미국 메릴랜드주 볼티모어에 소재한 존스홉킨스대학교(Johns Hopkins University)의 블룸버그 공중보건대학(Bloomberg School of Public Health) 연구진이 주도한 새로운 분석에 따르면, “시카고의 6세 미만 어린이 중 68%가 납(Pb)이 함유된 수돗물을 사용하는 가정에 살고 있는 것으로 추정된다”고 밝혔다.

수돗물에서 납이 함유된 분석을 위해 블룸버그 공중보건대학의 연구원들은 2016년부터 2023년까지 3만8천385개의 수돗물 테스트 결과를 포함하는 기존 데이터 세트를 기반으로 인공지능(artificial intelligence, AI) 기술인 기계학습(machine learning)을 사용하여 시카고 전역의 가정에서 수돗물의 납 수준을 측정했다. 이 테스트는 납 노출에 대한 무료 자가 관리 테스트 서비스에 등록한 가정에서 이루어졌다.

연구원들이 사용한 기준치는 물 테스트에서 검출 가능한 가장 낮은 수준의 납이었는데, 이는 대략 10억분의 1(ppb) 정도로, 올림픽 규격의 수영장에 있는 물 반 티스푼과 맞먹는다. 테스트의 3분의 2(69%) 이상이 이 수준을 초과했다.

이를 통해 기계학습 모델은 주거 도시 블록의 75%에서 납으로 오염된 물을 예측했으며 이는 6세 미만 시카고 어린이의 68%를 포함한다. 미국 환경보호청(EPA)의 현재 식수 내 납에 대한 ‘행동(action)’ 수준은 지자체에서 추가 조치를 취해야 한다. 분석 결과, 테스트 중 9%에서 납 수치가 15ppb를 넘는 것으로 나타났다. 이 분석은 또한 노출 수준과 테스트 비율에서 인종적 불평등을 발견했다.

이번 연구 결과는 3월 18일  『미국의학협회저널 소아과학(JAMA Pediatrics)』 온라인판에 ‘시카고의 식수로 인한 아동 납 노출 추정(Estimated Childhood Lead Exposure From Drinking Water in Chicago)’이란 제목으로 게재되었다.

납은 특히 어린이에게 ‘안전한(safe)’ 노출 수준이 없는 심각한 환경 독소로 간주된다. 납이 함유된 수도관은 1986년 미국에서 금지되기 전에 사용되었으며 종종 요구되었다. 많은 도시에서는 금지 이전에 설치된 납 수도관을 여전히 사용하고 있다. 

시카고에는 270만 명의 사람들에게 물을 공급하는 약 40만 개의 납 수도관이 미국의 다른 어떤 도시보다 많다. EPA에 따르면 미국 전역에서 920만 가구 이상이 납이 함유된 수도관과 급수관을 통해 물을 공급받고 있다.

EPA는 미국 도시들이 10년 이내에 모든 납 수도관을 교체할 것을 제안했다. 이 제안에 따르면 시카고는 수자원 인프라에 따른 불균형적인 부담을 고려하여 이를 준수하는 데 40년을 받게 된다.

존스홉킨스대학교 블룸버그 공중보건대학의 조교수이자 이번 연구의 연구 수석 저자인 벤자민 후인(Benjamin Huynh)은 “시카고 수돗물의 납 오염 정도는 실망스럽다”라면서 “이는 2024년에 볼 수 있는 일이 아니다”라고 말했다.

연구를 위해 후인과 동료들은 6세 미만의 시카고 어린이들이 직면하는 노출을 정량화하기 시작했다.

연구진은 2016년 1월부터 2023년 9월까지 참여하는 시카고 가구에서 실시한 납에 대한 38,385개의 수돗물 테스트 결과가 포함된 시카고 수자원 관리국의 공개적으로 사용 가능한 데이터 세트로 시작했다. 결과는 도시 주거 블록의 약 36%에 적용되었다.

그런 다음 연구원들은 이러한 데이터를 미국 인구조사 및 블록별 인구통계에 대한 기타 공식 데이터와 결합하고 기계학습 기술을 사용하여 수돗물 테스트 결과의 부분적인 적용 범위(납 오염수가 블록별로 발생할 수 있는 위험)로부터 추정했다.

분석에서는 또한 시카고시 자체 보고가구 조사 데이터를 사용하여 노출된 어린이 중 19%(시 전역 약 12만9천 명)가 여과되지 않은 수돗물을 식수로 사용하는 것으로 추정했다. 연구진은 모델링을 통해 납에 노출된 어린이의 혈액 내 납 함량이 노출되지 않은 어린이의 약 두 배에 달하는 것으로 추정했다.

검사 비율의 경우, 흑인과 히스패닉 인구는 납 노출에 대해 검사를 받을 가능성이 낮았고, 이는 지원 활동의 격차를 시사한다. 흑인과 히스패닉 인구의 10% 포인트 증가는 납 검사를 받을 가능성이 각각 3%와 6% 감소와 관련이 있었다.

[그림 1]  납 노출 및 검사지표가 포함된 일리노이주 시카고시 인구조사 지역 수준 지도

분석에 따르면 이 도시의 흑인과 히스패닉 주민들은 여과되지 않은 수돗물을 마실 가능성이 가장 낮았으며, 12%는 그렇게 응답했다. 이와 대조적으로 백인 거주자의 32%는 여과되지 않은 수돗물을 주요 식수원으로 사용한다고 보고했다.

테스트 비율과 관련하여 흑인과 히스패닉 인구는 납 노출 테스트를 받을 가능성이 낮았으며 이는 봉사 활동의 격차를 시사한다. 흑인과 히스패닉 인구의 10% 포인트 증가는 납 테스트 가능성이 각각 3%와 6% 감소와 관련이 있었다.

저자들은 이 연구가 몇 가지 한계를 가지고 있다는 점에 주목한다. 납 검사에 대한 데이터는 블록 수준에서 익명으로 처리되어 연구자들은 가구별 데이터를 사용할 수 없었다. 연구자들은 도시 전체의 소아 건강 기록에 접근할 수 없었기 때문에 데이터에서 납 노출의 건강 영향을 직접 추정하는 대신 모델링해야 했다.

‘시카고의 식수로 인한 아동 납 노출 추정(Estimated Childhood Lead Exposure From Drinking Water in Chicago)’은 존스홉킨스대학교(Johns Hopkins University) 블룸버그 공중보건대학(Bloomberg School of Public Health)의 벤자민 후인(Benjamin Huynh), 엘리자베스 친(Elizabeth Chin), 매튜 키앙(Mathhew Kiang) 등이 작성했다.

[원문보기]

Study Estimates Nearly 70 Percent of Children Under Six in Chicago May Be Exposed to Lead-Contaminated Tap Water

Researchers analyzed results from nearly 40,000 households participating in a voluntary tap-water test program run by the city
 

A new analysis led by researchers at the Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health estimates that 68 percent of Chicago children under age six live in households with tap water containing detectable levels of lead.

For their analysis, the researchers used machine learning, an artificial intelligence technique, to gauge likely levels of lead in tap water in households across Chicago, based on an existing dataset that includes results from 38,385 tap water tests taken from 2016 to 2023. The tests were from households that had registered for a free self-administered testing service for lead exposure.

The threshold the researchers used was the lowest detectable level of lead in the water tests, one part per billion?roughly the equivalent of a half teaspoon of water in an Olympic-size swimming pool. More than two-thirds-69 percent-of the tests exceeded this level. 

From this, the machine learning model predicted lead-contaminated water in 75 percent of residential city blocks, covering 68 percent of Chicago children under 6. The Environmental Protection Agency’s current “action” level for lead in drinking water-the point at which a municipality must take additional steps-is 15 ppb. The analysis found that 9 percent of tests had lead levels over 15 ppb. The analysis also found racial inequities in exposure levels and testing rates.

The findings were published online March 18 in JAMA Pediatrics.

Lead is considered a serious environmental toxin, especially for children, with no “safe” exposure level. Lead pipes were used and often required before they were banned in the U.S. in 1986. Many cities still use lead water pipes that were installed prior to their ban. Chicago has more than any other U.S. city, an estimated 400,000 lead pipes that supply water to as many as 2.7 million people. Across the U.S., more than 9.2 million households get water through lead pipes and service lines, according to the Environmental Protection Agency.

The EPA has proposed that U.S. cities replace all lead water service lines within 10 years. Under the proposal, Chicago would get 40 years to comply, given the disproportionate burden its water infrastructure poses.

“The extent of lead contamination of tap water in Chicago is disheartening?it’s not something we should be seeing in 2024,” says study lead author Benjamin Huynh, PhD, an assistant professor in the Bloomberg School’s Department of Environmental Health and Engineering.

For their study, Huynh and colleagues set out to quantify the exposure faced by Chicago children under six.

The researchers began with a publicly available dataset from the Chicago Department of Water Management that contained 38,385 tap water test results for lead that participating Chicago households had taken from January 2016 to September 2023. The results covered about 36 percent of residential blocks in the city.

The researchers then combined these data with U.S. Census and other official data on block-by-block demographics and used machine learning techniques to extrapolate-from the partial coverage of the tap water test results-the likely block-by-block risk of having lead-contaminated water.

The analysis also used the city’s self-reported household survey data to estimate that 19 percent of exposed children-about 129,000 across the city-used unfiltered tap water for drinking. Using modeling, the researchers estimate that exposed children have approximately twice the amount of lead in their blood as unexposed children do.

The analysis suggested there are racial disparities in lead exposure in Chicago. For example, a 10 percentage-point increase in the Hispanic population was associated with an 11.2 percent increase in the chance of lead contamination. 

The analysis also suggests that Hispanic residents of the city were the least likely to drink unfiltered tap water, with 12 percent responding that they did. By contrast, 32 percent of white residents reported using unfiltered tap water as their primary drinking water source.

As for testing rates, Black and Hispanic populations were less likely to be tested for lead exposure, suggesting gaps in outreach. Ten percentage-point increases in Black and Hispanic populations were associated with 3- and 6-percent decreases respectively in chances of being tested for lead.

The authors note that the study has several limitations. The data on lead testing were anonymized at the block level, so the researchers were not able use household-specific data. The researchers did not have access to city-wide pediatric health records, and so had to model the health impacts of lead exposure instead of directly estimating them from data.

“Estimated Childhood Lead Exposure from Drinking Water in Chicago” was written by Benjamin Huynh, Elizabeth Chin, and Mathew Kiang.

[출처=존스홉킨스대학교(Johns Hopkins University)(https://publichealth.jhu.edu/2024/study-estimates-nearly-70-percent-of-children-under-six-in-chicago-may-be-exposed-to-lead-contaminated-tap-water) / 2024년 3월 18일]

[연구논문출처=『미국의학협회저널 소아과학(JAMA Pediatrics)』(https://jamanetwork.com/journals/jamapediatrics/fullarticle/2815850) / 2024년 3월 18일자]

[번역 = 배철민 편집국장 겸 글로벌물산업정보센터장]