방사선 생물학적 작용의 특징

1. 방사선의 생물학적 작용의 특징

1) 피폭의 무지각성

2) 장해의 지발성

3) 증상의 비특이성

4) 임상경과의 복잡성

분자수준의 장해가 임상적장해로 발전하는 과정을 표시하면 다음과 같다.

분자수준의 손상	세포수준손상		임상적 장해	방사선의 영향
DNA 이중고리 절단	돌연변이	생식세포	유전적 손상	확율적 영향
		체 세 포	암
	세포치사	생식세포	불임	결정적 영향
		체 세 포	장기/조직 장해

2. 방사선감수성

방사선감수성이란 방사선이 조사되었을 때 가장 민감하게 반응하는 정도를 나타내는 용어로서 그와 반대되는 용어를 방사선저항성이라고 한다. 신체의 방사선감수성은 세포나 장기/조직의 종류에 따라 다르다. 또한 세포분열중에 방사선피폭을 받았을 경우 감수성이 높으므로 세포분열빈도가 높을수록 방사성감수성은 커진다.

(1) Bergonie-Tribondeau의 법칙 : 세포의 방사선에 대한 감수성은 증식활동정도에 비례하며 분화정도에 반비례한다.

(2)세포분열주기에 있어서 방사선이 조사된 시기에 따라 방사선감수성이 다르다. M기(세포분열기)가 갖 방사선감수성이 높고 S기(DNA합성기)가 가장 방사선감수성이 낮다.

(3) 연령 : 연령이 어릴수록 방사성감수성이 높다.

(4) 생물종 및 유전적 계통 : 동물의 종류에 따라 방사성감수성이 다르며 보통 하등동물일수록 방사성감수성이 낮다. 또한 같은 동물일지라도 유전적인 계통에 따라 다르다.

(5) 생리적 요인 : 방사선조사중에 생체에 산소가 많이 존재할수록 감수성이 높으며 온도가 낮을수록 방사선감수성이 낮다.

신체조직/장기별 방사성감수성의 차이를 살펴보면 다음과 같다.

(1) 고감수성 : 생식선, 골수, 임파조직, 비장, 흉선

(2) 중감수성 : 피부, 눈, 장상피

(3) 저감수성 : 간, 혈관, 근육조직, 골조직, 결합조직, 지방조직, 신경조직

3. 방사선이 인체에 흡수되었을 때 일어나는 인체내 세포의 변화과정

(1) 물리적 과정

방사선이 인체에 조사되면 가장 많이 일어나는 변화가 각종 분자나 원자가여기 되거나 전리되는 현상이다. 와 같은 과정을 방사선이생체에 일으키는 물리적 과정이라고 하며 조사된 후 10-11초이내에 발생한다.

(2) 화학적 과정

전리 또는 여기된 결과 자유전자, 이온 도는 유리기가 발생하게 되고 이들은 신속하게 주위의 물, 아미노산, 핵산, 단백질, 탄수화물, 지방을 이루고 있는 분자들과 반응하여 생물분자의 불활성화를 초래하게 되는데 이러한 과정을 화학적 과정이라고 하며 물리적 과정이 끝나고 난 후 10-3초이내에 일어난다.

(3) 생물학적 과정

생물분자에 이상이 생기면 생체를 이루고 있는 세포의 기능이 변화하거나 세포사를 초래하여 돌연변이, 암발생, 개체사를 유발하게 된다. 이러한 과정을 생물학적 과정이라고 하는 데 이 현상은 방사선피폭을 받은 지 수초～수년에 걸쳐서 발생한다.

4. 방사선의 직접작용과 간접작용

(1) 직접작용

방사선이 생체에 조사되었을 경우 직접 고분자물질(DNA, RNA)에 작용하여 분자를 직접 전리, 여기시켜 파괴하여 장해를 주는 것을 말한다. 수용액에 방사선을 조사할 경우 용질분자가 직접 방사선을 흡수하여 분해하는 현상으로 설명 할 수 있으며 용액이 진할 경우에 다발한다.

(2) 간접작용

방사선이 생체에 조사되었을 경우 생체내의 물과 상호작용하여 그에 의해 생성된 활성종에 의해 장해가 발생한다. 수용액에 방사선을 조사할 경우 용매에 방사선이 흡수되어 그에 의해 생성된 활성종에 의해 간접적으로 작용하는 현상을 말하며 용액이 묽은 경우에 다발한다.

방사선의 간접작용에 영향을 미치는 4가지 효과는 다음과 같다.

1) 희석효과 - 일정한 방사선을 조사시켰을때 표적입자의 농도가 커질수록 간접작용에 의한 치사효과가 작아진다.

2) 화학적 보호효과 - 수용액에 목표로 하는 용질이외에 화학물질을 넣으면 조사에 의한 용질의 변화가 작아진다. 방사선 조사전에 투입하며 방어제의 생물에 대한 방사선방어 능력을 나타내는 지표로서 도입된 양으로 DRF (선량감소효율)를 사용하며 다음과 같이 표시할 수 있다.

3) 동결효과(온도효과) - 조사된 수용액에 생긴 유리기가 확산되어 장해가 생긴다면 동결시키므로서 확산속도를 작게하여 장해를 줄일 수 있다.

4) 산소효과 - 방사선조사시 계내에 산소분압이 높아지면 방사성감수성이 증가한다. 산소에 의한 방사선감수성의 증대를 양적으로 표현하기 위해 산소증감율(OER)을 사용하는 데 다음과 같이 표시할 수 있다. (거의 모든 생물의 OER은 2 ～ 3사이에 있다고 할 수 있다.)

5. 유효반감기와 Bone seeker

(1) 유효반감기 (Te)

방사성물질이 체내에 섭취되었을 때 신체부하량이 붕괴나 대사에 의하여 1/2로 되는 데 걸리는 시간을 말하며 다음과 같이 표시가 가능하다.

따라서 λb+λp = λe이고 생물학적 반감기(Tb)와 물리학적 반감기(Tp)와는 다음의 관계가 있다.

(2) Bone seeker

내부피폭시 뼈에 모이기 쉬운 향골성핵종을 말하는 데 P , U , Y , Ca , Pu , Ra , Sr , Zn이 그 예이다. 이 골친화성핵종들은 방사선생물학이나 방사선의학적으로 중요한 의미를 가지는 데 그 이유는 대체적으로 유효반감기가 길고 뼈의 성장이 왕성한 부분에 침착되어 골성장을 저해하며, 골수를 조사하여 조혈기장해를 일으키기 때문이다. Ra에 의한 장해는 골종양을 유발하였고 역사적으로 중요하며 현재의 허용양을 정하는 기초DATA로 활용되고 있다.

6. 방사선장해의 수식인자

방사선에 의한 인체장해는 투과성방사선에 의한 체외피폭과 방사성물질의 인체침투로 인한 체내피폭이 있으며 이러한 방사선피폭에 의해 장해가 발생된다. 그럼 방사선장해에 영향을 미치는 인자를 알아보자.

(1) 흡수선량 : 방사선장해의 지배인자로 인체의 흡수선량에 직접적으로 비례한다.

(2) 흡수선량율 : 세포는 회복 또는 재생능력이 있어서 단시간에 받아서 치명적일 수 있는 선량준위도 장기간 나누어 피폭되면 중대한 장해를 받지 않을 수 있다.

(3) 선량분포 : 동일선량이 특정장기에 균등하게 피폭되었을 때보다는 그 장기의 일부에 집중하여 피폭되면 방사선장해발생 가능성이 더 커진다.

(4) 피폭범위 : 피폭되는 부위가 전신인지 또는 일부 장기/조직인지에 따라 장해의 영향은 다르다.

(5) 선질 : 방사선의 종류와 에너지에 따라 흡수선량에 다른 등가선량이 달라지므로 장해발생의 위험도 다르다.

(6) 생물학적 요인

1) 방사선감수성 : 신체의 방사선감수성은 세포나 장기/조직의 종류에 따라 다르다. 또한 세포분열중에 방사선피폭을 받았을 경우 감수성이 높으므로 세포분열빈도가 높을수록 방사성감수성은 커진다.

① Bergonie-Tribondeau의 법칙 : 세포의 방사선에 대한 감수성은 증식활동정도에 비례하며 분화정도에 반비례한다.

②세포분열주기에 있어서 방사선이 조사된 시기에 따라 방사선감수성이 다르다.

2) 연령 : 연령이 어릴수록 방사성감수성이 높다.

3) 생물종 및 유전적 계통 : 동물의 종류에 따라 방사성감수성이 다르며 보통 하등동물일수록 방사성감수성이 낮다. 또한 같은 동물일지라도 유전적인 계통에 따라 다르다.

4) 생리적 요인 : 방사선조사중에 생체에 산소가 많이 존재할수록 감수성이 높으며 온도가 낮을수록 방사선감수성이 낮다.

체내피폭의 경우에는 상기 인자외에 다음의 영향을 받는다.

(7) 방사성핵종의 장기/조직내 침착부위 : 방사성핵종은 친하도에 따라 장기/조직에 침착하는 정도가 달라지므로 핵종에 따라 방사선장해도 다르게 나타난다.

(8) 유효반감기 : 인체에 들어온 방사성물질은 인체대사나 물리적인 붕괴에 의해 그 양이 줄어들게 되는데 이에 따라 유효반감기가 짧을수록 장해의 정도도 변한다.

(9) 방사성핵종의 물리화학적특성 : 체내에 들어오는 방사성핵종들은 입자크기, 수용성이나 화학형에 따라 체내친화 도는 침투부위가 달라질 수 있어 장해에 영향을 미친다.

7. 방사선이 인체에 미치는 영향

현재까지 밝혀진 바로는 방사선의 인체영향은 크게 결정적 영향과 확율적 영향으로 나누어 설명할 수 있으며 방사선피폭과 이로 인한 영향간에는 아래 그래프와 같은 피폭선량과 반응의 수학적 상관관계가 존재한다.

확률적 영향(A) 결정적 영향(B)

(1) 확률적 영향의 특징

세포의 돌연변이나 세포유전의 결과로 발생가능한 영향으로 다음의 특징이 있다.

1) 발단선량에 무관하게 선량에 비례하는 위험이 있을 것으로 추정된다.

2) 영향의 발현은 우연적(확률적)이다.

3) 지발성이며 다른 원인에 의한 발병과 구분이불가능하다.

4) 합리적으로 달성할 수 있는 한 낮게 유지하므로서 최소화할 수 있다.

5) 일상적 저선량, 장기간 피폭으로 인하여 발병할 수 있다.

6) 예로서 암(악성종양), 백혈병, 유전결함 등이 있다.

(2) 결정적 영향의 특징

급성, 고선량 피폭으로 인한 세포사 또는 급성반응에서 기인하는 영향으로 다음의 특징이 있다.

1) 일정선량이하에서는 영향의 정도가 임상적으로 중요하지 않는 발단선량이 존재한다.

2) 피폭과 영향발현의 인과관계가 필연적이다.

3) 급성이며 증상의 특이성이 있다.

4) 선량을 발단치이하로 유지하면 방지가 가능하다.

5) 사고피폭이나 방사선치료시 주의하여야 한다.

6) 예로서 홍반, 백내장, 탈모, 혈액상변화, 불임 등을 들수 있다.

8. 생식선에 대한 방사선장해

생식선에 대한 결정론적 영향은 불임과 홀몬분비이상이 발생되 수 있다. 방사선에 대한 감수성은 세포의 성숙단계에 따라 다르며 남성의 경우 후기정원세포, 여성의 경우 2차난모세포가 가장 방사선감수성이 높다.

불임발단선량 (단위 : Gy)

남 성	일시불임	0.15
	영구불임	3 - 5
여 성	일시불임	0.65 - 1.5
	영구불임	7 - 8 (20 - 30 세)
		3 (40 세)

9. 눈의 수정체에 대한 방사선 장해

눈의 수정체는 방사선감수성이 높은 조직의 하나로 수정체혼탁이나 백내장이 발생할 수 있다.

(단위 : Gy)

장해의 종류	급성피폭	만성피폭
수정체혼탁	2	5
백 내 장	5	8

10. 피부에 대한 방사선장해

피부의 표피의 기저세포는 항상 세포분열을 반복하고 있고 방사선감수성이 높다. 기저세포는 피부표면으로 부터 평균 70 μm깊이에 존재한다. 다음은 1회조사시 방사선량에 따른 피부장해를 나타내었다.

선 량 (Gy)	급 성 영 향
1 도	3	탈모 및 지문소실
2 도	5.5	홍반 및 색소침착
3 도	8.5	수포형성
4 도	10	궤양형성

11. 태아의 방사선 영향

(1) 태아의 방사선 영향

태생기(수정에서 출생까지 기간)의 3개의 구간에서의 방사선 피폭에 의한 주요 방사선 영향은 아래와 같다.

1) 착상시기 (수정～2주) : 이 시기에 방사선이 조사되면 사망율이 가장 높다.

2) 기관형성기 (2～8주) : 이 시기에 방사선이 조사되면 기형발생율이 가장 높다.

3) 태아기 (8주～출생) : 정신 및 신체발달지체와 백혈병발생율이 가장 높다.

(2) 태아의 방사선 방어

1) 모체의 작업피폭시 태아의 방사선방어

현재 태아의 방사선 방어의 관점에서 여성의 직업인에 대해 2개의 기준이 정해져 있다.

① 임신을 알아차리지 못하는 시기의 태아의 방사선 방어기준 : 생식능력이 있는 여성의 복부피폭을 제한한다.

② 임신이 판명된 시기이후의 태아의 방사선 방어기준 : 임부의 복부피폭 제한한다.

2) 모체의 의료피폭시 태아의 방사선방어

여성의 의료피폭시 모체를 우선하여 생각하여야 하는가, 태아를 우선하여 생각하여야 하는가는 중요한 과제이다.

- 태아의 방사선방어 관점에서 고려하여야할 기준

① 임신가능연령의 하복부를 포함한 방사선진단에서 긴급을 필요로 하지 않는 한 월경개시부터 10일 이내에 한다. (10일 규칙)

② 태아의 X선 진단은 태아의 방사선피폭을 수반하므로 정당화의 판단 즉, 적용판단을 신중히 한 후 최적화에 충분한 배려를 하여야 한다.