방사생물학

Radiobiology

방사선생물학(방사선생물학, 일반적이지 않은 활동생물학)은 생물에 대한 전리방사선의 작용, 특히 방사선의 건강에 미치는 영향에 대한 연구를 포함하는 임상 및 기초 의학 분야이다.이온화 방사선은 일반적으로 생명체에 유해하고 잠재적으로 치명적이지만 방사선 치료에서 암과 갑상선독성증 치료에 건강상의 이점을 줄 수 있다.가장 일반적인 영향은 노출 후 수년 또는 수십 년의 잠복기를 수반하는 암의 유도이다.높은 선량은 시각적으로 극적인 방사선 화상 및/또는 급성 방사선 증후군을 통한 신속한 사망을 야기할 수 있다.의료 영상촬영과 방사선 치료를 위해 통제된 선량이 사용된다.

건강에 미치는 영향

일반적으로 이온화 방사선은 생물에게 해롭고 치명적일 수 있지만 방사선 치료에서 암과 갑상선독성증 치료에 건강상의 이점을 줄 수 있다.

방사선 피폭의 건강상 악영향은 두 가지 일반적인 범주로 분류할 수 있다.

  • 높은 용량에 따른 세포의 사멸/오동작에 상당 부분 기인하는 결정론적 영향(조직 반응)
  • 확률적 영향, 즉 체세포 돌연변이로 인해 노출된 개인의 암 발생 또는 생식세포 [1]돌연변이로 인한 자손의 유전성 질병과 관련된 암 및 유전성 영향.

확률적

인간 건강에 대한 이온화 방사선의 일부 영향은 확률적이며, 이는 발생 확률이 선량에 따라 증가하는 반면 심각도는 [2]선량과 무관함을 의미한다.방사선 유도 암, 기형성, 인지 저하, 심장 질환은 모두 이온화 방사선에 의해 유발되는 확률적 영향이다.

가장 일반적인 영향은 노출 후 수년 또는 수십 년의 잠복기를 가진 암의 확률적 유도이다.이러한 현상이 발생하는 메커니즘은 잘 이해되고 있지만, 위험 수준을 예측하는 정량적 모델은 여전히 논란의 여지가 있다.가장 널리 받아들여지는 모델은 이온화 방사선에 의한 암 발생률이 [3]시버트당 5.5%의 비율로 유효 방사선량과 선형적으로 증가한다고 가정한다.이 선형 모델이 올바르면 자연방사선이 일반 공중 보건에 가장 위험한 방사선원이며, 의료 영상촬영이 그 뒤를 따른다.

인간 건강에 대한 이온화 방사선의 영향에 대한 정량적 데이터는 지금까지의 환자 수가 낮고 일부 영향의 확률적 특성 때문에 다른 의료 조건에 비해 상대적으로 제한적이다.확률적 영향은 흡연 습관과 기타 생활 양식 요소와 같은 교란 요인을 제거하기에 충분한 데이터가 수집된 대규모 역학 연구를 통해서만 측정할 수 있다.고품질 자료의 가장 풍부한 출처는 일본의 원자폭탄 생존자들에 대한 연구이다.체외 실험과 동물 실험은 유익하지만, 내방사능은 종에 따라 크게 다르다.

8 mSv의 단일 복부 CT에 의한 암 발병의 추가 평생 위험은 0.05% 또는 2,000분의 [4]1로 추정된다.

결정론

상세 정보:급성 방사선 증후군

결정론적 영향은 임계값 선량 이상으로 신뢰성 있게 발생하는 영향이며,[2] 그 심각도는 선량에 따라 증가한다.

높은 방사선량은 임계값 이상에서 확실하게 발생하는 결정론적 영향을 발생시키며, 선량에 따라 심각도가 증가한다.결정론적 영향은 확률적 영향보다 더 심각하거나 덜 심각한 것은 아니며, 궁극적으로 일시적인 방해나 사망으로 이어질 수 있다.결정론적 효과의 예는 다음과 같다.

전리방사선위원회의 미국 국립과학아카데미 생물학적 효과 위원회는 "종양 유도 위험이 [5]0 이하인 선량 임계값을 나타내는 설득력 있는 증거가 없다"고 결론지었다.

단계 증상 전신 흡수 선량(Gy)
1 ~ 2 Gy 2 ~ 6 Gy 6~8 Gy 8~30 Gy > 30 Gy
즉각적인 메스꺼움과 구토 5–50% 50–100% 75–100% 90–100% 100%
개시 시각 2 ~ 6 시간 1~2시간 10~60분 10분 미만 회의록
지속 24시간 미만 24~48시간 48시간 미만 48시간 미만 : (48시간 미만)
설사. 없음. 없음에서 경도 (10 % 미만) 중량 (10 % 이상) 중량 (95 % 이상) 중량(100%)
개시 시각 — 3~8시간 1 ~ 3 시간 1시간 미만 1시간 미만
두통. 경미하다 보통~중간(50%) 보통(80%) 심각(80~90%) 심각(100%)
개시 시각 — 4 ~ 24 시간 3~4시간 1~2시간 1시간 미만
열. 없음. 중간 정도 증가(10~100%) 중간에서 중대(100%) 심각(100%) 심각(100%)
개시 시각 — 1 ~ 3 시간 1시간 미만 1시간 미만 1시간 미만
CNS 기능 손상 없음 인지장애 6~20시간 인지장애 > 24시간 신속한 무력화 발작, 떨림, 운동실조, 무기력증
잠복기 28~31일 7 ~ 28 일 7일 미만 없음. 없음.
병 경도에서 중등도 백혈구 감소증
피로
약점 		중간에서 중증 백혈병
퍼부라
출혈
감염
3 Gy 이후의 탈모 		중증백혈감소증
고열
설사.
구토
현기증과 방향감각 상실
저혈압
전해질 교란 		메스꺼움
구토
심한 설사
고열
전해질 교란
쇼크 		: (48시간 미만)
사망률 신경 쓰지 않고 0–5% 5–95% 95–100% 100% 100%
주의해서 0–5% 5–50% 50–100% 99–100% 100%
죽음. 6~8주 4~6주 2 ~ 4주 2일 ~ 2주 1~2일
테이블 소스[6]

방사선 유형별

알파 입자 방출 동위원소를 섭취하면 반감기나 붕괴율이 나타내는 것보다 훨씬 더 위험하다.이는 알파 방출 방사성 동위원소가 살아있는 세포에 들어간 후 생물학적 피해를 입히는 알파 방사선의 생물학적 효과가 높기 때문이다.트랜스우라닉이나 악티니드와 같은 섭취된 알파 방출 방사성 동위원소는 평균 약 20배 더 위험하며, 일부 실험에서는 베타 방출 또는 감마 방출 방사성 동위원소의 동등한 활동보다 최대 1000배 더 위험하다.방사선 유형을 알 수 없는 경우, 전기장, 자기장 또는 다양한 양의 차폐가 존재하는 상태에서 차등 측정을 통해 방사선 유형을 결정할 수 있다.

방사선 방호에 사용되는 외부 선량량.이러한 계산 및 사용 방법에 대한 내용은 시버트 관련 문서를 참조하십시오.

임신중

태아가 성장 중일 때 태아가 더 취약하고 투여 후 암이 발병할 수 있는 수명이 훨씬 길기 때문에 태아가 성인보다 노출될 때 삶의 어떤 시점에 방사선 유도 암에 걸릴 위험이 더 크다.

임신 중 방사선 피폭의 가능한 결정론적 영향에는 유산, 구조적 선천적 결함, 성장 제한 및 지적 [7]장애가 포함된다.결정론적 영향은 히로시마와 나가사키 원폭의 생존자와 임신 중 방사선 치료가 필요한 경우에 대해 연구되었다.

임신 연령 태아기 영향들 추정 임계값 선량(mGy)
2~4주 0 ~ 2주 유산 여부(모두 또는 없음) 50 ~ 100[7]
4~10주 2~8주 구조적 선천적 결함 이백[7]
성장 제한 200 ~ 250[7]
10~17주 8~15주 심각한 지적 장애 60[7] ~ 310
18~27주 16~25주 심각한 지적 장애(위험 감소) 250 ~ 280[7]

지적 결핍은 임신 [7]10주에서 17주 사이에 1,000 mGy 당 약 25 IQ 포인트로 추정됩니다.

투영 방사선 촬영과 CT 스캔이 태아를 방사선에 노출시키기 때문에 이러한 효과는 임신 중 의료 영상에 대해 결정할 때 가끔 관련이 있다.

또,[8] 임신중의 방사선량에 대해서는, 나중에 어머니가 방사선 유도 유방암에 걸릴 위험이 특히 높은 것 같습니다.

측정.

인체는 매우 높은 용량을 제외하고는 이온화 방사선을 감지할 수 없지만, 이온화의 효과는 방사선을 특징짓는 데 사용될 수 있다.관심 매개 변수에는 분해 속도, 입자속, 입자 유형, 빔 에너지, 커마, 선량률 및 방사선량이 포함됩니다.

인간의 건강을 보호하기 위한 선량의 모니터링과 계산은 선량측정이라고 불리며 건강물리학의 과학 내에서 수행된다.주요 측정 도구는 외부 유효 선량 흡수를 위한 선량계 사용 및 섭취 선량에 대한 생체 측정의 사용이다.시버트에 대한 기사는 선량량 사용에 대한 ICRU와 ICRP의 권고를 요약하고 시버트로 측정된 이온화 방사선의 영향에 대한 지침을 포함하며, 특정 상황에서 선량 섭취의 대략적인 수치 예를 제공한다.

예탁선량은 인체에 대한 방사성 물질의 섭취로 인한 확률적 건강 위험의 척도이다.ICRP는 "내부 피폭의 경우, 예탁 유효 선량은 일반적으로 생체측정 측정 또는 기타 수량에서 방사성핵종 섭취의 평가에서 결정된다.방사선량은 권장 선량 계수를 사용하여 섭취량에서 결정된다."[9]

흡수량, 등가량 및 유효량

흡수선량은 이온화 방사선에 의해 단위 질량당 물질에 부여된 평균 에너지를 나타내는 물리적 선량량 D이다.SI 단위계에서 측정 단위는 킬로그램당 줄이며, 특별한 이름은 회색([10]Gy)입니다.비 SI CGS 단위 rad도 주로 미국에서 사용됩니다.

확률적 위험을 나타내기 위해 등가 선량 H와 유효 선량 E를 사용하고 흡수 [11]선량으로부터 이를 계산하기 위해 적절한 선량 인자와 계수를 사용한다.등가 및 유효 선량량은 시버트 또는 렘 단위로 표시되며, 이는 생물학적 영향이 고려되었음을 의미한다.이는 일반적으로 국제방사선방호위원회(ICRP)와 국제방사선단위측정위원회(ICRU)의 권고에 따른다.이들이 개발한 방사선 방호량의 일관성 있는 시스템은 첨부 도표에 나와 있다.

단체들

국제방사선방호위원회(ICRP)는 선량섭취에 대한 권장한계를 설정하는 국제방사선방호시스템을 관리한다.선량 값은 흡수선량, 등가선량, 유효선량 또는 커밋선량을 나타낼 수 있다.

이 주제를 연구하는 다른 중요한 조직은 다음과 같습니다.

노출 경로

외부의

외부 방사선원(빨간색)에 의해 조사되는 직사각형을 나타내는 개략도(노란색 표시)
피부 등 외부 표면에 존재하는 방사능 오염(빨간색)에 의해 직사각형이 조사되는 것을 나타내는 개략도. 이는 동물의 체내에 들어갈 수 있는 방사선(노란색)을 방출한다.

외부 피폭은 방사성 선원(또는 다른 방사선 선원)이 피폭된 유기체의 외부(및 외부)에 있을 때 발생하는 피폭이다.외부 노출의 예는 다음과 같습니다.

  • 밀봉된 방사성 선원을 주머니에 넣는 자
  • 우주선을 쬐는 우주여행자
  • 원격 치료 또는 완치 치료로 암 치료를 받는 사람.완두치료에서는 선원이 사람 내부에 있는 동안에도 선원이 투입된 선량을 초래하지 않기 때문에 여전히 외부 피폭으로 간주된다.
  • 방사능 먼지로 손이 더러워진 원자력 종사자방사성 물질을 흡수, 흡입 또는 섭취하기 전에 손을 깨끗이 씻는다고 가정할 때, 피부 오염은 외부 피폭으로 간주한다.

외부 피폭은 비교적 쉽게 추정할 수 있으며 방사선이 활성화를 일으키는 강한 중성자 빔인 경우를 제외하고 조사 생물은 방사능이 되지 않는다.

의료 영상 유형별

의료 영상 유형별 유효 선량
대상 장기 시험 종류 성인의 유효[12] 선량 백그라운드[12] 방사선의 등가 시간
두부 CT 단일 시리즈 2 mSv 8개월
+ (무선 콘트라스트 없음) 4 mSv 16개월
가슴 흉부 CT 7 mSv 2년
흉부 CT, 폐암 검진 프로토콜 1.5 mSv 6개월
흉부 엑스레이 0.1 mSv 10일
심장 관상동맥 CT 혈관 조영 12 mSv 4년
관상동맥 CT 칼슘 스캔 3 mSv 1년
복부 복부 및 골반 CT 10 mSv 3년
복부 및 골반 CT, 저선량 프로토콜 3 mSv[13] 1년
복부 및 골반 CT(방사능 대비 없음 + 포함) 20 mSv 7년
CT 콜로노그래피 6 mSv 2년
정맥주사형 골밀도 3 mSv 1년
상부 소화관 계열 6 mSv 2년
하부 소화관 시리즈 8 mSv 3년
척추 척추 X선 1.5 mSv 6개월
척추 CT 6 mSv 2년
극치 사지 X선 0.001 mSv 3시간
하지 CT 혈관 조영 0.3~1.6mSv[14] 5주 - 6개월
치과용 X선 0.005 mSv 하루
DEXA(골밀도) 0.001 mSv 3시간
PET-CT 조합 25 mSv 8년
유방조영술 0.4 mSv 7주

내부의

내부 피폭은 방사성 물질이 유기체에 들어가 방사성 원자가 유기체에 흡수될 때 발생한다.이는 흡입, 섭취 또는 주입을 통해 발생할 수 있습니다.다음은 내부 노출의 일련의 예입니다.

  • 정상적인 사람 안에 존재하는 칼륨-40에 의한 노출.
  • 소젖의 Sr과 같은 수용성 방사성 물질의 섭취에 대한 노출.
  • 방사성 동위원소가 약물로 사용되는 방사선 약물에 의해 암 치료를 받고 있는 사람(보통 액체 또는 알약).이 주제에 대한 리뷰는 [15]1999년에 출판되었다.방사성 물질이 영향을 받는 물체와 밀접하게 혼합되기 때문에 내부 노출이 발생하는 경우 물체나 사람을 오염시키는 것이 어려운 경우가 많다.이산화 우라늄 매트릭스 내의 핵분열 생성물과 같은 매우 불용성 물질들은 결코 유기체의 일부가 될 수 없을지라도, 폐와 소화관에 있는 그러한 입자들을 내부 오염의 한 형태로 간주하는 것은 정상적인 일이다.
  • 붕소 중성자 포획 요법(BNCT)은 종양 세포에 우선적으로 결합하는 붕소-10 태그 부착 화학물질을 주입하는 것을 포함한다.원자로로부터의 중성자는 중성자 감속재에 의해 BNCT 처리에 적합한 중성자 에너지 스펙트럼에 형성된다.종양에 선택적으로 중성자가 주입됩니다.중성자는 체내에서 빠르게 느려져 저에너지 열중성자가 된다.이들 열중성자는 주입된 붕소-10에 의해 포착되어 들뜬 상태(보론-11)를 형성하고, 이는 리튬-7과 헬륨-4 알파 입자로 분해되어 밀접하게 떨어진 이온화 방사선을 생성한다.이 개념은 암 치료를 위해 두 개의 개별 구성요소를 사용하는 이진 시스템으로 설명됩니다.각 구성 요소 자체는 세포에 상대적으로 무해하지만, 치료를 위해 결합하면 치명적(세포독성) 효과가 매우 높아집니다(5-9마이크로미터 또는 약 1세포 직경의 제한된 범위 내에서).현재 핀란드와 일본에서 유망한 임상시험이 진행되고 있다.

방사성 화합물이 인체에 유입될 때 외부 방사선원에 노출되어 발생하는 영향과는 다르다.특히 일반적으로 피부에 침투하지 않는 알파 방사선의 경우 섭취 또는 흡입 후 노출이 훨씬 더 위험할 수 있다.방사선 피폭은 일반적으로 전용 선량으로 표현된다.

역사

방사능은 19세기 후반에 발견되었지만 방사능과 방사능의 위험성은 즉시 인식되지 않았다.방사선의 급성 효과는 1895년 독일 물리학자 빌헬름 뢴트겐이 의도적으로 X선을 쬐었을 때 X선의 사용에서 처음 관찰되었다.그는 X-레이에 의해 공기 중에 생성된 활성산소인 오존에 의한 화상이라고 잘못 설명했지만, 화상 발생에 관한 자신의 관찰 결과를 발표했다.이제 몸 안에서 생성되는 다른 활성산소가 더 중요한 것으로 이해된다.그의 부상은 나중에 나았다.

의학 분야로서, 방사선 생물학은 레오폴드 프룬트가 1896년에 X선이라고 불리는 새로운 형태의 전자기 방사선을 사용하여 털 많은 두더지의 치료법을 시연하면서 유래했다.1896년 초 개구리와 곤충에게 X선을 조사한 후, 이반 로마노비치 타르카노프는 이 새로 발견된 광선이 사진뿐만 아니라 "살아 있는 [16]기능에 영향을 준다"고 결론지었다.동시에, 피에르와 마리 퀴리는 나중에 암을 치료하는데 사용되는 방사성 폴로늄과 라듐을 발견했다.

방사선의 유전적 영향(암 위험에 대한 영향 포함)은 훨씬 늦게 인식되었다.1927년 헤르만 조셉 뮬러는 유전적 효과를 보여주는 연구를 발표했고 1946년 그의 발견으로 노벨상을 받았다.

보다 일반적으로, 1930년대에 방사선 생물학에 대한 일반 모델을 개발하려는 시도가 있었다.여기서 주목할 만한 것은 더글라스 [17][18]리로, 그의 프레젠테이션에는 400여 개의 지원 [19][page needed][20]출판물에 대한 철저한 검토도 포함되어 있었다.

방사선의 생물학적 영향이 알려지기 전에, 많은 의사들과 기업들은 방사성 물질을 특허 의약품과 방사성 돌팔이로 판매하기 시작했다.예를 들어 라듐 관장 치료, 라듐이 함유된 물을 강장제로 마시는 것 등이 있습니다.마리 퀴리는 방사능이 인체에 미치는 영향이 잘 알려져 있지 않다고 경고하며 이런 종류의 치료에 반대한다고 목소리를 높였다.퀴리는 나중에 방사능 중독에 의한 재생불량성 빈혈로 사망했다.미국의 유명 사교계 인사인 에벤 바이어스는 1932년 다량의 라듐을 섭취한 후 다발성 암으로 사망했다. 그의 죽음은 방사능의 위험에 대한 대중의 관심을 끌었다.1930년대까지, 골괴사와 열성팬들의 사망 사례가 다수 발생한 후, 라듐이 함유된 의약품은 시장에서 거의 사라졌다.

미국에서는 수천 명의 라듐 다이얼 화가들이 구강암에[21] 걸렸지만 급성 방사선[22] 증후군 사례는 없었던 소위 라듐 걸스의 경험이 방사선 위험과 관련된 직업 건강의 경고를 널리 알렸다.Robley D. MIT의 Evans는 연구 분야로서 핵의학을 확립하기 위한 핵심 단계인 라듐의 허용 신체 부하에 대한 첫 번째 표준을 개발했다.1940년대 원자로와 핵무기의 개발과 함께, 모든 종류의 방사선 효과에 대한 연구에 과학적 관심이 고조되었다.

히로시마와 나가사키의 원폭 투하로 많은 방사능 중독 사건이 발생했고, 그 증상과 위험성을 더 잘 알 수 있었다.적십자병원 외과의사 닥터.사사키 테루후미는 히로시마 폭탄 테러 이후 몇 주, 몇 달 동안 신드롬에 대한 집중적인 연구를 주도했다.사사키와 그의 팀은 폭발 자체의 다양한 근위성을 가진 환자들의 방사선 영향을 관찰할 수 있었고, 이로써 증후군의 세 가지 기록된 단계가 확립되었다.폭발 후 25-30일 이내에 적십자사는 백혈구 수의 급격한 감소를 발견하고 급성 방사선 증후군의 [23]예후 기준으로 발열 증상과 함께 이 감소를 확립했다.히로시마 원폭 투하 당시 배석한 여배우 나카 미도리는 광범위하게 연구된 최초의 방사능 중독 사건이었다.1945년 8월 24일 그녀의 죽음은 방사능 중독으로 공식적으로 증명된 최초의 사망이었다.

원폭피해위원회와 방사선효과연구재단은 1946년부터 생존자와 그 후손의 건강상태를 감시해 왔다.그들은 방사능 노출이 암 위험을 증가시키지만, 또한 방사능에 노출되지 않은 생존자들에 비해 생존자들의 평균 수명이 불과 몇 달 정도 단축되었다는 것을 발견했다.지금까지 [24]생존자들의 자녀들에게서 어떤 종류의 건강상의 영향도 발견되지 않았다.

관심 분야

유기체와 전자기장(EMF) 간의 상호작용과 이온화 방사선은 다양한 방법으로 연구할 수 있다.

생물학적 및 천문학적 시스템의 활동은 필연적으로 자기장과 전기장을 발생시키는데, 이것은 민감한 기구로 측정될 수 있고 때때로 에너지의 "난해한" 아이디어의 기초로 제안되어 왔다.

실험용 방사선원

방사선 생물학 실험에서는 일반적으로 다음과 같은 방사선원을 사용한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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  24. ^ "Long-term health effects of Hiroshima and Nagasaki atomic bombs not as dire as perceived". Science Daily. 11 August 2016. Retrieved 16 Oct 2021.
  25. ^ Pattison JE, Hugtenburg RP, Beddoe AH, Charles MW (2001). "Experimental Simulation of A-bomb Gamma-ray Spectra for Radiobiology Studies" (PDF). Radiation Protection Dosimetry. Oxford Academic. 95 (2): 125–136. doi:10.1093/oxfordjournals.rpd.a006532. PMID 11572640. S2CID 8711325. Archived from the original (PDF) on 16 Jul 2020.

원천

추가 정보

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  • 에릭 홀, 방사선학자 2006년리핀콧
  • G.Gordon Steel, "기본 임상 방사선 생물학"2002년, 호더 아놀드요
  • 헬름홀츠 환경보건센터 방사선생물연구소 [1]