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방사선위험의 이해
고선량의 방사선피폭 보다는 저선량의 피폭에서 방사선위험의 크기를 정량화하기 어렵다.
지금까지는 피폭방사선량과 그에 상응하는 위험(방사선량과 건강영향)을 설명하기 위하여 원폭생존자나 암치료환자, 과피폭사례 등과 같은 고선량과 고선량률의 피폭조건에서 밝혀진 결과를 이용하고 있다. 즉, 고선량피폭의 위험도로부터 저선량피폭(“0” 선량에 까지)의 위험도까지 단순하게 선형적으로 외삽하여 사용하고 있다. 저선량의 영향이 있음을 정확하게 보여주는 자료가 없기 때문이고, 보수적으로 방사선방호를 하기 위함이다.
현재의 과학적 사실에 근거하여 저선량 방사선의 위험도를 정확하게 정량화하는 것은 매우 어렵다. 다만 작은 양의 방사선량이라 할지라도 불필요하게 그리고 과도하게 피폭하지 않도록 하여 방사선방호 목적을 달성하는 것이 가장 중요하며, 논란이 많음에도 불구하고 그 논리적 근거로 문턱 없는 선형모델(LNT 모델, Linear No-Threshold Model)을 사용한다. 이 가설은 “0” 위험의 방사선량은 없으며, 적은 양의 방사선피폭도 비록 그 크기는 작아도 위험할 수 있다는 것이다.
이익이 없으면 작은 위험이라도 감수할 수 없으며, 동시에 미미한 위험에 비하여 얻게 되는 이익이 크다면 방사선위험을 감수할 수 있음을 인식해야 한다.
Radiation Risk in Perspective (미국 보건물리학회 1996년 1월 승인, 2010년 7월 수정, 2016년 5월 수정, 2019년 2월 추가 수정)
- 미국 보건물리학회(Health Physics Society)는 입장성명서; 천연의 자연방사선량 수준과 유사하거나 작게 피폭한 사람들에 대한 건강위험(health risk)을 예측하는 것에 대한 조언;
미국인의 자연방사선(natural background radiation)에 의한 연간 평균 피폭(방사)선량(유효선량)은 약 3 mSv이다. 17년간 이면 50 mSv를 피폭하고, 평균 수명을 80 세로 한다면, 사람은 태어나서 240~250 mSv의 선량을 피폭한다.
실체적이고 설득력 있는 과학적 자료들은 (자연방사선 피폭의 다수 배수인) 고선량 피폭이 건강에 영향을 주는 증거를 보여준다. 그러나 모든 가능한 선원으로부터 피폭한 것을 합한 것이 약 100 mSv 이거나 낮을 경우, 관찰된 방사선에 의한 건강영향은 통계적으로 “0” 이다.
과학자들은 여러 가지 가정을 사용하여 방사선 위험을 평가하고 그 크기를 추정하는데, 이러한 가정들은 특정의 피폭 시나리오에 대해 가설적으로 건강위험을 예측할 때, 그 예측 값에 일정 범위를 갖게 할 수 있다.
방사선방호 목적과 방사선피폭 한도를 설정하기 위해 현재의 표준과 행위는 방사선량이 아무리 작아도 암 또는 유전 가능한 유전자손상과 같은 유해한 건강영향을 초래할 수 있다는 (의심스럽기는 하나) 전제에 근거한다. 이러한 문턱 없는 선형모델(LNT 모델)의 핵심은 유해한 영향이 피폭한 방사선량에 비례하여 발생한다고 가정하는 것이다.(NAS/NRC 2006)
그러나 기저 수준(background 방사선량)의 자연방사선량 혹은 그 근처에서 생물학적 반응의 통계적 불확실성 때문에 LNT 모델은 저선량의 방사선피폭으로 인한 미래 암 발병에 대한 신뢰할만한 예측을 할 수 없다.(NCRP 2001)
분자 수준에서의 방사선영향은 비선형적
연구결과에 의하면 선량-반응 관계는 대체적으로 비선형적이다.(Tubiana and Aurengo 2006; Tubiana et al., 2006) 상당한 양의 과학적 자료들이 LNT 모델은 선량과 반응 사이의 관계를 지나치게 단순화했음을 보여준다.
저선량에서의 선형성은 골암, 림프종 및 만성 림프구성 백혈병과 같은 특정 암의 경우에 맞지 않는다. 유전(대물림) 가능한 유전적 손상은 인간 연구에서 관찰되지 않았다.
최근의 저선량 피폭관련 연구는 DNA 복구, 방관자효과(bystander effect) 및 적응반응(adaptive response)과 같은 생물학적 반응 메커니즘이 분자 수준에서 방사선이 일으키는 변화를 조절한다는 것을 보여준다.
돌연변이를 일으킨 유전 물질 때문에 발암에 이르는 세포형질 전환은 복잡하고 다단계의 과정으로 보이는데, 이것은 LNT 모델에 반영되지 않았다.
방사선에 의한 건강상의 영향은 100 mSv 이하에서 일관되게 입증되지 않았다.
역학연구들은, 통계적으로 큰 불확실성 때문에, 100 mSv 미만의 유효선량(전신 등가선량)의 경우 방사선 위험(Risk)의 일관된 추정치를 제공하지 못했다. 분자수준에서의 선량-반응 관계는 주로 비선형 적이다. 동일한 영향에 대한 자연적 기저발생률에 비하여, 방사선피폭으로 인한 생물학적 영향의 발생률이 낮기 때문에, 100 mSv 미만의 장기선량(organ dose; 신체의 장기(臟器)가 받는 선량)에서는 방사선위험(Risk) 계수의 적용가능성이 제한된다.(NCRP 2012)
그렇다고 이 의견서에서 제시한 100 mSv에 대한 언급이, 100 mSv를 초과하는 선량에 대하여 건강영향이 잘 정립되어 있음을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 피폭한 인구, 선량률, 영향을 받는 장기와 조직, 그 외 변수 등에 따라, 100 mSv와 1,000 mSv 사이의 방사선량에서 예상되는 확률적 영향장해(발암 및 유전적 영향)에 대해서 상당한 불확실성이 남아 있다.
게다가, 역학연구는 일반적으로 직업적 또는 의학적으로 피폭한 사람들이 받는 선량을 고려하지 않는다는 점에 유의할 필요가 있다. 따라서 여기에서 언급한 100 mSv는 일반적으로 자연 방사선량 이상의 100 mSv로 해석되어야 한다.(자연방사선량 + 100 mSv)
선량률 문제
피폭한 개인 또는 인구집단의 건강영향을 예측하는 데 일반적으로 사용되는 위험도 추정치는 주로 상대적으로 고선량과 고선량률로 피폭한 인구집단(일본 원폭생존자와 그 외 피폭자집단)에 대한 역학연구결과에 기초한다. 동물, 세포 및 분자 연구는 모든 수준의 생물유기체에서 저선량률 피폭 이후의 반응이, 동일한 선량을 고선량률로 피폭했을 경우보다 적다는 보여준다.(Dauer et al. 2010) 역학연구결과들은 수년 동안 지속된 100 mSv 미만의 저선량에 피폭한 사람들의 건강에 나쁜 영향이 있음을 일관되게 입증하지 못했다.
집단선량과 방사선방호 계획
권고되고 있지 않음에도 불구하고, 여러 사회(많은 사람들이)에서 흔하게 잘못하고 있는 것은 고선량에서 유도된 위험도 계산 값을 사용하여 저선량에서의 위험도를 계산하는 것이다. 외삽을 하는 것은 방사선방호 지침을 설정하는 데 편리할 수 있다. 그러나 피폭한 대규모 인구집단에 대한 미래의 위험을 예측하기 위하여 이 외삽한 값을 전망적으로 사용하면, 작은 위험 계수가 많은 개체 수로 곱해져서 필연적으로 전리 방사선에 의한 암위험에 대하여 근거 없는 주장이 만들어 진다.(NCRP 1997, 2012)
(예를 들어 평균 0.1 mSv를 피폭한 100만명 인구의 집단선량은 100 인-시버트(man•Sv)이고, 이 경우 ICRP103 권고에 따라 명목 암발생 위험확률, 5%/Sv를 적용하면 5명의 암사망자가 생긴다는 식이다. 더구나, 현대인의 암사망률이 약 1/4인 점을 감안하면 25만 명의 암사망 인수에 5인이 추가되는 것인데, 이를 방사선에 의한 것이라고 단정할 수 없다. 250,000인과 250,005인은 통계적으로 같은 인원이다.)
대부분의 역학연구에서는 조사대상 개개인에 대한 선량측정의 불확실성이 매우 크며, 실제 선량과 선량에 대한 개인별 반응은 매우 다양할 수 있기 때문에, 인구집단의 선량(사람-시버트 단위로 표현된 개인 유효선량의 합)은 매우 불확실한 값이다. 저선량에서의 위험계수가 불확실하고, 집단선량에 대한 개인별 기여 값도 불확실하기 때문에, 결과의 불확실성은 개별 기여 값의 불확실성 보다 더 크다. 따라서 확정적으로 인구집단의 선량으로 피폭한 인구집단의 암 발병률을 예측하는 데 사용해서는 안 된다.
유효선량은 급성의 결정론적 영향에 대해서는 정의되어 있지 않다.
등가선량의 개념은 개개인에 대한 생물학적 위험이 아닌 방사선 방호 목적을 위한 인구 집단 평균 (참고 모델)에만 적용된다. 유효선량을 산출하기 위해 사용하는 방사선가중치는 확률적 영향장해만 고려하기 만들어 졌기 때문에, 유효선량은 결정론적 생물학적 영향에 적용할 수 없다. 따라서 방사선으로 인한 장기나 조직에 대한 독성(급성영향)을 평가하기 위해 유효선량을 사용해서는 안 된다.
참고
Dauer LT, Brooks AL, Hoel DG, Morgan WF, Stram D, Tran P. Review and evaluation of updated research on the health effects associated with low-dose ionising radiation. Radiat Protection Dosimetry 140:103–136(2010)
National Academies of Science/National Research Council. BEIR VII Phase 2: Health risks from exposure to low levels of ionizing radiation. Washington, DC: National Academies Press(2006)
National Council on Radiation Protection and Measurements. Uncertainties in fatal cancer risk estimates used in radiation protection. Bethesda, MD: National Council on Radiation Protection and Measurements; NCRP Report No. 126(1997)
National Council on Radiation Protection and Measurements. Evaluation of the linear-nonthreshold doseresponse model for ionizing radiation. Bethesda, MD: National Council on Radiation Protection and Measurements; NCRP Report No. 136(2001)
National Council on Radiation Protection and Measurements. Uncertainties in the estimation of radiation risks and probability of disease causation. Bethesda, MD: National Council on Radiation Protection and Measurements; NCRP Report No. 171(2012)
Tubiana M, Aurengo A. Dose-effect relationship and estimation of the carcinogenic effects of low doses of ionizing radiation: The joint report of the Académie des Sciences (Paris) and of the Académie Nationale de Médecine. Int J Low Radiat 2, 3/4(2006)
Tubiana M, Aurengo A, Averbeck D, Masse R. Recent reports on the effect of low doses of ionizing radiation and its dose-effect relationship. Rad Environ Biophys 44(4):245–251(2006)
이 자료의 최초 작성 및 등록 : 김봉환(KAERI) bhkim2@kaeri.re.kr
