선량-반응 관계에 영향을 미치는 인자

선량-반응 관계에 영향을 미치는 인자

세포의 사멸 정도와 같이 피폭한 선량이 증가할수록 생물학적 영향이 커지는 것은 당연한 일이지만 생명체 또는 세포는 대단히 복잡한 요소가 유기적으로 연계되어 활동하는 세계이므로 방사선 영향이 단순히 흡수된 방사선 에너지양에만 의존하는 것은 아니다. 방사선량에 따른 반응의 관계에 영향을 미치는 인자는 1. 피폭의 조건, 2. 세포의 환경에 관계된 인자, 3. 세포 자체에 관련된 인자로 대별할 수 있다.
피폭의 조건이 미치는 영향
-선량률 및 선량 분할 효과
살아있는 세포는 여러 가지 복구 능력을 가지고 있으므로 동일한 선량이 부여되더라도 그 선량이 시간상으로 어떻게 분포하는가에 따라 생물학적 반응은 달라진다. 선량의 시간 분포를 변경하는 한 예로 가령 1시간에 5Gy를 피폭한 경우와 5Gy를 매주 1회 0.1Gy씩 50주(약 1년) 동안 나누어 피폭하는 경우를 가상하면 당연히 그 결과가 다를 것임을 추측할 수 있다. 즉, 분자 작용모델 등에서 도출된 세포 생존곡선의 모양이 낮은 성량에서 위로 볼록하기 때문에 1회에 9Gy를 피폭한 경우에는 생존율 S1=0.003으로 되지만 동일한 선량을 1회 분할하여 4.5Gy씩 적절한 시간 간격을 두고 피폭한 경우는 S2=0.01이 되고 3Gy씩 3회 분할하여 피폭한 경우에는 S3=0.03이 된다. 즉, 분할의 효과가 간단히 생존율을 10배 높일 수 있다.

당연하지만 분할 피폭에서 피폭 사이의 시간은 중요하다. 즉, 분할 사이에 시간이 짧을수록 분할 효과는 상쇄된다. 이것은 앞선 피폭이 세포의 활성을 자극하여 후속 피폭에 대한 저항력이 증진되는 소위 적응반응과는 별개의 반응이다. 적응반응에서는 먼저 상대적으로 낮은 선량으로 조정한 다음 비교적 짧은 시간 후에 후속 고선량을 부여하는 경우가 고선량을 직접 부여하는 경우에 비해 감수성이 낮아지는 효과를 내는 것이다. 분할에서의 피폭 대기 시간은 세포가 안정을 되찾는 데에 필요한 시간이다. 충분한 시간이 지난 다음에는 준 치사선량 Dq값이 처음 조사의 경우와 같은 수준으로 회복됨을 알 수 있다. 이러한 고찰에서 낮은 선량률로 지속적으로 피폭하는 경우에는 생존곡선이 고선량률로 단일 피폭인 생존곡선의 위로 볼록한 부분의 접선을 따라 내려가는 형태로 될 것임을 알 수 있다. 이러한 현상을 종합하면 피폭하는 선량률이 불규칙할 때 선량률이 상대적으로 높은 경우와 낮은 경우에 선량에 따라 비교한다면 선량-반응 곡선의 기울기가 선량률이 높을수록 증가하게 되어 일정한 선량 준위에서 낮은 선량률과 높은 선량률 결과 사이에 1보다 큰 어떤 인자가 개입하게 된다. 이 인자를 선량선량률효과인자(DDREF)라 부른다. DDREF에는 두 가지 성분, 즉, 같은 선량이라도 선량률이 큰 쪽이 영향이 크다는 선량률효과인자(DREF)와 영향이 선량의 크기에 정비례하지 않고 높은 선량에서 가중 영향이 나타나는 고선량 효과 인자(HDEF)가 조합된 것이다. 고선량 효과는 예를 들면 선량과 영향의 선형-2차관계에서 2차 항으로 나타난다.
DDREF는 방사선의 종류뿐만 아니라 선량의 크기, 피폭 조직의 종류, 고려하는 영향의 종류에 따라 달라질 것이므로 특정한 값을 부여하기는 어렵다. 실제로 관찰된 자료를 보아도 동물실험에서는 DDREF가 2 내지 10까지의 넓은 범위에 있었으며, 방호목적으로 여러 전문기구가 책정한 값도 2에서 5까지 분포하고 있다. ICRP는 방사선에 의한 암의 증가에 대해 주된 데이터 원천인 일본 원폭 피해 생존자들이 받은 상대적 고선량-고선량률에 대해 일상적인 방사선 취급과정에서 피폭하는 저선량-저선량률의 효과는 적어도 2배 이상일 것으로 보이지만 이보다 많이 증가하지는 않을 것으로 평가하여 암 위험 평가목적의 일반 DDREF로 2를 적용 하였다.
이때 사용한 "저선량-저선량률"이란 용어는 어느 정도 낮은 것인가에 대한 명확한 정의는 없으나 ICRP 60(1990)에서는 0.2Gy의 선량과 0.1Gy/h의 선량률을 제시하고 있다. 0.2Gy의 선량은 역학적으로 암의 증가가 충분한 신뢰도를 갖고 관찰되지 않은 수준의 선량이기도 하며 마이크로 선량 계측학적으로 DNA의 규격에 해당하는 nm 범위에 복수의 방사선 작용이 발생하지 않는 작용밀도의 범위에 해당하는 것으로서 그 합리성의 근거를 둔다.
그러나 선량률이 낮아질 때 영향이 반드시 일률적으로 감소하지 않는 경우도 발견된다. 선량률이 낮아질 때 영향의 깊이가 얕아지다가 어떤 선량률부터는 다시 깊어지는 현상도 발견되었다. 이러한 현상은 세포 분열주기와 관련되는 것으로 이해되는데 어떤 선량률에서는 세포 분열 활동이 진행되어 가장 민감한 시기인 G2기에 머물게 됨으로써 감수성이 높아지는 것으로 보인다. 선량률이 더욱 낮아지면 다시 영향이 감소하여 매우 낮은 선량률이 되면 조사되는 시간에도 세포의 재생이 이루어짐으로써 일반적으로 회복 불가 반응 곡선보다도 얕게 나타난다.
LET가 높은 방사선의 경우에는 반대 수 그래프상에서 세포사멸 곡선의 위로 볼록한 부위가 없이 직선에 가깝게 나타난다. 따라서 이것을 일반 그래프지로 옮기면 아래로 볼록한 지수감소 곡선이 되고 작은 선량을 분할하여 피폭하는 경우 사멸 곡선 군의 접선은 선량률이 낮을수록 기울기가 커지는 현상이 나타나 위의 DDREF 일반 경햫과 반대 현상을 나타내게 된다. 이것을 선량률 역비례 효과라 부른다. 즉, 언제나 그런 것은 아니지만 높은 LET 방사선에 대해서는 선량이 같다면 선량률이 낮은 쪽이 더 큰 영향을 미칠 수 있다는 것이다.