방사선과 돌연변이

방사선과 돌연변이

 

방사선에 의한 돌연변이는 (1) 세포에 투과되어 (2) 세포 함유물에 이온을 발생시키는 방사에 의해 유발된다는 것을 배웠다. X선과 선은 이러한 방법에 의해 변이를 유발한다. 중성자, 전자 (B 입자) 와 a 입자(헬륨 핵) 등과 같은 아원자입자들도 이와 같다.

우리는 다양한 종류의 방사선에 의한 돌연변이의 발생을 이해하기에 앞서 다양한 노출계를 비교할 수 있는 단위계가 필요하다. 그 중 편리한 것 하나가 조직 1g 당 흡수되는 에너지의 양을 나타내는 단위인 rad이다. Rad 는 신체 전체가 동일하게 방사선에 노출될 때, 단일 세포 하나의 기관(난소 등) 또는 몸 전체에 대해 동일하게 받아들이는 농도의 단위이다(마치 바닷물의 염 농도가 한컵이나 전체 바다에서 동일하듯이). 방사선의 어떤 형태는 세포내 에너지를 전달할 때 다른 것들보다 더 효과적이다. 동일 조건으로 맞추기 위하여 rad량에 방사선 각 유형에 대한 선질계수(線質系數, Q)를 곱하는 것이 편리하다. 그 단위가 rem(roentgen equivalent man)이다. 즉 rad × Q = rem이다. X선과 선의 경우, Q는 약 1정도이므로, rad 흡수량의 크기는 숫적으로 rem 과 같다. 중성자는 Q가 5정도이고 a 입자는 약 20정도이다. 이러한 방사선 rad의 흡수량은 각각 5 rem 과 20 rem이다.

수년 동안 rem 과 millirem (mrem, rem의1,000분의 1)이 통용되었음에도 국제 방사선단위 측정 위원회(International Commission on Radiation Units and Measurements)는 rad보다 100배 이상 큰 단위인 gray(Gy)의 사용을 선호하고 있다. 또한 rem 대신 sievert(Sv)의 사용을 원하는데, 100rem은 1Sv에 해당한다. 그러나 rad와 rem 은 이미 크게 보편화되어 사용되고 있으므로 gray와 Sv로의 전환은 문제가 더 복잡하게 될 것이다(mrem 으로 표시를 한 이유도 이 때문이다). 다행히도 많은 학자들은 rad와 rem을 계속 사용하고 있으며, 우리들도 그렇게 할 것이며, 여기서도 mrem 단위로 한정해서 사용할 것이다. 방사선은 우리의 환경에 널리 퍼져 있다. 약간의 노출은 아주 자연적인 것이고 우리가 피할 수 없는 환경의 부분이다. 나머지는 현대 의학과 산업기술 발달의 결과이다.

 

방사선의 효과

미국인의 연간 방사선 노출량을 나타낸 것으로 단위는 mrem이다. 연간 노출량의 약 27%는 우주 방사선 (27 mrem), 암석과 토양(28mrem, 라돈은 제외) 및 체내 자체 (40mrem)로부터 온 것이다. 나머지의 대부분은 칼륨-40(K)으로부터 온 것이다. 칼륨은 살아 있는 물질의 기본 성분이다. 자연계에서의 칼륨 중 약 0.02% 가 방사선 동위원소인 4K의 형태로 존재한다. 살아 있는 조직은 방사활성과 비방사활성 사이의 차이를 구별할 수 없기 때문에 인체내 칼륨의 약 0.02 % (체중이 70kg인 사람은 약 1.7g 정도)가 방사활성을 띤다.

도표는 약간의 지역적인 차이를 가지는 평균값이다. 우주 방사선의 노출 정도는 해발고도가 높아질수록 증가한다. 따라서 덴버나 콜로라도 같은 지역 사람들의 연간 노출량은 50mrem에 육박한다. 미국 전역에 걸쳐 방사활성을 띠는 암석과 토양의 분포는 아주 낮다. 루이지에나에 거주하는 사람들의 경우 암석과 토양으로부터 15 mrem 정도의 영향을 받으나, 콜로라도 고원에 사는 사람들의 경우는 연간 140 mrem 이상의 영향을 받는다(덴버 시민들은 약 2배 정도).

도표에서 가장 넓은 영역을 차지하는 부분은 라돈에 의한 자연적 노출이다. 라돈은 지각 성분 중 우라늄의 붕괴에 의해 생성되는 방사활성을 띤 기체이다. 라돈으로부터 방출된 a 입자는 조직 깊숙히 투과될 수는 없기 때문에 폐에만 노출받은 양을 나타낸 것이다.

주택과 다른 건물들은 지각 아래에서 새어 나오는 라돈의 소량을 차단할 수 있다. 문제는 비와 바람을 막기 위해 창문을 설치하고 그 틈을 봉하는 것과 에너지 효율이 큰 집을 지으려고 하는 노력 등에 의해 더욱 복잡해질 수 있다. 그림에서의 200 mrem온 지질학적 요소, 통풍 상태, 오염된 건물내에서 보내는 시간의 양 등과 같은 요소들에 의해 다양한 범위의 변이를 가질 수 있다. 많은 노력으로 라돈의 양을 늘리거나 줄일 수 있다는 것이다.

우리에게 노출되는 방사선의 20% 이하는 산업기술의 발달과 의학에서 방사선의 사용으로부터 오는 것이다. X선은 병의 진단을 위해 사용되고 다양한 방사선 동위원소가 치료요법을 위해 사용되고 있다. 여기에서 보여준 평균치들은 그 이상은 아니다. 어떤 사람들은 연간 이런 방사선원으로부터의 노출이 거의 없거나 아예 노출되지 않지만, 다른 사람들은 더 많은 노출하에 있다. 다양한 의료 활동과 관련된 방사선의 양을 나타낸 것이다. TV 세트, 연기 감지기, 캠프 렌턴의 빛 방출 덮개, 담배와 같은 소비물품은 우리에게 노출되는 방사선의 아주 적은 양을 방출한다. 방사선 노출의 생물학적 중요성은 무엇인가? 이에 대한 의문은 세 가지로 나눌 수 있고, 각각에 대한 다른 답을 가지고 있다.

(1) 살아 있는 조직에 직접적 손상을 주는 것

(2) 암

(3) 어린이들에게 유전적 질병을 유발시키는 것 등은 어느 정도의 방사선인가?

 

 

방사선에 의한 질병

방사선의 과다 노출(100,000 mrem 이상)은 방사선에 의한 질병의 원인이다. 며칠 동안의 방사선 노출로 설사나 백혈구 수의 감소(감염 위험의 증가와 함께), 머리카락의 손실 등의 피해를 입는다. 이런 모든 효과는 장의 상피세포, 모낭 및 골수(혈액세포의 공급원)와 같이 빠르게 분열하는 세포의 방사선에 대한 감수성을 반영하는 것이다.