초미세먼지는 우리 몸을 어떻게 망가뜨리나?

미세먼지 하면 희뿌연 하늘과 검푸른 공장 굴뚝 연기를 연상하는가? 그렇다면 초미세먼지에게 당하기 쉽다. 눈에 보이지도 않고 냄새도 없다. 그러나 서서히 스며들어 우리 생명을 앗아가는 소리 없는 암살자, 초미세먼지. 

황사가 낀 하늘과 오존이 내리는 오후만이 문제가 아니다. 유난히 화창한 맑은 날에도 초미세먼지는 우리의 생명을 위협한다. 매일 일기예보를 체크하며 비 오는 날 우산을 준비하듯이, 날마다 기상청의 초미세먼지 예보를 체크하며 황사마스크를 준비하라.

그렇다면 오늘은 초미세먼지가 우리 인체에 들어와 어디를 공격하는지? 그리고 초미세먼지는 우리 몸에 어떤 해로움을 주는지? 그 지름이 머리카락 굵기의 30의 1에 해당하는 작은 크기지만 인체에 미치는 영향은 방사선 못지않은 초미세먼지의 위력에 대해 알아보는 시간을 갖도록 하겠다. 

    

초미세먼지(PM2.5)란 입자의 공기역학적 지름이 2.5㎛(마이크로미터) 이하인 입자상 물질을 뜻한다. 여기서 P란 particulate(미립자 상태), M은 matter(물질)의 머리글자로 대기 중에 떠도는 작은 입자상물질을 말한다. 고체일 수도 있고 액체일 수도 있다. 

초미세먼지가 중요한 것은 크기가 작아도 너무 작아서 눈에 보이지도 않고, 우리의 감각으로 느낄 수도 없다는 것이다. 

눈과 피부와 같이 겉으로 드러난 기관이라면 그래도 초미세먼지의 영향을 쉽게 파악할 수 있다. 반면에 폐나 장처럼 몸속 장기에 초미세먼지가 들어왔을 때는 그 영향을 수 개월이나 몇 년 이후에나 알 수 있다. 특히 폐의 경우에는 자각 능력이 없고 회복 기능이 전무하기 때문에 각별한 주의가 필요하다. 폐에 미치는 초미세먼지의 해로움을 자각할 때 즈음이면 이미 폐의 대부분을 사용하지 못할 수준이 되어 있을 가능성이 높다.

초미세먼지가 어떻게 우리 인체를 공격하는지 간략하게 정리하면 다음과 같은 표로 볼 수 있다. 

초미세먼지가 인체에 유입되는 가장 주된 경로는 호흡기이며, 그 다음이 눈, 피부 순이다. 

성인은 1회 호흡으로 대략 500㎖의 공기를 흡입한다. 1분에 12~14회 호흡한다고 치면 대략 1분간 6~7ℓ의 공기를 마신다. 극심한 초미세먼지의 경우 농도가 700㎍/㎥에 이른다. 이것은1ℓ의 공기 중에 0.7㎍의 초미세먼지가 있다는 것으로 1분간 4.2㎍, 시간당 252㎍를 호흡하는 것을 뜻한다. 

빨아들인 공기는 폐로 가장 많이 들어가고, 일부는 식도를 따라 장으로 들어간다. 초미세먼지는 코의 점막과 기관지에 해를 끼치고 위장과 소장에도 영향을 준다. 

다음으로 영향을 주는 곳이 눈이다. 눈에 들어가는 초미세먼지는 그날그날의 초미세먼지 농도와 바람의 세기에 따라 끼치는 영향이 다르다. 바람이 세게 부는 날에는 초미세먼지의 흡착력이 더 강해질 뿐만 아니라 눈이 건조해져 안구 표면의 각막을 보호하는 눈물샘의 기능마저 떨어져 더 큰 해로움을 당할 수 있다. 

초미세먼지는 피부에도 영향을 준다. 털구멍을 파고들어 땀샘의 한 종류인 아포크린샘이나 피지샘을 막을 수 있다. 물론 이들 구멍은 너무 작아 이 속으로 침입하지 못하지만 분비샘 기능에 이상을 초래할 수는 있다. 

  

초미세먼지로 손상되기 쉬운 기관을 순서대로 나열해 보면 호흡기계, 순환계, 소화계, 면역계, 그리고 눈이다. 

침묵의 장기 폐를 공격하는 침묵의 살인자, 초미세먼지

초미세먼지가 대기 중에 농도 짙게 깔리면 건강한 사람들도 호흡기 질환으로 급기야 사망하게 되는 경우도 있다. 그 이유는 초미세먼지가 우리가 숨 쉬는 활동을 하는데 가장 중요한 기관인 폐포를 공격하기 때문이다.

폐에는 폐포라고 하는 둥근 꽈배기 모양의 기관이 있다. 폐포 하나의 크기는 지름이 100~250㎛ 정도로 매우 작다. 1㎛은 0.001㎜이다. 성인의 경우에는 5×10⁸개가 존재한다고 한다. 폐의 85%를 차지하는 공간이니 폐포가 망가지면 사실상 폐와 호흡기 기관 전체가 붕괴되었다고 봐도 과언이 아니다.

폐포는 어떤 일을 할까? 폐포는 두께가 매우 얇은데, 이 얇은 두께로 인해 호흡과정에 들어온 공기 속에서 산소를 흡수하고, 혈액에 녹아있는 이산화탄소를 쉽게 배출할 수 있다. 쉽게 말해 폐가 하는 가장 핵심적인 산소를 흡수하고 이산화탄소를 배출 하는 일을 이 폐포가 맡고 있다.

그런데 폐포는 워낙 두께가 얇고 회복 기능이 약해 인체는 폐포 손상을 막기 위해 1차적으로 코에서 10㎛ 이상의 입자를 여과하고 흡착하여 제거한다. 그러나 공기 중의 미세먼지, 독성물질, 세균 바이러스가 다 제거되는 것이 아니라서 2차적으로 기관지 점막과 섬모를 통해 공기 중의 유해물질을 흡착하여 섬모를 이용해 기관지 입구로 배출시킨다. 

많은 사람들이 앓고 있는 만성기관지염은 이러한 ‘점액-섬모 배출 시스템’의 정상적 작동에 문제가 생겨 점액 양이 지나치게 많아진 상태를 말한다. 

그런데 코와 점액-섬모 배출 시스템도 거르지 못하고 기관지나 작은 기도와 폐포로 들어온 10㎛ 미만의 외부 침입물질은 어떻게 되는 걸까? 일단 이런 미세입자들은 폐포에 있는 대식세포가 먹어 치운다. 그런데 미세입자가 양이 많거나 대식세포가 처리할 수 없는 입자의 경우에는 결국 폐포를 손상시키게 되는데, 초미세먼지가 여기에 해당한다.

동그란 모양을 하고 있는 폐포는 자체 조직에서 분비된 액체의 표면장력으로 자체 오그라드는 성질을 갖고 있다. 표면장력이란 액체 내부의 인력에 의해 스스로 표면을 작게 하려는 힘이다. 따라서 액체는 물방울과 같이 둥근 형태로 덩어리지는 특성을 갖고 있다. 그런데 되도록 많은 공기를 받아들이는 것이 폐포의 기능이기 때문에 오므라들기만 하면 폐포의 기능에 이상이 올 수 있다. 따라서 폐포 표면에는 ‘폐 표면활성 물질’이란 점액이 분비되어 폐포의 표면장력을 완화시키고 있다.

그런데 초미세먼지가 폐포 내 수분이 있는 부위에 달라붙게 되면 표면장력의 힘으로 주변의 수분을 끌어당기는 작용을 하게 된다. 즉 폐 표면활성 물질에 초미세먼지가 들러붙으면 폐포가 유지해온 표면장력의 균형이 깨져 심하게 오그라들거나 반대로 팽창하여 폐포의 부피가 변동하거나 기능에 장애가 생기게 되는 것이다. 그런데 폐포 하나가 깨지면 이것은 결코 하나에 머무르지 않는다. 폐포는 이웃 폐포들과 연동하여 활동함으로 하나의 폐포에 장애가 생기면 주위 폐포들도 하나씩 망가지게 된다. 특히 황사와 같은 고체 상태의 초미세먼지가 무섭다. 폐포에 닿는 것만으로 폐포에 상처를 입히게 된다. 

이런 손상이 거듭 발생되어 폐포가 파괴되면 폐기종이나 만성 폐쇄성 폐질환과 같은 질병에 걸릴 수 있다. 일반인들은 이런 일들이 자기 폐속에서 일어나면 호흡곤란과 기침 가래가 끊는 현상을 경험할 수 있다. 

초미세먼지는 혈관 속을 파괴한다

초미세먼지가 사람의 혈관 속까지 침범할까? 이 말을 듣고 쉽게 믿기지 않겠지만 이것은 사실이다. 극히 미세한 초미세먼지라면 인체의 어디라도 갈 수 있다. 특히 그 경로는 폐나 소장의 혈관에 있다.

우리는 흔히 혈관이라고 한다면 혈액을 온몸에 흐르게 하는 관을 떠올리며 동맥과 정맥을 생각하지만, 장과 폐의 말단 기관인 모세혈관에는 외부와 물질(쉽게 말해 영양소와 산소, 노폐물 등)을 쉽게 주고받기 위해 구멍이 뚫려 있어 물질 교환이 빈번하게 일어나고 있다. 모세혈관에 구멍이 숭숭 뚫려 있다고 하니 피가 막 흘러내릴 것 같은데? 그것은 걱정하지 않아도 된다. 이 구멍은 크기가 매우 작기 때문에 혈액이 혈관 밖으로 흘러나가지 못한다. 이 구멍은 영양분과 산소를 받아들이기 위해 생긴 구멍이다. 그런데 이 작은 구멍이 문제가 되는 것은 지름 2.5㎛ 미만의 초미세먼지는 이 구멍을 쉽게 통과해버리기 때문이다.

이 구멍을 통해 초미세 입자가 혈관에 들어오면 우리 몸에서 경찰관 역할을 하는 면역세포 중 하나인 대식세포가 이 물질을 잡아먹고 소화시킨다. 그런데 초미세먼지를 먹으면 제대로 소화가 되지 않고 부스러기를 남기게 되는데, 이 부스러기의 대부분은 혈액의 흐름을 타고 간과 콩팥으로 운반되어 배변과 소변 형태로 배설된다. 

그런데 게중에 제때 배설되지 않고 혈관에 이 부스러기가 머물게 되면 주위에 백혈구가 엉겨붙어서 단단히 고착하여 혈전의 형태로 굳어진다. 마치 콜레스테롤이 혈관벽에 들러붙어 혈관을 좁게 만들어 고혈압이나 뇌출혈을 일으키는 것처럼 미세먼지도 동일한 순환기계 질병을 발생시키게 되는 것이다

이 혈전이 혈관을 타고 흐르다가 심장혈관을 막으면 심근경색을 일으키고, 뇌혈관을 막으면 뇌졸중과 뇌경색을 일으킨다. 심장과 뇌에 가느다란 혈관이 집중되어 있어 이곳에 혈관성 질환이 발생될 가능성이 높지만 초미세먼지는 어떤 혈관이든 공격할 수 있기 때문에 초미세먼지로 인한 혈관 질환에는 각별한 주의가 필요하다.  

초미세먼지는 소장 기능도 망가뜨린다

이것은 일본에서 있었던 실험용 쥐를 통한 임상실험 결과 증명된 사실이다. 고농도의 미세먼지를 먹이와 함께 먹은 실험용 쥐는 하혈을 하며 결국 생명을 잃게 되었다.

원리는 이렇다. 소장의 점막 표면에는 0.5~1㎜(500~1000㎛) 길이의 돌기 모양의 융모가 있다. 융모를 더 확대해보면 융모는 더 작은 미세융모로 덮여 있다는 것을 알 수 있다. 미세융모에서는 영양분을 흡수하기 위해 미소순환이 일어난다. 미소순환은 모세혈관과 림프관에서 일어나는 아주 작은 차원의 혈액순환 과정이다. 

그런데 초미세먼지는 미세융모를 파고들어 미소순환이 이루어지는 혈관 내에까지 들어간다. 보통 영양소라면 녹아서 혈관 속으로 흡수되는 것이 정상이지만 고체 형태의 초미세먼지는 녹지 않고 혈관 속에 들어가거나 혈관을 손상시키거나 또는 혈관을 막아버린다.

보통 미세융모와 같이 인체의 말단 조직에선 피의 흐름이 나빠지면 기존의 것을 버리고 새로운 조직을 만들어내는 신구 교체 작용이 일어난다. 초미세먼지가 침입했을 때도 그런 작용이 일어난다. 하지만 초미세먼지의 양이 많고 파고드는 작용이 세포의 재생작용보다 빈번해지면 장에서 출혈이 일어난다. 그리고 장출혈이 심해지고 범위가 넓어지면 소장 기능이 약해지고, 결국 영양분을 흡수하는 소장 융모의 기능 자체가 상실되어 영양부족으로 사망에 이를 수도 있다. 

다만 이것은 실험실에서 행해진 실험용 쥐의 경우에만 있었던 일이며, 아직 인체에 유사 사례가 발견된 경우는 없다.

안구건조증을 일으키는 초미세먼지

폐와 같은 호흡기 다음으로 초미세먼지가 많이 들어오는 부위가 바로 눈이다. 화학적 독성 물질이나 기체뿐만 아니라 독성이 없더라도 단지 고체 형태의 초미세먼지도 눈에 심각한 질환을 일으킬 수 있다.

고체 초미세먼지는 줄칼같이 망막을 깎아버린다. 그런데 사람은 미세먼지가 자신의 망막을 깎아 자기 눈이 토끼눈처럼 새빨갛게 충혈됐는데도 불구하고 이 사실을 자각하지 못한다. 무서운 일이다. 초미세먼지는 이런 외부 자극뿐만 아니라 눈물샘을 방해하는 작용을 하기도 한다.

보통 눈물은 각막에 영양분을 공급하고, 눈을 깜박일 때 윤활제의 역할을 하여 눈을 보호하고, 세정하며 소독하는 청결기능을 갖고 있다. 그런데 초미세먼지는 망막에 달라붙어 눈물의 표면장력 균형을 무너뜨려 눈의 전반적 기능을 떨어뜨리고, 눈물샘을 막아버리기도 한다.

눈물샘이 막히면 눈물이 적게 분비됨으로 각막에 통증을 느낄 수 있다. 안구건조증이 있는 사람은 눈물이 적어 망막에 붙은 초미세먼지를 씻어내지 못한다. 이 때는 눈을 깜빡일수록 망막에 상처를 입게 된다.

수용성 초미세먼지의 경우에는 각막 안쪽으로 침투하여 혈관을 타고 돌아다니며 안구에 심한 염증을 일으킬 수도 있다.

한 때 일본에서는 실험쥐를 가지고 흥미로운 한 실험을 했다. 세계에서 최악의 공해 지역인 중국 베이징 수준으로 실험실에 초미세먼지를 주입한 후 실험용 쥐를 6시간 30분 동안 방치해 놓았다. 그러자 어떤 일이 발생했을까? 쥐의 눈에는 출혈이 생겼으며 눈물샘을 초미세먼지가 막아 안구건조증상이 나타났다고 한다. 중국을 여행하는 관광객과 비즈니스맨들은 각별히 주의를 요망한다. 물론 초봄과 황사가 부는 계절의 서울 대기가 베이징보다 훨씬 났다고 볼 수도 없지만. 

초미세먼지는 아토피와 알레르기 질환에도 영양을 준다

초미세먼지가 피부와 알레르기를 일으키는 기전은 다음과 같다. 우리 피부에는 무수한 땀구멍과 털구멍이 존재한다. 이러한 피부의 구멍들은 땀이나 불순물을 체외로 배출하는 기능을 담당한다. 그런데 이 구멍이 어떤 원인에 의해 막히게 되면 땀과 불순물을 배출하는 기능이 막혀 그 부위에 피부질환이 발생하게 된다.

특히 피부에는 랑게르한스 세포(langerhans' cells)라고 불리는 면역세포가 있다. 알레르기의 원인이 되는 알레르겐이 피부에 와 닿으면 랑게르한스 세포의 면역기능이 작용하여 우리 몸에 알레르기 증상을 일으키게 된다.

보통 알레르기는 어린 시절 심하고 어른이 되면 자연히 없어지는데, 그 이유는 어릴 때는 피부를 통해 몸의 불순물이나 피지를 밖으로 내보낼 수가 없었는데 성인이 되자 피부의 구멍을 통해 피지를 분비할 수 있게 됨으로 피부에 피지에 의한 막이 형성되어 알레르겐이 직접 피부에 닿는 현상이 적어지기 때문이다. 

그런데 성인의 경우라고 해도, 초미세먼지가 피지샘의 구멍을 막아버리면 땀과 피지와 노폐물의 원활한 배출 기능이 떨어지게 된다. 따라서 피부와 알레르겐이 직접 닿는 현상이 많아져 알레르기 증세가 쉽게 나타날 수 있다. 초미세먼지가 알레르기의 직접 원인은 아니더라도 알레르기 증상을 심화시키는 아쥬반트 역할을 하게 된다는 것이다. 

  

중국에서는 초미세먼지로 피부가 나빠진다는 이야기들이 대중들에게 많이 회자되고 있다고 한다. 일본의 경우에도 겨울철 북서풍의 영향과 중국발 미세먼지가 여성들의 피부를 메마르고 건조하게 하는데, 이 원인 역시 초미세먼지가 피지분비 장애를 일으키는 데서 나타난 증상이라 한다.

따라서 아토피 증상을 앓고 있는 아이들과 피부 미용에 신경을 많이 쓰는 여성들이라면 마스크뿐만 아니라 피부를 보호하기 위한 조치 또한 필요하다고 할 수 있다.

신경세포에까지 영향을 미치는 초미세먼지

초미세먼지는 발견된 것이 사실 얼마 되지 않는다. 따라서 아직 초미세먼지가 인체에 어디까지 해를 주는지는 다 알 수 없다. 

최근 미국의 한 연구기관에서는 시험관 실험을 통해, 초미세먼지가 인간의 신경에 미치는 영향을 연구하였다. 그 결과 배양한 신경세포에 초미세먼지를 뿌렸을 때 신경이 죽어버리는 결과를 발견했다.

이것은 초미세먼지가 신경에 붙으면 눈의 말초신경뿐만 아니라 척수와 뇌와 같은 중추신경까지 죽일 수 있는 무서운 존재라는 것을 의미한다.

우리의 인체가 피부와 조직으로 신경을 감싸 보호해 주고 있지만, 만약 실험실에서처럼 신경조직에 초미세먼지가 직접 닿게 되면 신경이 죽을 수도 있다는 결론이다. 

세포의 대사작용은 ‘나트륨-칼슘-칼륨’ 이온이 세포에 작용하여 이루어진다. 

세포에 나트륨이 들어가면 흥분(수축) → 세포에 칼슘이 들어가면 흥분 상태 지속(유지) → 세포에서 칼륨이 나오면 원래의 상태로 복귀(이완)

이런 세포 내 이온 과정이 신경을 포함한 온몸에서 동일하게 일어난다, 사람의 활동은 이러한 세포의 움직임을 통해 이루어진다. 그리고 각 이온은 전기를 띠고 있고, 이 이온들은 그 크기나 모양이 제각각인 구멍(채널)을 통해 이뤄진다. 그런데 아주 작은 입자인 초미세먼지 입자는 물리적 충격을 주어 이 구멍을 계속 열린 상태로 만들게 된다. 그러면 이온의 균형이 깨지면서 근육과 장기의 움직임이 극도의 혼란 상태에 빠지게 된다. 즉 초미세먼지 때문에 세포는 누설전류를 흘리게 되어 본래의 기능을 잃어버리게 된다고 한다. 필자로서는 정말 들어도 무슨 내용인지 이해하기 어려운 정말 어려운 내용이다. 어쨌든 초미세먼지가 인체의 세포 단위의 전기적 작용에 장애를 일으켜 나트륨-칼슘-칼륨 이온 대사 작용을 방해한다는 것은 분명한 것 같다. 

한편 코로 들이마신 초미세먼지가 후각신경을 경유하여 뇌로 침투하면, 뇌혈관을 막아 뇌졸중과 혈관성 치매도 일으킬 수 있다. 만약 뇌 전반에 염증을 일으키면 인지능력 저하와 행동장애 등의 뇌신경장애도 일으킬 수 있다.

 

초미세먼지는 유전자와 면역계에도 영향을 주는가?

초미세먼지가 유전자에 미치는 영향을 증명한 연구들도 최근 발표되었다. 유전자란 쉽게 말해 ‘생물체가 필요한 갖가지 단백질과 그 소요량을 만들기 위한 정보’를 뜻한다. 만약 유전자에 어떤 이상 현상이 생기면 불필요한 단백질을 많이 만들거나 꼭 필요한 단백질을 만들지 못하는 경우가 생길 수 있다.

그런데 실험쥐를 통한 초미세먼지 실험에서 특이한 현상이 목격되었다. 실험쥐에게 초미세먼지를 많이 호흡하게 했더니 특정 단백질을 대량으로 만들게 되었다고 한다. 쥐의 몸이 초미세먼지를 이물질로 인식하고 이를 없애기 위해 많은 효소를 필요로 했기 때문이었다.

효소는 단백질로 만들어지며, 거기에는 유전자 정보가 필요하다. 효소의 필요량 또한 유전자에 정해져 있는 것이다. 그런데 과다한 초미세먼지 흡수로 많은 양의 효소가 필요하자 쥐의 생체는 유전자 정보와는 별개로 많은 단백질을 만들어냈다. 이것이 유전자 자체의 변형을 의미하는 것은 아니지만 필요한 양의 단백질을 만들어 내는 과정에는 변화를 준 사건을 의미한다. 

면역력에도 같은 원리로 악영향을 준다. 면역이란 단순히 외부 병원균과 바이러스를 퇴출하기 위한 작용이 아니다. 면역은 자신의 몸 상태를 정상으로 유지하려는 우리 몸의 근본적인 작용이다. 우리 몸의 세포가 암세포로 변화하지 않는 것도 신체의 면역 기능이다. 면역세포는 인체의 어느 하나의 세포가 튀거나 불거지지 않도록 균형을 만드는 작용을 한다. 

그런데 초미세먼지가 대량으로 인체에 유입되면 특정 물질만 집중하여 방어하기 때문에 면역 기능의 균형이 상실된다. 한 단백질이나 면역 물질이 과다 생산된다는 것은 다른 성분이 그만큼 적게 생산된다는 것이고 이것은 몸의 균형을 상실하게 만들어 다른 이물질과 병원체에 대항하는 인체의 능력이 약화된다는 것을 의미한다. 

따라서 초미세먼지는 인체의 유전자와 면역계에도 나쁜 영향을 주는 위험인자일 수 있다.

초미세먼지 약도 없어, 노출 줄이는 것이 유일한 답

초미세먼지로 인해 발생한 질환에 대해선 현재 뾰족한 대안이 없다. 각 증상별 임시 대처 밖에 방법이 없다. 눈이 나빠지면 눈을 치료하고, 폐가 나빠지면 폐를 치료하는 대증적 요법뿐이다.

따라서 최대한 노출을 피하도록 해야한다. 예방약도 따로 없으니 피하는 것이 최선의 방법이다. 그나마 지금까지 가장 효과적인 예방 수단으로 알려진 것은 마스크이다.