[1. 방사선 생물학의 개념]

放射線 生物學                              HKK

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: 방사선 조사시 sensitivity, damage, 돌연변이, 한계선량, 유전, 급성․만성효과, 수식인자 등등을 알아보기 위한 학문

1869년 Thomson : 선량효과, 잠복기 보고

(인체에 흡수선량이 적은 동안에는 그 효과가 현저하게 경도이므로                     관찰에 의해 인정될 만한 효과는 없으나 선량을 점차 증가시켜 가면                    효과가 점점 증가하다가 어느 한도(역치) 이상에 달하면 효과는 더                     이상 증가하지 않고 포화됨)

1906년 Bergonie-Trebondeau's law : 방사선 감수성의 법칙

(그 세포의 신생능력이 클수록, 세포분열의 과정이 길수록, 형태적․                   기능적 분화 정도가 낮을수록, 유약 세포일수록 방사선 감수성이 높음)

1922년 Dessauer : 표적이론의 도입

1927년 Muller : 돌연변이설

(돌연변이 현상은 시간, 선량 등에 의존하지 않음)

1946년 Lea : 표적 이론의 전개

(표적〔핵〕이 된 장기에 방사선이 조사되면 장해가 일어남

[2. 방사선 생물학의 역사]

放射線 生物學                              HKK

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[3. 환경 방사선]

방사선 생물학

1. 자연 방사선 : 우주선(cosmic ray), 지각구성 방사성 물질(우랴늄, 토륨 및 그 붕괴생성물) 및 인체 구성 방사성 물질(40K, 87Rb)등의 피폭…불가피하게 받는 방사선

☞ICRP 60 - 자연 방사선의 일반 대중의 연간 피폭 선량한도는 1mSv (=100m rem)

2. 인공 방사선 : 방사성 낙진, 원자력 관련시설, 의료 방사선 등

☞인류의 자연 방사능량 : 100mR/y

[4. 방사선 생물 작용의 특징]

1. 에너지적 특징

:방사선의 생물 작용은 열에 의한 화상 등과 같은 미만성(diffuse)이며 아울러 직접적인 기전에 의하여 생기는 것이 아니고 세포 안의 생명 유지에 필요하고 아울러 감수성이 높은 부분이 장해를 입음으로서 2차적으로 야기되는 성질의 것이다.

2. 잠복기

:방사선의 생물 작용에 의하여 증상이 나타나기까지는 상당한 기간이 필요하다.

조사량이 클 때, 세포 분화에 요구하는 시간과 수명이 짧을 때 잠복기는 짧다.

ex)백내장 : 1 ～ 수년, 악성종양 : 10년

3. 선량 효과 관계(선량효과 곡선)

:어느 선량(역치 threshold)까지는 작용이 나타나지 않는다.

4. 감수성

: 방사선량이 동일하여도 생물의 종류에 따라 또 조직에 따라 반응의 정도에 차이가 있다.

조사 때의 환경, 산소분압, 온도, 다른 물질의 존재 등에 의해서도 크게 변화

☞Bergonie-Trebondeau's law : 방사선 감수성의 법칙

5. 회복과 축적

: 많은 생물 작용에서 회복을 보게 되는 데 유전적 장해가 있는 것에서는 회복이 없고 축적된다. 감수성이 낮을수록 축적이 크다.

ex)1회 홍반선량 ÷ 2 = 홍반 無

[5. 방사선 생물작용의 과정]

1. 물리학적 단계(조사 후 10-18～10-16초 간)

:전리(방사선과 원자 또는 분자의 상호 작용은 원자의 외곽 전자를 떼어놓음) → 2차 전리   → 2차 전자 발생 → 여기.

▶ 방사선이 생물 작용을 나타내는 기전은 전리이다.

2. 화학적 단계(10-12～10-10초 간)

: 세포 내에서 free radical, ion radical 및 여기 상태의 분자 등이 형성되는 과정.

▶간접효과 : radical 형성 과정(방사선의 에너지가 물에 흡수되어 물 속에서 생긴 활성                 물질이 영향을 주는 것)을 거쳐 방사선이 DNA에 영향을 미치는 것(희석                  효과)

세포 장해는 간접효과가 중요하다. 저LET 방사선.

▶직접효과 : 방사선에 의한 이온화 과정에서 나온 전자가 직접 DNA에 작용하거나 또는                조사된 방사선이 직접 DNA에 작용하는 것. 고LET 방사선.

3. 생화학적 단계 (10-1～102분 간) : 핵산 합성 등의 이상 →세포 기능 장해로 이어짐

4. 생물학적 단계 (10-1～105 시간) : 가시적 장해

[6. 방사선 세포장해의 분류와 회복]

1. 치사장해(Lethal Damage: LD) →회복불능

-불가역성, 수복불능으로서 반드시 세포사로 유도하는 장해  ex)고선량, 집중조사

2. 아치사장해(Sublethal Damage: SLD) → Elkind 회복

-추가조사하지 않으면 정상적인 환경에서 수 시간 이내에 회복이 가능한 장해로 세포-

생존율 곡선의 어깨 부분을 가리키며 고LET에서는 작거나 나타나지 않음

*Elkind 회복- 2회 분할조사에 의한 아치사 장해의 수복.

- 1회 조사에 의한 효과를 같은 선량을 균등하게 2회로 분할하고 다양한                     시간 간격을 두고 조사했을 때의 효과비교.

- 생존 곡선의 어깨의 폭이 클수록 수복도 크다.

- 영향인자 : 방사선 선량, 산소분압, 표준온도, 생존률

3. 잠재적 치사장해(Potentially lethal Damage: PLD) →PLD회복

-세포의 환경을 바꿈으로서 치사할 세포가 회복되는 것

[7. 방사선의 인체에 대한 영향]-피폭선량과 영향의 출현방식

1. 확률적 영향: [방사선의 만발효과]

1)정의: 방사선 조사 후 시기가 경과해서 방사선 장해 발현이 일어나며 세포에서 일어나           는 수복 불가능한 장해, 즉 방사선 조사를 극복한 세포가 그 조사 효과를 체내에           계속 유지하고 있는 것.

*선량에 비례하며 역치가 없다. 저선량에서 일어난다.

200003011 박서주

*장애의 심각성(정도)과 선량과 무관(의존성이 없다)

2)종류

:갑상선암, 유암, 골종양, 피부암, 폐암, 각종암, 악성종양, 유전적 장해(돌연변이), 재생 불     량성 빈혈, 수명단축(노화의 촉진)

2. 비확률적 영향(결정적 영향): 급성, 고선량율 영역

1)정의: 어떤 피폭 선량까지는 방사선 장해가 나타나지 않다가 역치선량을 넘으면 장해            가 나타나는 것.

2)종류: 수정체의 혼탁, 피부의 비약성 손상(피부홍반), 빈혈을 초래하는 골수의 세포 감소,

탈모, 백내장, 불임          *특징 - 발단 선량(문턱치)이 존재

[8. 방사선 장해에 영향을 주는 요인들]

●선량               ●선량율               ●선질

●조직의 종류 & 양  ●개체에 의한 차이      ●화학물질

[9. LET & RBE & OER]

1. 방사선 에너지의 부여 : 전리와 여기

*X선 : 드물게 전리를 일으키는 방사선(Sparsely ionizing radiation)

*α선 : 자주 전리를 일으키는 방사선(Densely ionizing radiation)

*중성자 : 중간적인 전리밀도(Intermediate ionizing density)

2. LET(선에너지 부여): 일정한 에너지를 가진 한 개의 하전입자가 어떤 매체를 통과할 때                         그 매체내의 거리(dl) 에 주는 에너지를 dE로 하면 [eqn: { dE} over {dl }](keV/㎛)

①방사선의 하전량에 비례하고 에너지 즉, 속도에 반비례한다.☆

②저LET방사선 : γ, X, 전자선.

③고LET방사선 : 중성자선, 양자선, α선, 중ion선,  속중성자, π중간자,  중양자선

*고LET에서는 저LET에 비해 같은 선량이라도 효과가 크다.

*고LET방사선에서는 그 자체의 파괴력이 크기 때문에 산소에 의한 효과의 증강은

저LET 방사선보다 작다.(OER이 작다)

* LET가 높을 수록 RBE는 높고 OER은 낮다. ☆☆☆

④치료에서 가장 적당한 LET - RBE와 LET관계 곡선에서 peak에 해당하는 LET

⑤조사 선량율이 극히 적으면 아치사 방사선장애를 조사중에 회복될 수 있다.

<각종 방사선의 LET값>

60Co	γ선	0.2～0.3 keV/㎛
150 MeV	양자선	0.5
250 kV	X선	2
10 MeV	양자선	4.7
14 MeV	중성자선	12
2.5 MeV	α선	166
중하전입자		100～2000

3. RBE(생물학적 효과비)

= [eqn: { 어떤{}{} 생물학적{}{} 효과를{}{} 일으키는데{}{} 필요한{}{} 표준 {}{}방사선의{}{} 선량(rad)} over { 같은 {}{}생물학적{}{} 효과를{}{} 일으키는데{}{} 필요한{}{} 방사선의{}{} 선량(rad)}]

=[eqn: { 200KVP의 {}{}X선{}{} 흡수선량} over {시험 {}{}방사선의 {}{}흡수선량 }]

①RBE 좌우인자 : 방사선의 질, 선량율, 선량, 선량 분할의 횟수, 생물계, 지표

②RBE와 분할 조사선량 : 생존 곡선의 어깨가 분할 조사시마다 나타나고 RBE가 커진다.

③상이한 세포와 조직의 RBE :

- RBE는 합계선량, 또는 조사할 때마다의 선량이 같더라도 조직에 따라 또는 사용하는      관점에 따라 변한다.

- X선의 생존곡선에서 커다란 어깨를 나타내는 세포는 아치사 장해를 축적하고 수복하      는 능력이 강하며 중성자 조사에 의한 RBE가 크다. 반대로 X선의 생존 곡선에서 극히      작은 어깨밖에 가지지 않은 세포는 RBE도 작다.

- 방사선 치료시 중성자가 X선에 비해 유효하기 위해서는 종양이 가진 RBE가 관련하는       정상 조직의 RBE보다 크지 않으면 안된다. 즉, 치료효과개선비가 1이상이 아니면 안       된다.

*치료효과개선비(TGF)= 종양의 RBE / 정상 조직의 RBE

- 속중성자선이 방사선 치료에 도움이 되는 것은 종양과 정성 조직의 장해가 잘 조합함      으로서 치료효과개선비를 높이는 경우다.

④RBE값: 핵분열 물질(20) 〉α선(10 - 20) 〉중성자(10) 〉 X 선(1) 〉전자선(0.8)

고 LET > 중성자선 > 저 LET

4. Overkill 효과

: 세포가 살해되기 위해서 에너지는 세포내의 치명적인 부위에 부여되지 않으면 안된다. 전   리가 더디게 일어나는 방사선에서는 1개 이상의 입자가 그 세포를 통과하지 않으면 세포    사가 일어나지 않기 때문에 능률이 나쁘다. 반대로 전리를 매우 빈번히 일으키는 방사선    도 세포내의 치명적 부위에서 능율이 좋지 않다.

즉, 에너지는 소비되고 세포는 과잉 살해(Overkill)된 것이다.

100keV / μ이상일 때 overkilled effect가 일어난다.  RBE는 작아진다.

5. OER(산소 증감율)

=  산소 상태에서 일정한 장해를 일으키는데 필요한 선량

무산소 상태에서 동일한 효과를 나타내는데 필요한 선량

①X선과 같이 드물게 전리를 일으키는 방사선에서는(저LET방사선) 산소 효과가 크고(2.5)    중요하지만 α입자와 같이 빈번히 전리를 일으키는 방사선의 경우에는 나타나지 않는       다.(OER이 1이다)

*보통 세포의 OER은 2.5 - 3이다.☆☆☆☆

*같은 종류의 방사선에서는 선량이나 선질에 의존하지 않는다.

②산소 결핍 상태에서 조사했을 시는 산소가 풍부한 상태에서 필요한 선량의 3배가 필요하     다. 따라서 산소가 있을 시에는 증감효과를 가져온다.

*산소 분압이 0-3mmHg에 이르는 동안에는 급속히 증가한다. 그 이상은 포화.

*정상 조직의 산소압 : 20 - 40mmHg

★RBE와 LET와 OER과의 관계★

●LET 값에 대해 RBE와 OER은 상반됨

●LET=60keV/㎛ 일 때 OER은 급속히 감소

●LET=200keV/㎛ 일 때 OER=1 이다.

●LET 값이 ↑, OER 값은 ↓

●LET=100keV/㎛ 일 때 RBE는 급상승하고,

OER은 급하강을 한다

[10. 방사선의 생물학적 작용]

1. 직접작용: 방사선에 의해 흡수된 에너지가 세포 내의 분자, 원자를 전리, 여기시키게

되는데 그것이 표적 그 자체에서 일어난 경우    ex)표적이론, 고LET

2. 간접작용: 생체 안의 물에 방사선의 에너지가 흡수되어 물 속에 생긴 활성물질이 간접적              으로 표적에 장해를 입히는 것    ex)물의 방사선 화학, 저LET

[11. 표적이론]

1. 정의: 세포 중에 특별히 방사선 감수성이 높은 부분(표적)이 있는데, 이 부분이 방사선           에 의해 hit 되었을 때만 방사선 효과가 발생한다는 이론

2. Bergonie-Trebondeau's law : 방사선 감수성의 법칙

: 그 세포의 신생능력이 클수록, 세포분열의 과정이 길수록, 형태적․기능적 분화 정도가 낮을수록, 유약 세포일수록 방사선 감수성이 높음

3. 생존율곡선(C형으로 단일표적설에서만)

: 생존율의 %를 대수 눈금으로 취했을 때 선량과의 관계는 일정한 경사를 갖는 직선이 된다.

[eqn: { N} over { { N}_{o } }= { e}^{-KD } = { e}^{-D/Do } or log { N} over {No } =-KD= { -D} over {Do }]

『No : 조사를 개시했을 때의 수

N : 선량 D를 받은 후에 생존한 수

K : 직선의 경사에서 결정되는 비례정수

Do : 평균 치사량 또는 37% 생존율 곡선』

4. 1표적 1hit 모델(단일표적설)

: 방사선이 표적에 조사될 때 hit될 가능성은 poisson분포라는 통계법칙에 의해 결정된다. 이 법칙에 따라 예를 들면 방사선이 100이고 표적이 100이라고 했을 시에 63%는 hit가 되고 그 나머지인 37%는 hit되지 않는다.

S = N/No = e-D/D37

*D37(=Do, 평균치사량): 세포의 63%(37%생존)를 치사시키는데 충분한 선량으로 이것이 낮                         다는 것은 방사선 감수성이 높다는 것을 뜻한다.

*단일표적설은 지수함수형 생존곡선을 가지며 virus의 불활성율이나 bacteria치사율을 나타냄

5. 다표적 1hit 모델

:생존율 곡선은 sigmoid형(저LET, 포유동물 세포의 선량 생존율) 곡선을 나타낸다.

S = N/No = 1-(1 - e-D/Do)n

*Dq(준역치선량): 곡선의 어깨의 폭을 나타내는 값(반치사장해로부터 회복할 수 있는 능력                  의 측정치)으로 이것이 크다는 것은 세포가 쉽게 회복할 수 있다는 것을                   나타낸다.

*외삽치(n): 직선부분을 연결하여 Y축과 만나는 값으로 선량과 어깨의 폭에 따라 다르며               이 값이 크다는 것은 생존가능성이 크다는 것이다. 고LET에서는 1에 가까움.

[12. 물의 방사선 화학]

1. 정의: 대표적인 간접작용으로 DNA에 직접 작용하지 않고, 물분자에 전리, 여기를 시켜           free radical과 같은 이온을 생성한 후에 이차적으로 DNA를 손상시키는 것

2. 방사화학수율: 화학계에 미치는 방사선의 영향을 비교․정량 하는데 필요한 용어

①G value: 흡수된 방사선 에너지 100eV당 생성되는 분자수

『G = 변한 분자수/ 100eV』

*X선이나 r선에 의한 물의 방사선 분해의 G값

: 물의 분해(-H2O, 5) 〉수소이온(H3O+, 2.7), OH radical([eqn: CDOT]OH,  2.7), 수화전자(e-aq,  2.7)    > 과산화수소(H2O2, 0.71) > 수소원자(H[eqn: CDOT], 0.55) > 수소분자(H2, 0.45)

*Fricke 선량계의  G값

: 32P β입자, 137Cs γ선, 60Co γ선, 10MeV 전자 (15.5) 〉200kV X선 (14.6) 〉100kV X 선 (14.2) 〉50kV X선 (13.6) 〉3H β입자 (13) 〉10MeV 중양자 (9.7) 〉210Po α입자 (5.2)

②M/N값(이온수율): 이온화당 변한 분자수

『M/N=변한 분자수 / 전리수』

*α,β선으로 조사한 기체의 반응효율을 나타낸 값

: NH3분해(1.20), NH3합성(0.2), C2H2중합(26), CO2분해(0.04)

3. 물의 방사선 화학 반응과정

: 물 분자가 여기되면 다음 반응이 일어난다.

H2O → H2O* → H․＋ OH․

물 분자가 전리되면,  H2O → H2O+ ＋ e-

H2O+ → H+ ＋ OH․     hydroxyl radical

H+ ＋ e- → H․         hydrogen radical

e- ＋ nH2O → e- aq     수화전자

순수 물 속에서 이들의 유리기가 밀집하여 발생하면,  H․ ＋ OH․ → H2O

H․ ＋ H․ → H2

OH․＋ OH․ → H2O2

물의 방사선 분해에 의하여 생긴 H․, OH․, e- aq,  H2O2 등의 활성물질은 물 속에 확산되어 생체 안의 고분자와 반응하여 유기 유리기를 발생시킨다.

R － H ＋ H․ → R․ ＋ H

R － H ＋ OH․ → R․ ＋ H2O

이들의 유기 유리기(R․)는 서로 중합하기도 하고, 또 분해되기도 하여 DNA의 변화를 일으켜 분자 level에서의 장해가 발생한다.

[13. 간접작용을 시사하는 방사선 효과(작용)]

1.희석효과: 어느 용액 중에 부유하는 용질(효소, 바이러스)의 변화에 관한 효과이다. 농도             가 작은 것과 큰 것을 희석했을 때 작은 편이 클 경우보다 방사선에 의한 용질             분자의 변화의 비율이 커지는 것을 말한다. 즉, 농도가 작은 쪽의 효과가 크다.  2.산소효과: 무산소일 때 보다 산소가 있을 경우에는 2～3 정도 감수성이 높아진다.

고LET에서는 산소효과가 적다.

산소분압이 0～30mmHg에 이르는 사이에 감수성은 급속히 증가한다.

3.보호효과(방사선 방어제): 생물학적 효과를 감소시키는 화학물질을 방사선 방어제라고 한                            다. 또한 그 효과를 보호작용이라고 한다.

*보호 물질의 특징 - X나 γ선의 전리 밀도가 낮은 방사선에 대해서는 유효한 방어제이지만 α입자와 같이 전리 밀도가 높은 방사선에 대해서는 방어 효과를 나타내지 않는다. 또한 조사 후에 투여하면 효과가 없고 조사할 때 공존해야 한다.

*종류: ㈀ SH화합물- cysteine, cysteamine, AET glutathione, WR-series, MEG

㈁hormone- ACTH, deoxycorticosterone, estradiobenzonate, epinephrine

㈂활성아민- serotonine, histamine(자율신경 차단제)

㈃인삼

㈄기타 Vit.E, EDTA, PAP, Amino산, 성호르몬

*DRF(Dose Reduction factor, 선량 감소효율): 방사선 물질의 보호 능력을 나타내는 것.

= [eqn: { { D}_{p } } over { { D}_{ c} }]     『Dp : 보호 물질을 투여 했을 때 동일 효과를 나타내는 데 필요한 선량

Dc :  보호 물질이 없을 때 효과 발생 선량』

예) cysteine=1.7   amifostine(WR-2721)=2.7    glutathione=1.3

4.온도효과(온열효과)

①가온의 방법

-전신계통적 온열요법

-국소 가온(localized heating)

*방법 : 온수조, 단파 가온법, 라디오 주파수에 의한 전파, 초단파(microwave), 초음파

②분열 주기 세포령과 열감수성

:온열 감수성은 분열기(M기) 및 DNA 합성기(S기)에서 높고 방사선에 대해 가장 저항성이 있는 시기, 즉 DNA 합성후기(late S기)가 온열에 대해 가장 감수성이 좋다.

③열장해의 수복과 열에 대한 내성

-열내성(thermal tolerance) :두번째의 열처리에 대한 세포 감수성의 저하.

정도는 제 1회 치료의 크기에 의존한다.

-세포를 37℃로 회복시키더라도 신속하게 원상태로 회복되지 않고 서서히 감쇄하다가

36～72 시간에 소실되어 그 후에는 정상적으로 반응하게 된다.

-조사중 온도가 변하면 감수성이 변한다.

-일반적으로 온도가 증가하면 감수성도 증가한다.

-온도 상승 그 자체로서 세포사가 일어난다.

④온열 요법과 X선의 병용: 42℃이상에서는 방사선이나 화학 요법제의 효과 증강.

⑤저산소 세포와 온열요법

-저산소 상태는 X선에 의한 치사 효과에서 세포를 방어한다.

-저산소 세포는 산소 단독으로 쉽게 죽을 뿐만 아니라 X선과 병용했을 때에는 전리 밀도가 낮은 방사선의 산소 효과비(OER)를 감소한다. 저산소 세포가 열감수성이 양호하다.

☞방사선과 온열요법을 병용하면 hypoxic cell(저산소 세포)에서 보다 강한 증감 작용이 일어난다.

▶열효과의 기타 요약

1)영양 결핍 상태의 세포는 적절히 영양을 받고 있는 세포 보다도 감수성이 양호하다.

2)신생물 세포가 정상 조직 세포보다도 내부적 요인에 의해 열에 의한 감수성이 양호할

가능성이 있다.

3)열은 pH가 낮을 때보다도 더 큰 장해를 준다.

4)X선에 의한 잠재적 치사장해의 수복이 열에 의해 억제된다.

5)초음파 또는 초단파로 국소에다 가온하면 혈액 공급이 불량한 종양은 주변 정상 조직보    다도 온도가 높아진다.

6)온도 변화는 저 LET 방사선에서 현저하지만 고 LET 방사선에서는 매우 작아진다.

[14. 방사선에 의한 염색체의 이상]

1.세포 분열의 중기에서 볼 수 있는 이상 : 염색체 이상, 염색분체 이상

2.세포의 간기가 빠른 시기, DNA와 염색체가 DNA합성기에 복제되기 전에 조사될 때 일어난다.

3.종류

①환(ring)

②2동원체의 형성(dicentric)

③분열후기의 가교 형성(anaphase bridge) - 염색분체 이상

4.축적선량이 적용.

5.세포를 증식사로 유도하고 돌연변이로 이행

[15. 방사선 감수성]

1.정의: 생체에 대한 방사선 효과는 종, 개체, 조직(장기), 세포의 종류에 따라 차이가 있게         마련인데 이것을 방사선 감수성이라고 한다.

2.Bergonie-Tribondeau의법칙

3.방사선 감수성에 영향을 주는 물리학적 요인

: LET, RBE, 분할과 연속, 부분조사와 전신조사, 선량율 효과

4.방사선 감수성에 영향을 주는 생물학적 요인

: 산소효과, 연령(大〈小, 노인↑), 성별(男〉女), 회복, 화학작용제, 방사선 증감물질, 방사선    방어제

▶증감제: 방사선 조사시 투여했을 때 그 방사선의 효과를 증가시키는 능력을 가진 화합물질.

□산소 □Bud R □Iud R □NEM □기타: actinomycin D, Puromycin, 5FU, methoraxate

▶기타 세포의 감수성 요약

*세포질보다 핵은 감수성이 높다.

*세포의 감수성은 염색체에서 가장 민감하다.

*세포의 분열 과정이 길수록 감수성이 높다.

*세포의 감수성이 높을수록 회복이 빠르다.

*실질 세포가 간질 세포보다 감수성이 높다.

[16. 세포주기와 감수성]

1. 정의: 증식이 왕성한 골수, 정상피, 암조직이나 배양세포 등에서 세포분열이 되풀이 되는          과정

2. 세포주기: 전기 - 중기 - 후기 - 말기 - 간기

3. 분열주기에 따른 감수성

①M기(1시간): 세포 분열기. 가장 감수성 높다.

②G1기(10시간 이상): DNA 합성준비기,

세포분열 주기 시간을 결정함

초기는 감수성 낮고 후기는 높다.

③S기(8시간): DNA 합성기

후반에서 감수성 낮다.(말기에서 대개 저항성이다)

④G2기(3시간): 분열준비기, 감수성 높다.

∴ 따라서 감수성이 높은 시기 : M기, G1 후기, S기 초기 G2 기

[17. 조직․장기의 방사선 감수성]

1. 정상조직의 방사선 감수성

1)고감수성 : 망막 >림프 조직(골수, thymus(흉선), 비장) > 난소, 고환 > 점막 > 타액선

2)중감수성 : 피부 > 폐 > 신장 > 간, 췌장 > 갑상선 > 혈관

순위	방사선 감수성	순위	방사선 감수성
1 2 3 4 5 6 7 8 9	림프조직, 골수(bone marrow), 흉선(thymus) 남소(ovary), 고환(testis) 점막(mucosa) 타액선(salivary gland) 모낭(hair follicle) 피지선,한선(sweat gland) 피부(skin) 장막(serous membrane), 폐 신장(kidney)	10 11 12 13 14 15 16 17	부신, 간(liver), 췌장(pancreas) 갑상선(thyroid gland) 근조직(muscular tissue) 결합조직(connective tissue), 혈관(blood vessel) 연골(cartilage) 골(bone) 신경세포(nervous cell) 신경섬유(nervous fiber)

3)저감수성 : 연골 > 뼈 > 신경세포 > 신경섬유

2. 개체에 따른 방사선 감수성: 포유류 > 조류 > 어류 > 양서류 > 곤충

[18. 종양에 따른 방사선 감수성]

1. 종양의 방사선 감수성

: 세망육종 > 임파육종 > 미분화암 > 편평 상피암 > 선암 > 흑색육종 > 골육종

☞악성종양은 정상 조직보다 일반적으로 방사선 감수성이 높다.

☞방사선 치료가 거의 가치없는 종양: 복부 소화관(위, 장)의 암, 신장암, 전립선암, 간이나                                       폐에의 전이.

[19. 세포에 대한 방사선의 영향]

1. 세포에 대한 방사선의 영향

①막 투과성의 증가→거대세포(영양분의 과다흡수)

②염색체의 구조 변화→환형성, 전자, 역위, 가교형성, 염색체 수의 증가나 감소

③DNA 분자 구조에 미묘한 화학적 변화

2. 이상분열

①분열사(mitotic death)

: 염색체 이상이 있으면 세포분열을 일으키기 시작해도 기계적 장해 때문에 중단하거나 염   색체의 커다란 부분이 결손되어 자(子)세포에 전달이 안되는 등 이상분열이 생긴다. 이 때   문에 다음 대(代) 또는 몇 차례의 분열 후에 세포사를 가져오는데 이것을 분열사, 또는 증   식사 라고 한다.

②거대세포 형성(giant cell formation)

: 세포핵은 분열하지만 세포질의 분열이 저해되는 경우가 있어서, 한 개의 세포 안에 다수   의 핵을 가진, 대형의 이상세포, 즉 거대세포가 된다.

③휴지기사(간기사, 중간사, inter mitotic death)

: 세포분열과 세포분열 사이의 시기를 resting stage라 하며 이 시기에 방사선을 조사하면    핵의 농축, 핵붕괴, 공포형성 등의 형태학적 변화나 미토콘드리아의 ATP의 생성저하, 세    포막의 투과성 변화 등의 기능적 변화가 생겨, 세포가 사멸하는데 림프구 등의 일부의 세    포를 제외하면 분열기의 세포보다 대선량을 필요로 한다.

④분열지연(division delay)

: 분열 중인 세포에 방사선을 조사하면 얼마간 분열세포의 감소현상이 나타난다.

[20. 피부에 대한 방사선의 영향]

1. 1HED(haut erythema dose, 피부홍반량)

: 상피조직을 파괴하지 않을 정도의 선량(심부 X선으로 약 0.55Gy)으로 피부에 조사하면      피부가 홍조가 되는데 이것을 홍반이라고 한다.

2. SED(skin erythema dose, 피부홍반량): 피부홍반량 〓 6Gy

3. 건성피부염: 조기홍반→잠복기→주홍반→후기홍반의 염증성 반응

▶TED(threshold erythema dose, 한계홍반량)

: 피부 피폭으로 홍반을 인정할 수 있는 최저의 선량(홍반량의 역치) 〓 1Gy(100cGy, 100rad)

▶피부의 압박 : 감수성의 감소(피부 장해의 감소)

▶방사선에 의한 피부의 급성장해- 모낭변화, 모세혈관의 변화, 표피변성, 전층의 궤사

▶탈모선량에 있어 두발이 가장 감수성이 높다.  영구탈모 : 5Gy

정도	선량 (Gy)	병 명	잠복기	증 상	기 간	만 발 효 과
제1도	1～3	탈모	3주	탈모, 가벼운 열감	1～3주	색소침착, 회복
제2도	5～12	건성피부염	2주	충혈, 발적, 종창, 소양감	3～4	색소침착, 낙설, 회복
제3도	12～18	습성피부염	1주	강한 암색발적, 소양감, 종창, 수포형성․파열, 탈모, 모세관․한선․피지선의 부분적 파괴	6～12	강한 색소침착, 피부의 건조, 탈색 후에 피부위축, 모세혈관 확장, 반흔의 중심 궤양화
제4도	20이상	방사선궤양	2～8일	강한 암색발적, 소양감, 수포형성․파열, 진피박리, 궤양형성, 강한 동통	10년	피부위축, 모세혈관 확장, 약한 반흔의 형성, 격통을 수반하는 만성궤양, 변형, 발암

<200kVp X선 1회 조사시의 피부변화>

[21. 조혈조직․혈액에 대한 방사선의 영향]

1. 급성 조사 때 조혈 조직의 변화

1)골수 : 림프구를 제외한 성숙 세포는 비교적 저항성이 있다. LD50정도의 조사 후 1시간           이내에 골수에서는 세포분열의 정지나 변성상을 보게 되고 세포수가 감소되고 살           아 남은 경우에는 세포의 재증식이 일어난다.

간엽세포 D	단핵아구 A		유약단구 B		단구 D
	림프아구 A		유약림프구 A		림프구 A
	골수아구 A	전골수구 B	호중골수구 C	유약호중구 C	호중구 D
			호산골수구 C	유약호산구 C	호산구 D
			호염기골수구 C	유약호염기구 C	호염기구 D
	적아구 A	염기성적아구 B	다염성적아구 C	유핵적아구 C	적혈구 D
	거핵아구 A		거핵구 C		혈소판 D

<각종 혈구의 방사선 감수성>

*A: 고감수성   B: 비교적 감수성   C:저감수성   D:저항성

2)lymph 조직 : 조사에 의해 림프구가 급격히 파괴

3)비장 : 조사 후 수 시간 안에 림프구 파괴, 비장의 중량 감소

4)흉선 : 고감수성(피지선 > 한선)☆☆

3. 말초 혈액의 변화

1)적혈구 ① 크기 8[eqn: mu], 무핵, 수(男: 500만/mm3, 女: 450만/mm3)

②방사선 저항성, 수명(30일)이 길기 때문에 장해의 영향은 늦게 나타나지만 조사            후 2주간 이상에서 적혈구 감소

③남자의 경우 400만 이하이면 요양

④지람증(Cyanosis): 적혈구의 산소 결핍에 의한 증상

2)혈소판 ①수: 20～50만/mm3

②혈액의 응고, 백혈구에 비해 늦게 감소

3)백혈구 ①수: 5000～8000/mm3생체의 방어

②적혈구에 비하면 감수성이 높다.

③저장 pool에서 백혈구의 방출로 조사 직후 24시간 이내에 일과성 백혈구의

증가를 볼 수 있다

4)림프구- 방사선 피폭 후 제일 먼저 감소(소임파구가 가장 감수성이 높다)

선량(R)	일어나는 변화
5～25 25～50 50～100 100～200 200～400 400～1000	초기의 백혈구 증가 백혈구 감소, 호종구 감소 백혈구 감소(특히 림프구) 백혈구, 혈소판의 감소 백혈구, 혈소판, 적혈구 감소 백혈구의 급속한 감소, 적혈구 감소, 혈색소, 혈소판의 감소, 출혈, 화농

<1회 전신조사에 의한 혈액의 변화>

[22. 점막에 대한 방사선의 영향]

1. 구강  ①피부와 유사한 반응

②600rad 조사로 발적부종

③대량조사로 인한 점막상피 탈락, 미란이 되어 위막형성, 타액분비 저하, 구강건              조,구강내염이 생긴다.

2. 위․장점막  ①방사선 조사에 의해 분비 기능의 저하, 대선량으로 미란, 궤양

②소장점막 : 감수성이 높다.

*소장 섬모 상피의 방사선에 의한 변화

: 점상세포, 선와세포에서 분열하여 새로 생긴 세포는 선단부로 이동하고 탈락

→조사 후 섬모의 단축, 미란이 생긴다.

*소장은 소화관 중에서 가장 감수성이 높고 1회 조사에서의 소장 내용선량은 9Gy전후

[23. 점막에 대한 방사선의 영향]

1. 눈 : 안검, 결막, 각막 등의 방사선 감수성은 피부나 구강 점막과 거의 같은 정도이다.

대선량으로 난치성 각막궤양을 가져온다. 수정체 혼탁(백내장)은 만발효과로 1회 조사       로는 200rad정도에서 발생하고 약 20년의 잠복기가 있다. 방사선 치료 등의 분할 조사       시 1150rad n이상에서는 반드시 발생한다.

2. 중추신경 : 뇌, 척수는 저감수성

[24. 생식선에 대한 방사선의 영향]

: 생식선은 실질세포의 방사선 감수성은 조혈조직의 감수성과 마찬가지로 높고, 방사선 장해에 대한 점에서도 중요하다.

1.정소(고환)

1)감수성: 정원세포 > 정조세포 > 정모세포 > 정세포 > 정자 (원조를 모시자)

2)방사선을 분할 조사시 고환(testicle)에서는 1회 조사보다 장해가 크다☆

3)일시불임: 2.5Gy     *SD(90) : 불임 유기 선량

4)영구불임: 6Gy로 급성 조사 또는 10일간의 분할 조사로 15Gy

5)1회 피폭으로 영구 불임을 갖는 최저 선량 : 0.5Gy.

2.난소

1)감수성: 미숙난포(난원세포) 〉난모세포 〉난자

2)일시불임: 3Gy

3)영구불임: 1회 조사로 4Gy or 10일간의 분할 조사로 15Gy

[25. 기타 장기에 대한 방사선의 영향]

1. 뼈, 치아

1)저감수성

2)유약기의 조치세포는 고감수성이고 소아기 치아는 발생이상이나 상아질 결손 초래

3)태아기, 성장기 골은 감수성이 높다.

4)성장기의 뼈에서는 골단부의 감수성이 높고 뼈의 발육 장해가 자주 생긴다.

2. 간: 중등도의 감수성을 가진 장기이나 조사용적의 크기에 따라 방사선 장해(간염, 간암,         간경변)가 생긴다.

3. 신장: 전복부 조사시 가장 감수성이 높은 장기. 조사시 신장염에 이어서 섬유화가 생기           고 신경화증이 나타난다. 분할조사서 2500rad이상은 위험하다.

4. 내분비계: 내분비계에서는 방사선에 의한 형태학적인 변화는 적지만 기능적으로 영향이

크고 특히 병적 상태에 있는 경우에는 감수성이 높다. 갑상선 기능 항진증인

경우 방사선 감수성이 높고 그 치료에 이용된다.

5. 폐   1)중등이하의 감수성

2)방사선 치료시 3000～6000rad조사로 폐렴이 생김

3)1개월 이상의 잠복기 후 폐섬유증을 일으키며, 만발효과로는 폐암을 유발

6. 순환기 1)심장 및 대혈관은 저항성의 장기이지만 대선량을 받으면 심낭염, 심근장해가 생김

2)모세혈관은 혈관사 중에서 가장 감수성이 높고 소선량으로도 확장이나 투과성             의 상승이 생겨 홍반이나 부종의 원인이 됨

[26. 전신 조사의 급성 효과]

1. 급성 방사선 장해

: 비교적 대선량을 단시간에 피폭하면 피폭된 개체의 각 장기에 빠른 시간 내에 장해가

나타나는 것

2. 전신장해: 방사선 숙취 - 구토, 식욕감퇴, 전신권태

▶2Gy 이하의 전신조사 - 임상적 무증상

3. 급성방사선증의 경과와 증상

1)제1기: LD50(30) 정도가 조사되면 조사직후 2일간 오심, 구토, 불안 상태 등의 숙취증상

*반치사 선량값(50% lethal dose)

: 일정 기간(30일) 후에 50%의 사망율을 초래하는 선량.

반치사 선량값에서 사망시 주된 원인은 조혈기계 증후군의 장해다

*사람의 경우 : 400cGy(전신 조사의 경우)

⇒ 평균치사선량(LD37) : 사람의 경우 50 ∼ 150 cGy☆

2)제2기: 약 1주간까지로 자각증상은 적으나 조혈장해가 진행(잠복기)

3)제3기: 그 후의 수주간으로 조혈장해, 출혈현상, 실질장기위축, 감염의 합병이 생기고

사망의 대부분은 이 시기에 생김(증상기)

4)제4기: 모든기를 살아남은 사람에게서는 차차 회복 현상을 볼 수 있으나, 장기간 다른

증상을 나타내는 경우가 많음

선량(rad)	증 상
25 50 100 200 350 600 700	거의 임상 증상 없음 림프구의 일시적 감소 오심, 구토, 전신권태, 림프구의 현저한 감소…위험한계량 위에 기술한 것 외에 장기간의 백혈구 감소, 사망률 5% 위에 기술한 것 외에 감염, 출혈현상, 사망률 50% 위에 기술한 것 외에 설사 등의 증상, 사망률90% 사망률100%

<급성 방사선증의 증상과 선량>

4. 조기방사선사(early radiation death)

: 상당히 강한 방사선 조사에 의해 조사 후 수주 이내에 사망하는 것.

1)조혈기계 증후군(hematopoietic syndrome)

: 400～800rad의 전신조사로 생긴다. 조혈조직의 장해로 백혈구, 전구의 감소가 생기고,

감염이나 출혈의 원인이 되어 사망, 사망의 peak는 약 2주간 후에 있다.

2)소화기계 증후군(G․I syndrome)

: 1000～5000rad의 r 선 또는 그에 해당하는 중성자선에서 발생. 주로 소장 점막의 재생에     장해를 입기 때문에 수분, 무기질의 흡수가 불가능하고 동시에 감염이 생기므로 구토, 발     열, 설사 등이 있고, 1주일 이내에 사망.

3)중추신경계 증후군(CNS)

: 10000rad 이상의 r선이나 그에 해당하는 중성자선에서 발생. 뇌부종 등 중추신경의 장해    가 생기고 오심, 구토, 두통, 경련 등을 가져오며, 선량이 많으면 수 시간 이내에 의식을 잃    고 사망

▶사망시기: 순간사 > 중추 신경계 증후군 > 소화기계 증후군 > 조혈기계 증후군

[27. 만발성 장해]

1.정의: 급성사에 이르지 않는 정도의 방사선 피폭이나 소선량의 반복피폭 등에 의하여

상당히 긴 세월 후에 개체에 생기는 장해. 수 10년의 잠복기를 가짐

2.종류

1)악성종양

①백혈병: ㄱ.원인: 원폭피폭자, 의료 도는 직업적 피폭자, 강직성 척추염X선 치료 환자

200003011 박서주

ㄴ.잠복기: 평균 잠복기〓4～10년, 지속기간은 약 25년

②갑상선암

③기타 종양: 피부암, 유방암, 폐암, 골종양

2)수명단축, 노화의 촉진

:방사선에 의한 Compertz직선의 변화-연령과 연령 계층별 사망률의 대수는 거의 직선관계

3)백내장: 백내장의 역치〓500cGy(X선에서)

[28. 방사선이 발생에 미치는 효과]

1. Embryo 형성에 대한 방사선 효과

1)Russell에 의한 자궁 내 전체 발육기의 3단계

①착상전기(0～1주)

ㄱ. 착상기간〓 생쥐(4～8일), 사람(8일 정도)

ㄴ. 특징: 출산전 사망율이 높고(즉, 유산) 새끼수가 감소, 신생아의 사망은 나타나지 않는다.

정상 출생은 성장 저해 외 수명 단축 없이 정상 발육

②기관형성기(2～6주)

ㄱ. 가장 위험한 피폭 시기. 기형 및 신생아 사망율 높다.

ㄴ. 착상에서 사지가 형성되기까지의 기간에 피폭되면 태아의 성장과 출생후의 성장억제,

다양한 신체 구조의 선천적 기형

③태아기(6～출산)

ㄱ. 주요 기관계의 형성과 출생의 시기

ㄴ. 피폭된 성인에서와 같이 암 유발, 급성 방사선 증후군, 태아의 염색체 이상, 백혈병

발생, 출생전 사망, 선천적 기형

*사람의 경우 약 200～250 mrad 피폭 시 악성 종양의 발생 확률 증가.

2)Dekaban에 의한 분류

①임신 2～3주 이전에 중등도(〉250R)의 방사선 조사: 흡수 및 유산

②임신 4～11주 사이의 조사: 기관의 중증기형

③임신 11～16주 사이의 조사: 발육지연, 소두증, 정신지연

*소두증 : 태내 원폭 피폭자, 의료 피폭을 받은 모친으로부터 발생, 1Gy 이상 피폭시.

④임신 16～20주 사이의 조사: 경도의 소두증, 정신지연 및 발육지연

⑤임신 30주 이후의 조사: 기능 부전

2. Lethal effect

: 자궁벽 내에 배가 착상되기 직전이나 직후에 비교적 적은 선량을 조사하므로 유발되거나 자궁내의 발육 전 단계에서 많은 선량이 조사됨으로서 유발된다.

*사망시기: 피폭 후 세포 분열이 거의 나타나지 않으며 결국 임신이 중단되어 배사

①태아사: 피폭 후 세포 분열 및  증식이 일어나 태아기에 사망

②신생아사: 정상적으로 출산된 후 1 개월 이내에 사망

3. 10일 규정(10day's rule)

: 임신 가능한 여성이 방사선 검사를 받고자 할 때 월경이 시작된 후 10일 이내가 가장 적   당한 시기이다. 임신 가능 여성의 방사선 피폭에 대해 특별히 고려되어야 하는 이유는 자   손에 대핸 유전적 장해를 초래할 수 있기 때문이다.

[29. 내부조사]

20000311 박서주

1. 정의: 방사성 물질의 취급 부주의나 환경의 오염에 의하여 방사성 물질이 체내에 들어가        그것으로 인해 조사되는 것으로 32P, 14C가 DNA에 흡수되었을 경우 치사 또는 돌연        변이가 생길 가능성이 있다.

2. 내부 조사의 특징

1)α, β선 등 비정이 짧은 방사선이 X, r선보다도 유해하다.(α>β>γ)

2)체내에 들어간 방사성 물질이 체내에 오래 머물러 있거나 인위적 배출이 곤란할 때 장     해가 크다.

3)결정장기(critical organ)에 모이는 경향이 있다.

▶결정장기-임계장기라고도 하며 방사선 핵종을 가장 많이 축적하는 장기이며 전신의                 건강유지에 꼭 필요한 장기로서 방사선 감수성이 높은 장기이다. 조혈장기,                 생식선, 눈의 수정체가 여기에 속한다.

▶관련 장기-결정 장기의 가능성이 있는 장기

▶실질장기-기관의 중요부분을 이루는 장기, 폐, 신장, 췌장, 간 등이 있다.

4)총선량이 같더라도 선량률이 큰 쪽이 장해가 크다.

3. 유효 반감기(Teff)

: 체내에 들어간 방사성 물질의 양은 그 물리학적 반감기(Tp)에 의하여 결정되는 일정한 속도로 감쇠한다. 한편 이 물질들은 생물학적 대사에 의해 체외로 배출되며 그 배출의 속도를 생물학적 반감기(Tb)에 의하여 표시한다.

이 양자에 의해 신체 부하량이 절반이 되기 까지의 시간을 유효 반감기라 한다.

Te = [eqn: { Tp TIMES Tb} over {Tp + Tb }]

일반적으로 생물학적 반감기는 물리학적 반감기보다 짧지만 장기 친화성인 방사성 물질인 경우에는 반대의 경우도 있다.

4.체내로의 침입 경로 : 경구, 흡입, 피부

5.주된 집적장기(표적장기) 방사성 핵종

1)체내 조사시 핵종이 침착되는 부위

●32P-뼈, 골수   ●131I-갑상선   ●137Cs-전신 특히 근육   ●90Sr- 뼈

●58Fe-조혈기    ●14C-생식선 및 조혈기   ●203Hg-신장   ●60Co-전신

●51Cr-적혈구     ●198Au : 간

2)폐에 침착되는 핵종: 63Ni(β), 210Po(α), 232U(α), 천연Cl(α,β), 222Ra(α), 천연Th(α,β)   3)향골성 핵종(bone seeker): 90Sr, 226Ra, 32P, 239Pu, 45Ca

6.진단용 핵종의 조건 : 물리학적, 생물학적 반감기가 짧고 α, β선 등을 내지 않을 것

[30. 유전효과]

1. 방사선의 유전 효과는 축적(회복이 없다)되며 선량이 증가함에 따라 직선적으로 증가하     며, 선량의 역치가 없다.

2. 선량율(저 선량율의 연속 조사)과 선량 분할조사에는 비의존성이다.

3. Muller의 돌연변이설

1)돌연변이 발생률은 조사된 선량에 비례한다.

2)파장에 의한 차가 없다

3)시간인자(조사횟수)에 영향을 받지 않고 총 선량에 의해서만 돌연변이율이 정해진다.

4. 돌연변이의 종류

1)염색체 이상: 염색체 구조 변화 및 수의 변화

①상염색체 수의 변화   ex)Dawn증후군(21번이 3개로 염색체수가 총 47개)

②성염색체의 이상   ex)Turner증후군(여자에게 X염색체가 1개가 빠지는 XO)

Klinefelter증후군(남자에게 X염색체가 과잉이 되는 XXY)

2)유전자 돌연변이(점 돌연변이): 염색체 위에 있는 유전자 1개의 변화에 의해 초래

ex)우성(대부분)․열성 돌연변이

3)가시 돌연변이: 돌연변이에 의해 형태적 변화가 생기는 경우

4)치사 돌연변이: 돌연변이의 결과 그 생물의 새끼가 사망한 경우

5. 배가 선량

1)정의: 방사선에 의한 유전적 장해를 평가하는 척도로서 인공 돌연변이율을 자연돌연변           이율의 2배로 높이는데 필요한 선량

=[eqn: { 자연{}{}돌연변이율} over {방사선{}{}돌연변이 {}{}상수 }]

2)인간의 배가선량 : 10 - 100cGy

3)급성일 때 0.15 - 0.3Gy, 장기 미량 피폭시 1Gy 정도로 알려져 왔으나 수정 배가 선량     으로 0.2 - 2Gy로 표시되고 있다.

4)배가 선량이 많다는 것은 방사선의 영향이 적다는 것을 의미한다.

6. 유전자를 이루는 물질은 DNA이며 핵산염의 염기 배열 순서에 따라 유전자의 특성이 달라진다. 이 배열 순서에 이상이 올 때 돌연변이가 생긴다.

[31. 방사면역 측정, radioimmunoassay, RIA]

: RI를 사용하여 시험관내 측정의 대부분을 차지하고 있으며 peptide hormone(인슐린, 성장호르몬, 난포자극호르몬, 황체호르몬)의 양을 적은 영역까지 정량분석 할 수 있다. 내분비학 영역에서 단백성 호르몬 측정법의 하나로서 hormone이 갖는 면역화학적인 성질을 이용함으로서 이들 단백성 호르몬의 혈중 농도를 높은 신뢰도로 측정할 수 있다.

◎원리

131IH (방사성 표지 항원) + AbH(항체)

↔ 131IH -AbH(표지 항원-항체 복합물) + H(비표지 항원) ↔ H-AbH(비표지 항원-항체 결합물)