방사선 이론 생물학

안녕하세요 건설소장입니다.

오늘은 방사선사 국가고시 1교시 중 생물학에 대해 알아 보겠습니다.

방사선 생물학

1교시 <방사선 이론> 10문항

 

방사선생물학
방사선의 효과 확률적효과 : 유전적효과 자손에게, 제한, 역치無 비확률적효과 : 신체적, 결정적, 확정적 본인에게, 방지, 역치有	한도 최대허용선량 MPD = 50(age - 18) [mSv] MPED : 일시적, 종사자 MPAD : 일정기간, 종사자 선량한도 DL : 1/10 MPD, 일반인 최대허용신체부하량 MPBB 특정기관 or 신체 내 존재하는 방사성물질 양 요소 : ①신체적 축적률 ②신체적 제거율 ③방사선 붕괴율 임산부 : 1/20ALI(연간섭취한도)
신체적 효과 급성 : 대선량, 단시간조사 만성 : 소선량, 장시간조사 통계적 : 소선량, 대집단 조사
Bergonie-Tribondeau 법칙(감수성의 법칙) 세포의 신생능력이 클수록 세포분열이 활발할수록(분열과정 길수록) 분화의 정도가 얕을수록(미분화세포) +유약세포일수록 → 방사선 감수성이 크다
	환경방사선 자연방사선 : 2.4mSv/y 우주선, 지각, 대기, 수중, 체내 인공방사선 방사성낙진, 원자력시설, 의료방사선 ※우주선, 의료방사선 : MPD에서 제외
방사선의 작용단계 물리학적 단계 화학적 단계 생화학적 단계 생물학적 단계 10-15초 10-6초 10-3초 100~5시간 전리, 여기 DNA사슬 절단 핵산 합성 이상 급성효과(개체변화)

물리학적 단계 - 전리·여기
단위 1R = 2.58 × 10-4 C/kg ≒ 1rem ≒ 1rad rad : 흡수선량 Gy 1Gy = 100rad = 100cGy rem : 등가선량 Sv 1Sv = 100rem = 100cSv Rhm : 1Ci, 1m에서 1시간에 받은 양 ※Γ값 : 1mCi, 1cm에서 1시간에 받은 양 1Ci = 3.7 × 1010 Bq 1Bq = 1dps 선량당량 H = DQN D : 흡수선량 Q : 선질계수 = RBE N : 수정계수
방사선장해 치사장해(LD) : 불가역성, 세포사 유도 장해 아치사장해(SLD) : 부가적 손상이 없으면 회복 잠재적치사장해(PLD) : 환경조건에 따라 손상이 발현 or 억제	LET (선에너지부여) 비적의 단위길이에 부여되는 에너지 [keV/μm]  Q : 전하량, V : 속도 LET↑ : OER↓ RBE↑ 고LET : 10 keV/μm↑ - 중성자, α, 양성자, 중이온, π중간자 저LET : 10 keV/μm↓ - X, ϒ, 전자선, β선
방사선 장해의 요인 선량, 선량률, 선질(LET) 조직의 종류, 조직의 양, 개체에 의한 차이, 화학물질
LET & RBE & OER       RBE       OER 100 kev/μm LET
	RBE (생물학적효과비) RBE = 기초방사선 흡수선량 = 250kV X선 시험방사선 흡수선량 시험방사선 rem = RBE × rad RBE 좌우인자 : 선질, 선량, 선량률, 선량분할횟수 생물계, 지표(관찰지수) RBE Co, ϒ, X 1 열중성자 10 β선, 전자선 1~2 α선 10~20 양자,속중성자 8~10 핵분열물질 20
	OER (산소효과비) OER = 산소 X 선량 산소100% 선량 α선 : 1 , 중성자선 : 1.6, X선 : 2~3
Elkind회복 (SLD회복) 선량률↓, 피폭시간↑면, 선량이 같아도 생물학적효과는 작아진다

화학적 단계 - DNA사슬 절단(직접/간접)
세포 생존곡선	n : 외삽치 - 표적수 Dq : 유역치선량- 회복능력 D0 : 평균치사선량- 37%생존률선량     급경사일수록 감수성↑ D0가 작을수록 감수성↑
직접작용 표적이론 : 방사선이 DNA에 직접작용 → 고LET 1 hit, 1 target model : 바이러스, 효소 1 hit, 다 target model : 사람, 포유동물 다 hit, 1 target model	장기 결정장기(임계장기) : 조혈장기, 생식선, 수정체 ①방사성 핵종을 가장 많이 축적하는 장기 ②전신건강유지에 절대 필요한 장기 ③방사성 감수성이 높은 장기 관련장기 : 결정장기의 가능성이 있는 장기 실질장기 : organ의 중요부분을 이루는 장기 폐, 신장, 췌장
간접작용 물의 방사선화학 : radical에 의한 DNA영향 → 저LET G값(방사선화학수율) = 희석효과 : 방사선 효과 - 저농도 > 고농도 산소효과 : 감수성 ∝ 산소농도 100%산소감수성 : 무산소감수성의 3배 ①반지름 200μ 이상 종양 중심 반드시 괴사 존재 ②반지름 160μ 이하 종양 괴사 없음 ③중심괴사 아무리 커도 증식 종양 180μ 못 넘음 보호효과 : 방어제의 사용 DRF(선량감소인자) = 방어제O 동일효과 선량 방어제X 효과 선량 온도효과 : 온도↑, 감수성↑ (42.5℃↑ : 세포치사효과) 급성(고온,단시간)온열요법 : 44~45.5℃ 중정도 온열요법 : 40~43℃ ①42~43℃에서 세포생존율 저하 ②방사선과 열의 세포주기 감수성이 다름 ③저산소세포(암)가 열에 약함 ④종양조직이 가온하기 쉬움
	방사선 감수성 세포주기 : M기, G1기 후반, S기 초기 → 고감수성 종 : 포유류 > 조류 > 어류 > 양서류 > 곤충(1/10) 분할조사 : Elkind회복 선량↓, 선량률↓, 산소↑ : 회복↑ 감수성 순위 1 림프조직, 골수, 흉선 9 신장 2 난소, 고환 10 부신, 간, 췌장 수정체 11 갑상선 3 점막 12 근조직 4 타액선 13 결합조직, 혈관 5 모낭 14 연골 6 피지선, 한선 15 골 7 피부 16 신경세포 8 장막, 폐 17 신경섬유 종양의 감수성 세망육종 > 정상피종 > 림프육종 > 미분화암 > 편평상피암 > 선암 > 흑색종 > 골육종 염색체 > 핵 > 원형질 피부압박 : 빈혈 → 감수성↓ 아드레날린 분비 : 감수성↓
직접작용과 간접작용 직접작용 < 간접작용 국소작용 : 직접작용에 기인 전신작용 : 간접작용에 기인 원격작용 : 원격의 신체부위에 나타나는 변화
증감제(민감제) 산소 BudR IudR 비타민K NEM actinomycin D 5Fu metronidazole methotrexate misodidazole adriamycin bleomycin puromycin
보호제(방어제) serotonine histamine cyanides EDTA MEG PAPP WR-3689 WR-2721 WR-1065 cysteine cysteamine AET glutathione amino acid 인삼 비타민E adrenalin 성호르몬 ACTH

생물학적 단계
핵산 핵산 : 5탄당 + 염기 + 인 →다수의 핵산염(nucleotide)이 결합된 고분자 화합물   DNA RNA   염기 G C A T G C A U   RNA의 종류 mRNA : 정보전달 tRNA : 전이 - 아미노산연결 rRNA : 펩티드결합에 필요한 효소공급 sRNA : 가용성 RNA 당 deoxyribose ribose 구조 이중나선사 한줄의 연쇄상 nucleotide 수천개 수백개 위치 염색사(염색질) 염색사, 인(핵소체) 역할 유전자의 본체 단백질 합성
세포주기 M : 분열기 - 1시간전후 G1: 합성전기 - 불규칙 S : DNA합성기 - 6~10(8)시간 G2: 분열전기 - 2~3시간	세포상실비 Tp : 잠재적 배가시간(예측시간) Tb : 종양 배가시간(실제측정시간)
세포에 대한 방사선의 작용양상 간기사 : 비분열사 증식사 : 세포분열을 거쳐 죽음 거대세포 형성 : 6Gy 이상 세포분열 지연 : 일시적 휴지상태(G0)	소화기계 방사선숙취(급성) : 설사, 복통, 오심, 식욕부진 소화기계 방사선의 영향 구강 구내염, 타액선염, 구내건조증 치아 감수성↓ (단, 유약치아↑) 식도 협착감, 연하통 위 위액분비·연동 억제, 방사선 위염 소장 소화관 중 가장 감수성↑ 대장 대장협착, 점상출혈
피부 급성 피폭 피부염 탈모* 홍반** 수포 궤양 3.6~4.8Gy 6Gy 9Gy 9Gy↑ *두발(3.6Gy) > 턱수염 > 액모 > 눈썹 > 음모 영구탈모 : 5Gy 이상 **피부홍반 역치량 : 1Gy 만성직업성피부장해 피부건조·반흔·각화·동통, 피부암 손톱변화, 감각이상, 광택이상 피지선(12Gy) > 한선(25Gy)
	눈 결막 : 제일 빠른 반응 각막 : 중증에서 각막농양 수정체 : 백내장 - 신체적 영향중 유일한 만발성 장해 백내장 : 역치2Gy, 잠복기 6개월~35년(평균8년) 중성자선에서 RBE큼(중성자선에 민감)
혈액 감수성 : WBC > 혈소판 > RBC RBC   정상 요주의 요요양 ♂ 500만 400~500만 400만↓ ♀ 450만 350~450만 350만↓ WBC : 정상 6000~9000/mm3 요주의 : 4000↓ 요요양 : 3000↓ WBC 과립구 호산구 항체생산 호중구 60~70% 탐식작용 호염기구 혈액응고방지 단핵구 임파구* 항체생성 단구 이물질 운반 임파구 : 가장 민감 - 0.3~0.5Gy에서도 감소 1회 조사시 혈구변화 0.05~0.25Gy 초기 WBC 증가 0.25~0.5Gy WBC 감소 0.5~1Gy 임파구 감소 1~2Gy WBC, 혈소판 감소 2~4Gy WBC, 혈소판, RBC 감소 4~10Gy 모든 혈구 급감, 출혈, 화농
	뼈 뼈의 감수성↓ 단, 소아의 골단부는 고 감수성 향골성핵종(Bone-seeker) 32P, 59Fe, 89Sr, 90Sr, 137Cs, 226Ra, 239Pu, 252Cf
	신경계 방사선 저항성(저감수성) 뇌 > 척수신경 > 말초신경 척수 > 연수 > 교뇌 > 소뇌 > 대뇌
	폐 방사선 폐렴 : 30~40Gy 내부피폭 : 주로 α, β선 β선 : 63Ni α선 : 210Po, 210Ra, 222Ra, 232U, 233Pu α, β선 : 천연Th, 천연Cl
	간 내부피폭에서 영향받기 쉬움 by Au-198 급성 간실질장해 : 간종대 - 복수, 황달, 피로감 만성 간실질장해 : 간경변 - 공포화 or 세포농축
	신장 복부 전체 피폭 시 가장 감수성↑
생식선 영구불임선량 : 4~8Gy 일시불임선량 : 고환 - 0.15~3Gy / 난소 - 1~3Gy 고환 : 분할조사가 일시조사보다 피해가 큼 (예외적) ♂ 정원세포 정조세포 정모세포 정세포 정자 <---------감수성↑--------- ♀ 난원세포 난조세포 난모세포 난세포 난자	RI의 표적장기 32P 뼈, 골수 198Au 간 14C 생신선, 조혈기 59Fe GI, 조혈기, RBC 203Hg 신장 51Cr RBC 137Cs 전신, 특히 근육 222Ra 폐 131I 갑상선 226Ra 뼈

방사선의 전신조사 효과
방사선의 급성효과 골수사~10Gy 위장관사(위장사,장관사)10~100Gy 중추신경사100~1000Gy 순간사(분자사)1000Gy 이상	급성방사선증후군 조혈계증후군 : 전구증상 - 오심 골수사 : 조혈기능 파괴, 피폭 10일~2주 후 사망 위장관증후군 : N-V-D증후군 - 오심, 구토, 설사 위장증상 역치 : 5Gy, 장관사의 역치 : 10Gy 중추신경계증후군 : 중추신경 장해사, 뇌사 분자사(순간사) : 조사중에 사망
급성방사선증후군의 단계 전구증상 → 잠복기 → 발현기(증오기) → 회복기 ※잠복기 : 선량이 많을수록 짧아짐
급성장해 수식인자 선질, 선량률, 연령, 유전적소인, 건강상태, 온도	사망 이외의 조기 신체적 영향 두통, 현기증, 권태감, 미각 or 취각의 이상 식욕부진, N-V-D증후군 빈맥, 혈압강하, 얕은호흡, 부정맥 백혈구, 혈소판 감소, 혈액 침강속도 촉진 불안, 불면, 공포감
만발성 신체적 효과 백내장 악성종양 : 잠복기 2~20년(11년) 방사선 유발 암 : 백혈병1/3, 갑상선암1/3, 기타1/3 I = αD + βD2 I : 암발생률 D : 선량 돌연변이율m = αD 발암Risk R = αD 백혈병 : 잠복기 13.7년 고연령이나 어린이, 남성에서 다발
	방사선 가령(노화의 촉진) 노화 : 조직의 점진적인 퇴화 병리학적변화 실질세포의 수적 감소 모세혈관의 퇴화 결합조직의 양적 증가

방사선이 발생에 미치는 영향
발생단계에 따른 장해 역치 : 0.1Gy(한계선량) 착상전기 : 수정후 8~9일 → 배사망, 유산 기관형성기 : 2~8주 → 기형 태아기 : 수정후38주간 → 성인의 장해와 유사 ※태내조사, 특히 외배엽 조사시 신경계통 기형	10day's Rule 가임여성의 X선 검사 시 적용 월경 시작 10일 이내에 검사 시행
	임신 중 모르고 피폭됐을 경우 0.1Gy 이상 피폭 시 → 인공유산

내부피폭에 의한 영향
내부피폭의 경로 호흡 : 입자형태 방사성물질 - 비공, 목, 폐, 기관지 경구 : 소장통과시 세포외액으로 흡수 피부 : 상처가 없으면 거의 못 들어감 신장, 장, 피부, 폐에서 일부 배출, 나머진 침착	체내피폭의 특징 비정이 짧은 α, β도 유해 친화성 : 특정장기에 모이는 경향 유효반감기가 문제 방사성물질의 양, 분포, 선량을 정확히 측정하기 곤란
내부피폭을 결정하는 인자 유효반감기 방사선의 종류 : α > β > ϒ, X 결정장기와 표적장기(RI가 집적되는 장기)	반감기      : 처음 있던 방사성물질이 반이되는 시간

만발효과 : 유전적 변화
돌연변이 생식세포돌연변이 염색체 돌연변이 수의 변화 배수성 염색체의 정배수 이수성 2n±1 or 2n±2 구조의 변화 결실 염색체 일부 손실 중복 일정부위 중복 전좌 2개 염색체 끊어져 서로 교환 역위 절단부위 180°회전 유전자 돌연변이 우성 강하게 나타나는 유전형질 열성 방사선 피폭에 의해 나타남. 4대까지 반성 혈우병, 색맹 체세포 돌연변이 신체적 돌연변이
배가선량 배가선량 : 인공돌연변이율을 자연돌연변이율의 2배로 높이는 데 필요한 방사선량 배가선량 = 자연돌연변이율 방사선돌연변이 상수 배가선량↑ : 방사선의 영향이 적다	Muller의 돌연변이설 ①돌연변이 발생률은 피폭된 선량에 비례 ②선량률과는 무관 ③총 선량에 의해서만 돌연변이율이 정해진다
	인간의 유전변이 요인 중 0.1~2%가 방사선 때문 유전에 영향을 주는 방사선의 량 : 0.2~2.5Sv

 

방사선에 대한 화학 및 약리적 수식제
방사선 장해의 수식인자 물리적 : 선량, 선질, 선량률, 분할, 피폭범위, 피폭부위 생물학적 : 종, 연령, 성별, 세포주기, 건강상태 환경요인 : 산소, 수분, 온도, 약물 화학적 : 방호제, 증감제, 수복제(회복제, 치료제)	방사선 수복제 화학적 수복제 생물학적 수복제 항생제 장기이식(비장) 이미다졸 골수이식 지질과 핵산 유도체 말초혈액의 수혈 호르몬 방사선 키메라 인삼

의료방사선의 위험과 이익
유전유의선량 GSD 남성 둔부, 골반 X선검사, 여성 요추검사, 대장투시 유전선량 = GSD × 자녀갖는 평균연령 →가임연령 : 15~49세(평균30세) 집단유효선량 = 유효선량 × 피폭받은 사람 수 [man·Sv] or [person·Sv]	척도 감수성의 척도 : LD50* 유전적 장해의 척도 : 생식선 선량 유전적 효과의 척도 : 배가선량 *LD50 : 반치사선량 - 3.5~4Gy
	이상피폭 긴급시 피폭 : 0.1Sv 넘으면 안됨 사고시 피폭 : 0.25Sv(평생피폭치)
방사선 HORMESIS 0.01~0.5Gy : 생물발육, 질병·방사선 저항력, 수명연장

방사선 생물학의 응용 및 산업적 이용
생물학 응용 방사면역측정 RIA : 미량측정 요소 ①항체 ②순수한 항원 ③방사성 표지항원 악성종양의 치료 표재치료 : 100kVp 이하 X선 심부치료 : 150~250kVp X선 방사선 생물학 4R 수복(Repair) 재분포(Redistribution, Reassortment) 재증식(Repopulation, Regeneration) 재산소화(Reoxygenation)	산업적 이용 유속측정 : 추적자법(tracer) 연대측정 : 14C (반감기 5730년) 공업계측 : NDT(비파괴검사) - 192Ir, 137Cs 이용 신약개발 : 축적비율, 배설시간 체크 유전공학 : 난치병 치료에 응용 농수산업 생선의 회유, 댐의 누수검사 웅성불임기술 : 병충해 방제 식품의 저장 : 살균, 살충, 발아, 발근 억제 10kGy(한계허용선량) 넘지 않는다 온도상승, 유해잔류 없음 최종포장형태로 멸균처리 가능