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 - 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 (생물학적효과비)

rem = RBE × rad

RBE 좌우인자 : 선질, 선량, 선량률, 선량분할횟수

생물계, 지표(관찰지수)

RBE

OER (산소효과비)

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

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

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)

보호제(방어제)

생물학적 단계

핵산

핵산 : 5탄당 + 염기 + 인 →다수의 핵산염(nucleotide)이 결합된 고분자 화합물

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

피부

급성 피폭 피부염

*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

WBC : 정상 6000~9000/mm3

요주의 : 4000↓ 요요양 : 3000↓

임파구 : 가장 민감 - 0.3~0.5Gy에서도 감소

1회 조사시 혈구변화

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)

RI의 표적장기

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

배가선량

배가선량 : 인공돌연변이율을 자연돌연변이율의 2배로

높이는 데 필요한 방사선량

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

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