김영진 박사의 치과방사선 (21)

생물조직에 대한 방사선의 영향

(a) 생체에 일으키는 방사선의 직접작용과 간접작용

생체 내에서 원자나 분자가 직접방사선에 의해 전리 또는 여기 되어 불안정 상태나 분자 간 결합절단 등을 일으키는 경우를 방사선의 직접작용이라 한다. 생체의 대부분을 차지하는 물, 용질인 당, 지질, 단백질, 핵산에 방사선이 직접 작용해서 불 활성화시키거나 기타 장해가 생긴다. 그리고 방사선에 의해 생체 내에 생긴 라디칼이 이차적으로 영향을 미치는 경우를 방사선의 간접작용이라 한다.
이렇게 생성되는 수산 라디칼 등은 DNA를 표적으로 할 수 있다. 또한 세포사(細胞死; Programmed cell death)를 지표로 하는 직접작용과 간접작용의 발생비율은 DNA에 대한 저LET(linear energy transfer)방사선의 경우 1:2에서 1:3 정도라고 한다.

(b) 영향인자
생체에 대한 방사선 효과는 방사선피폭총량이나 단위시간 당 선량(선량률)등 물리적 요인에 따를 뿐만 아니라 생체 내 반응을 일으키는 요인에 따라서도 좌우된다. 그리고 생체분자의 특성, 세포, 조직, 기관마다의 방사선 감수성, 연령, 성별, 유전적 계보 등도 방사선효과의 발현에 큰 영향을 미친다.

① 선량과 선량률
일반적으로 방사선 효과는 흡수된 총 선량에 의존한다. 하지만 위 그림과 같이 총 선량이 같아도 선량률에 따라 그 효과가 다르다. 즉 선량률이 낮은 경우에는 같은 방사선 효과를 얻으려면 더 많은 선량(장시간 조사)이 필요하게 된다. 그 이유 중 하나로, 저 선량률에서 장시간 조사되는 동안 방사선장해의 회복이 일어나는 것을 예로 들 수 있다.

② 선질
흡수선량이 같아도 방사선의 종류가 다르면 생체에 대한 영향은 다르다. 구체적으로는 방사선이 지나간 단위거리 당 에너지손실, 즉 선 에너지부여(LET)가 크다면 지나간 거리에 따라 전리에 의한 생체효과가 커진다.

③ 조사시간
연속해서 방사선을 조사하는 단일 조사에 비해, 분할조사에서는 총 흡수선량이 동일해도 그 생물학적 효과가 낮다. 이는 분할조사의 비 조사기간 중 방사선 장해의 회복이 일어나기 때문이다.

④ 조사부위 및 범위
전체조사와 부분조사의 효과차이 또는 표면만 피폭되는지 심부에 이르는 피폭인지의 차이를 나타나는 것이다. 일반적으로는 용적선량(kg•Gy)이 클수록 방사선효과는 크다. 또한 생체를 구성하고 있는 조직, 기관은 각각 방사선 감수성이 다르기 때문에 같은 용적선량에 피폭되어도 장기의 종류에 따라 효과가 다르다.

⑤ 방사선 간접작용의 설명요소
생체에서는 방사선효과 중 간접작용이 차지하는 비중이 크다. 그래서 라디칼 생성, 확산을 좌우하는 각종 조건이 방사선효과의 중요한 요소가 된다.

ⅰ) 농도효과
조사선량이 일정하다면 라디칼이 된 용매 분자 수는 일정하고 이것에 의해 간접작용을 받는 용질분자 수도 농도에 관계없이 일정하다. 이 때 불활성화된 용질분자의 용질전체에 대한 비율은 농도가 증가함에 따라 감소한다. 한편 직접작용에서 불활성화된 용질분자 수는 농도에 비례하고 불활성화 율은 일정하다. 그림 12는 이들 관계를 알기 쉽게 나타낸 것이다.
ⅱ) 산소효과
산소존재 상태에서는 무산소 상태 또는 저산소 분압상태에 비해 방사선감수성이 높다. 특히 저LET 방사선에서는 산소존재 상태에서의 증감효과가 더 뚜렷하다. 이 증감작용은 공존하는 산소에 따라 유해한 과산화수소 라디칼, 산소 라디칼이 생성되기 때문이라고 간주되고 있다.

ⅲ) 온도효과
온도가 상승하면 생체의 방사선감수성은 일반적으로 커진다. 그 이유는 생성된 라디칼이 고온조건 상태에서 확산하기 쉽고 표적분자에 도달하기도 쉽기 때문이다.

ⅳ) 방어효과
시스테인, 시스테아민 등의 티올 화합물을 방사선조사 전에 투여한 배양세포에서는 생존률이 개선된다. 또한 세르토닌, 카테콜아민, 아세틸콜린을 투여한 경우에도 방사선 감수성의 저하가 관찰되었다. 이는 약제 투여에 의해 혈압 상승/혈관 수축의 생체조직 저산소 상태를 유발한 결과 산소효과가 감약되어 방사선감수성이 저하되기 때문이다.
ⅴ) 증감효과
BrdU, 즉 Bromodeoxyuridine은 DNA구성성분인 thymidine과 구조가 비슷해서 투여하면 티미딘 대신 DNA에 들어간다.