07 방사선 생물학 - 1. 방사선 생물학 4) 방사선 피폭의 부정적 보건영향(adverse health effect of radiation e

1. 방사선 생물학

4) 방사선 피폭의 부정적 보건영향(adverse health effect of radiation exposure)

• 산업 및 의학에서 방사선을 이용하기 위해서는 방사선에 의한 장해를 방지하기 위한 적절한 조치가 필요하며, 이러한 시각에서 방사선이 인체에 주는 부정적인 보건영향을 크게 두 가지 범주인 결정론적 영향(deterministic effect)과 확률론적 영향(stochastic effect)으로 구분하고 있다.

(1) 결정론적 영향(deterministic effect)

• 결정론적 영향은 방사선 피폭에 따른 특정 장기나 조직 세포들이 사멸하거나 제 기능을 발휘하지 못하는 것으로 선량문턱(dose threshold)을 넘어서 피폭되면 임상적으로 관찰 가능한 장기나 조직의 손상이 나타나며 선량이 증가함에 따라 반응의 중증도는 증가하는 특징이 있다.
• 방사선 안전관리 분야에서 권고되는 선량제약치보다 훨씬 높은 선량, 특히 사고 상황에서 방사선 피폭과 같은 경우에 결정론적 영향이 발생할 수 있다. 손상 정도는 흡수선량, 선량률 및 방사선질에 따라 결정되지만, 임상적으로 관찰 가능한 손상이 발생하려면 특정한 비율의 세포소실이 있어야 하며 이것이 선량문턱을 형성하게 한다. 손상의 발현은 세포의 방사선 민감성, 분화세포의 기능, 세포 구성과 세포 재생능력에 따라 조직이나 장기마다 다르다. 세포 증식능력 손실, 섬유화 및 세포사멸이 조직반응의 주요한 병인이다.
• 방사선에 피폭된 조직 또는 장기들은 시간에 따른 반응의 차이뿐만 아니라 방사선 민감성에서도 차이가 있다. 방사선에 가장 민감한 조직에는 난소, 고환, 골수 및 수정체가 포함된다. 일반적으로 그러한 조직에서 선량-발생 관계는 각각 대수축에 그릴 때 S자형이어서 선량이 증가하면 영향이 더 자주 발생한다.

 

• 조직반응은 선량에 따라 빈도뿐만 아니라 그 심각도도 변한다.
• ICRP 118에서는 최근의 역학적 연구결과를 검토하여 조직영향에 대한 문턱선량 값을 제시하였다. 특히 원폭생존자와 피부 혈관종 치료를 받은 어린이 집단 모두에서 예상보다 낮은 선량에서 피질 및 후낭하 백내장이 발병한 증거가 있다. 따라서 백내장의 경우 문턱선량을 0.5 Gy으로 낮추었다. 여기에 근거해서 ICRP에서 작업종사자의 수정체에 대한 선량제약치 권고를 연간 150 mSv에서 5년간 100 mSv, 일 년간 최대 50 mSv로 낮추었다.

 
(2) 확률론적 영향(stochastic effect)

• 확률론적 영향이란 체세포 돌연변이에 의한 암 발생 또는 생식세포 돌연변이에 의한 후손의 유전질환에 대한 것으로, 선량문턱이 없는 개념이다. 방사선 피폭량이 증가하면 발암과 유전적 질병의 확률이 증가한다고 가정하고 있다. 하지만 장해의 중증도는 달라지지 않는다. 또한 다른 원인에 의해서 발생한 장해와 구별되지 않는다.
• 방사선 방호 차원에서 보면, 확률론적 영향은 매우 낮은 저선량에서도 확률이 낮아지기는 하지만 장해의 발생가능성이 있으므로 발생 확률을 합리적으로 가능한 한 최소화하는 것이 목표가 된다.

 
① 방사선에 의한 암발생

• 방사선에 의한 암발생으로 여겨지는 사례로는 방사선 이용 초기의 물리학자와 의사에서 피부암, 우라늄 광부에서 폐암, 라듐을 이용한 작업자들에서 골종양, 조영제 thorotrast를 사용한 환자들에서 간암, 히로시마와 나가사키 원폭피해자들에서 백혈병을 포함한 기타 암, 방사선 치료를 받았던 강직성 척추염 환자에서 백혈명, 흉선비대로 방사선 치료를 받았던 소아에서 갑상선암의 발생 등이 보고되었다.
• 방사선과 암발생의 인과관계에서 100 mGy 이상 고선량 영역에서는 이견이 없어 보인다. 그러나 핵의학 검사와 같은 저선량 영역에 의한 암발생은 역학적 연구 및 기초연구로도 명백히 입증하기 어려워 이견이 있다.
• ICRP는 방사선 암 위험에 대한 방대한 자료를 검토하여 다음과 같은 견해를 제시했다.
• 선량-반응과 연계된 주요한 연구결과들을 방사선 방호 관점에서 보면, 몇몇 예외는 있지만, 약 100 mSv 미만의 낮은 선량 범위에서 암이나 유전질환 발생이 해당 장기나 조직의 등가선량 증가와 직접적으로 비례하여 증가한다고 보는 것이 과학적으로 적절하다고 ICRP에서 판단한다. 이 선량-반응 모델을 일반적으로 문턱 없는 선형(Linear Non-threshold Theory, LNT) 모델이라고 한다.
• ICRP는 LNT 모델이 선량선량률효과인자(DDREF)와 함께 낮은 선량 방사선 피폭에서 발생하는 위험의 관리라는 방사선 방호의 현실적 목적에 더 잘 부합한다고 판단한다.
• 그러나 ICRP는 LNT 모델이 방사선 방호 체계의 한 요소이기는 하지만, 모델의 기초가 되는 가설을 생물학적 기초연구나 역학적 연구로 명확하게 증명하는 것이 어렵다는 점도 강조하고 있다. 이렇게 낮은 선량에서는 불확실성 때문에, 장기간에 많은 사람들이 소량의 방사선을 피폭한 때 공중보건계획을 목적으로 방사선에 기인할 수 있는 암이나 유전질환 발생 수를 가상적으로 계산하는 것은 적절하지 않다고 ICRP는 권고하고 있다.
• ICRP는 LNT 모델을 채택하는데 있어서 세포 적응반응, 자연발생에 대한 낮은 선량 유발 DNA 손상의 상대빈도, 피폭 후 유발 게놈불안정성이나 구경꾼 교신의 존재와 같은 세포적 현상에 대한 정보를 근거로 하는 잠재적 반론도 고려했다(ICRP 99, ICRP 2005d). 장기간 방사선 피폭에서 발생할 가능성이 있는 종양 촉진효과를 포함하여, 이러한 생물학적 인자들과 면역학적 현상들이 방사선 암 위험에 영향을 줄 수는 있지만, 현실적 판단을 도출하기에는 이들 과정의 기전과 종양형성 영향에 대한 불확실성이 아직 너무 크다고 ICRP는 본다. 또, 암 명목위험계수 평가가 사람 역학 데이터에 직접적으로 기초하기 때문에 이러한 생물학적 기전에 의한 어떤 기여도 그 평가치에 포함될 수 있다고 ICPR는 생각한다.
• UNSCEAR는 높은 선량 및 선량률에서 평가된 암 위험을 낮은 선량 및 선량률로 투사할 수 있도록 선량선량률 효과인자(DDREF)를 사용하였다. 일반적으로 낮은 선량 및 선량률에서 발생하는 암 위험은 역학, 동물실험 및 세포 데이터를 조합해 판단할 때, DDREF로 제시되는 인자 값만큼 감소할 것으로 판단된다.
• 현 시점에서는 DDREF를 정밀하게 평가할 수 없다. 이에 따라 ICRP는 실험 데이터의 선량-반응 특성, 수명연구(Life Span Study,LSS), 기타 연구(NCRP 1997, EPA 1999, NCI/CDC 2003, 부록A)에 의한 확률적 불확실성 분석 결과에 기초하여 DDREF 2를 사용하기로 결정했다.

 

• ICRP는 위험 감소계수 2를 사용해 표 7-4에 보인 전체 암에 대한 명목위험계수를 도출하지만, 실제로 개별 장기나 조직에 대해서는 다른 선량 선량률 효과가 적용될 수 있다는 점도 인식한다.

 

• 12개 조직이나 장기(식도, 위장, 결장, 간, 폐, 뼈, 피부, 유방, 난소, 방광, 갑상선, 골수)와 나머지 죅과 장기를 하나의 '잔여조직' 범주로 묶어 명목 암위험과 조직가중치를 개발했다.
• 방사선의 종양발생 영향에 관한 역학정보가 암위험 평가에 필요한 판단에 충분하다고 생각되기 때문에 이들 개별 조직과 장기가 선택되었다. 만성 림프구성 백혈병(CLL) 이외의 백혈병과 다발성골수종이 골수 범주에 포함되었다. 잔여조직 범주에는 개별 암 사이트로서 명백히 평가되지 않은 기타 조직들이 포함된다.

② 방사선의 유전적인 영향

• 생식선이 상당량의 방사선에 피폭되면 생식세포가 사멸되어 감소되는 초기의 장해가 관찰될 뿐만 아니라(결정적 영향), 생식세포가 생존하더라도 유전자 돌연변이나 염색체이상 등 유전적 장해가 일어날 수 있다.
• 자연돌연변이와 인공돌연변이 사이에는 질적인 차이가 없다고 여겨지기 때문에 유전적인 영향에 대한 해석은 역학적인 연구결과에 의존하거나 일부의 동물실험 결과 등을 사람에게 적용하여 추정하고 있다.
• 사람에 대한 역학연구 결과를 살펴보면 히로시마 나가사키에서 피폭된 사람들의 자녀들을 대상으로 한 BEIR V(1990) 보고서에 의하면, 자연유산, 선천성 기형, 영아사망률, 소아사망률, 백혈병, 성비와 출생 시 체중에 어떠한 변화도 관찰되지 않았으며, 이들 어린이에서 염색체 변이 또한 관찰되지 않았다.
• ICRP에서는 방사선 유발 유전질환에는 사람 데이터가 없으므로 1950년대 중반에 개발해 현재까지 간접적인 방법을 사용해오고 있다. 1970년대 초부터 현재까지 사용하고 있는 그러한 방법 중 하나(예를 들어 UNSCEAR 2001)는 배가선량법이다.
• 배가선량법에서는 집단유전학자들이 평형이론이라 부르는 가정에 기반한다. 즉 정상 조건(즉, 방사선 피폭이 없는 조건)에서는 집단은 돌연변이와 도태 사이에 평형상태에 있는 것으로 간주된다. 여기서 배가선량(DD)은 한 세대에서 자연 발생하는 돌연변이만큼 돌연변이 생성에 필요한 방사선의 양으로 정의된다.
• ICRP 103에서는 최근의 연구결과들을 반영하여 방사선에 의한 유전질환의 위험추정에 대해 다음과 같은 개선을 하였다.
• 그래서 2세대 위해조정 명목위험계수로 전체 집단에는 0.2x10^-2/Sv가 제안되었고, 성인 종사자에는 0.1x10^-2/Sv가 제안되었다(표 7-4).