치과방사선 바로보기(20)

(1) 고체유기물의 방사선 화학반응
세포는 약 80%의 물과 나머지 단백질, DNA 등의 유기 고분자로 되어 있다. 유기물과 물이 완전히 균일하게 혼합되어 있다면 물의 방사선분해로 세포의 방사선 화학반응은 적어도 80%에 근접한다. 하지만 유기고분자는 세포 속에 불균일하게 분포하며 생물학적 영향은 유기고분자 쪽에서 나타난다.

이런 상황으로 인해 유기고분자의 방사선분해를 이해해야 한다. 유기고분자는 계가 복잡하기 때문에 일반적으로 분자를 고체유기물로 바꿔놓아도 본질적으로 큰 차이 없으므로 고체 유기물의 방사선 분해와 물의 방사선 분해에 대한 다른 점을 설명해야 한다.

고체유기물(RH) 속에 용질(SH)을 포함하는 계를 가정한다면 그것은 고분자(RH) 속에 잔기(SH)를 포함하고 있는 경우에 해당된다. 고체유기물은 방사선조사에 의해 양이온(RH+), 전자 및 여기분자(RH*)를 생성한다. 고체 속에서도 물과 같이 중화반응에 의해 양이온은 여기분자가 된다. 양전하는 고체 속을 이동하기 쉬우나 용질의 이온화 전위가 유기물보다 낮은 때는 용질(SH)에 전하를 전하여 용질양이온(SH+)을 만든다.

용질의 전자친화력이 크면 전자는 포획되고 자신은 음이온(SH-)이 된다. 고체 속의 여기상태는 이동하기 쉽기 때문에 용질에 여기에너지를 전달하고 용질분자를 여기(SH*)하기도 한다. 또한 결합 절단으로 생긴 수소원자는 확산하기 쉽고 반응성도 높으므로 용질과 반응해서 용질 라디칼(S)을 만들기도 한다. 이와 같이 고체 속에서는 활성종의 이동에 의해 방사선 에너지가 용질에 선택적으로 집중될 가능성이 있다. 즉 생체 고분자에 방사선이 조사된 때 조사 위치에 손상이 생기지 않는 경우 이외에 고분자사슬 중 소량으로 존재하는 잔기에 선택적으로 방사선손상이 나타나는 경우가 있다.

(2) 세포에서의 방사선 화학반응

세포 중의 DNA, 단백질, 막 등 유기 고분자가 방사선 조사에 의해 방사선 손상을 입는 과정은 2종류가 있다.

첫째 과정은 세포 내의 물이 방사선 분해되어 생기는 수화전자, OH 라디칼, 수소 원자 등이 유기 고분자와 반응해서 손상을 입히는 과정이다.
이것을 간접작용이라고 한다.

둘째 과정은 유기고분자 자신이 방사선분해되어 손상이 생기는 과정이다. 이것을 직접작용이라 한다. 고분자 사슬에 따라 여기 에너지나 전하의 이동이 생기는 경우가 있기 때문에 손상 부위에 방사선 에너지가 직접 흡수되었는지 아닌지는 쉽게 판단할 수 없다.

세포 내에서는 비타민 C나 E, 슈퍼옥사이드 디스무타아제(superoxide dismutase, SOD) 등의 라디칼 제거제(scavenger)는 방사선조사로 생성된 반응활성종을 반응에 따라 제거한다. 이들 제거제에 따라 방사선에 의한 생물학적영향을 낮출 수 있다. 이를 ‘방어효과’라 부른다.

국소적으로 대량의 방사선에너지가 가해지면 DNA사슬 2개 절단을 포함해 DNA가 회복 불가능한 손상을 입는다. 그 결과 세포사가 효율적으로 일어난다. 이 성질을 이용해서 암 치료에 중입자선 조사가 유용하게 활용된다.

(3) 세포에 대한 방사선의 효과
방사선이 세포에 조사되면 세포 내 생체 고분자는 모두 방사선의 표적이 되지만 그 효과는 대상에 따라 다르다. 또한 세포소기관, 세포분열 시기에 따라서도 방사선감수성이 다르다. 세포주기와 방사선 감수성의 관계에 대해 살펴보면, 세포는 분열을 계속해서 증식하는 한편 그 일부는 분열을 멈추고 특정기능이나 형태를 갖는 세포로 분화, 성장한다.

어느 시기에 있는 세포라도 방사선조사에 의해 기능저하나 세포사가 일어나지만 일반적으로 세포분열이 왕성한 세포일수록 방사선 감수성이 높다. 이 경우 세포사는 그림과 같이 세포주기에 의존성이 있으며, G1기 후기에서 S기 전기 및 M기에서 더욱 방사선에 대한 감수성이 높다.

방사선조사에 의한 세포사의 주된 원인은 핵 또는 DNA에 기인한다는 것이 세포핵 이식실험에 의해 밝혀졌다. 핵이나 DNA의 변성은 세포사의 직접적 원인이 될 뿐만 아니라 염색체이상(결실, 전좌, 역위, 중복 등)이나 유전자변이를 일으킨다.
방사선에 의한 DNA분자의 절단에는 1개 사슬 절단이나 2개 사슬 절단이 있고, 생물체는 이들 손상을 회복해서 장해를 경감하는 기능을 가진다.