Pre- and postnatal exposure to multiple ambient air pollutants and child behavioral problems at five years of age

Abstract

Ambient air pollution is emerging as a risk factor for adverse neurological symptoms and early childhood diseases. This study applied statistical models to evaluate the association between pre- and postnatal exposure to air pollutants and childhood behavior. Weighted quantile sum regression (WQS) and Bayesian kernel machine regression (BKMR) analyses were also applied to assess the effect of multiple exposure to six air pollutants (PM2.5, PM10, NO2, CO, SO2, and O3). This study used the data from the MOCEH study, which is a prospective birth cohort study in South Korea. Average exposure levels to PM2.5 during the pre- and postnatal period were estimated using the Community Multiscale Air Quality (CMAQ) model. Other air pollutants were predicted using the kriging model. Mother-child pairs who completed child behavioral assessments using the Korean version of the Child Behavior Checklist at five years of age were included. Primary outcomes were children’s total problems score, internalizing score, and externalizing score. In the multivariate linear regression (MLR) model, after adjusting for the covariates, PM2.5 (β = 0.18; 95% confidence interval [CI] = 0.05–0.31), PM10 (β = 0.13; 95% CI = 0.04–0.21), and NO2 exposure (β = 0.19; 95% CI = 0.02–0.37) during the first trimester were positively associated with the internalizing problem score. In the WQS regression analysis, the air pollutant index during the first trimester was positively associated with total problems score (β = 2.25, 95% CI = 0.41–4.09) and PM10 had the strongest individual weights in the air pollutant index. The postnatal air pollutant index at 0–6 months was also positively associated with the internalizing problem score (β = 2.56, 95% CI = 0.08–5.03) and SO2 and NO2 had strong individual weights. In the BKMR model analysis, the overall effect of multiple air pollutants during the first trimester and at 0–6 months was significantly associated with behavioral problems when all of the pollutants were in the ≥ 60th percentile, as compared to all of them at the 50th percentile. In the sex-stratified analysis, boys were associated with significantly stronger associations between air pollutants exposure and three behavioral outcomes than girls. When comparing the results from different models, PM2.5 and PM10 exposures during the first trimester were identified as critical factors associated with behavioral problems. Future studies investigating the effects of multiple air pollutants by applying diverse statistical methods and results interpretation together are needed.;많은 선행 연구들이 대기오염 노출에 따른 영유아의 신경인지발달에 대한 연관성 분석을 진행하였다. 본 연구에서는, 다양한 통계분석방법을 적용하여 산모와 영유아의 6종 대기오염(PM2.5, PM10, NO2, CO, SO2, O3) 단일 노출이 영유아의 행동 발달에 어떠한 영향을 미치는지 그 연관성을 확인하고자 하였다. 또한 6종 대기오염 물질의 복합 노출이 영유아의 행동 발달에 미치는 영향도 확인하고자 하였다. 본 연구는 전향적 출생 코호트 연구인 산모 영유아의 환경유해인자 및 건강영향 연구 (Mother and children’s environmental health study, MOCEH)의 데이터를 활용하였다. 산모와 영유아의 PM2.5 노출은 CMAQ 모델을 통해서 평가하였으며 다른 5종의 대기오염 물질 노출은 크리깅 모델을 통해서 평가하였다. 영유아 행동 발달의 척도로는 영유아의 5세 추적관찰 시기에 수행 된 한국판 아동·청소년 행동평가척도 부모용 (K-CBCL)의 문제행동 총점, 내현화 문제 총점, 외현화 문제 총점 척도를 사용하였다. 혼란변수를 보정한 일반화 선형모형 분석 결과 임신 1분기의 PM2.5(β = 0.18; 95% CI = 0.05-0.31)와 PM10(β = 0.13; 95% CI = 0.04-0.21), NO2(β = 0.19; 95% CI = 0.02-0.37) 노출이 증가할수록 5세 영유아의 내현화 문제 총점 점수가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 6종 대기오염 물질의 복합 노출을 고려한 WQS 분석 결과, 각 대기오염의 가중치를 추정하여 만들어진 임신 1분기의 대기오염 지표가 증가할수록 문제행동 총점이 증가하는 것을 확인할 수 있었으며 (β = 2.25, 95% CI = 0.41–4.09) PM10이 대기오염 지표에서 높은 가중치를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 영유아 0-6개월 시기의 노출에 대한 대기오염 지표 역시 내현화 문제 총점과 연관이 있었으며 SO2와 NO2가 대기오염 지표에서 높은 가중치를 갖는 것을 확인할 수 있었다. BKMR 분석을 통해 대기오염물질 노출 간의 상호작용과 대기오염 노출에 따른 영유아 행동 발달 간 비선형 연관성을 확인하였을 때, 임신 1분기와 영유아 0-6개월의 대기오염 복합 노출이 문제행동 총점 및 내현화 문제 총점과 유의한 연관성이 있는 것을 확인하였다. 영유아의 성별 층화 분석 결과, 대기오염 복합 노출은 여아보다 남아에서 더욱 그 연관성이 크고 유의하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 세가지의 분석 모델을 비교한 결과, 임신 1분기 및 영유아 0-6개월 시기의 대기오염 복합 노출이 영유아의 행동 발달과 연관성이 있다는 것을 확인할 수 있었으며 특히 PM2.5, PM10이 중요한 요인으로 작용하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 여아보다 남아에서 해당 연관성이 더욱 크게 나타났다. 대기오염 노출을 줄이기 위한 다양한 정책적, 보건적 노력이 필요하며, 추후 다양한 통계 방법을 고려하여 대기오염 단일 및 복합 노출과 영유아의 건강 영향을 다루는 연구가 필요할 것이다.