PHWR 질병관리청 공식학술지
주간 건강과 질병(Public Health Weekly Report)

담배에서 유래한 유해물질이 체내노출 여부와 관련하여 설문조사에서는 조사 참여자의 기억에 의존한 주관적인 정보로 개개인의 노출량과 연관된 정량적인 분석자료로 활용되기에는 한계가 있다. 또한 간접흡연의 경우 설문조사결과와 실제 인체 내 노출량 간의 차이가 크게 나오는 경우가 보고되기도 하였다. 그러므로 포괄적인 담배유래 유해물질에 의한 인체 노출평가를 위해서는 설문조사와 더불어 생체시료를 이용한 바이오모니터링(biomonitoring)이 함께 수행되어야 한다. 우리나라의 ‘흡연폐해 바이오모니터링’ 사업은 국민건강영양조사 소변시료를 이용하여 흡연폐해 관련 생체지표 함량을 분석하고 있는데, 2005년 제3기 국민건강영양조사부터 소변시료에서 니코틴 대사체인 코티닌(cotinine) 측정을 시작하였으며, 2022년에 제9기 국민건강영양조사에서는 코티닌을 포함하여 니코틴(nicotine), 노르니코틴(nornicotine), 하이드록시코티닌(trans-3’-hydroxycotinine), 아나바신(anabasine) 및 중금속 6종을 포함하여 총 11종의 흡연폐해 생체지표로 확대하여 분석하고 있다(표 1). 이렇게 측정된 생체지표 측정결과는 국민건강영양조사 결과공표 시 함께 공개되어 연령대별 담배유래 유해물질 노출수준 파악 및 질병위험도 측정 등 다양한 건강영향 연구에서 학술자료원으로 활용되고 있다. 이에 질병관리청은 신뢰성 있는 국가통계의 품질보증을 위해 흡연폐해 모니터링 검사체계 전반에 대해 ‘흡연폐해 바이오모니터링 질관리(성균대학교 박형두 교수) [1]’ 사업을 추진하고 있다. 여기에서의 품질관리는 분석 전, 후 일련의 모든 검사과정과 인력, 장비, 환경 등의 모든 과정을 체계적으로 관리하여 불특정 오류의 원인을 조기 감지 및 예방하여 신뢰성 있는 시험 결과를 만드는 과정을 뜻한다[2,3]. 매년 내‧외부 정도관리, 시험기관 간 비교평가, 측정소급성 평가, 재현성 평가, 현장실사 등에 대한 시행 횟수, 허용범위 기준 등 평가계획을 수립하여 시행하고 있다. 분석기기의 관리 적절성과 지침준수 여부, 정기적인 내부정도관리 및 정도관리물질의 허용기준 준수, 국외숙련도 프로그램 참가 등을 수행하여, 품질을 평가받고 있으며, 검사수행기관은 체계적인 품질관리 기준에 따라 측정결과에 영향을 끼칠 수 있는 요인을 파악하며 분석성능에 대한 적절성을 확보하도록 하고 있다. 여기에서 우리나라의 흡연폐해 바이오모니터링의 생체지표 검사의 품질관리 기준(표 2) 및 그 간 질관리 시행 결과를 소개하고자 한다.

표 1흡연폐해 바이오마커 목록

흡연폐해 바이오마커	국민건강영양조사 주기
	제7기(’16–’18)	제8기(’19–’21)	제9기(’22–’24)
니코틴대사체 및 알칼로이드
니코틴(nicotine)	-	-	●
노르니코틴(nornicotine)	-	-	●
코티닌(cotinine)	●	●	●
하이드록시코티닌(trans-3’-hydroxycotinine)	-	-	●
아나바신(anabasine)	-	-	●
중금속
납(Pb)	-	-	●
수은(Hg)	-	-	●
니켈(Ni)	-	-	●
카드뮴(Cd)	-	-	●
알루미늄(Al)	-	-	●
크롬(Cr)	-	-	●

표 2흡연폐해 바이오모니터링 품질관리 평가항목

평가항목(평가주기)	평가내용
내부정도관리평가(상시)	시험과정에서 발생하는 분석오차를 객관적인 지표로 계량화하여 시험결과의 정밀성을 확인
외부정도관리평가(연 2회)	국내‧외 숙련도 프로그램 참여를 통해 시험과정에서 발생하는 결과값의 오차를 최소화하여 시험결과의 정확성을 확인
측정소급성평가(연 1회)	인증표준물질을 맹검법으로 분석하여 인증서에 확인된 값에 따라 평가
재현성 평가(연 2회)	국민건강영양조사 직전기수와 당해기수 간의 분석물질 농도나 흡연율 차이 등을 확인해 결과값 보정 반영 필요여부 확인
검사실 간 비교평가(연 1회)	분석기관인 녹십자의료재단과 질병관리청 흡연폐해실험실 간 각 분석물질의 농도를 확인해 결과값 보정 반영 필요여부 확인
현장실사(연 2회)	질관리 평가위원이 검사실을 직접 확인하며 검사수행체계 적절성 평가

1. 내부정도관리 평가

내부정도관리는 정도관리물질 허용범위 설정, 분석, 측정값 확인 과정으로 이루어진다. 정도관리물질 허용범위는 검사특성에 따라 균질하고 안정된 물질인 정도관리물질을 최소 20일간 최적의 동일 조건에서 반복적으로 측정하여 평균과 표준편차 등의 허용범위를 설정한다. 이후 한달 주기로 각 정도관리물질 농도별로 통계지표(평균값, 표준편차, 변이계수 등)에 대한 추이 그래프를 작성하여 변화양상을 확인해야 한다[4]. 내부정도관리 평가는 웨스트가드 다중규칙(Westgard multi-rules)에 준하여 판단하며, 흡연폐해 생체지표를 분석하는 실험실에서는 시료 재주입 기준(warning)으로 1_2S을, 재분석 기준(reject)으로 1_3S, 2_2S, R_4S, 10x을 채택하고 있다(표 3)[5-7]. 여기서 하나의 규칙이라도 위배되는 경우에는 신뢰할 수 없는 결과로 판단하며, 오류의 성격 및 원인을 파악한 후 적절한 조치를 취해야 한다. 2023년에 흡연폐해 생체지표를 분석하는 질병관리청 흡연폐해실험실과 녹십자의료재단에서 시행한 내부정도관리는 정도관리물질에 대한 허용범위 기준을 위배하는 측정값은 산출되지 않았으므로 시험과정에서 발생하는 분석오차를 최소화하여 시험결과의 정밀성을 확보하였다고 판단한다.

표 3내부정도관리 평가기준: 웨스트가드 다중규칙(Westgard multi-rules)

평가기준	오차구분	설명
12S	우연오차a)	1개의 측정치가 ±2SD 범위를 벗어난 경우
13S	우연오차a)	하나의 control 값이 ±3SD 범위를 벗어난 경우
22S	계통오차b)	2개의 연속된 값이 ±2SD 범위를 벗어난 경우
R4S	우연오차a)	연속된 2개의 값의 차가 ±4SD 범위를 넘은 경우
10x	계통오차b)	연속된 10개의 값이 평균의 어느 한쪽에 치우치는 경우

SD=standard deviation. ^a)우연오차는 분석과정에서 조절하지 않는 변수로 인해 발생할 수 있으며, 구체적인 원인의 발견이 불가능하지만 주로 기술조작의 미숙, 기기 오염, 파이펫 부정확한 조작 등 분석할 때에 일회성으로 일어나는 원인에 의해 발생. ^b)계통오차는 기술적인 오차로서 오차의 크기를 최소화하거나 피할 수 있으며 구체적으로 원인이 명확하게 나타나 보정이 가능한 오차를 말하며, 주로 측정법의 차이, 표준용액의 농도 이상, 분주량의 부정확, 분석기기의 조건 이상 등으로 발생..

2. 외부정도관리 평가

외부정도관리는 국내‧외 숙련도 시험(proficiency test)을 참가하여 시험과정에서 발생하는 결과값의 오차를 최소화하고 시험결과의 정확성을 확인하기 위해 진행한다. 흡연폐해 모니터링 사업에 참여하는 실험실에서는 분석물질별로 1년에 2회 이상 숙련도 시험에 참여하고 있다. 각 숙련도 시험의 허용범위 기준은 약간의 차이가 있으나 거의 모든 프로그램에서 표준편차지수법(standard deviation index)을 이용하고 있다. 동일 미지시료를 다수의 참가기관에서 맹검법으로 분석하여 전체 참가기관의 평균 및 표준편차를 기준으로 해당기관의 측정값이 어느정도 차이가 있는지 평가한다.

만일 숙련도시험 운영기관을 통해 불만족 결과를 통보 받은 경우 30일 이내에 불만족 결과를 산출한 원인을 조사하고 적절한 시정조치를 해야 한다. 2023년에는 흡연폐해 생체지표를 분석하는 질병관리청 흡연폐해실험실과 녹십자의료재단에서는 미국병리학회(College of American Pathologists) 프로그램에 니코틴 대사체 및 알칼로이드 분석에서 3종(니코틴, 코티닌, 아나바신), 중금속 분석에서 4종(알루미늄, 크롬, 납, 수은)에 대해 각 분석물질별로 연 2회 참가하였고 전원 적합 판정기준에 만족하였다.

3. 측정소급성 평가

측정소급성 평가는 인증표준물질을 이용하여 각 분석항목별로 인증서에서 제시한 명확한 기준 내에 측정값이 들어오는지 평가하는 것을 말한다[8]. 질관리 평가위원(흡연폐해 바이오모니터링 질관리 수행기관에서 섭외, 이하 품질관리 평가위원)이 준비한 인증표준물질을 흡연폐해 모니터링 사업에 참여하는 실험실에서 맹검법으로 분석하여 인증표준물질의 인증서에 확인된 값에 따라 평가한다. 2023년에 시행한 측정소급성 평가의 분석항목은 코티닌, 니켈, 납, 수은, 카드뮴, 알루미늄, 크롬이며, 평가결과 분석기관의 각 분석항목에 대한 측정값이 참값 허용범위 내에 산출되었으므로 측정소급성이 인정된다고 할 수 있다.

4. 재현성 평가

재현성평가는 시험법을 통한 모든 시험절차가 재현되는지 확인하고 결과값이 동등하게 산출되는지를 확인하기 위해 진행된다. 품질관리 평가위원이 이전에 측정완료 된 양성검체(positive samples) 중 흡연폐해 바이오모니터링 분석대상 생체지표 11종의 농도가 고르게 분포된 검체 100여개를 임의선정한다. 이후 흡연폐해 모니터링 사업에 참여하는 실험실에 배포하여 맹검법으로 분석하게 하고, 측정결과에 따라 각 분석물질의 농도 차이와 흡연율과의 관계성을 확인하여 결과값의 보정필요 여부를 확인한다. 2023년에는 코티닌 1종에 대해 재현성 평가를 실시하여, 2022년, 2023년 측정된 값 모두에서 최저정량한계(lower limit of quantification) 이상으로 정량보고가 가능했던 89개 검체에 대해 일치도를 분석하였다. 선형회귀분석의 기울기가 1.052 (95% 신뢰구간 1.034부터 1.069), y절편은 –0.0688 (95% 신뢰구간 –0.4799부터 0.5313)으로 기울기의 95% 신뢰구간이 1를 포함하지 않았고, y절편의 95% 신뢰구간은 0을 포함하였다. 회귀분석의 기울기 및 y절편에 대한 모호함이 있지만 상관계수는 0.997로 평가기준인 0.95이상이므로 임상적으로 유의한 수준의 차이라고 할 수는 없었다.

5. 검사실 간 비교평가

흡연폐해 모니터링 사업에 참여하는 실험실인 질병관리청 흡연폐해실험실과 녹십자의료재단 간의 비교평가를 진행하였는데, 품질관리 평가위원이 검체를 준비한 당일 각 기관별 정립된 시험법(분석기기, 분석조건 등)을 이용하여 2회 반복 측정토록 하였다. 첫째로, 니코틴 대사체 및 알칼로이드 5종에 대한 상관성을 분석한 결과, 회귀분석 그래프의 기울기가 니코틴, 노르니코틴, 코티닌, 하이드록시코티닌이 각 1.091, 0.880, 1.071, 1.067로 큰 차이가 없었으나, 아나바신은 기울기가 2.916, y절편이 –9.624로 나왔으며, 상관계수는 0.512로 고농도에서 기관 간 측정값 차이가 있는 것으로 분석되었다. 이는 아나바신이 대부분의 검체(50개 중 32개)에서 매우 낮은 농도(정량한계 1 ng/mL 이하)로 검출되어, 일치도를 확인하기 위한 적절한 회귀식을 구할 수 없는 것을 주요 원인으로 파악하였다. 둘째로, 중금속 6종 분석에서는 니켈, 납, 수은, 카드뮴 항목에서 회귀분석 그래프의 기울기가 각 0.844, 0.746, 0.479, 0.764로 두 기관 간 비교적 높은 상관성을 보였지만 고농도에서 녹십자의료재단 결과값이 더 높은 값이 산출되는 경향을 확인하였다. 이는 두 기관이 사용하는 분석장비, 정도관리물질, 전처리 과정 등 각 기관별 시험법 내 검사절차 상의 차이로 판단된다. 알루미늄과 크롬은 두 기관의 유의한 결과차이가 있었으나, 아나바신 분석결과 차이의 주요원인과 유사하게 소변 검체에서 대부분 낮은 농도로 측정되는 것이 원인인 것으로 해석되었다. 검사실간 비교평가는 검량선 농도 내의 다수의 검체를 대상으로 상관성 분석을 하는 것이 결과 해석에 유리하지만, 소변 검체의 수집 방법에 한계가 있어 명확한 판단에 어려움이 있었다. 이에, 분석 결과의 통일성을 위하여 녹십자의료재단으로 실험실을 일원화하고, 질병관리청은 검사체계에 대한 관리 감독 및 검사 결과의 검토 활용을 담당하기로 하였다.

6. 현장실사

현장실사는 연 2회 질관리 평가위원이 두 개의 검사실을 직접 방문하여 사전작성한 점검표 대로 검사수행체계 적절성을 평가하는 형태로 진행된다. 이 때 검사지침서, 검사성능 평가, 검사수행의 적절성 및 내부정도관리, 외부정도관리, 심사대상 기간 주요 변경사항 등을 실사하게 된다. 2023년에 실시한 현장실사는 각 기관 실험실의 검사수행 지침서의 적절성 평가를 비롯하여 시설, 장비 등의 검사실 운영 시스템 및 시험실 인력의 숙련도 평가하여 전반적인 검사수행 능력을 확인하였다. 질병청 흡연폐해실험실과 녹십자의료재단 모두 현장실사에서 문제점이 없었고, 검사지침서, 내‧외부 정도관리 결과, 검체 취급 및 관리 등이 적합한 기준에 따라 운영 시스템이 잘 유지되고 있었다.

2022년부터 2024년 현재까지 흡연폐해 바이오모니터링 질관리 사업을 통해 수정이 필요한 사항은 흡연폐해실험실 시험절차서, 지침 등을 개정하여 관리하고 있다. 검사결과값의 정확도는 외부정도관리평가(국외숙련도 프로그램) 및 측정소급성 평가 결과 두 개 기관에서 신뢰성 있는 측정값이 도출됨을 확인하였다. 또한, 두 개 기관에서 시험절차서에 따라 분석법 및 시약 조건을 적절하게 준수하였음을 확인하여 검사 절차에 오류가 없는 것으로 판단하였다. 그러나 녹십자의료재단-흡연폐해실험실의 검사실간 비교평가 결과를 바탕으로 일부 중금속(니켈, 납, 수은, 카드뮴 등)에서는 고농도에서 두 기관 간의 차이가 있었고, 아나바신, 알루미늄, 크롬의 경우 낮은 농도에서의 평가를 위한 회귀식이 산출되지 않았다. 이에 따라 동 데이터가 활용되는 국민건강영양조사 데이터의 안정적인 산출을 위해 검사기관을 녹십자의료재단으로 일원화하였고 질병관리청은 바이오모니터링 검사의 객관성 유지를 위한 국제표준 시험법 운영과 품질관리를 시행한다. 또한 질병관리청은 World Health Organization 담배규제기본협약(Framework Convention on Tobacco Control)에 따른 신규 바이오마커 탐색 연구를 비롯하여, 국가 흡연폐해 바이오모니터링 운영과 관련한 시험법 운영과, 관련 품질향상을 위해 관련 연구 수행 등을 지속해 나갈 계획이다.

Funding Source: This study was supported by the Research Program funded by the Korea Disease Control and Prevention Agency. This study was conducted with bioresources of ‘Reproducibility Evaluation’ from National Biobank of Korea, the Korea Disease Control and Prevention Agency (NBK-2023-072).

Acknowledgments: None.

Ethics Statement: Not applicable.

Conflict of Interest: The authors have no conflicts of interest to declare.

Author Contributions: Conceptualization: KYJ, NKI, MSN. Data curation: KYJ. Formal analysis: KYJ, NKI. Investigation: KYJ, NKI. Methodology: KYJ, KRE. Project administration: KYJ, NKI, MSN. Supervision: KYJ, KRE NKI, MSN. Validation: NKI. Writing – original draft: KYJ. Writing – review & editing: KRE, NKI, MSN.