방사선 장해

방사선 장해

7 차시

방사선 장해

1. 방사선 장해의 분류

가. 치사장해(Lethal Damage, LD)

불가역성, 수복불능 → 세포사(고사, 괴사)

나. 아치사장해(Sub-Lethal Damage, SLD)

정상적인 환경에서는 수 시간내 회복되는 장해.

다. 잠재적 치사장해(Potentially Lethal Damage, PLD) 방사선피폭후 세포의 환경

(pH, 저산소세포, 세포증식도(休止狀態) 등)을

바꿔주면 치사할 세포가 회복

가. 치사장해(Lethal Damage)

방사선에 의한 세포사멸(고사, 괴사)

세포자살(고사, apoptosis)는 자살 프로 그램(programed cell death)에 의해 스스 로 나쁜 세포를 죽이는 기전이나,

죽지 않을 경우,

Mutation(변종) 생성→ 암세포로 발전 괴사(necrosis)

반면에 괴사는 암에는 작용하지 않으나 세포가 괴저되는 세포사임.

나. 아치사장해(Sub-Lethal Damage)

recovery,

but, continuously exposure (SLD) → LD

방사선량과 장해 반응 모형

확률적 영향 결정적 영향 방사선 호메시스 Linear No Threshold Linear Threshold Hormesis

Beneficial

♦ 면역반응 등 다양한 인체 방어기전 존재

Radiation-related cancer risk

Radiation Dose

♦ _{방사선 방호의}

보수적 관점

♦ 저선량 위험성 주장 근거

고선량률

저선량률 문턱값

↓

※ Threshold : 역치선량, 문턱값

방사선장해에 영향을 주는 요인:

방사선량(dose), 선량률(dose rate), 방사선종류에 따른 전리능력(LET)와 생물학적 효 과비(RBE), 조직의 종류와 양, 개체(사람, 동물)의 차이, 화학물질[방사선방어물질, 예) 항암제]

결정적 영향과 확률적 영향의 특성 비교

영향 결정적 영향

(Deterministic effect) 확률적 영향 (Stochastic effect)

발생기전 급성 고선량 피폭으로 인한 세포사

또는 급성반응에 기인하는 영향 세포의 돌연변이와 세포유전의 결과로 발생 가능한 영향 인과관계 피폭과 영향 발현의 인과관계 필연적 영향의 발현을 우연성이 지배함 선량효과 증상의 심각도가 선량에 비례 영향의 발생확률이 선량에 비례 문턱선량 영향의 정도가 임상학적으로

중요하지 않은 문턱선량 존재 문턱선량이 없이 선량에 비례하는 위험이 있는 것으로 가정

발현시기 대체로 급성 (acute) 지발성 (delayed)

임상적 특성 증상의 특이성 있음(예를 들어 화상) 타원인 영향과 구분 불가 방호개념 문턱치 이하로 유지하면 방지 가능 위험을 합리적 범위에서 최소화 관심 영역 사고 피폭이나 치료 분야에 관심영향 일상 저선량 피폭에서 관심 영향 영향의 예 홍반,백내장, 혈액상 변화, 치사, 불임 암, 백혈병, 유전결함

결정적 영향과 확률적 영향의 이해

전신 피폭 시 선량에 따른 증상

선 량 (Gy) 증 상

0.05～0.25 염색체 이상이 발견되는 최소 선량

0.25～0.5 백혈구, 임파구 변화 (집단 대조로 판별 가능) 0.5～0.75 혈액 변화를 개별적으로 확인 가능

0.75～1.25 피폭자 10% 오심, 구토

1～2 20～70% 구토; 30～60% 무력증;

20～35% 혈구생산 감소, 합병증으로 사망자 발생가능 (~5%) 3～5 조혈 기능 장해로 수 개월내 50% 사망 (LD₅₀/₆₀)

6～8 위장계 증후군으로 수 주～수 개월내 100% 사망 (LD₁₀₀/₆₀) 8～10 객혈, 폐수종 등 발현 수 주내 사망

15 이상 중추신경계 증후군 장애로 수 일～수 주에 사망

물리적 단계에 영향을 주는 요소

• 선량률(dose rate) 효과

-

저 LET방사선(광자 등)은 조사하는 총 선량은 동일하더라도 선량률이 낮으면 장시간 피폭 소요

* SLD가 회복 (Elkind 회복)

* 극저준위 방사선의 경우, 선량률 효과 발생없음, 세포 모두 회복

☞ 선량률 (Dose rate) ; 단위시간당 조사되는 방사선량 가. 총선량이 같을 때

- 선량률이 낮고 조사시간이 길어지면

⇒ 방사선 생물학적영향 ↓

- 선량률이 높고 조사시간이 짧아지면

⇒ 방사선 생물학적영향 ↑

나. 선량률 ↑ : 방사선 감수성 ↑

다. 방사선 치료시 선량률, 예) 50 - 200 cGy /min

※ 임계선량률 (Critical dose rate)

- 생물학적 영향을 주는 선량률 (Hela cell 30cGy /min)

(Hela cell : 1951년 자궁경부암에 걸린 환자에게서 분리하여 계속 배양한 암세포)

• LET(Linear Energy Transfer)

가. 방사선(전리입자)이 물이나 조직 내를 통과할 때, 입자의 단위 비정당 에너지 손실, kev/㎛

𝐿 =

⁄ :

나. 방사선의 LET가 증가함에 따라

- 생존곡선의 경사가 급경사로 되면 - 외삽치가 1에 가깝고

⇒ LET가 커짐에 따라 방사선 감수성이 높아진다.

즉, LET가 작으면 (전리 발생 빈도가 낮고), LET가 크면 (전리된 이온의 밀도가 높다.) 다. 저 LET 방사선 : X선, 𝛾선, 𝛽선, 전자선, 양자선(중간정도 LET지만, 저 LET로 분류)

- Co60 - 𝛾 : 0.3kev/㎛

- X-선 250KV : 2kev/㎛

- 전자선 2Mev : 0.2 kev/㎛

- 10MV X선 : 3kev/㎛

라. 고 LET 방사선 : 𝛼선, 중성자선, 중이온선, 𝜋중간자, 중입자 - 중성자선 14Mev : 12kev/㎛

- 양(성)자선 0.9Mev : 30kev/㎛

- 속중성자선 14Mev : 100kev/㎛

- 중하전 입자 : 100 - 200 kev/㎛

- 알파선 100Mev : 120 kev/㎛

• RBE ( Relative Biological Effectiveness , 상대적 생물학적 효과비)

방사선의 종류(에너지)에 따라 생물학적 효과가 어느 정도 다른가를 나타냄 𝑅𝑅𝑅 = 어떤 생물학적 효과를 일으킬 표준이 되는 방사선의 량(𝑋선 250 𝑘𝑘)

같은 생물학적 효과를 일으키는 해당 방사선의 량

Ο RBE를 좌우하는 인자 : 선질, 선량, 선량율, 선량분할횟수, 생물계.

O RBE를 실제 방사선방호에 적용할 때 어려움을 해소하기 위해 방사선가중치를 적용(ICRP) ☞ 등가선량 산출시 적용

방사선 및 에너지 범위 W_R(ICRP-60) 광자

전자, 뮤온 중성자 - <10keV - 10-100 keV

- >100keV ~ 2MeV - >2MeV ~ 20MeV - >20MeV

양자 > 2MeV 알파

1 1 5 10 20 10 5 5 20

ICRP 103에서 가중치 변경, 국내법제화 준비중

1) 양성자 : 5 ⇒ 2 2) 중성자

- 1MeV 이하에선 절반으로

• LET와 RBE 관계

가. LET 증가 : RBE가 완만히 증가 나. LET 100kev/㎛에서 최고

다. 그 이후에 RBE는 반대로 감소 ⇒ over killed effect

라. 방사선치료에 가장 적당한 LET는 RBE peak일 때

• 산소효과 (Oxygen Effect)

- 방사선 조사시 산소분압의 차에 따라 생물학적 효과가 다르다.

산소분압 ↓ : 방사선 감수성 ↓ 산소분압 ↑ : 방사선 감수성 ↑

- 산소상태는 무산소상태보다 방사선 감수성이 3배 높다.

𝑂𝑅𝑅 =

ⅱ) α 선 : OER 1. 산소효과가 없다.

ⅲ) 속중성자선 (고 LET) OER 1.7

• LET, RBE, OER 관계

ⅰ) OER은

LET가 커짐에 따라 감소 - OER이 적으면 저산소성 암세포를 적은 선량으로 파괴

ⅱ) RBE는 LET가 커질수록 증가 (LET가 100kev/㎛, Peak)

ⅲ) RBE와 OER은 반비례 관계 - 치료효과를 높이기 위해, 적정선 탐색

• 산소효과 (Oxygen Effect)

- 방사선 조사시 산소분압의 차에 따라 생물학적 효과가 다르다.

산소분압 ↓ : 방사선 감수성 ↓ 산소분압 ↑ : 방사선 감수성 ↑

- 산소상태는 무산소상태보다 방사선 감수성이 3배 높다.

☞ 산소 ; 선량 수식 물질(dose modifying agent)

𝑂𝑅𝑅(O xygen Enhancement Ratio )

= 무산소상태에서의 조사선량 (hypoxic cell D) 산소상태에서의 조사선량 (aerobic cell D) ⅰ) 저 LET(광자) OER 2.5 ~ 3정도

ⅱ) α 선 : OER 1. 산소효과가 없다.

ⅲ) 속중성자선 (고 LET) OER 1.7

방사선의 간접작용시 효과를 보이는 현상, 비전리능이 낮은 X, 𝜸선

• LET, RBE, OER 관계

ⅰ) OER은

LET가 커짐에 따라 감소 -LET가 60kev/㎛에서 급강하, 200kev/㎛ 부근에서 OER은 1.0

ⅱ) RBE는 LET가 커질수록 증가 (LET가 100kev/㎛, Peak)

ⅲ) RBE와 OER은 반비례 관계 - 치료효과를 높이기 위해, 적정선 탐색

최적의 LET값은 RBE가 높고, OER이 낮은 100kev/㎛ 전후