본문내용
1. 방사선생물학 발달사
1.1. 19세기 말 엑스선과 라듐 발견
1895년 뢴트겐에 의해 엑스선이 발견되었다. 이는 생물체에 변화를 일으킨다는 것을 직접 확인할 수 있었는데, 특히 탈모 작용을 통해 그 사실을 알 수 있었다. 또한 1896년 피에르 퀴리와 마리 퀴리에 의해 방사성물질인 라듐이 발견되었다. 이로써 방사선 생물학 분야의 기초가 마련되었고, 방사선에 대한 세포의 감수성이 연구되기 시작했다. 감수성이 높다는 것은 세포가 방사선에 민감하다는 것을 의미하며, 감수성이 낮다는 것은 세포가 방사선에 대한 저항성이 크다는 것을 의미한다.
1.2. X선의 생물체 변화 관찰
엑스선(X선)의 생물체 변화 관찰
19세기 말 뢴트겐이 엑스선을 발견하자, 연구자들은 이 새로운 방사선이 생물체에 어떤 변화를 일으키는지 관찰하기 시작했다. 그 결과 엑스선이 생물체에 직접적인 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었는데, 그 대표적인 사례가 엑스선 피폭으로 인한 탈모 현상이었다. 이는 방사선이 세포에 강한 영향을 줄 수 있음을 보여주는 결과였다. 이후 다양한 실험을 통해 방사선에 대한 세포의 감수성 차이를 규명할 수 있게 되었는데, 감수성이 높은 세포와 그렇지 않은 세포가 존재한다는 사실이 밝혀졌다. 즉, 세포는 방사선에 대한 저항성이 다르며, 이러한 감수성 차이는 세포의 특성에 따라 결정된다는 것이 확인되었다. 이상의 관찰 결과를 통해 방사선이 생물체에 미치는 영향에 대한 기초적인 이해가 가능해졌고, 이후 방사선생물학 연구의 기반이 마련될 수 있었다.
1.3. 방사선에 대한 세포 감수성
방사선에 대한 세포의 감수성은 감수성이 높다는 것은 세포가 방사선에 민감하다는 의미이고, 감수성이 낮다는 것은 세포가 방사선에 저항성이 크다는 뜻이다. 방사선 감수성이 높은 세포는 방사선 장해를 쉽게 받지만, 방사선 감수성이 낮은 세포는 방사선 장해를 받기 어렵다. 이러한 방사선 감수성의 차이는 세포의 특성에 따라 달라진다.
먼저 세포분열이 활발한 세포일수록 방사선 감수성이 높다. 세포분열이 활발한 조직은 정원세포, 골수, 소장상피 등이다. 이들 조직의 세포는 세포분열이 왕성하기 때문에 방사선에 매우 민감하다. 반면에 신경세포와 같이 분열능력이 낮은 세포는 방사선 감수성이 낮다.
다음으로 세포의 분화 정도에 따라 방사선 감수성이 달라진다. 미분화 세포일수록 방사선 감수성이 높고, 고도로 분화된 세포일수록 방사선 감수성이 낮다. 예를 들어 골수의 미분화 줄기세포는 방사선에 매우 민감하지만, 근육세포나 신경세포는 방사선 저항성이 크다.
또한 세포의 재생능력이 클수록 방사선 감수성이 높다. 정원세포, 골수, 소장상피 등은 빠르게 재생되는 세포이므로 방사선에 매우 민감하다. 반면 신경세포나 근육세포는 재생능력이 낮기 때문에 방사선 저항성이 크다.
마지막으로 세포의 유약성 정도에 따라서도 방사선 감수성이 달라진다. 유약한 세포일수록 방사선 감수성이 높고, 견고한 세포일수록 방사선 감수성이 낮다. 정원세포와 골수세포는 상대적으로 유약하기 때문에 방사선에 매우 민감하지만, 근육세포와 신경세포는 견고하여 방사선 저항성이 크다.
종합하면, 세포분열이 활발하고, 미분화되어 있으며, 재생능력이 크고, 유약한 세포일수록 방사선 감수성이 높다고 할 수 있다. 이러한 방사선 감수성의 차이로 인해 방사선 조사 시 세포손상의 정도가 다르게 나타나게 된다.
2. 방사선 관련 물리량
2.1. 조사선량
조사선량은 광자(X선, 감마선)에 의해 매질을 이온화시킬 수 있는 능력을 나타내는 방사선의 세기이다. 조사선량은 dm이라는 일정 부피 내에 매질의 질량에 대한 dQ라는 생성된 양(+) 또는 음(-)전하의 총합을 나타낸다. 조사선량의 단위는 C/kg이며, 1R(렌트겐)은 2.58 × 10^-4 C/kg에 해당한다. 조사선량은 광자(X선, 감마선)에만 적용되며, 그 중간 매질은 공기로 정의된다. 또한 조사선량은 공기의 이온화 현상에 의해 측정된다.
2.2. 흡수선량
흡수선량(D)은 방사선이 물질의 단위질량당 흡수된 에너지를 나타내는 물리량이다. 흡수선량은 공식 D= {dE} over {dm} 로 표현되며, 단위는 J/kg 또는 Gy(그레이)이다. 1Gy는 1J/kg에 해당한다. 또한 1rad은 100erg/g에 해당하므로 1cGy=1rad의 관계가 성립한다. 이를 통해 흡수선량은 방사선이 물질에 부여한 에너지의 크기를 정량적으로 나타낼 수 있다. 따라서 방사선이 생체 내에서 초래할 수 있는 생물학적 영향을 평가하는데 있어 매우 중요한 지표가 된다.
2.3. 등가선량
등가선량(H)은 장기나 조직의 평균흡수선량에 방사선가중치를 곱한 값이다. 이는 H = D R × W R 으로 표현되며, 그 단위는 J/kg이며 특별한 명칭인 Sv(시버트)로 나타낸다. 1Sv = 100rem이며, 흡수선량이 rad일 때 1Sv = 100rem이 된다. 등가선량은 장기나 조직에 미치는 방사선의 생물학적 효과를 반영한 선량 개념이다. 방사선의 종류에 따라 동일한 흡수선량이어도 생물학적 영향이 달라지므로, 이를 고려하여 산출한 것이 등가선량이다. 따라서 등가선량은 일반적으로 직접전리 방사선인 알파선, 양성자선, 중이온 등이 고 LET 방사선이므로 상대적으로 큰 값을 가지며, 감마선이나 X선과 같은 간접전리 방사선은 상대적으로 작은 값을 가진다. 이를 통해 서로 다른 방사선원에 의한 생물학적 영향을 비교할 수 있게 된다.
2.4. 유효선량
유효선량(E)은 각 조직의 등가선량에 해당 조직의 가중치를 곱하고 합한 값이다. 이때 조직가중치(wT)는 암과 유전적 영향의 발생확률에 근거하여 결정된다. 유효선량은 방사선의 생물학적 영향을 정량화한 단위로, 개인이나 집단이 받은 방사선량을 비교하고 평가할 수 있게 해준다. 이는 방사선에 의한 인체의 전체적인 위험도를 나타내는 지표이다. 계산식은 E= Σ wT HT로, 여기서 HT는 장기나 조직의 평균흡수선량에 방사선가중치를 곱한 등가선량이다. 이 유효선량 개념을 이용하여 직업상 피폭, 원자력발전소 주변 주민 피폭, 의료 피폭 등 다양한 방사선 피폭 상황에서 위험도를 평가하고 있다. 유효선량은 방사선방호의 기준이 되는 주요한 양이며, 선량 한도 설정 등 방사선 규제에 활용되고 있다. [1,2,3]
2.5. 방사선 감수성 요인
방사선 감수성은 방사선에 대해 세포나 조직이 보이는 반응의 정도를 의미한다. 방사선 감수성이 높다는 것은 방사선 피폭에 따른 생물학적 영향이 크다는 것을 의미한다.
방사선 감수성에 영향을 주는 주요 요인은 방사선의 종류와 에너지, 조사량, 조직의 종류 및 상태 등이다. 특히 세포의 증식 능력, 분화 정도, 산소 농도 등에 따라 방사선 감수성이 달라진다.
세포의 분열이 활발할수록, 미분화된 세포일수록, 산소 농도가 높을수록 방사선 감수성이 높다. 반면 분화가 일어난 세포, 휴지기 세포, 저산소 환경의 세포는 방사선 감수성이 낮다.
이러한 특성을 Bergonie-Tribondeau 법칙으로 설명할 수 있다. 이 법...
