RBE (Relative Biological Effectiveness)
RBE는 "시험방사선"이 "기준방사선"에 대해 얼마나 생물학적 위험도가 높은지를 나타내며 실험조건에 따라 매우 큰 차이를 보이기 쉬움.
- 기준 방사선으로 보통, 200~250keV의 X선이나 Co-60의 γ선이 사용됨.
- RBE는 여러 요소에 의해 영향을 받기 때문에 방사선 방호에 직접 사용하기는 어려움이 많음: 이 때문에 Quality Factor(선질계수)가 도입됨.
- 동일한 방사선이라도 세포의 종류, 조직의 특성, 산소 농도, Dose Rate (선량률), 그리고 어떤 생물학적 효과를 기준으로 평가하는지에 따라 값이 다름.
- 때문에 알파입자의 RBE는 어떤 실험에서는 15로 측정될 수 있지만, 다른 실험에서는 25 이상의 값이 얻어질 수도 있음.
- 따라서 RBE는 방사선 자체의 고유한 값이라기보다 실험 조건에 따라 달라지는 생물학적 지표 임.
정의는 다음과 같음:
다음과 같이 결정적 영향과 확률적 영향을 나누어서 표기하기도 함:
- $\text{RBE}_m$ : 결정적영향에 대한 RBE
- $\text{RBE}_M$ : 확률적영향에 대한 RBE
예를 들어 X선 10 Gy가 세포를 일정 수준까지 사멸시키는 효과를 나타낸다고 하자.
동일한 효과를 알파입자는 0.5 Gy만으로도 나타낼 수 있다면, 다음이 성립함:
$$
RBE=\frac{10}{0.5}=20
$$
즉, 알파입자는 동일한 흡수선량에서 X선보다 약 20배 큰 생물학적 효과를 가짐
RBE는 방사선의 Linear Energy Transfer (선형에너지전달, LET)과 밀접한 관계가 있음.
- 방사선에 의한 생물학적 효과는 흡수된 방사선의 E에 따라 다르며,
- 동일한 absorbed dose(흡수선량)이라도 LET(linear energy transfer)에 따라 효과가 달라짐.
| Radiation Type (방사선 종류) | LET (keV/μm) | RBE |
| Diagnostic X-ray (진단용 X선) | 3 | 1 |
| 10 MeV Proton (10 MeV 양성자) | 4 | 5 |
| Fast Neutron (고속 중성자) | 50 | 10 |
| Alpha Particle (알파입자) | 100 | 20 |
| Heavy Ion (중이온) | 1000 | 30 |
LET가 높을수록 RBE는 증가하는 경향이 있으나 일정 이상의 LET 이후에 오히려 감소한다.
(환경조건에 따라 다르지만, RBE는 보통 LET가 100~150 keV/㎛ 까지는 증가하며 이후 감소.)
Linear Energy Transfer (LET)
LET는 방사선이 단위 길이(micrometer)를 이동하면서 물질에 전달하는 에너지의 양(KeV)을 의미
- 일반적으로 LET가 증가할수록 DNA에 집중적인 손상을 일으키므로
- LET가 클수록 RBE도 증가하는 경향을 보인다.
- 따라서 X선과 감마선처럼 LET가 낮은 방사선은 RBE가 거의 1에 가까우며,
- 알파입자나 중이온처럼 LET가 높은 방사선은 훨씬 큰 RBE를 갖는다.
RBE와 Quality Factor와 관계
Quality Factor(선질계수) Q의 경우, LET를 바탕으로 장기 또는 조직의 특정지점의 값으로 구해짐.
- RBE는 조건에 따라 변화하는 값이므로 방사선 방호 계산에 그대로 사용하기 어려움.
- 만약 조직이나 실험 조건이 달라질 때마다 새로운 RBE를 사용해야 한다면 방사선 피폭을 평가하는 기준을 일관되게 유지할 수 없음.
- 이러한 문제를 해결하기 위해 방사선 방호에서는 Quality Factor (품질계수, QF)를 도입.
Quality Factor는 다양한 실험에서 얻어진 RBE를 종합하여 방사선의 평균적인 생물학적 효과를 반영하도록 정의한 표준 가중치임
RBE를 직접 사용하는 대신 RBE를 고려하여 표준화한 값이 바로 Quality Factor이다.
| Radiation Type (방사선 종류) | Quality Factor |
| X-ray (X선) | 1 |
| Beta Particle (베타입자) | 1 |
| Gamma Ray (감마선) | 1 |
| Thermal Neutron (열중성자) | 5 |
| Fast Neutron (고속 중성자) | 20 |
| High-energy External Proton (고에너지 외부 양성자) | 1 |
| Low-energy Internal Proton (저에너지 내부 양성자) | 2 |
| Alpha Particle (알파입자) | 20 |
| Multiple Charged Particle (다중전하 입자) | 20 |
Quality Factor를 이용하면
흡수선량을 생물학적 영향을 반영한 Equivalent Dose (등가선량)으로 변환할 수 있다.
$$
H=D\times Q
$$
참고로, ICRP60 이후 방사선 방호를 위해 도입된 Radiation Weighting Factor(방사선가중치)를 계산하는데에도 RBE가 사용됨.
2009.06.11 - [정리필요./방사선 장해방호] - 방사선 관련 단위 (선량)
방사선 관련 단위 (선량)
IRB등에 인체에 대한 방사선의 영향을 정량적으로 표현시 Sv가 주로 기재된다. 당연히 아래 내용을 알아야.... 방사선 관련 방호나 문서들을 이해할 수 있다.1. 물리량: 방사선장 단위 (Radiation Intens
dsaint31.tistory.com
Radiosensitivity (방사선감수성)
방사선에 의한 생물학적 효과는 방사선 뿐 아니라 동시에 방사선에 노출된 대상의 다음 요소에도 영향을 크개 받음:
- 생물의 종,
- 개체,
- 장기(혹은 조직),
- 세포의 종류
- 등등.
이같은 요소들에 의해 다른 정도를 나타내는것이 바로 방사선감수성(Radiosensitivity) 임.
Radiosensitivity가 높을수록
방사선에 영향을 받기 쉬움을 나타냄.
다음과 같은 세포에서 방사선감수성이 높음:
- 유사분열률이 높은 세포 (Bergonie-Tribondeau법칙)
- 분열과정이 긴 세포 (Bergonie-Tribondeau법칙)
- 형태적, 기능적으로 분화된 정도가 낮은 세포 (Bergonie-Tribondeau법칙)
- 어리고 약한 세포
- 핵의 부피가 큰 세포
- 핵의 크기가 같을 시 염색체 수가 적은 세포
- 미토콘드리아 수가 적은 세포
- 대사율이 높은 세포
또한 동일한 세포라 할지라도 세포분열주기에 따라 방사선 감수성이 다르다.
M기 > G1기, G2기 > S기
단백질 폴리펩티드 내의 아미노산 곁사슬에서의 방사선 감수성의 차이는 다음과 같다.
시스테인 > 티로신 및 히스티딘 > (알라닌 > 라이신 )
결정장기
- 방사선 감수성이 높으면서 개체의 생명유지에 필수적인 장기.
- 결정장기에 방사선 피폭시, 개체는 사망에 이를 수 있음.
결정장기의 특징은 다음과 같음
- 개체의 생존에 필수적
- 방사선 감수성 높음
- 방사선 물질이 체내 섭취시 방사성 물질이 많이 축적되는 경향있음.
같이보면 좋은 자료들
https://youtu.be/-TWkqcWJG84?si=7h--MLqaOmsHd2CS
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