[미국] “식수 속의 납, 태아 건강에 악영향 미친다”

미국 리하이대·벤틀리대 공동연구팀, 식수 속 납 노출과 태아 건강 결과 사이의 연관성 최초 확인

『건강경제학저널』 최신호에 ‘식수 및 출생 결과의 납 : 두 개의 정수장 이야기’ 연구논문 발표

미국 펜실바니아주에 소재한 리하이대학과 매사추세츠주 월섬에 소재한 벤틀리대학의 보건경제학 연구진은 물 속의 납(Lead ; Pb)과 불리한 태아 건강 결과 사이의 인과 관계를 확인한 첫 연구결과를 발표했다.

리하이대학(Lehigh University)과 벤틀리대학(Bentley University)의 연구원은 물의 납과 저체중 및 조산과 같은 불리한 태아 건강 결과 사이의 연관성을 확인한 최초의 연구보고서를 최근 발표했다.

미국 펜실바니아주 베들레헴에 소재한 리하이대학과 매사추세츠주 월섬에 소재한 벤틀리대학의 보건경제학(health economics) 연구진은 물 속의 납(Lead ; Pb)과 불리한 태아 건강 결과 사이의 인과관계를 확인한 첫 연구결과를 발표했다. 많은 연구가 납 노출과 건강 사이의 상관 관계를 발견했지만, 지금까지 문헌에서 인과 관계가 부족했다.

이 연구는 최근 『건강경제학저널(Journal of Health Economics)』에 ‘식수 및 출생 결과의 납 : 두 개의 정수장 이야기(article titled: Lead in Drinking Water and Birth Outcomes: A Tale of Two Water Treatment Plants)’라는 제목의 기사로 실렸다.

리하이대학의 경제학 교수인 양무저(Muzhe Yang)과 밴틀리대학의 다발 M. 데이브(Dhaval M. Dave) 교수는 오하이오주 뉴어크시(City of Newark)에 거주하는 임산부의 정확한 집 주소에 대한 데이터와 두 개의 정수장이 서비스하는 도시 내의 공간 경계 구분 정보를 사용했다.

그들의 연구는 태아의 건강에 대한 태아 납(Pb) 노출의 인과 관계를 확인하기 위해 한 플랜트의 서비스 지역의 식수로 침출되는 원인이 된 물의 pH(수소이온농도) 수준의 외인성(exogenous) 또는 외부 변화(external change)를 이용했다.

양무저(Muzhe Yang) 교수와 연구팀들은 건강에 좋지 않은 영향을 끼친다는 강력한 증거를 발견했다. 결과 중, 태아 납 노출은 저체중 출생 확률을 18% 증가했고, 조산 확률은 19% 증가했다는 것이다.

양 교수는 “특히 노후화된 기반시설의 일부로 사용되고 있는 납 수도관의 상당수와 납 저감 개입의 비용 편익 미적분학에 비추어 볼 때 이 연구 결과는 중요한 정책적 의미를 갖는다”고 강조했다.

양 교수는 “뉴어크시의 위기가 단수가 아니라 국가의 노후화 된 물 기반 시설을 상징한다”고 지적한다.

미국 소아과학회(American Academy of Pediatrics)에 따르면, 어린이를 위해 확인된 납 노출에 대한 안전한 기준은 없다. 납은 반복적인 노출을 통해 인체에 시간이 지남에 따라 수집되며 칼슘(calcium ; Ca)과 함께 뼈에 저장된다.

자궁에서는 임신 중에 모체의 뼈에 있는 납이 동원되어 태아의 뼈 형성을 돕기 위해 칼슘 대체물로 방출될 수 있고, 모체의 혈액에 있는 납도 태반을 가로질러 태아를 납중독에 노출시킬 수 있기 때문에 특히 우려된다. 태아기의 납 노출은 손상된 신경 발달과 관련되어 나중에 아이들을 인지 장애의 위험에 처하게 한다.

미 환경보호청(EPA)은 식수가 성인의 총 납 노출량의 2% 이상을 차지하고 유아의 경우 40∼60%를 차지할 수 있다고 추정한다.

양무저(Muzhe Yang) 교수와 다발 M. 데이브(Dhaval M. Dave) 교수는 자신의 연구논문을 소개하면서 다음과 같이 서술했다. 

“음용수 오염은 환경오염에 대한 태아기 노출의 점점 더 중요하고 광범위한 원인이 되고 있다. 2018년에서 2020년 사이에 거의 3천만 명의 사람들이 EPA의 납 및 구리 규칙을 위반 한 지역 수계에서 식수를 섭취했으며, 이는 식수에서 이러한 금속의 최대 시행 가능한 수준을 설정했다.”

양 교수는 “납 수도관 교체를 위한 150억 달러(19조8천750억 원)의 재원이 포함된 의회 통과 인프라 법안에서 문제의 시급성이 최종적으로 인정돼 기쁘다”고 말했다.

결론(Conclusion)

양무저(Muzhe Yang) 교수와 다발 M. 데이브(Dhaval M. Dave) 교수는 자신의 연구논문인 ‘식수 및 출생 결과의 납 : 두 개의 정수장 이야기(article titled: Lead in Drinking Water and Birth Outcomes: A Tale of Two Water Treatment Plants)’결론을 다음과 같이 내렸다. 

우리는 뉴어크시에서 납 위기의 영향에 대한 첫 번째 연구를 제공하며, 수돗물을 통해 납의 태아 노출이 출생 결과에 어떻게 영향을 미치는지 알려준다. 이러한 효과를 정량화하는 것은 여러 가지 이유로 중요하다.

 첫째, 뉴어크시의 위기는 단수가 아니라 미국의 많은 다른 도시들이 물 공급에서 납 오염에 직면함에 따라 국가의 노후화된 물 인프라를 상징한다. 볼티모어, 시카고, 디트로이트, 밀워키, 뉴욕, 피츠버그 및 워싱턴 D.C.의 수돗물에서 높은 납 농도가 발견되었으며, 2018 년과 2020년 사이에 거의 3천만 명의 사람들이 EPA의 납 및 구리 규칙(Fedinick, 2021; Mulvihill, 2021)을 위반 한 지역 수계에서 식수를 받았다.

미국토목학회(American Society of Civil Engineers)는 2017년 보고서에서 미국의 식수 시스템을 D등급으로 평가하며, 노후화된 파이프와 납과 같은 오염물질에 대한 새로운 문제를 강조했다.

미국 수도 시스템의 모든 납 파이프를 교체해야 하는 긴급성은 2021년 11월 미국 의회가 제정한 「인프라 투자 및 고용법」에서 150억 달러의 납 수도관 교체 자금을 포함하여 마침내 인정되었다.

둘째, 납의 건강 영향에 대한 우리의 많은 이해는 혈중 납 농도와 건강 결과 사이의 잠재적인 내인성 연관성에서 비롯된다. 뉴어크시의 물 위기는 납 노출의 변동에 대한 그럴듯하게 외생적인 원인을 제공하여 태아 건강에 대한 태아 노출의 인과적 영향을 식별할 수 있게 해준다. 이는 물 시스템이 실패할 때 모든 채널(생물학적, 행동적)을 통해 작동하기 때문에 인구의 전반적인 영향을 포착하기 때문에 두드러진다.

우리가 추정한 효과는 납 노출로 인한 건강 위험을 제거하기에 불충분한 행동 반응의 존재를 반영하기 때문에 즉각적인 정책적 관심이다. 또한 인구의 혈중 납 농도는 지난 50년 동안 상당히 감소했다. 따라서 우리의 연구는 현재의 낮은 기준선에 비해 노출 증가의 영향을 포착했다.

셋째, 많은 공중보건 옹호론자들과 수도 시스템 전문가들은 이미 성공적인 대체 프로그램을 시행 한 일부 지역 사회와 다른 도시들이 그렇게 할 수 있는 계획을 개발하면서 국가의 약 600만∼1천만 개의 납 서비스 라인을 완전히 대체 할 것을 촉구했다.

이러한 공공 투자의 비용 영향에 대한 포괄적인 평가는 납 노출의 공중 보건 영향에 대한 추정을 필요로 한다. 우리는 뉴어크의 납 오염에 대한 자궁 노출의 증가가 LBW 또는 조산으로 태어난 유아의 유병률을 유의하게 증가 시켰다는 강력하고 일관된 증거를 발견했다.

이러한 효과가 출생으로의 선택에 의해 좌우된다는 증거는 거의 없다. 우리의 추정치는 LBW의 가능성이 약 1.5% 포인트(또는 18%) 증가하고 조산 가능성이 약 1.9% 포인트(또는 19%) 증가한다는 것을 나타낸다.

이것들은 수돗물의 납 농도가 증가한 지역에서 임신 중에 거주하는 의도적인 치료 효과이다. 왜냐하면 여기에 거주하는 사람들은 높은 수준의 납에 노출되어 있기 때문이다. 도시의 주요 서비스 라인 목록의 일부로 도시 서비스 라인의 약 61%가 납으로 구성되었다.

이 노출 확률에 의한 처리 효과를 부풀리는 것은 납 노출 수준이 높을수록 효과 크기가 2.5 ∼3.1 % 포인트임을 의미한다. 우리의 추정에 따르면 뉴어크시의 수중 위기로 인해 주어진 해에 출산시 저체중아(LBW ; low birthweight infant)가 약 27에서 49LBW 또는 조산아가 증가한 것으로 추정된다.

2019년 3월, 뉴어크시는 주택 소유자에게 무료로 수도 시스템의 모든 도시의 납 서비스 라인을 제거하고 교체하는 프로그램을 시작했으며, 예상 비용은 9천만 달러에서 1억8천만 달러이다. 조산아의 평생 사회·경제적 부담이 약  6만7천532달러(Institute of Medicine, 2007)로 추정됨에 따라 뉴어크시의 납 위기의 연간 사회 비용은 매년 증가된 납 노출과 관련된 유아 건강 악화로 추정되는 182억 3천100만 달러에 이른다.

사회적 시간 선호율(Councilof Economic Advisers, 2017)에 근거하여 공공 정책의 할인율을 2%로 가정하면, 이 불리한 태아 건강을 피하는 데 드는 사회적 비용 절감액은 9천100만∼1억6천600만 달러가 될 수 있다. 이러한 계산에 따르면 이점은 개입 비용과 거의 같은 수준이며 서비스 라인 교체를 통한 공공 부문의 납 저감 비용의 전부는 아니더라도 많은 부분을 상쇄한다.

공공이 국가의 수도 시스템 인프라를 개선하기 위해 그러한 투자를 중시한다는 것은 수도 시스템의 오염 물질 위반이 대중에게 공개 될 때 회피 행동에 상당한 관여가 있음을 보여준다.(Graff Zivin, Neidelland Schlenker, 2011).

맥카시(McCarthy, 2017)에 따르면 식수 오염에 대한 우려는 2001년 이래 가장 높은 수준이며, 대중의 63%가 이 문제에 대해 많은 우려를 표명했다. 저소득층(75%)과 비 백인(80%) 사이에서 우려가 더 높다.

우리가 이전에 논의한 비용 절감 추정치는 이 연구의 초점이 특히 건강에 악영향을 미친다는 점을 감안할 때 더 낮은 범위의 추정치가 될 것이다. 어린이들 사이의 납 노출은 독립적으로 그리고 그들의 발달에 부정적인 영향을 미치고, 반사회적 및 범죄적 행동을 증가시키고, 학교에서의 성취를 감소시키는 것으로 밝혀졌다.

우리는 우리의 추정치가 미국 전체(또는 평균 비슷한 크기의 도시)에 비해 사회·경제적 지위(SES ; socioeconomic status)가 낮은 인구로 구성된 도시에서 파생되었기 때문에 미디어 노출, 정보처리 및 완화 행동의 변화로 인해 효과가 반드시 일반화되지는 않을 수 있다.

그러나 뉴어크시는 우리 추정치의 중요성과 외부 유효성을 나타내는 또 다른 패턴을 상징한다. 저소득층 및 소수 민족 공동체는 특히 여러 가지 이유로 오염물질 노출이 불균형 적으로 높고 특히 식수 오염에 대한 노출이 더 큰 것으로 나타났다(Schaider et al., 2019).

따라서 납과 관련된 수질오염 문제를 겪고 있는 지역 사회의 경우 SES가 낮고 소수 집단이 우세한 경향이 있으므로 이 연구의 추정치는 매우 두드러지며 외부 유효성이 더 높다.

이 연구보고서의 원문은w27996.pdf (nber.org)를 참조.

[원문보기]

 Study: Lead in Water Causes Adverse Fetal Health Outcomes

Researchers from Lehigh and Bentley universities publish the first study that confirms a link between lead in water and adverse fetal health outcomes such as low birth weights and preterm births.

Lehigh University and Bentley University health economics researchers have published the first study to confirm a causal relationship between lead in water and adverse fetal health outcomes. Although many studies have found a correlation between lead exposure and health, a causal link had been lacking in the literature?until now. 

The study has recently been published in the Journal of Health Economics in an article titled: Lead in Drinking Water and Birth Outcomes: A Tale of Two Water Treatment Plants.

The researchers, Muzhe Yang, professor of economics at Lehigh, and Dhaval M. Dave of Bentley University, used data on the exact home addresses of pregnant women living in the City of Newark together with information on the spatial boundary separating areas within the city serviced by two water treatment plants. 

Their study exploits an exogenous, or external, change in the water’s pH level that caused lead to leach into the drinking water of one plant’s service area, but not the other’s, to identify the causal effect of prenatal lead exposure on fetal health.

Yang and his colleague found robust evidence of adverse health impacts. Among the findings: prenatal lead exposure increased the chance of low birth weight by 18% and increased the probability of preterm birth by 19%.  

“These findings have important policy implications,” says Yang, “especially in light of the substantial number of lead water pipes that remain in use as part of the aging infrastructure and the cost-benefit calculus of lead abatement interventions.”

Yang notes that the crisis in Newark is not singular, but rather emblematic of the nation’s aging water infrastructure.

According to the American Academy of Pediatrics, there is no safe threshold for lead exposure that has been identified for children. Lead collects over time in the human body through repeated exposure and is stored in the bones alongside calcium. 

In utero exposure is of particular concern as lead in the mother’s bones can be mobilized during pregnancy and released as a calcium substitute to aid in the formation of the bones of the fetus, and lead in a mother’s blood can also cross the placenta, exposing the fetus to lead poisoning. Prenatal lead exposure has been associated with impaired neural development putting children at risk for cognitive impairment later.

The Environmental Protection Agency (EPA) estimates that drinking water may account for more than 20 percent of total lead exposure for adults and 40 to 60 percent for infants. 

In the introduction to their paper, Yang and Dave write: “Drinking water contamination is becoming an increasingly important and widespread source of prenatal exposure to environmental pollution. Between 2018 and 2020, nearly 30 million people received their drinking water from community water systems that were in violation of the EPA’s Lead and Copper Rule, which sets maximum enforceable levels of these metals in drinking water…” 

“We are glad that the urgency of the problem was finally recognized in the infrastructure bill passed by the Congress that includes funding of $15 billion for lead pipe replacement,” said Yang.

Conclusion

We provide the first study of the effects of the lead crisis in Newark, informing how prenatalexposure to lead through tap water impacts birth outcomes. Quantifying these effects isimportant for several reasons.

First, the crisis in Newark is not singular, but rather em blematic of the nation’s aging water infrastructure as many other cities in the U.S. face leadcontamination in their water supply.

High lead levels have been found in the tap water inBaltimore, Chicago, Detroit, Milwaukee, New York, Pittsburgh, and Washington D.C., andbetween 2018 and 2020 nearly 30 million people in the nation received their drinking waterfrom community water systems that were in violation of the EPA’s Lead and Copper Rule(Fedinick, 2021; Mulvihill, 2021).

The American Society of Civil Engineers in its 2017 reportcard rated the nation’s drinking water system a D grade, underscoring the aging pipes andemerging problems with contaminants such as lead.

The urgency of replacing all lead pipesin the U.S. water systems was finally recognized in the Infrastructure Investment and JobsAct enacted by the U.S. Congress in November 2021 that includes funding of $15 billion forlead pipe replacement.

Second, much of our understanding of the health effects of lead comes from potentiallyendogenous associations between blood lead levels and health outcomes. The water crisis in Newark provides a plausibly exogenous source of variation in lead exposure, allowing us toidentify a causal effect of prenatal exposure on fetal health?an effect that is salient becauseit captures the overall impact in the population, operating through all channels (biologicaland behavioral, including any avoidance behaviors) when water systems fail.

The effectwe estimated is also of immediate policy interest since our estimate reflects the presence ofbehavioral responses that are insufficient for eliminating the health risk due to lead exposure.Moreover, population blood lead levels have declined considerably over the past five decades.Our study therefore captures the effects of an increase in exposure relative to a current lowbaseline.

Third, many public health advocates and experts on water systems have called for fullreplacement of the nation’s estimated 6 to 10 million lead service lines, with some communi ties already having implemented successful replacement programs and other cities developingplans to do so

A comprehensive evaluation of the cost implications of such public invest ments requires estimates of the public health impact of lead exposure.We find robust and consistent evidence that the increased in utero exposure to leadthrough water contamination in Newark significantly increased t

e prevalence of infantsbeing born with LBW or preterm.

There is little evidence to suggest that these effects aredriven by selection into births. Our estimates indicate an approximately 1.5 percentage-point(or 18 percent) increase in the likelihood of LBW, and an approximately 1.9 percentage-point(or 19 percent) increase in the likelihood of a preterm birth.

These are intention-to-treateffects of residing during pregnancy in areas with increased lead levels in tap water, since notevery resident here is being exposed to high levels of lead. As part of the city’s lead serviceline inventory, approximately 61 percent of the city service lines were constructed of lead.

Inflating the treatment effects by this “exposure” probability implies effect sizes between 2.5and 3.1 percentage points, with respect to higher levels of lead exposure. Our estimatesimply an increase of about 27 to 49 LBW or preterm births in a given year attributed to thelead-in-water crisis in Newark.

In March 2019, Newark commenced a program to remove and replace all of the city’slead service lines in the water system at no cost to the homeowner, at a projected publiccost of $90?$180 million. With the lifetime societal economic burden of a preterm birthestimated to be approximately $67,532 (Institute of Medicine, 2007),  the annual societalcost of the lead crisis in Newark amounts to $1.82?$3.31 million from the estimated increasein worse infant health linked to the heightened lead exposure each year.

 Assuming adiscount rate for public policy of 2% based on the social rate of time preference (Councilof Economic Advisers, 2017), societal cost savings from averting this adverse fetal healthcould be between $91 and $166 million.

These calculations suggest that the benefits are roughly the same order of magnitude as the intervention costs, offsetting much, if not all, ofthe public sector cost of lead abatement through service line replacement.

That the public values such investments to improve the water system infrastructurein the nation is apparent from the considerable engagement in avoidance behaviors whencontaminant violations in water systems are disclosed to the public (Graff Zivin, Neidelland Schlenker, 2011).

According to McCarthy (2017), drinking water pollution worriesare also at their highest levels since 2001, with 63% of the public reporting that they areworried a great deal about this issue; concern is even higher among low-income individuals(75%) and non-whites (80%).

The cost-saving estimates we previously discussed are likelyto be lower-bound estimates given that the focus of this study is specifically on adversefetal health effects; lead exposure among children has also been found to independentlyand adversely impact their development, increasing anti-social and criminal behaviors andreducing achievement in school.

We qualify this discussion that since our estimates are derived from a city composed ofa population of lower socioeconomic status (SES) compared to the U.S. as a whole (or evenan average similarly-sized city), the effects may not necessarily generalize due to variationin media exposure, information processing, and mitigation behaviors.

However, Newark isemblematic of another pattern that speaks to the significance and external validity of ourestimates; low-income and high-minority communities have, in particular, been found to facedisproportionately higher pollutant exposures, and especially greater exposure to drinkingwater contamination, for various reasons (Schaider et al., 2019).

Thus, for communities thatare experiencing issues with lead-related water contamination, which tend to be low-SESand minority-prevalent communities, the estimates from this study are highly salient and would have greater external validity.

이 연구보고서의 원문은 w27996.pdf (nber.org)를 참조.

[출처 = 리하이대학(https://www2.lehigh.edu/news/study-lead-in-water-causes-adverse-fetal-health-outcomes) / 2022년 7월 22일자 보고서]