미국에서는 원전 주변 거주지역 주민들에서 암위험도에 대한 생태학적 연구를 1980년대에 국립암연구소 주관으로 시행하여 1991년에 결과를 보고하였다. 이 연구의 배경은 1983년 영국 셀라필드(Sellafield) 지역 핵처리시설 주변에 10세 미만 어린이들에서 백혈병 사망이 증가한 결과에 근거하였다(그러나 이후 영국에서는 핵처리 시설의 방사선 노출이 백혈병 사망과 연관성이 없다고 보고하였다). 이 연구에서는 1982년 이전에 가동을 시작한 62개 핵시설(52개의 상업용 원전과 10개의 핵연료 가공 공장)를 대상으로 하였으며, 노출 지역과 인구학적 요인을 비슷하게 고려한 3배의 대조 지역을 선정하였다. 각 지역별로 인구학적 분율(인종별 25세 이상 인구, 고등학교 졸업, 생산직 종사자, 도시 농촌 거주), 평균 가정 수입, 평균 이주률, 영아사망률, 인구수 등의 집단정보를 확보하여 비교하였다. 원전시설 근처에 거주하는 인구에서 더 높은 선량의 방사선에 노출될 것이라고 가정하였고, 원전을 포함하거나 인접한 지역에 거주하는 인구에서의 표준화암사망비(1950-1984년까지의 암 사망)를 원전을 포함하지 않은 지역과 비교하였다. 이때 두 집단에서의 표준화암사망비를 원전 가동 전과 후로도 비교하여 각 지역이 스스로 대조군이 되도록 하였다. 암 발생자료는 2개 지역에서만 확보하여 이 연구는 전체적으로 사망률 연구라고 할 수 있다.
연구 결과 원전 작동 전 원전 주변 지역의 어린이 백혈병에 대한 표준화암사망비는 1.07이었으며, 대조지역은 0.99로(상대위험도는 1.08) 원전 주변지역에서 8% 유의하게 증가하였다. 그러나 원전 작동후에는 원전 지역과 대조 지역의 표준화암사망비가 각각 1.01과 0.97로 감소하였으며 두 지역의 상대위험도는 1.03으로 유의하지 않았다. 이러한 경향은 전 연령의 백혈병 사망 및 전체 암사망에서도 비슷하였다. 그러나 원전으로부터 방사선 방출량을 측정한 자료가 없어 실제로는 원전에서 방출된 방사선 건강 영향에 관한 직접적인 연구가 아닌, 시설 근처에 거주하는 여러 요인의 종합된 결과로서의 한계를 가졌다.
따라서 이 연구에 관한 후속 연구의 필요성이 제기되었으며, 그 구체적인 이유들로는 1) 미국 내 원전이 그 동안 증가하여 2010년 당시 104개 원전이 31개 주에 존재하고 원전 5마일 이내 약 100만 명이 거주하고 있으며, 2) 기존 연구가 수행된 지 오래되어 새로운 자료들, 즉 주변지역의 인구학적 변화, 원전 시설의 변화(예, 신설 혹은 중단), 암발생자료의 확보 가능성 등 최신 자료와 방식으로 다시 업데이트할 필요가 있었고, 3) 기존 연구는 건강 영향을 사망 자료에 의존하였으며, 노출은 넓은 지역에 기반한 대략적 평가에 근거한 것으로 선량 평가가 이루어지지 못했다. 따라서 미국원자력위원회에서 미국국립과학학술원(National Academy of Sciences)에 원전주변 거주와 암위험도에 대한 연구를 의뢰하였으며, 이에 대한 활동으로 미국국립과학학술원은 2012년과 2014년 각각 평가 방안에 대한 보고서 Phase I과 Phase II를 출판하였다.
Phase I 에서는 원전주변 거주 주민들의 암위험도 평가에 적합한 방식에 대한 기반조사를 진행하였다. 즉 원전 주변 방사능 노출 현황에 대한 분석, 방출된 방사능에 의한 선량평가, 적합한 역학연구 방법론 정리, 위험소통 및 주민 참여 등의 전반적인 항목들을 검토 정리하였다. 이 보고서에 의하면 원전주변 거주와 암 위험도 연구를 위해서는 매우 많은 인원수, 세분화된 지역별 신뢰할만한 암자료, 인구이동 및 위험인자 등에 대한 정보 등이 필요하였다. 이러한 정보 확보의 현실성을 고려하여, 원전 주변 거주암 암 위험도를 파악하기 위해서 가능한 역학연구 형태로서 1) 생태학적 연구(ecological study)와 2) 자료기반 환자대조군 연구(linkage-based case-control study)를 제시하였다.
생태학적 연구는 기존에 미국 국립암연구소에서 실시한 연구보다 세분화된 지역들을 토대로 더 많은 지역별 정보를 확보하는 형태이다. 이때 거리뿐 아니라 원전으로부터 방출된 핵종에 의해 주민들에게 추정된 선량값을 활용하며, 여러 암 종을 모든 연령대별로 암 발생 및 사망에 관한 연구를 제안하였다. 이러한 연구 형태는 전국 차원에서 상대적으로 빠르고 쉽게 방사선 노출과 관련이 높은 여러 암 종을 준비된 자료들을 통해 종합적으로 파악할 수 있다는 장점이 있다.
자료기반 환자-대조군 연구는 원전 주변에서 태어난 아이들을 대상으로 기존에 있는 자료에 근거하여 미국 전체가 아닌 특정 지역에서 백혈병 자료를 확보하고 자료연계를 통해 연구하는 형태이다. 이러한 방법은 상대적으로 적은 환자군과 대조군들에 대한 거주 및 노출력을 자세히 조사할 수 있다는 장점이 있다.
Phase II에서는 phase 1에서의 내용을 바탕으로 7개 핵시설 주변 주민들에 대한 선행 연구를 수행하고 이것을 전국단위의 연구로 진행하는 전략 수립을 제안하였다. 즉 7개 지역에서 우선적으로 생태학적 연구와 환자-대조군 연구를 실시하고 이 결과를 토대로 전국적 연구의 효과성과 실현 가능성을 평가하였다. 이를 위해 미국국립과학학술원이 2013년 9월부터 선행 연구(기상, 핵종자료의 평가, 선량 평가, 암발생 및 사망자료 확보 등)를 진행하였다. 그러나 수집할 수 있는 자료들이 적었으며 이를 통해 원전 주변 거주 주민에서 암위험도를 평가하는 데 한계가 있었고, 선행 연구 자체를 위해서 장기간의 기간과 많은 비용이 소요될 것으로 예상되었다. 따라서 미국원자력위원회는 2015년 9월에 더 이상 연구를 진행시키지 않기로 결정하였다. 미국에서는 비록 원전 지역주민 연구가 실제로 진행되진 않았지만, 이러한 경험은 원전 주변 주민의 건강 영향 연구 방향성에 많은 것을 시사해준다.
한편 미국에서는 펜실베이니아주 스리마일섬(Three Mile Island) 원전에서 1979년 사고가 발생하여 주변 주민들에 관한 역학 연구들이 진행된 바 있다. 사고로 방출된 방사능 물질의 농도(주로 131I)는 매우 낮은 것으로 알려졌으며, 관련 역학 연구들에서도 대체로 방사능 노출과 암 위험도와의 연관성이 분명하지 않았다. 갑상선 암의 경우 추적 30년 후에 증가가 관찰되기도 하였으나 방사능 노출 때문인지는 불분명하였다. 그리고 핸퍼드(Hanford) 지역 핵시설에서 1944-1957년 사이 방출된 131I 에 의한 주변 지역 주민들의 갑상선 질환 연구(Hanford Thyroid Disease Study)가 진행된 바 있다. 이 연구는 1940-1946년 사이에 원전 인접 지역에서 태어난 사람들 5,199명을 대상으로 후향적 코호트 형태로 시행하였다. 환경에서의 방사성요오드 측정과 설문조사를 통해 평가한 평균 갑상선량은 174mGy(중위수는 97mGy으로 넓은 범위(0.003, 2,823)의 노출값을 가졌으며, 연구 결과 갑상선량과 갑상선 질환들(암, 양성종양, 결절, 자가면역 갑상선염, 갑상선 기능저하증)의 발생과 유의한 관련성을 발견하지 못했다. 이러한 결과는 노출량이 상대적으로 적고 장기간 간헐적으로 노출된 상황을 고려하면 기존 연구들과 일관성이 있다고 해석되었다.
원전 주변 거주와 건강 영향에 대한 주제는 1983년 영국에서 핵연료가공 사업장 주변에(Seascale이라는 Sellafield 핵시설 주변의 해변가 마을) 거주하는 어린이 중 백혈병이 많다는 보도 후 국제적으로 대중의 관심을 받기 시작하였다. 이러한 내용은 미국뿐 아니라 다른 유럽 국가들이 원전주변 지역주민들에 대한 건강 영향 연구를 시행하게 만든 근거가 되었다. 이와 관련되어 1986년에 1차 COMARE 보고서가 발표되었으며, 이후 추가적인 다른 지역(Dounreay) 핵시설 주변 소아 백혈병에 관한 내용이 추가되면서 2, 3차 보고서가 각각 1988년과 1989년에 발표되었다. COMARE(Committee on Medical Aspects of Radiation in the Environment)는 전리 및 비전리방사선에 대한 건강 영향을 자문해주는 전문가 자문위원회로서 정기적인 모임과 보고서를 통해 방사선 관련 다양한 내용에 대한 과학적 의견을 제공하고 있다.
COMARE에서는 영국 내 핵사업장 25km 이내 거주는 소아암 증가와 유의한 관련이 없다고 결론을 내린 바 있다. 그러나 독일의 KiKK 연구를 비롯하여, 프랑스, 핀란드 등에서 새로운 결과들이 보고된 것을 계기로 업데이트의 필요성이 제기되었으며, 이와 관련하여 COMARE 14차 보고서가 2011년에 발간되었다. 영국에서도 KiKK 연구와 비슷하게 접근하려고 했으나 현실적으로 가능하지 않아 개인별 환자-대조군 연구로 진행하지 못하고 지역별 자료를 비교하는 형태로 진행되었다. 이 위원회에서 원전 주변에 거주하는 5살 미만의 소아에서 백혈병 위험도를 분석한 결과 유의하게 증가한 소견은 없었다고 정리하였다. 이후 17차 보고서(2015년)에서는 Sellafield와 Dounreay 핵시설 주변 암발생 자료를 최근 자료까지 추적 분석하여, 원전 주변에서 관찰된 소아암은 원전 방사선 노출이 아닌 다른 원인에 의한 것으로 보고하였다.
종합적으로 COMARE에서는 원전 주변에 노출량 방사선량은 매우 적고 각 암 종과 방사선과의 관련성은 낮은 것으로 보고하였다. 또한 방사선의 건강 영향을 살펴보는 기존 모델과 결과에 심각한 오류가 있지 않았다고 판단하였다. 따라서 원전 주변 주민 연구를 위해 너무 많은 노력이 들어가는 접근방법을 권장하진 않았다. 그렇지만 주제의 중요성 그리고 위험도 산출의 가변성을 고려하여, 지속적 모니터링과 새로운 자료 분석 노력을 강조하였다. 방사선이 위험인자인 것은 분명하며 원전의 방사능 배출이 변할 수 있는 상황도 가능하기 때문이다.
독일에서는 어린이 암등록자료(German Childhood Cancer Registry)를 통해 핵발전소 주변 거주 어린이들에 대한 환자-대조군 연구(KiKK: Kinderkrebs in der Umgebung von KernKraftwerken)가 진행되었다. 이 연구는 생태학적 연구가 아닌 개인별 접근을 통해(전화 인터뷰) 다양한 정보를 확보하였다는 장점이 있다. 환자군은 방사선 민감성을 고려하여 5세 미만으로 암등록자료에서 선정하였고 대조군은 등록자료에 근거해서 무작위 추출(성별과 출생연도를 짝짓기)하였다. 이때 환자 진단 시점에서 같은 지역에 거주하는 대상자를 1:3으로 짝짓기하였다.
노출지표로는 원전과의 거리를 개인 주소를 통해 파악하였다. 이를 위해 1980-2003년 사이 출생한 5세 미만 어린이들에 대해 원전 주변 거주력을 조사하였다. 이때 거리 측정치는 진단 시 거주지를 의미하며 생애 거주력에 대한 정보는 아니며 방사능 확산에 대한 기후조건을 고려하진 못했다. 연구에 포함된 원전은 독일 내 모든 원전이 아니라 거주력 파악이 가능했던 서독의 16개 원전 지역(21개 발전소)으로 국한되었다. 개별 인터뷰를 통해 주소지 파악에 대한 조사는 이루어졌지만 참여률이 낮았고 다른 잠재적인 변수들에 대해서는 충분히 조사되지 못했다.
위험도 평가는 조건부로지스틱 회귀식을 통해 1) 거리의 역수를 연속노출 변수로 하는 방식과 2) 핵발전소 거주 5 km (혹은 10 km) 내외를 범주형을 구분하는 2가지 방식을 적용하였다. 추가적으로 주소지가 불분명한 경우를 제외하거나 각 발전소를 하나씩 제외하면서도 분석하여 결과를 비교하였다.
주요 결과는 대부분 유의한 관련성을 보이지 않았지만, 1980-2003년 사이에 원전 주변 5km 반경 내 거주하였던 5세 미만 소아에서의 악성종양위험도가 약 1.5배(전체 소아암)-2배(소아백혈병) 증가하였다. 그러나 이러한 증가는 현재 방사선 역학 지식으로는 설명하기 어려운 결과이며 (보고된 노출량의 1000배 이상이어야 가능) 교란 변수들도 확인할 수 없어 결론적으로 증가는 관찰되었으나 그 이유는 ‘설명할 수 없다(remain unexplained)’고 기술하였다.
이후 이 연구방법에 대한 비판을 비롯하여 과연 무엇이 어린이 백혈병의 위험도를 증가시켰는가(원전 주변 방사능이 아니라면 다른 원인일 것)에 대한 여러 논란이 있었다. 이 연구에 대해 재분석 및 평가가 이루어졌지만 결과는 비슷하였으며, 아직 무엇인지 모르지만 근거리 거주에 원인 인자(causal factor)가 존재할 것이라고만 결론지었다.
프랑스 내 원전주민 암위험도 관련하여 'The Geocap study'라고 불리는 지역 사회 환자-대조군 연구가 진행되고 있다. 연구의 목적은 원전 주변 거주를 포함하여 어린이 암 위험도에 전반적인 환경인자와의(송전소와 거리, 교통, 환경 중 벤젠 및 오염률, 농작물과의 거리, 지역의 사회경제적 수준, 자연방사선 농도, 원전과의 거리) 연관성을 조사하는 것이다. 이 연구는 환자-대조군 연구이지만 직접 대면 접촉 조사를 하는 것은 아니고 자료에 근거한 형태로 진행되고 있다.
환자군은 2002-2007년 사이에 프랑스에서 발생한 15세 미만 모든 암환자(양성 뇌종양 포함) 2,753명이며(이 자료는 프랑스 소아 혈액암국가 등록자료에서 확보하였다), 대조군은 환자군을 대표하는 같은 지역에서 매년 5,000명씩 3만 명을 무작위 선정하였다(이 자료는 프랑스 인구분포자료에 근거하였다). 그러나 이 자료에서는 성별에 대한 정보를 제공하지 않아 대조군의 성은 파악하지 못했으며 그 외의 사회인구학적 특성(연령, 소득, 지역 등)들은 환자군과 거의 비슷하게 선정되었다.
주요 노출지표는 원전과의 거리(distance)와 모델링을 통해 재구축한 선량(dose-based geographic zoning)을 사용하였다. 모델링에는 지역의 방사성 핵종 배출 자료, 기후 자료, 그리고 핵종 이동의 수학적 모형을 사용하여 추정된 골수선량을 사용하였다. 이 연구에서는 개별 접촉이 이루어지지 않았으므로 개별적인 위험요인을 보정하지는 못했다. 그러나 환자군과 대조군의 집 주소를 통해 주요 지표(지역 가구의 중위수, 육체 노동자의 분율, 대학교 졸업자의 분율 등)들을 파악하여 교란변수 보정에 활용하였다.
연구 결과 원전 주변 반경 5km 이내 거주의 경우 15세 미만 소아들의 백혈병 위험도가 20km 혹은 그 이상에 거주하는 경우보다 유의하게 증가하였다(OR=1.9, 95% CI: 1.0, 3.3). 그러나 원전과의 거리가 아니라 재구축한 방사선량과는 백혈병 위험도와 유의한 연관성이 없었다. 즉 원전과의 거리 지표에서는 유의한 연관성이 관찰되었으나 선량 지표에서는 관찰되지 않아 결과를 해석하기 어려웠다. 따라서 원전 주변과 관련된 방사능 외의 ‘알려지지 않은 요인(unknown factors)’에 의한 가능성(선량평가에 포함되지 않은 자연 및 인공방사선 노출, 혹은 인구집단 혼합 등)이 제시되었다.
스위스에서는 소아암등록자료를 사용하여 후향적 코호트 연구(CANUPIS: Childhood cancer and nuclear power plants in Switzerland)를 진행하였다. 이를 위해 스위스 어린이 암 등록소에서 암환자를 확인하고 출생에서 진단까지의 주소력을 수집 확인하였으며, 전체 국민에 대한 주소력은 1990년과 2000년 센서스 자료에서 확보하였다. 즉 전국적인 주소와 이주 자료를 근거로 환자들의 전 생애 거주력을 구축하여 원전 근거리와 어린이 암발생 위험도를 조사하였다.
코호트는 대상에 따라 두 가지로 접근하였다. 첫째는 출생코호트(birth cohort)로서 1985-2009년 사이 스위스에 출생한 모든 어린이를 대상으로 하여 환자 2,925명(이 중 백혈병은 953명)을 파악하였으며, 둘째는 지역주민 코호트(resident cohort)로서 1985-2009년 사이에 잠시라도 스위스에 거주한 0-15세 인구집단 전체 중 4,090명의 어린이 암 환자(백혈병은 1,345명)를 파악하였다. 노출지표로는 원전 거주 <5km, 5-10km, 10-15km, >15km로 구분하고 가장 먼 거리 지역 거주와 비교하였다. 이 연구는 선량이 실제로 추정되지 않았지만, 각 개별대상자의 정확한 집주소를 활용하여 핵발전소 외에 송전소, 전력선, 산업단지 등에 대한 정보를 포함하였다는 장점이 있다.
연구 결과 출생코호트에서 4세 미만의 백혈병 발생 위험도는 5km 이내 거주의 경우 15km 이상 거주하는 경우보다 20% 유의하지 않게 증가하였으며(RR=1.20, 95% CI: 0.60, 2.41), 거리에 따른 연관성은 없었다. 또한 지역주민 코호트에서도 4세 미만의 백혈병 발생 위험도는 1.41(95% CI: 0.78, 2.55)의 위험도를 보였으며 교란요인들을 보정하고도 유의한 변화는 없었다. 이러한 위험도는 전체 암에 대해서도 비슷하게 관찰되었다.
이 연구는 코호트 연구로서 전국단위의 대상자를 선택바이어스 없이 접근할 수 있었고, 개인별 자세한 거주력 정보 및 여러 교란 및 관련 요인들을 함께 조사할 수 있었다는 장점이 있다. 그러나 제한점으로는 환자수가 충분하지 않아 통계적 검정력이 충분하지 않았으며, 선량 평가에 대한 보완도 필요하였다.
국제적으로 진행된 여러 역학 연구들은 핵시설 주변 거주가 암위험도(특히 백혈병과 갑상선 암)와 대체로 유의하지 않다고 보고하였다. 단 어린이 백혈병 위험도 관련해서는 일부 유의한 증가를 보고하기도 했다. 그러나 원전 주변에서 노출되는 방사선량 자체가 매우 낮은 것으로 보고되고 있어, 현재의 방사선 위험도 모델로는 관찰된 백혈병의 증가를 방사선 노출과 연관 지어 설명하기는 어렵다고 판단하고 있다. 이를 설명하기 위해서 방사선 노출량 자체 혹은 기존 방사선 위험도가 크게 과소평가 되었다는 주장도 제기되었으나, 핵실험 주변 주민 결과 등 다른 역학 결과들을 종합하면 합리적이지는 않다. 결국 원전 주변 연구의 초점은 일부 지역에서 증가한 어린이 백혈병 군집을 어떻게 설명할 것이냐(다른 암종들은 원전 노출과는 다소 거리가 먼 주제이다)라고 할 수 있으며, 답을 찾기 위해 지속적인 모니터링과 연구가 진행되고 있다.
따라서 원전 주변 주민 연구를 위해 제안할 수 있는 내용으로는 1) 전국적인 후향적 코호트 체계를 구축하고 2) 각 지역별 연구에 필요한 변수들에 대한 지표를 파악하고 3) 노출평가를 위한 모델링을 개발하고 4) 이를 위해 일부 원전 지역주민에 대해서는 노출과 건강 영향에 대한 직접조사를 수행할 필요가 있으며 5) 자료연계를 통해 이차건강자료를 최대한 확보하고 6) 바이어스 및 불확실성 분석에 대한 기반을 마련하는 것이다.
연구 방법으로는 스위스에서와 같은 후향적 코호트 연구를 진행하는 것이 바람직하다. 이를 통해 많은 인원수를 효과적으로 확보할 수 있으며 어린이 암을 비롯하여 모든 질환을 포괄할 수 있기 때문이다. 생태학적 연구의 경우 원전과의 거리가 노출을 반영하지 못할 수 있고 개인적 교란변수 보정의 어려움이 있다. 전국 차원의 주소 파악이 가능한 경우는 생태학적 연구 및 후향적 코호트 연구가 함께 진행될 수 있다. 프랑스와 독일처럼 일부 지역에서만 주소 파악이 가능한 경우는 지리적 정보를 통한 선량을 할당하고 환자-대조군 연구 형태로 실시할 수도 있다.
건강 영향은 성인암 보다 어린이암에 집중하여 연구될 필요가 있다. 특히 어린이 백혈병과 같이 방사선에 민감한 질환을 우선적으로 접근하는 것은 합리적이다. 그렇지만 어린이 백혈병은 발생률이 낮으므로 완전하고 정확한 소아암 등록 체계가 중요하다. 또한 백혈병 자체에 대한 이해가 충분하지 않아 노출과 발생 간의 잠재기, 언제 노출이 어떤 단계에서 질병 발생을 유발하는지, 혹은 관련 교란변수 등이 무엇인지에 대한 이해도 중요하다.
노출지표는 원전과의 거리를 사용할 수 있으나 다양한 정보를 종합한 모델링을 통해 선량을 파악하는 것이 바람직하다. 이를 위해 원전에서의 방사능 배출 관련 정보를 파악하고 동시에 일부 대상자들에 대한 직접적인 노출평가도 필요하다. 여기에는 노출 종류, 노출량, 시기, 바람 등 기상 조건들, 호흡 및 음식물 섭취 정보, 혹은 방출된 핵종으로부터의 외부노출 가능성 등의 정보가 포함된다. 개인별로 산출된 장기선량 정보가 가장 이상적이지만 현실적으로 얻기 어려운 경우 지역적으로 집단화된 선량을 할당할 수도 있다.
방사선 외에 암 관련 다양한 정보를 확보하는 것도 중요하다. 이를 위해서는 자연방사선 연구에서 제시된 내용을 원전 주변 거주 주민 연구에 적용할 필요가 있다. 또한 프랑스 연구에서와 같이 지역별 관련 지표들을 통해 교란 및 효과변경인자를 파악하는 것도 유용한 방법이다. 이러한 접근은 원전 방사능 평가를 중심으로 자연방사선 및 다양한 환경인자들을 조사하는 종합적인 환경 역학 연구의 형태이다.