으로는 구강 섭취에 의한 인체 노출량이

1.19×10- 7㎎/ ㎏-d ay로 기여율은 20.2 %이었고, 피부접촉에 의한 인체 노출량은

평균 1.07×10- 8㎎/ ㎏-d ay로서 기여율이 1.8 %로 나타났다.

4 . benzo (a)p yren e의 다경로 인체 노출 모형의 민감도 분석 결과, 대기 중

의 오염도가 0.66의 민감도 지수를 나타내어, 본 연구의 환경 중

benzo (a)p yren e에 대한 일일 평균 총 인체 노출량 예측에 있어서 가장 큰 영

향을 미치는 인자로 분석되었다. 그 다음으로는 노출빈도(0.32), 실외 활동시의

호흡률(0.27), 토양에 의한 식물로의 분배계수(강우에 의해 손실되는 경우)(

0.18), 실내활동 및 휴식시의 호흡률(0.17)에 대한 인자들이 다경로 인체 노출량

예측에 유의한 영향을 주었다.

본 연구 결과, 오염원에 의해서 benzo(a)p yren e이 대기 중으로 배출되어 실

내·외로 유입되었을 경우, 흡입에 의한 인체 노출이 다른 노출경로에 비해서

상대적으로 높음을 알 수 있었고, 따라서 환경 중 benzo (a)p yren e의 매체/ 경

로별 관리를 하는데 있어서 보다 중점을 두고 고려해야 할 것으로 사료된다.

- 53 -

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ABS T RACT

Es t ima t ing Huma n Ex po s u re to Be nz o (a )py re ne th ro ug h

Mu lt im e d ia / Mu lt ipa thw a y Ex po s u re S c e na rio

Ji you n g Moon

Dep t . of Environ m ental Man agem ent

Th e Grad u ate Sch ool of

H ealth Science an d M an agem ent

Yon sei Un iv ersity

( Directed by Professor Don g Ch u n Sh in , M .D ., Ph .D . )

Wh en p ollu tan ts en ter th e environ m ent, th ey contact p eop le throu gh air,

w ater, food, an d soil in v aryin g am ou nts throu gh ou t a lifetim e. Man agin g

th e h ealth an d environ m ental risks of m u ltim ed ia p ollu tants requ ires an

integrated an d com p reh en siv e assessm ent of environm en tal tran sp ort an d

hu m an exp osu re.

Benzo (a)p yren e, a p olycyclic arom atic hyd rocarbon s (PAH s), can m igrate

across environm en tal p h ase b ou n d aries, resu ltin g in exp osu re from

m u ltim edia p ath w ays. Con sequ ently, it h as raised an im p ortan ce of

m u ltip ath w ay exp osu re assessm en t for benzo (a)p yren e.

Th e objective of this stu d y w as to estim ate hu m an exp osu re to

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benzo (a)p yren e throu gh m u ltim edia/ m u ltip ath w ay exp osu re scen ario .

In this stu d y, a m u ltip athw ay hu m an exp osu re m od el u sed to estim ate

of con centr ation s in th e exp osu re con tact m ed ia, h u m an intake factors an d

lifetim e av erage d aily d ose(LADD m o d e l) of benzo(a)p yren e in en vironm ent .

Th e equ ation s u sed in th e m u ltip athw ay h u m an exp osu re m od el are

m od ified from or exten sion s of equ ation s d escribed by th e U .S. EPA

Gu id ance(US EPA . RAGS/ H H EM, 1989a,b). Th e m od el ap p lied variou s

factor s to th e equ ation s, an d v ariou s factors are p hysicoch em ical p rop erties,

benzo (a)p yren e concentration of environm en tal m edia, h u m an exp osu re

p aram eters. An inter-m ed ia tr an sfer factor (TF), biotran sfer factor or

bioaccu m u lation factor p articu larly are u sed to estim ate th e ch em ical

concentration in th e exp osu re or contact m ediu m relative to th e ch em ical

concentration in th e environ m ental com p artm ent or m ed iu m . Also,

sen sitivity an alysis w as p erform ed to id entify th e im p ortant p aram eters an d

Monte-Carlo sim u lation u n d ertaken to exam in e th e u ncertainty of th e

m od el.

Th e follow in g are resu lts of sim u lation to th e m u ltip ath w ay hu m an

exp osu re m od el. First, th e hu m an exp osu re scen ario for benzo (a)p yren e w as

con sist of 12 m u ltip le exp osu re p athw ays, an d th e m u ltip ath w ay h u m an

exp osu re m od el based on this scen ario con stitu ted .

Secon d, th e estim ated av erage concen tration s of b en zo (a)p yren e in

exp osu re m edia u sin g th e m u ltip athw ay h u m an exp osu re m od el w ere

3.66×10- 6 ㎎/ ㎥, 3.48 ×10- 6 ㎎/ ㎥, 5.75×10- 6 ㎎/ L, 4 .22×10- 3 ㎎/ ㎏, 1.43 ×10- 5 ㎎

/ ㎏, an d 1.20×10- 4 ㎎/ ㎏ for ou td oor air, in d oor air, drinkin g w ater, su rface

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soil, v egetation an d m eat, resp ectiv ely .

Third, total LADDm o d e l was estim ated to be 5.52×10- 7 ㎎/ ㎏-d ay (2.06×10- 7∼

8.65 ×10- 7㎎/ ㎏-d ay) u sin g th e m u ltip athw ay hu m an exp osu re m od el. Th e

inh alation d ose accou n ted for 78 % of th e total LADD m o d e l, w h ereas in gestion

an d d erm al con tact intake accou n ted for 20.2 %, 1.8% of th e total exp osu re,

resp ectively .

Fou rth , Based on th e sen sitiv ity an alysis, th e m ost sign ificant

contribu tin g inp u t p aram eter w as ben zo (a)p yren e concentration of am bient

air . Ad d ition ally, sev eral significant contribu tin g in p u t p aram eters w ere

id entified , n am ely, exp osu re frequ ency, high activity breathin g rate,

p lan t-soil p artition coefficient for su rface soil d u e to rain sp lash an d ligh t

activity breath in g rate, etc.

Con sequ en tly, exp osu re via in h alation in ou td oor/ in d oor air w as high est

com p ared w ith exp osu re via oth er m ediu m / p ath w ays.

A m od el typ e u sin g th is stu d y sh ou ld be ap p rop riate to risk m an ager s

an d oth er d ecision m akers to h ave a m ore com p lete p ictu re of p oten tial

hu m an exp osu re an d of its qu antification . Th e d esign ed m od el contain

m any u ncertain ties becau se this m od el w as d esign ed to be relativ ely sim p le.

Bu t, th ese p roblem s can be m in im ized by u sin g m ore accu rate an d reliable

d atabase in form ation abou t th e region al ch aracteristics an d h u m an exp osu re

p aram eters in Korea an d fu rth er im p rovin g th e m od el.

Key w ord s : benzo (a)p yren e, PAH s, lifetim e average d aily d ose(LADD),

m u ltim ed ia/ m u ltip athw ay h u m an exp osu re

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