양날의 검 방사선,
방사선은 인체(생물)에 어떤 영향을 미칠까?
방사선에는 X선, α선(알파선), β선(베타선), γ선(감마선), 중성자 등이 있다. 이것 역시 칼의 날처럼 양면성을 가지고 있어서, 사람의 몸을 진단 또는 치료하거나 원자력 발전소에서 에너지를 내는 데 쓰일 때는 인간에게 이롭지만, 반대로 원자폭탄이나 체르노빌 핵발전소와 의 사고처럼 생명을 앗아가는 공포의 물질이 되기도 한다. 본 글에서는 인체(인간)와 관련된 것에 국한시켜 몇 가지만 설명하도록 하겠습니다.
방사선을 생물학에 응용한 방사선생물학(radiobiology)은 그 역사가 무척 오래 되었으며, 오늘도 실험실에서 동식물의 대사를 연구하기 위해 방사선 동위원소를 이용하고 있습니다. 방사선 동위원소는 주로 물질의 이동이나 물질대사의 어느 단계에서 어떤 물질이 어떻게 작용하는가 등을 밝히기 위해 사용됩니다.
방사능의 세기를 방사능이라고 하며, 방사능의 단위는 뢴트겐(R), 래드(Rad), 렘(Rem), 퀴리(Curie) 등으로 표시합니다. 같은 세기의 방사능도 피폭 거리에 따라 그 영향이 다른데, 방사능 물질에 가까이 있을수록 심하게 피폭당하는 것은 당연합니다. 문제는 우리 눈으로 볼 수 있는 광선(가시광선)이 아니기 때문에 조심하지 않으면 안됩니다.
그런데 인공방사능(핵연료)을 사용하는 원자력발전소나 핵잠수함, 핵로켓 등 과학산업 외에도, 우리는 항상 자연방사능에 둘러싸여 살고 있습니다. 우주에서 쏟아지는 우주선(cosmic rays)이 대표적인 것입니다. 그래서 고산지대에 사는 사람들이나 고공 비행을 하는 승무원들은 핵발전소에서 일하는 방사선 관리자들보다 더 많은 방사선에 노출되어 있다고 합니다. 또 다른 자연방사능으로는 지구방사능이 있는데, 이는 인산 농도가 높은 암반이나 화강암지대, 우라늄광산 등에서 나오는 것으로 미국 국회의사당(화강암)에서도 많은 방사능이 방출된다고 합니다. 또 자연계 우라늄 붕괴 산물인 라돈(radon) 같은 것은 우리가 먹는 음식물을 통해 평소에도 우리 몸을 들락날락하고 있지만, 모두가 치명적인 양은 아니기 때문에 큰 문제가 되지 않을 뿐입니다.
방사능 물질이 인체(생물)에 미치는 영향
다음은 방사능 물질이 생물에 어떻게 영향을 미치는지 살펴보겠습니다. 제일 먼저 물리적 과정으로 방사능 에너지가 생체에 흡수되고, 생체에서는 그 에너지를 받아 생화학적 반응을 일으킵니다. 그리고 생체에 영향을 미치는 생물학적 반응이 일어나게 됩니다. 가장 우려되는 생물학적 반응은 이 방사능이 생물체를 구성하는 물질을 이온화시키며 물에서 산소 유리기(O-radical)를 내게 하여 세포의 큰 손상을 입힙니다. 산소 유리기는 화학에서 말하는 발생기 산소로, 엄청나게 불안한 상태에 있기 때문에 주변(세포)의 수소를 빼앗아(조직을 파괴하여) 물이 되려는 성질을 보입니다. 그리하여 특히 DNA 합성에 장해를 일으키고 단백질이나 지질의 합성도 저해합니다.
세포나 조직에 따라 방사선에 대한 감수성이 다릅니다. 방사선에 대한 감수성이란 같은 양의 방사능에 대한 손상 정도를 말하는 것으로, 분열중인 세포나 미분화세포의 경우 치명적인 영향을 입으며, 분열의 활성이 높은 조직일수록 감수성이 높습니다. 정상세포가 종양세포(암세포)보다 감수성이 높고, 특히 림프조직 등의 면역계가 감수성이 매우 높습니다. 이런 예들은 모두 방사선이 DNA합성에 크게 영향을미친다는 것을 암시하고 있는 것입니다. 또한 신생아의 감수성이 성인 보다 300배나 높은 것도 조직의 활성이 높기 때문입니다.
세포가 방사능 에너지에 노출되면 세포를 구성하는 물의 수소원자핵이 흥분하여 고에너지 상태가 되었다가 다시 제자리로 돌아오면서 에너지를 발산하게 되는데, 이때 나오는 에너지가 세포에 큰 해를 끼치는 것입니다. 이때의 에너지양(피폭량)에 따라 사망에 이를 수도 있습니다. 강한 방사능에 노출되었을 때 급성으로 나타나는 증상으로는 골수사망, 중추신경사망, 위장관사망 등이 있는데, 이들은 공통적으로 메스꺼움(nausea), 구토(vomit), 설사(diarrhea) 증세를 보이므로 이를 'NVD증후'라고 부릅니다. 반면 천천히 나타나는 만기 증상으로는 탈모, 발암(백혈병, 갑상선암, 유방암, 폐암, 피부함), 백내장 등이 있습니다.
방사선의 이점
그래도 방사선을 잘 이용하면 인류에게 큰 도움이 됩니다. 방사선은 암의 치료에 많이 활용되고 있을 뿐만 아니라 질병의 진단에도 큰 역할을 하고 있습니다.
X-선(ray) 촬영이나 컴퓨터단층촬영(CT, Computed Tomography)이 그 예입니다. 우리가 잘 알고 있듯이 X-선촬영(X-ray촬영)은 내부기관이 겹쳐 나타나기 때문에 정밀 판독에 어려움이 있었으나, X-선을 투과시켜 생체 부분부분의 영상을 컴퓨터로 분석한 컴퓨터단층촬영(CT)은 병을 진단하는 데에 획기적인 발전을 가져왔습니다.
다음은 자기공명영상법(MRI)입니다. 이 방법은 자석을 이용하는 것으로, 인체를 강한 자장(electric field) 속에 넣으면 몸을 구성하는 물의 수소원자핵이 일정한 방향으로 배열되는데, 여기에 고주파를 발사하여 공명현상을 일으키고, 이때 나오는 에너지를 컴퓨터에서 계산하여 인체조직의 영상을 만들어낸다고 합니다.
방사선이 없는 우리의 생활은 생각하기 힘들 정도로 방사선은 이미 현대사회의 필수적인 부분이 되었습니다. 물론 그 위험성 때문에 철저한 관리가 무엇보다도 중요합니다. 가까이 할 수도 없고 멀리 할 수도 없는 '불가근불가원(不可近不可遠)'의 존재인 거 같습니다.
