내 용 목 차          

  개 요

  방사선의 생물학적 효과

  DNA 복구

  세포치사와 세포변형

  조직의 방사선 감수성

  방사선장해에 영향을 미치는 인자

  확률적 영향과 결정적 영향

  방사선 리스크

직접영향(Direct Effect)

방사선이 DNA분자의 원자 또는 세포의 생존에 중요한 역할을 하는 세포구성요소와 반응을 하면 세포가 증식 또는 생존하는데 영향을 줄 수 있다. 즉, 방사선에 의해 충분한 수의 원자가 영향을 받게 되며 염색체 복제가 올바르지 않거나 DNA의 정보에 심한 교란이 일어나 세포는 사멸할 수 있다. 직접영향에 의한 방사선손상의 대표적인 예는 한가닥절단(single strand break)과 양가닥절단(double strand break)으로 DNA분자에서의 전리에 의한 DNA의 나선절단이다.

간접영향(Indirect Effect)

세포에서 DNA가 차지하는 부분은 워낙 작기 때문에 방사선이 직접 DNA와 반응할 확률은 매우 작다. 사람의 경우와 같이 세포는 대부분 물로 구성되어 있으므로 방사선이 입사되었을 때 DNA보다는 오히려 물과 반응할 확률이 훨씬 높다. 방사선이 물과 반응하면 물분자의 결합을 끊고 수소(H)와 수산기(OH) 및 수화전자(eag-)를 생성한다. 이들 화학종은 재결합하거나 다른 화학종과 반응하여 과산화수소(H₂O₂)와 같은 독성을 지닌 화합물을 구성할 수 있으며 이들이 DNA를 공격하여 DNA나선을 절단할 수 있다.

세포치사(Cell Death)

회복 불가능한 치명적인 손상을 받은 체세포는 신속하게 분열하는 세포군에서는 피폭후 수 시간 또는 수 일내에 치사할 수 있으며 느리게 분열하는 세포군에서는 수 개월 또는 수 년동안 세포치사가 발생하지 않을 수도 있다. 세포치사의 정도는 선량에 비례하고 정도가 심해지면 조직이나 장기의 기능부전 또는 기능상실을 초래할 수 있다. 이러한 효과를 결정적 영향이라고 부른다.

세포변형(Cell Modification)

장기간에 걸쳐 발생하며 종양성 형질전환으로 알려진 과정에 의하여 DNA분자변이를 일으키는 정상세포의 수정과정이다. 종양으로 발전한 세포가 분열과 복제를 통해 초기암이 감지할 만한 크기가 되고 다른 조직으로 전이하기 까지는 수년이 걸린다. 피폭이후 방사선 유발암이 발견되는 기간을 "잠복기"라고 부르고 이 기간은 암의 형태와 피폭받을 당시의 연령에 따라 다르다.
이와 함께 생식세포에서의 유전자 변이는 피폭 당사자의 다음세대에 유전적 장해로 나타나기도 한다.
이러한 효과를 확률적 영향이라고 부른다.

생물체에서 방사선 효과는 생물의 종류, 조직 또는 세포가 다르면 비록 같은 선량을 같은 조건으로 피폭하더라고 반응의 정도가 다르다. 일반적으로 고등동물로 갈수록 방사선에 민감하여 단세포동물은 방사선에 높은 저항력을 지닌다.

인체에서의 방사선 감수성은

• 조직의 재생능력이 클수록
• 세포분열기간이 길수록 그리고
• 형태적, 기능적으로 미분화단계에서 높다.

인체조직을 세포재생률에 따라 분류하고 이들의 방사선감수성을 표에 나타내었다.

   방사선장해에 영향을 미치는 인자          페이지 처음으로

흡수선량

인체의 방사선장해는 방사선의 흡수선량에 비례하고 흡수선량은 장해의 지배적인 인자이다.

선량의 시간분포(흡수선량률)

방사선에 손상을 받은 세포는 복구메카니즘에 의해 회복될 수 있으므로 단시간에 받아서 치명적일 선량준위도 장기간동안 나누어서 피폭되면 중대한 장해를 일으키지 않을 수 있다.

선량분포

동일한 흡수선량이 특정장기에 균등하게 분포할 때보다 그 장기의 일부에 집중피폭되었을 때 장해가 발생할 확률은 커진다.

피폭범위

피폭되는 조직의 범위가 전신인지 또는 일부 장기/조직인가에 따라 장해의 발생확률은 달라진다.

피폭조직의 방사선 감수성

신체조직의 방사선 감수성은 세포나 조직의 종류에 따라 다르다. 세포분열중에 피폭을 받는 경우가 감수성이 커지므로 세포분열의 빈도가 높은 조직일수록 감수성이 높다. 이것이 태아 또는 유아, 성장기의 어린이의 피폭을 더욱 엄격히 제한하는 이유 중의 하나이다. 조직의 방사선 감수성은 조직가중치로 반영된다.

방사선 선질

동일한 흡수선량을 피폭하더라도 방사선의 종류와 에너지가 다르면 인체가 받는 효과는 달라지며 방사선가중치로 반영된다.

방사성핵종의 조직내 침착부위

체내피폭시 고려되는 인자로 방사성핵종은 화학적 활성에 따라 장기 또는 조직에 침착하는 정도가 다르므로 핵종에 따라 방사선 장해가 다르게 나타난다. 예를 들어 방사성 요오드는 주로 갑상선에 영향을 주고, Ra과 Pu은 뼈표면에 침착하여 장해를 유발한다.

핵종의 물리화학적 성질

섭취 및 호흡되는 방사성핵종은 핵종고유의 물리화학적 특성(입자의 화학형, 크기 및 수용성 등)에 따라 체내의 친화 또는 침착조직부위가 달라질 수 있다.

방사성핵종의 인체내 유효반감기

체내로 들어온 방사성핵종은 물리적 반감기에 의한 방사능의 감소외에도 인체의 신진대사에 의한 생물학적 배설(땀, 대·소변)에 의해서 체내에 잔존하는 방사능은 감소한다.

확률적 영향은  장기간 동안의 저선량 피폭에 의해 만성적으로 나타나는 신체영향으로 잠복기를 지니며 발암과 유전적 장해가 대표적이다. 방사선 유발 백혈병의 경우 잠복기가 대략 8년이고 유방암과 폐암과 같은 일반 고형암은 10년 정도의 잠복기를 지닌다.
방사선 유발암은 방사선의 피폭 후 변형되거나 손상된 체세포가 정상세포로 회복하지 못하고 이상복제능력을 가진 악성종양으로 발전한 경우이다. 방사선피폭에 의한 발암은 이외의 다른 원인(화학독성물질 등)에 의하여 발생된 암과는 구분되지 않는다.
또한 생식세포의 방사선 피폭으로 인한 유전자 변이는 피폭 당사지에게서는 장해가 나타나지 않지만 피폭자의 후손에게 이상유전형질이 전달되어 유전적 장해를 유발한다.
확률적 영향은 무작위적인 과정이고 그림과 같이 선량이 증가함에 따라 사건의 발생빈도가 증가하므로 그 발생확률은 발단선량없이 선량에 비례한다. 또한 확률적 영향에서 방사선은 영향의 유발에만 관여하고 심각성과는 독립적이다.
방사선방호 목적에서 확률적 영향의 발생을 최소화하기 위해 ALARA(As Low As Reasonably Achivable, 합리적으로 달성 가능한 낮게) 원칙이 적용된다.

결정적 영향(Deterministic Effect)

사고시와 같은 단기간 동안 대량의 방사선 피폭을 받았을 경우 손상된 세포가 임상적으로 관측가능하며, 사망 세포 수의 정도에 따라 조직이나 장기의 기능부전 또는 기능상실을 초래하므로 원인과 결과와의 인과관계가 명확하다.
결정적 영향은 그림과 같이 발단선량이 존재하며 방사선에 대한 각 개인의 감수성 차가 있으므로 증상발현에는 개인적인 편차가 존재하지만 일정한 선량 이상에서는 모든 사람에게서 증상이 발현된다. 피폭선량이 증가함에 따라 심각도가 같이 증가한다. 대표적인 장해로 골수세포 감소, 수정체 혼탁, 피부홍반 등이 있으며 결정적 영향은 작업자의 총누적선량을 발단선량 이하로 유지함으로써 방지 가능하다.

방사선에 의한 암유발과 관련한 문제는 다음과 같은 특질을 가지고 있기 때문에 방사선의 리스크를 평가한다는 것은 까다로운 일이다.

• 암의 발생과정이 우연성에 의해 지배받기 때문에 발현한 암의 원인을 역추적할 수 없다. 즉 방사선 유발암과 화확물질 등 다른 원인에 의한 암이 임상적으로 구분되지 않는다.
• 자연적 암사망 위험이 약 20%에 이르는 높은 백그라운드를 형성함으로 소수의 방사선 유발암의 증가는 통계적으로 인지되기 어렵다.
• 방사선은 암의 발단자로 작용할 수도 있고 촉진자로도 작용할 수 있다.

현재까지 방사선과 인체의 영향에 관한 정보는 대부분 일본원폭피해 생존자, 의료목적으로 방사선 치료를 받은 환자, 광산에서 라돈에 피폭된 광부로부터 얻어진 것이므로 방사선 리스크의 평가치는 다음의 한계를 갖는다.

• 리스크 평가에 사용된 데이터는 오늘날의 관심인 저선량·저선량률보다 상당히 높은 선량과 선량률에서 얻어진 것이다.
• 원폭피해 생존자와 방사선 치료를 받은 환자의 선량은 정확히 측정된 값이 아니라 추정치이다.
• 인종, 자연발암률, 식생활, 흡연, 스트레스등과 같은 인자가 리스크 평가치에 영향을 끼칠 수 있다.

국제방사선방호위원회(Internatinal Commission on Radiological Protection: ICRP)는 치사암에 대하여 일반인은 Sv당 5%, 작업자는 Sv당 4%의 리스크를 부여하고, 치사암과 함께 비치사암, 심각한 유전적 장해 그리고 수명손실을 고려했을 때는 일반인에 대하여 Sv당 7.3%, 작업자에 대해서는 Sv당 5.6%의 리스크를 부여하고 있다.

만약 자신이 매년 10mSv씩 방사선피폭을 받았을 때 암으로 사망할 리스크는?

우리나라의 경우 통계청의 사망원인 통계에 의하면 암사망률은 17%로 알려지고 있다. 이는 우리 국민 10000명 중 1700명이 암으로 사망한다는 의미이지만 10000명 중 누가 암으로 사망할지는 알 수 없다.
만약 자신이 포함된 10000명이 매년 지속적으로 10mSv의 피폭을 받는다면 방사선에 의한 추가발암자의 수는 5명( 5%x10000명x0.01Sv)일 것이다. 그러므로 이 집단에서 자연발암으로 인한 사망자, 1700명과 방사선 유발암에 의한 사망자 5명을 포함하여 1705명의 암사망자가 발생할 것으로 추정할 수 있다. 그러나 이 집단에서 5명의 방사선에 의한 추가적인 암사망은 자연발암에 의한 암사망률의 오차범위 내에 있으므로 확인되지 않을 것이다.
여기서 기억해야 할 것은 5명의 사망을 확인할 수는 없지만 매년 10mSv를 피폭할 경우 10000명의 집단에서 5명의 추가사망의 리스크가 존재한다는 것이다.

리스크 비교

평균수명손실을 이용한 리스크 비교

자료 : NRC Draft guide DG-8012
            B.L. Cohen and I.S.Lee, "Catalogue of Risks Extended and Updates",
          Health Physics, Vol. 61(1991)

  백만명 중 1명이 사망할 리스크(미국 DOE의 방사선 종사자 교육자료)

• 1.4개피의 흡연(폐암)
• 티스푼으로 땅콩버터 40스푼 섭취
• 뉴욕시에서 이틀간 거주(공기오염)
• 65km 자동차운전(사고)
• 4000km 비행기 탑승(사고)
• 0.1mSv 방사선피폭(암)

요약하면 사람들은 생활 중에서 항상 리스크와 이득 사이의 균형을 이루며 살아가고 있다. 급히 다른 장소로 이동할 때 사고의 리스크를 감수하고 자동차를 이용한다. 또한 심장질병의 리스크를 안고 기름진 음식을 섭취한다. 암유발 리스크를 안고 있는 방사선은 산업적, 의학적 이용에서 얻는 이득과   균형을 이루어야하는 또 하나의 인자이며 그 리스크는 일상생활에서 처하는 다른 리스크와 비교했을 때 작은 리스크에 지나지 않는다.
방사선은 거의 100년에 걸친 연구를 통해 우리가 항상 노출되어 있는 다른 암유발인자보다 훨씬 더 잘 이해하고 있으며 더이상 불가사의한 발암요인 일 수 없다.