07 방사선 생물학 - 1. 방사선 생물학 3) 세포에 대한 방사선의 효과

1. 방사선 생물학

3) 세포에 대한 방사선의 효과

(1) 방사선생물학적 세포사

• 방사선 생물학적인 관점에서는 방사선조사에 따른 세포사를 조사된 세포군집에서의 물리적인 생존여부가 아닌 세포의 증식능력 상실로 정의하기도 한다.
• 이러한 재생능력의 상실은 세포고사(apoptosis), 세포괴사(necrosis), 유사분열재앙(mitotic catastophe) 또는 유도노화(induced senescence)로 발생한다.
• 이러한 기전들은 결국에는 세포들의 물리적인 사망으로 이어지지만 상당한 시간이 소요된다. 예를 들어 mitotic catastrophe은 몇 번의 세포분열 이후에 발생할 수 있다.
• 방사선조사 이후의 세포수의 빠른 감소는 세포고사에 의한 것으로 여겨지며 빠르게 증식하는 세포집단에서는 mitotic catastrophe에 의할 수도 있다.

 
(2) 세포 생존곡선과 모델 

• 세포의 생존곡선은 흡수선량(D)을 대수 x축으로 생존확률(S)을 로그 y축으로 하여 관계를 선형-2차식으로 나타낸 것이다.
• S = e^-(αD + βD2)
• 상수 α는 생존(로그) 대 선량(선형)의 반대수 그래프에서 세포사멸에 대한 세포 감수성의 선형성분을 나타내며,
• β는 높은 방사선량에서 증가하는 감수성을 나타낸다.
• α/β비는 세포사멸의 선형 및 2차 성분이 동일한 위치에서 선량이다. 이 비는 생존곡선의 곡률을 나타낸다. 신장이나 척수처럼 느린 재생기관 계통에서와 같이 천천히 증식하는 동질적 세포집단에서 α/β비는 낮으며 반대수 그래프상 곡선은 더 휜다. 구강점막이나 장의 재생 표적세포 집단과 같이 빠르게 증식하고 이질적인 세포집단에서는 α/β비가 커지며 생존곡선은 더 직선에 가깝다.
• 알파 입자라든지 저에너지 중성자 등의 전리를 빈번히 일으키는 방사선에 의한 생존곡선은 그림 7-8의 높은 LET 선과 같이 원점에서 거의 직선이다. 이런 종류의 방사선으로 조사했을 때, 어느 특정 세포에서는 그 생존곡선이 하나의 인자, 즉 경사만으로 완전히 나타낼 수 있다.
• 엑스선이라든가 감마선 등 전리를 드물게 일으키는 방사선에서는 그림 7-8에서의 낮은 LET 곡선에서 보는 바와 같은 특징을 가진다.

 
(3) 세포에 대한 방사선 영향을 수식하는 인자
① 세포주기

• 일반적으로 S기 후반부가  가장 감수성이 낮고, G2/M기가 가장 민감하며, G1이 중간 정도이다.
• S기 후반부의 DNA 손상 복구는 비상동 재결합이 아닌 주로 상동 재결합에 의함, G1기의 펼쳐진 DNA 구조, G2/M기 크로마틴 농축으로 인한 DNA 손상 복구효소의 접근 제한성 등이 이러한 세포주기에 대한 감수성 차이를 설명하는데 도움이 될 수 있다.

② 산소 효과

• 알파입자처럼 전리를 빈번히 일으키는 경우에는 산소효과비가 1로 영향을 받지 않고 감마선, 엑스선에서는 영향을 잘 받는다.
• 방사선 치료에서 산소효과는 종양의 크기와도 밀접한 관련이 있다. 종양의 크기가 커지면 내부는 괴사에 빠지고 종양의 주변부는 저산소상태에 있게 된다. 이 주변부 종양의 저산소상태는 방사선 치료에 잘 반응하지 않는 원인이 된다. 최근에는 중성자 및 중하전 입자를 이용한 치료로 많이 개선되었다.

③ 온도효과

• 온도의 저하와 함께 방사선의 생물학적 효과가 감소된다. 이것을 온도 효과라 한다.

④ LET 및 선량률

• 전리를 일으키는 빈도에 따라 같은 선량에서도 생물학적인 영향은 달리 나타난다.
• 선량률에도 의존하며 같은 선량을 조사시간을 길게 하거나 분할하면 손상의 정도는 줄어든다.

⑤ 방호제 및 민감제

• 일반적으로 씨올(-SH)기를 가진 경우, 자유기를 소진시키는 작용을 하여 방호효과를 보이고, 민감제들은 반대의 작용을 나타내는데 저산소상태에서 증강효과가 더 나타나며, 저 LET 방사선에서만 증강효과를 보인다.
• Amifostine은 두경부암과 폐암에서 정상조직 보호를 위한 방호제로서의 좋은 임상 연구결과가 있지만, 한편으로는 일부 암에서는 암 자체에 대한 방호효과가 있다는 이견도 있다.