1. 이산화질소(NO₂)의 물리화학적 특성
이산화질소(NO₂)는 질소 산화물(NOx)의 일종으로, 갈색 기체이며 대기 중에서 반응성이 높고 수용성이 낮은 특성을 지닌다. 주로 연소 과정, 특히 디젤엔진과 산업용 보일러에서 발생하며, 환경 및 직업적 노출 모두에서 문제시된다.
상온에서 자극적인 냄새가 나며, 수분과 반응해 질산(HNO₃)과 아질산(HNO₂)을 생성하며 점막 자극을 유도한다. 분자량은 46.01 g/mol, 끓는점은 21.2℃이다.
2. 인체 독성 영향 – 폐 기능 중심
NO₂는 호흡기를 주요 표적 장기로 하는 기체 독성물질로, 장기간 노출 시 폐 기능 저하, 기도 과민성 증가, 염증 반응 유도 등이 보고되어 있다. 특히 폐포 세포와 기도 상피세포를 직접 자극하며, 산화 스트레스를 유발하여 세포 내 염증 유전자 발현을 증가시킨다.
대표적인 영향은 아래와 같다:
- FEV₁(1초 강제호기량) 감소
- 폐활량(VC) 및 호기유량률(FEV₁/FVC) 저하
- 기도 상피세포의 탈락 및 섬모 기능 저하
- 호산구, IL-6, TNF-α 등의 염증 지표 상승
3. 독성 기전 – 산화 스트레스와 염증 반응
NO₂는 직접적인 산화제로 작용하며, 세포막 지질과 단백질에 산화 손상을 유도한다. 이 과정은 ROS(Reactive Oxygen Species)의 생성을 촉진하며, 결과적으로 NF-κB 경로가 활성화되어 염증성 사이토카인 발현이 증가한다. 이로 인해 기도 수축, 점액 과분비, 폐포벽 파괴 등 폐기능 저해 메커니즘이 유발된다.
산화 스트레스 지표로는 MDA(malondialdehyde), 8-OHdG 등이 사용되며, 실험동물과 인간 노출군에서 유의한 상승이 보고되었다.
4. 직업적 노출 경로 및 고위험 작업군
산업 현장에서 NO₂ 노출은 용접, 금속 열처리, 발전소 유지보수, 디젤 엔진 근접작업, 비료 공장 등에서 빈번하게 발생한다. 밀폐공간에서의 작업 시 급성 고농도 노출이 문제 되며, 특히 질소과립 비료 저장고, 사일로 작업장 등에서 질소가스 질식사고가 보고된 바 있다.
노출 경로는 대부분 흡입이며, 단시간에 50 ppm 이상의 고농도 노출 시 폐부종 및 급성 호흡곤란 증후군(ARDS)으로 발전할 수 있다.
5. 국내외 직업 노출 기준
이산화질소의 노출 기준은 국가별로 다음과 같다.
- 대한민국 고용노동부(2024년 기준): TWA 1 ppm, STEL 5 ppm
- 미국 NIOSH: REL TWA 1 ppm, IDLH 20 ppm
- 미국 OSHA: PEL TWA 5 ppm
- ACGIH: TLV-TWA 0.2 ppm (2023 개정)
특히 ACGIH는 폐 기능 저하에 대한 지속적인 연구 결과를 반영해 2023년 노출 기준을 대폭 강화한 바 있으며, 향후 국내 기준 개정에도 영향을 줄 수 있다.
6. 노출 저감 및 예방 대책
작업장 내 NO₂ 노출을 줄이기 위해서는 다음과 같은 관리 방안이 필수적이다.
- 국소 배기장치 설치 및 유지관리
- 개인 보호구(P100 필터 포함 마스크 등) 착용 의무화
- 작업 전 환기 및 산소 농도 확인
- 화학물질 취급 교육과 위험성 평가 실시
또한, 고농도 노출이 우려되는 폐쇄 공간에서는 사전 작업 허가제(Permit-to-Work)를 운영하고, 실시간 가스 감지기 사용이 권장된다.
7. 결론: 관리 필요성과 향후 과제
이산화질소는 비가시성의 기체임에도 불구하고 폐 기능에 중대한 영향을 미치는 유해인자로, 작업자 보호를 위한 정밀한 관리가 요구된다. 산업보건 관리자는 작업환경 측정, 위험성 평가, 작업자 교육 및 보호구 지급 등 다층적인 노력을 통해 노출을 최소화해야 한다.
향후에는 생체지표 기반의 노출 평가법, 유전적 민감성 연구 등으로 보다 정밀한 건강 영향 평가 체계를 마련해야 한다.