방사선이 인체에 미치는 영향

직접작용과 간접작용

방사선이 세포에 조사될 때의 작용은 직접작용과 간접작용으로 나눌 수 있다. 방사선 에너지가 생체의 유기분자에 바로 흡수되어 장해를 주는 것이 방사선의 직접작용이며, 방사선이 물에 전리작용을 일으켜 생성된 이온, 유리기, 여기 분자 등이 다른 생체 구성물질을 유리기로 전환시키거나 손상을 끼치는 과정을 간접작용이라 한다. 방사선이 세포에 미치는 영향은 생체영향 측면에서 볼때 직접작용에 의한 영향이 전체 영향의 약 25%에 상응하며 나머지 75%는 간접작용을 통한 영향으로 볼 수 있다.

방사선의 직접작용

방사선의 직접작용은 방사선 에너지가 생체를 이루고 있는 분자에 직접 흡수되어 분자구조에 변화가 나타나는 것을 의미한다. 쵸적설은 방사선의 직접작용을 기초로 한 이론으로 초기 방사선 생물학에서 피폭선량과 사멸한 세포수와의 관계가 정비례 관계임이 발견되었으며 이와 같은 관계를 설명하기 위해 표적성이 제시되었다. 생체를 이루고 있는 대부분의 분자들은 분자구조가 몇 개 파괴되어도 큰 변화가 나타나지 않지만 생체조직 내에서 매우 종요한 역할을 하는 분자들이 파괴되는 경우에는 큰 생물학적 변화가 나타난다. 즉, 이러한 중요한 역할을 하는 분자들이 방사선의 표적이 된다. 이때 표적물이 될 수 있는 것은 세포 전체나 일부 혹은 세포 구성분의 일부가 될 수 있으며, 세포내 한개의 표적에 적중하여 변화를 일으키는 것을 단일 표적성 그리고 동시에 여러 개의 표적에 적중하여 변화를 일으키는 것을 다표적설이라 하며, 이 개념은 다표적설과 다적중설을 혼합한 다 표적 다적중설로 발전되었다. 방사선 피폭선량과 반응의 관계를 살펴 볼 때 문턱선량과 무문턱선량의 두 가지가 있는데, 문턱선량이 존재하는 관계는 주로 방사선의 직접작용 결과로 나타나는 현상으로 볼 수 있다.

방사선의 간접작용

방사선의 간접작용은 방사선이 생체의 특정 부위를 직접 파괴시키는 것이 아니라 물의 전리작용을 통해 다른 물질로 변화된 물질이 2차적으로 세포 기능에 필요한 다른 물질이나 구조를 변화시킬 때 일어나는 생물학적 변화를 말한다. 인체의 80%는 물로 이루어저 있는데, 생물 또는 세포가 방사선에 피폭되면 일차적으로 물분자에 이온화가 일어나면서 방사분해가 일어나게 되는데 물이 이온화 되면 물분자에서 하나의 전자가 방출되어 이온화가 일어나고, 방출된 전자는 다시 물분자에 의해 흡수되어 음이온 물분자가 형성된다. 이렇게 형성된 양이온 물분자와 음이온 물분자는 반응성이 강한 유리기를 생성한다. 1차 유리기는 반응력이 커서 2차 반응을 일으킨다. 2차적으로 생성되는 유리기는 먼 곳까지 이동하여 생체 구성물질과 상호작용을 일으킬 수 있다. 물에서는 유리기들은 서로 작용하여 열과 함께 방출된다. 생존기간이 짧아 생체에 큰 치명타를 입힐 확률이 적은 유리기에 비해 이온화 작용에 의해 생성된 과산화물은 생존기간이 월씬 길기 때문에 방사선 조사가 끝난 후에도 오랜 기간 존재한다. 과산화물은 세포 내로 확산하여 들어가면서 강한 산화제로 여러 가지 주요 물질들을 산화시켜 세포 구조를 변화시키거나 또는 단백질 및 기타 성분과 반응하여 대사 장해를 일으키는 등의 기능을 변화시키는 간접작용을 한다.

방사선의 작용 단계

물의 이온화가 일어나면 분자 수준에서 변화가 나타나고 과산화물 등의 해로운 물질이 만들어진다. 이러한 작용을 통해 세포의 구조와 기능을 변화시키는 반을이 일어난다.
1. 물리적 단계
물리적 단계에서는 생체를 이루고 있는 각종 원자나 분자들이 방사선으로부터 에너지를 흡수함으로써 일어난다. 생체를 이루고 있는 원자나 분자들은 에너지를 흡수하여 여기상태가 되고 더 나아가 이온쌍을 형성시킨다. 여기 또는 전리된 원자나 분자의 수는 방사선으로부터 흡수한 에너지에 비례한다.
2. 물리화학적 단계
생체를 이루고 있는 원자나 분자들이 여기 되거나 전리되면 이들은 화학적 변화를 야기할 수 있다. 이들은 다른 물 분자 또는 생체물질과 반응하여 새로운 물질(활성이온, 유리기, 여기분다 등)을 형성한다. 이처럼 생체의 원자나 분자 또는 물 분자에 변화가 생겨 화학변화가 일어나기 직전의 상태를 물리화학적 단계라고 한다.
3. 화학적 단계
생체가 방사선 에너지를 흡수해서 나타나는 대표적인 화학적 변화는 유리기의 형성이다. 유리기는 적자각의 최괴각에 쌍을 이루지 않는 전자가 있는 원자나 분자를 뜻하며, 쌍을 이루지 못하고 있는 전자로 인해 반응성이 크다. 거의 대부분의 방사선 생물학적 효과는 유리기의 형성으로부터 초래된다.
4. 생물학적 변화
생체 내의 화학적 변화와 생물학적 변화를 엄격히 구분하기는 힘들다. 그러나 생물학적 단백질, 효소, DNA 또는 셀룰로스와 같은 물질이 변화하여 일어나는 신진대사의 불균형을 일반적인 시발점으로 본다. 각각의 증상에 따라서 몇십 분에서 수십 년의 시간이 걸린다. 위에서 열거한 화학변화가 각각의 세포에 영향을 주는 것은 다음과 같은 형태로 나타난다.

• 세포가 조기에 사멸한다.(몇십 분 사이)
• 세포분열이 중단되거나 지연된다. 
• 영구적인 변화가 일어나서 그것이 자손의 세포에 전달된다 (수십 년이 걸릴 수 있는 경우)