저선량 피폭의 특수성과 리크비다따르(Ликвидатор)에 대한 영향(번역문)

저선량 피폭의 특수성과 리크비다따르(Ликвидатор)에 대한 영향

 

러시아 과학아카데미 •　생물화학물리연구소

서론

체르노빌 원전 사고가 초래한 파국적 사태의 특징은 방출된 방사능의 총량, 오염지역의 면적, 주민이나 사고 처리에 참가한 사람들의 대량 피폭뿐만 아니라, 사고 초기 대단히 강력한 “요오드의 타격”으로서 이전에는 절대적으로 안전하다고 생각했던 저선량 만성파폭을 수백만명이 계속해서 경험하고 있다는 점에 있다. 그로인해 저선량피폭의 작용메카니즘과 의학 • 생물학적인 영향을 밝히는 것이 방사선의 안전성기준을 확립하기 위해 필요한 기본적 문제의 하나라고 할 수 있다.

최신의 연구에 따르면 저선량 피폭은 세포에 장기간 계속해서 다양한 변화를 초래하며, 그 결과 세포기능에 변화가 발생하고 저선량 피폭으로 나타나는 과정은 고선령 피폭에 의한 것과 는 다르다는 점이 밝혀지고 있다. 저선량 피폭에서는 선량 • 효과관계, 즉 피폭량의 증가에 동반하는 효과량의 변화 방식이 직선형과는 현저하게 다르며, 그로인하여 고선량 피폭에서 얻을 수 있는 결과를 그대로 적용하여 추정하여(소위 외삽법, extrapolation) 저선량 피폭 리스크를 평가하는 것은 타당하지 않다.

이러한 사정에서 체르노빌 사고 이전의 방사선생물학은 사고가 초래할 수 있는 건강영향을 예견할 수 없었으며, 아울러 아이들이나 성인에게 질병증가에 대한 유효한 예상수단을 채택할수도 없었다.

본고에서 서술한 수 년 동안의 의학적인 조사와 기초적인 연구 결과는 지금까지 절대적으로 안전하다고 주장한 저선량 피폭에 대해 우리의 관점에도 변화를 초래했으며, 또한 원자력산업이나 방사성폐기물매설 등의 문제에 대한 태도에도 변화를 시키고 있다.

 

리크비다따르의 건강상태에 대한 지금까지의 자료

구 소련최고회의의 체르노빌 사고조사위원회 활동을 통해서, 리크비다따르(사고처리작업)에 종사한 사람들, 방사능 오염지역에 거주하는 아이들과 어른들의 건강상태에 대해 다양한 의료기관으로부터 보고를 입수했다. 상세한 내용은 [체르노빌 원전 사고 ; 원인과 결과]의 제2권 1에 나타냈다.

본고에서는 그러한 보고의 기본적인 결과에 대해 간단하게 서술해 놓는다. 1986~1990년 기간중의 모든 리포트에는 방사능 오염 구역에서의 작업 후에 리크비다따르에게 관찰된 건강상태의 변화를 보고하고 있다. 예를들면 생트페테르베르크의 군의학 아카데미병원에서는 수천명의 리크비다따르의 검사를 시행했다. 체르노빌에서의 작업 후에 그들에게 나타난 질병 중에 가장많은 것은 고혈압증(20.85), 만성위염(14%), 신경계실조(12.2%), 허혈성심장질환(3.7%), 만성간염(1.8%), 만성기관지염(1.8%), 담즙관장애(1.2%) 등이었다. 군의학아카데미에서는 모든 리크비다따르의 건강상태에 대한 사고이전 몇 년간에 대해선 알수 있는 정보가 있었기 때문에, 이들 데이터의 신뢰성은 극히 높았다. 모스크바 연구소(러시아 보건성 • 진단치료연구소, 비뇨기관연구소)도 또한 군대에 동원된 리크비다따르로서 작업에 참여했던 사람들을 조사했다. 가장 빈번하게 나타난 질병은, 내분비 • 신경계, 심장순환기계, 소화기계. 근골격계, 남성생식기계 등의 장애 였다. 장기간의 갑상선기능 관찰에서는 조사한 사람들의 10%에서 기능변화가 나타났다.

 

아르메니아 공화국 보건성의 방사선의학연구소에서는 약 1,100명이 리크비다따르가 등록하였으며, 건강상태의 추적조사를 실시했다. 1987~1990년의 관찰결과는 신경계 질환의 증가경향(1987년에 31%, 1990년에 51%)를 나타냈다. 또한 소화기계나 호흡기계 질환도 증가했다. 나아가 리크비다따르의 면역상태에는 규칙성을 가진 변화가 발생했다. 세포 면역력이 분명하게 저하하였으며, 이는 T세포성 면역저하가 관련되어 있다.

우크라이나 국가등록에는 18만명의 리크비다따르가 등록했다. 내분비계와 면역계의 질병이 특히 남성에게 매년 현저히 증가했다. 1990년의 남성 유병률은 1988년에 비해 3.7~7.1배가 되었다. 혈액 • 조혈기관의 질병은 남녀 함께 증가했으며, 1990년에는 1988년의 5배가 되었다. 신경계와 순환기계의 질병은 1988년의 2~3배 증가했다.

당시 의사들이 피폭량 10~20센치글레이의 리크비다따르들에 대해 피폭의 영향을 보여줄 수 없었던 점에 주의할 필요가 있다. 많은 경우, 25센치글레이 이상을 받은 리크비다따르 그룹에서는 상당히 큰 유병률이 지금까지 서술한 질병으로 인정된다. 그러나 리크비다따르 전체적으로는 명백한 선량 • 영향관계를 나타내지 않는다. 리크비다따르에 대한 당시의 가장 큰 정보원은 소련시대에 설립된 전소련의 지역등록으로 이 자료에는 러시아, 우크라이나, 벨라루시의 리크비다따르 22만 6,900명을 포함했다.2) 전소 지역등록 데이터에 의하면 리크비다따르의 전체 유병률은 개별 국가든 CIS(독립국가공동체) 전체이든 통계적으로 유의하게 증가했다.(1.5배~2배) 다음의 5가지 질병에 대해선 피폭량과의 상관성을 인정 하고 피폭량 30센치글레이 이상의 그룹 유병율은 피폭량 0 ~5센치글레이 그룹이 값보다도 유의하게 컸다. 1) 신경계 질병, 2) 정신장애, 3) 혈액 • 조혈기관의 질병, 4) 소화기계의 질병, 5) 자율신경실조증

이 당시 의료당국은 피폭이 리크비다따르의 건강상태에 악영향을 초래한다는 점을 받아들이지 않았다. 유병률이 원래 증가했다기 보다, 당시까지 분명하지 않았던 질병을 다만 확인했을 뿐이라고 설명했다. 혹은 건강상태의 변화는 모두 “방사선공포증”, 즉 실제 피폭과는 관계없는 정신적 스트레스의 결과라고 주장했다.

글나 최근 러시아 국가방사선 역학등록 데이터에서는 리크비다따르나 피폭주민에게 다양한 종류의 질병 증가를 기록하고 있다.3) 우선 첫째로 주목하는 것은 암이 일관해서 증가한 결과, 1900년에 10만명 당 151건이었지만, 1991년에는 175건, 1992년에는 212건(같은 해의 러시아 남성 전체의 데이터를 리크비다타르의 연령 구성에 맞춰 비교한 값은 128건), 1993년에 233건(동 140건)이었다. 리크비다따르의 암 발생률은 러시아 전체의 값과 비교해서 1993년에는 65%이상 많았다.

리크비다따르의 내분비계 질병은 대조군과 비교해서 18.4배, 정신장애는 9.6배, 순환기계 질병은 4.3배, 모든 질병에서는 1.5배였다. 표1에 나타난 바와같이, 리크비다따르에게는 다양한 질병 유병률이 증가하고 있다.4)

체르노빌 사고의 영향을 받은 사람들의 대부분에서 면역계통의 변화가 확인된다.5) 이런 변화는 주로 면역계통의 중심기관인 흉선과 흉선 안에서 발달하는 T림프구에 관계한다. 이러한 세포기능이 손상되면 바이러스나 미생물에 대한 방어, 종양에 대한 저항성, 면역반응의 균형유지라는 기능에 손상이 오고, 영향은 광범위한 형태로 발생한다. 피폭한 사람들의 혈청속에 있는 흉선호르몬 양은 평균의 3분의1 내지 5분의1로 감소하고, 그에 수반하여 T림프구의 방어기능도 3분의1에서 4분의1로 저하한다. 피폭을 경험한 사람들에게는 면역력 저하가 발생하기 쉽고, 그결과 면역에 의한 방호기능도 저하하며, 그것이 암이나 감염증의 증가로 연결된다. 체르노빌 사고의 피해자에게는 노화시에 나타나는 면역력의 변화가 확인된다.5)

이상에서와 같이 리크비다따르의 건강에 심각한 변화가 발생한다는 점은 의심의 여지가 없다. 그러나 질병증가의 원인에 대해서 과연 피폭의 영향으로 인한 것인가, 혹은 사고지역에서 근무한 것에 수반한 정신적 문제인 것인가에 대해 지속적인 논의가 있었다. 리크비다따르나 아이들의 갑상선 암에 대해서는 국제기구(WHO & IAEA)도 현재는 주요 원인은 사고직후의 요오드 131에 의한 피폭으로 인정하고 있다. 그러나 갑상선 이외의 질병에 대해서는 사람들의 정신적 심리적인 반응에 따라 발생한 것으로 판단한다.

 

쥐를 이용한 저선량 조사(照射)실험

방사선피폭은 다양한 반응의 직접적인 원인인 될 뿐 아니라, “스트레스”요인인 것도 대체로 인정된다. “스트레스”의 정도에 대해선 아마도 직접적인 효과와 같으며, 방사선량이나 선량률과 관련있을 것이다. 그러나 세포사망, 세포변이, 1개의 사슬이나 2개의 사슬에서 DNA 손상, DNA • 단백질 결합 등에 대한 선량 • 효과관계에 대해선 많은 연구와 조사가 있는 것에 비하여 피폭스트레스에 대해서는 거의 연구가 진행되지 않고 있다.

우리는 장기간, 다양한 스트레스 요인에 대해 생체가 나타내는 “산화스트레스”연구를 지속했다. 거기서 우리는 “산화스트레스”나 “기타 생화학적 혹은 생물물리학적인 지표를 이용하여 방사선 피폭이라는 스트레스 요인의선량 • 효과관계 및 방사선량률에 대한 의존성을 밝히기 위한 연구에 착수했다. 우리가 착목한 검사지표(파라미터)는 세포나 생체기관에서 산소활성, 지질산화도나 항산화상태에 대한 것이다. 왜냐하면 이러한 파라미터의 변화가 질병의 원인, 질병의 중증도, 치료가능성, 악성도 진단, 방사선 장애, 신경계 장애, 당뇨병, 순환기계 질병, 호흡기계 질병, 소화기계 질병 등의 특징으로서 나타나기 때문이다.6, 7)

구체적으로는 마우스에 감마선을 조사하여, 간장과 림프구의 DNA 알카리 용액으로의 용출속도 : 비장 DNA의 중성용액으로의 용출과 그 질산셀룰로우즈필타(CN필터)에의 흡착특성 및 (전자상자성 공명(EPR)의 완화시간 측정에 기초한 지질의 미소영역점성이라고하는) 핵막, 미토콘드리아막, 시나프스막, 적혈구막, 백혈구막과 같은 생체막의 구조특성에 대한 실험을 시행했다. 또한 세포기능에 대해서는 알돌라아제(Aldolase, 당 대사와 관련된 효소 중 하나)와 유산탈수 효소의 활성 및 이들 아이소자임(Isozyme 같은 기능을 가진 효소로서 구조가 조금 다른 것)의 형태 ; 아세틸콜린에스테라제(Acetylcholinesterase, 신경전달물질인 아세틸콜린을 분해하는 효소), 초산화물불균화효소(SOD, 초산화물이온 o2-를 줄이는 반응을 촉매하는 효소), 글루타티온 산화효소(Glutathione, 글루타티온은 생체내의 산화환원 반응에 관계하는 세포내물질)라는 효소이 활성 ; 초산화물 이온래디컬의 생성속도 ; 상기 각종의 생체막에 포함된 지질의 조성과 항산화상태 ; 및 기타 손상요인이 세포, 생체막, DNA, 각종기관에 미치는 효과라는 검사를 실시했다. 8~14)

검사를 시행했던 모든 파라미터에서 두 가지 산을 가진(bimodal)선량 • 효과관계를 확인했다. 즉 방사선량과 함께 방사선의 효과 우선 증가하면서 저선량의 최대치에 이르러 효과가 감소하는(어떤 경우에는 마이너스 쪽까지 감소하고), 그후 다시 방사선 선량의 증가와 함게 효과가 증가하는 관계를 나타냈다. 예를들면 그림 1은, 6센치글레이/일 의 선량률에서 쥐를 감마선에 조사한 실험에서 얻은 비장DNA의 CN필터에 흡착비율(그림중의 2)에 관한 데이터와 간장세포의 핵막에 포함된 지질의 미송영역점성(그림중의 1)을 전자상자성공명 완화시간(τ1)측정으로 조사한 데이터이다. DNA의 구조특성(CN필터로의 흡착비율)과 핵막지질의 미소영역점성은 함께, 조사선량과 함께 극단적인 변화를 보였으며, 6~12센치 글레이의 선량에서 최대치가 되었다. 6센치글레이의 선량에서 나타나는 효과의 크기는 그것보다 20~30배나 큰 선량에서의 효과에 필적하는 것에 주의해야 한다.

그림 1. 방사선 조사후 쥐에서 나타나는 비장DNA이 CN필터로의 흡착비율

 

저선량역에서 산의 높이값과 최대값에 대응하는 선량은 연구대상으로 삼고 있는 지표의 성질과 선량률에 의존한다. 그림 2의 데이터는 선량률이 좀더 작은 조건(6센치그레이/일)에서 게놈구조와 핵막변화를 조사한 실험결과이다. 그림1과의 비료에서 분명한 바와같이, 조사선량률을 내리면 최대값을 나타내는 선량이 저선량 쪽으로 변한다. 이처럼 산의 위치의 변화는 검사한 파라미터에서 공통적으로 관찰되는 현상이다.

중성용액에 DNA를 용출하여 CN필터로의 흡착특성을 조사한 실험결과는 게놈의 구조에 변화가 발생했다는 것을 나타낸다. 나아가 제한효소를 사용하여 DNA염기서열의 특성을 조사할 수 있다.15) 그림 2에서 나타난 바와같이 0.6센티그레이/일의 조사선량률에서는 비장DNA의 CN필터로의 흡착비율(그림 2의 1)은 1.2센티그레이의 선량에서 최대값을 나타내며, 5.4센티 그레이에서는 대조9선량 제로)적으로 변화하지 않는다.

쥐의 비장 DNA배열을 제한효소 EcoRI를 사용하여 조사분석한 결과에서도 DNA사슬의 염기서열에 반복하여 나타나는 부분인 MIF-I의 양의 변화(그림 2의 2)를 확인하고 이 결과도 게놈에 구조변화를 일으킨다는 점을 나타낸다. 이런 파라미터의 선량 • 효과관계는 선량률의 감소와 함께 산의 위치가 낮은 쪽으로 이동했고, DNA의 CN필터 흡착특성과 아주 비슷했다. 방향은 반대이지만, 림프구 DNA의 알카리용액으로의 용출속도(그림 2의 3)도 1.2센티그레이에서 최소값이 되어 유사한 패턴을 나타내고 있다.

 

그림 2. 조사후의 마우스에서 관찰된 각종 파라미터의 선량 • 효과관계(조사선량률 0.6센티그레이/일)

 

핵막지질의 미소영역 정성을 조사한 전자상 자성공명측정용 프로브(검사단자)는 막의 두 가지 상(막의 소수영역(1)과 친수영역(2))에 놓여있었다. 지질의 미소영역 점성을 지표로 하는 핵막의 구조특성(그림 2의 4와 5)는 2.4센티그레이의 선량에서 극값을 나타내지만, 두가지 프로브(4와5)에서는 미소영역 점성의 변화 방향은 상호간에 반대였다. DNA의 구조특성(CN필터로의 흡착)의 경우와는 달리, 이 막의 두 가지 상에서의 미소영역 점성은 6~9.6센티그레이의 선량에서 대조(선량 제로)와는 현저하게 달랐다.

DNA의 구조변화와 막의 구조변화에 관한 이상의 실험결과는 선량률이 작은 실험에서 산의 위치가 동일하게 이동하는 것을 밝혀주고 있다. 그림3의 데이터는 쥐의 적혈구 막을 대상으로 그 지질에 미소영역 점성의 변화를 조사한 것이다. 지금까지의 모든 경우와 동일하게 저선량역에서 최대값이 나타난다.

 

그림3

 

세포기능의 활성을 평가하기 위해, 조사한 동물의 세포막과 세포질에 있는 몇가지의 효소에 대해 그런 효소가 관계하는 반응의 속도 파라미터를 조사하는 실험을 시행했다. 효소반응의 속도 파라미터의 변화는 1.2~2.4센티 그레이의 선량에서 이미 관찰되었다. 게다가 1.2 센티그레이의 선량에서 나타난 속도 파라미터의 변화는 오랜시간 유지되었다. 또한 효소기능의 균형혼란으로서, 유산탈수소효소와 알돌라아제에서는 그런 아이소자임의 상대비의 변화를 확인했다. 표2는 초산화물 불균화효소(SOD)와 그 기질(효소반응을 받는 물질, 이경우는 초산화물 이온래디컬)의 상호관계의 변화자료이다. 이상의 내용도 저선량조사에 동반하는 세포기능의 활성에 대한 선량 • 효과관계가 비 직선적인 것임을 나타내고 있다.

 

표2

 

중요한 것은 저선량 조사 후에 개별 생체고분자, 세포, 기관의 다양한 손상요인에 대한 감수성이 변화하고있는 것이다. 예를들면 마우스에 저선량조사를 시행한 우리의 실험에서는 적혈구의 용혈반응(적혈구의 펑크)는 증가하고, 신경전달물질, 흥분제, 억제제에 대한 감수성도 변화를 나타냈다. 또한 저선량 조사후에는 정상적인 조사, 2회째의 조사, 방사선효과증강제나 방사선방호제에 대한 감수성도 변화를 나타냈다.

저선량 조사 후, 6,7,8 그레이라고하는 큰 선량에서의 2번째 조사를 시행한 동물의 비장과 골수세포를 지금까지와 동일한 방법으로 조사했다. 저선량에서 일단 조사된 세포는 두 번째의 조사에 대해서는 다른 감수성을 나타냈다.16)

저선량 조사의 장기적 효과를 예측하기 위한 기초 자료를 얻을 목적으로, 조사후의 초기효과의 시간변화를 생체고분자 수준에서 조사했다. 쥐를 저선량으로 조사하고, 조사정지 후의 27일간, DNA나 막의 구조특성 변화, 또한 효소반응의 속도 파라미터의 변화를 관찰했다. 모든 생체고분자 구조변화는 조사후에 비직선형의 변화를 나타냈으며, 서서히 제로선량 수준으로 돌아가는 경향을 나타냈다.

그림 4는 쥐를 1.2 센티그레이에서 조사한 후, 비장DNA의 CN필터로의 흡착득성과 핵막지질의 미소영역 점성에 대한 시간변화 자료이다. 전자상 자성 공명프로브1의 조사후의 변화(2의 선)는 프로브 2의 변화(3의 선)보다도 크고, 선량 • 효과관계를 관찰한 경우(그림 2)와 같이 DNA구조의 변화와는 반대보고의 변화를 나타냈다.

 

그림 4

 

이러한 실험결과는, 조사과정에서도 조사 후에도 저선량 조사에 의해 막에 발생하는 과정과 게놈에 발생하는 과정이 상호간에 밀접한 관계가 있다는 점을 나타내고 있다.

저선량 영역에서 볼록을 나타내는 비직선적인 선량 • 효과관계는 생체물질에 대한 소낫ㅇ이 시작되는 선량과 수복시스템이 작동을 개시하는 선량관의 사이에 갭이 있다는 아이디어에서 설명할 수 있을 것이다.(그림 5의 A) 이런 관계에서는 수복(적응)시스템이 충분히 기능하지 못하는 최초의 선량역에서는 조사효과는 선량과 함께 커지며, 수복시스템이 강력하게 작동하게 되면 조사효과는 적어질(혹은 동일한 수준에 머문다.) 때에는 조사효과가 없어져 버리거나, 혹은 효과가 마이너스 쪽까지 진행해버린다. 나아가 선량이 오르면 손상작용이 수복작용을 앞질러 다시 조사효과가 증가한다.(그림 5의 B) 이런 관점을 지지하는 일련의 실험사실에도 불구하고, 저선량률 내지 저선량영역에서의 선량 • 효과관계의 메커니즘에 대해서는 최종적인 결론에는 아직 도달하지 못했다. 이런 현상에는 다른 설명도 가능하다. 예를들면 저선량률의 조사에 대해서 특히 민감한 세포의 일군이 존재한다는 설17)이나 기타 아이디어가 있다.18, 19)

 

그림 5

 

한편 조사선량률이 적어지면 세포전체의 손상에서 막의 역할이 상대적으로 커지고, 막의 손상과 관련한 세포내막 구성요소의 변화에 새로운 현상이 발생하는 것을 고려해야만 한다.

저선량역에서 조사효과를 해명하기 위해서는, 선량 • 효과관계와 조사선량률의 역할을 밝혀주는 것이 대단히 중요하다. 그러나 볼록 형이라는 비직선형태의 선량 • 효과관계에서, 조사선량률의 역할을 밝히는 것은 대단히 어렵다.

이런 문제를 조사하기 위해, 몇가지 조사효과 파라미터를 선택해서, 조사선량률을 10배 변화하여 영향을 조사하는 실험을 실시했다. 선량률의 변화에 수반한 효과를 이하의 4가지 지표에 대해 비교해 보았다.

1) 선량 효과관계의 최초의 시작부분에서의 단위선량(센치 시버트)당 효과

2) 선량률이 다를 때에 동일한 효과가 나타나는 선량

3) 저선량의 볼록부분에서의 최대값(최소값)

4) 저선량의 볼록부의 최대값(최소값)을 나타내는 선량과 그것에 이르는 시간

표3에 나타낸 것은 CN필터에 흡착한 DNA의 비율, 적혈구막지질의 미소영역 점성（τ1), 적혈구막지질의 MDA(마론산디알드레히드, 지질산화물이 분해가능한 물질의 하나)를 관찰한 데이터이다.

 

표3.

 

표3에서 밝혀진 바와 같이, 선량률이 적어지면 10밀리시버트 당 효과는 커지고, 같은 효과를 발생시키는 선량도 적어진다. 그리고 착목한 파라미터의 저선량 볼록의 최대값은 감소한다.

막지질의 산화반응에 대해, 직선적으로 관여(MDA) 혹은 간접적으로 관여（τ1)하고 있는 파라미터의 변화가, 선량류의 변화와 반대가 되는 사실은 조사에 수반하는 과산화물 생성의 이론적 계산이 선량률과의 역존성을 나타내는 것을 생각하면 놀랄만한 일이 아니다.20)

이러한 데이터 전부는 저선량조사에 대한 생체 반응이 선량, 선량률, 조사개시부터의 시간의 함수인 것을 나타내고 있다.

지금까지의 결과는 이화와 같이 정리할 수 있다.

1) 검사를 시행한 모든 파라미터는 저선량에서 비직선적인 선량 • 효과관계를 나타냈다.

2) 저선량 조사로부터, 생체고분자, 세호, 기관, 생물이 갖고 있는 손상요인에 대한 감수성에 변화가 생긴다.

3) 조사후의 효과는 장기간 계속한다.

4) 많은 파라미터에서 선량률의 변화와는 역방향의 의존성이 있다.

5) 저선량률의 조상에서는 막기능의 변화가 방사선효과에서 중요한 역할을 수행한다.

저선량 조사로부터 산화 “스트레스”에 관계하는 모든 파라미터가 변화하는 것을 실험데이타는 나타내고 있다. 저선량에서의 스트레스 반응의 수준은 그것보다 20~30배나 큰 선량에서와 같은 정도이다. 선량 • 효과관계는 단조로운 변화를 나타내지 않고, 직선적인 것이 아니다. 이러한 선량 • 효과 관계의 패턴은 체르노빌 사고의 리크비다따르나 피폭주민에게 발생하는 다양한 질병의 원인규명에서 고려해야만 할 것이다.

피폭한 사람들에게서 질병의 원인이 되고 있는 것은 정신적 • 정서적인 스트레스가 아니라, 저선량률 피폭에 수반한 스트레스 요인인 것이다.

 

리크비다따르의 혈액검사결과

다양한 피폭집단에 공통적으로 인정할 수 있는 규칙성은 무엇인가 라는 문제해명은 대단히 흥미깊은 것이다. 그러나 이런 문제에 대해 정량적인 결론을 이끌어낼 만큼의 수준에서 실시된 역학조사는 대단히 적다. 그리하여 우리는 체르노빌 리크비다따르의 혈액을 이용한 세포와 세포질의 항산화상태에 대한 조사를 실시했다.

1986~1987년에 작업에 종사한 리크비다따르 104명과 지금까지 방사선과 아무런 접촉도 없었다고 기록된 34명(대조군)을 대상으로 지질산화반응 조절시스템에 대한 방사선 효과를 조사했다.

리크비다따르의 검사는 질병의 유무와는 관계없이 실시했다. 1992~1993년의 정기검진 시에 시행했다. 검사한 리크비다따르는 모두 건강하다고 판단했지만, 그들의 상당수는 검사 시에 피곤, 초조감, 두통, 감기에 쉽게 걸린다고 말했다. 대체로 일상적인 증상이라고 할 수 있다.

리크비다따르와 대조군의 평균연령은 각각 43세와 45세로 거의 동일했다. 검사방법으로는 잘알려진 표준적인 생화학적, 생물물리학적 방법을 이용했다. 21~26) 혈액 샘플은 공복시인 아침에 검사대상자의 정맥에서 채취했다. 검사로 얻은 지질산화반응조절시스템(생체의 항산화상태)에 대한 각 파라미터의 검사결과를 표4에 제시했다.

 

표4.

 

검사 데이터의 통계적 해석에는 스튜덴트 검정, 윌콕슨검정(Wilcoxon), 맨휘트니(Mann–Whitney) 검정, 코르모고로프(Kolmogorov)검정, 기호검정, 맨할레노비스(Mahalanobis)의 다변량거리검정(호텔링Hotelling의T 통계량)의 혈청 속 농도와 환원형 글루타치온이 리크비다따르와 대조군에서 유의한 차이를 나타냈다. 또한 항산화 단백질인 글루타치온 산화효소와 세룰로프라스민(ceruloplasmin)과 혈정 속 지질의 불포화도에도 유의한 차이를 확인했다.

적혈구막 검사에서는 지질산화 프로세스의 부산물(malondialdehyde, MDA)의 양, 막지질의 미소영역 점성, 지질의 불포화도가 대조그룹과 유의한 차이를 나타냈다.

 

표4.

 

이러한 검사결과는 다양한 수준의 방사선피폭을 받은 사람들에게, 피폭 후 장기간(피폭후 5~6년)지질산화반응의 조절시스템에 변화가 남아있는 것을 나타낸다.

생체의 막이 세포대사를 조절하기 위한 물리화학적 기능을 갖고 있다는 점은 잘 알려져 있다. 대사조절 시스템에 관계된 지질의 과산화래디컬의 발생, 항산화물질, 지질의 조성, 막지질의 유동성(미소영역 점성), 막에 있는 단백질 수용체, 많은 효소, 기타 특수 단백질 등이다. 통상의 조건에서는 이러한 파라미터의 전부는 구조적으로나 기능적으로 상호간에 관계하고 있으며, 하나의 파라미터의 변화가 다른 변화를 촉발시킨다.(그림 6) 상호에 길항하는 상관성(지질산화의 속도가 올라가면 산화저항성 파라미터도 커진다. 혹은 그 반대 관계)은 상호의 파라미터를 변화시켜 세포대사의 균형을 유지하고, 환경변화나 손상요인에 대한 세포, 기관, 생체에서의 적응반응으로서 기능한다. 이러한 조절시스템의 대응시간(혼란 요소의 출현에 대해 시스템이 대응하는 기준시간)은, 조직(생체, 기관, 막)에 의존하고, 100초에서 1만초 정도이다. 각 파라미터의 상관성이 없어지거나 변화하는 경우, 혹은 손상요인이 장기간에 걸쳐 작용하고 있는 경우에는 이러한 시스템은 통상적인 상태로 돌아가지 못한다. 막의 지질산화 반응조절시스템은 세포중의 다른 조절시스템과 상호 관계하면서, 손상요인에 대한 세포의 저항성에 기여하며, 면역계, 노화과정, 종양의 발생과 성장, 순환기계 질병의 진전, 신경 • 정신계 장애 등과도 관계하고 있다. 6)

이미 서술했던 바와같이 방사선 조사에 의해 후리래디컬의 농도가 증가하고, 항산화 물질이 감소하며, 지질에 레시틴(lecithin)과 스핑고미엘린(Sphingomyelin)의 농도가 많아져서, 지질은 보다 견고해지며(미소영역점성이 커진다)증가하며, 반대로 막의 친수성영역은 부드러워지게 된다. 초산화물 불균화효소(SOD), 글루타티온의 산화효소, 글루타티온 환원효소의 활성도 변화한다. 각 파라미터의 상관성 파괴는 조사효과의 후방 단계에서 발생하고, 항산화상태를 나타내는 파라미터가 상호에 역방향으로 변화하거나, τ1과τ2가 상호에 동일한 방향으로 변화한다는 현상이 발생한다. 정상적인 경우에는 항산화 파라미터는 병행하여 변화하고, τ1과τ2의 변화는 역방향이다.24)

방사선장애가 발생하는 수준에서 비교하는 수십분의1의 피폭밖에 경험하지 않은 리크비다따르들을 대상으로, 적혈구의 지질산화조절 시스템에 어떤 변화가 일어나고 있는 것인를 확인하는 것은 중요한 의미를 갖는다. 조절시스템의 각 파라미터 간의 상관성에 관한 지금까지의 실험데이터를 고려하고, 프리래디컬 농도증가, 용혈 강화, 항산화물질 농도 저하, 막지질의 견고함 증가라고 하는 변화가 예상된다.

표4에 나타난 결과에서는 예상한대로 리크비다따르의 혈액샘플에서 천연 항산화제인 비타민 E와 항산화물질인 셀룰로프라스민(ceruloplasmin)의 농도가 감소했고, 프리래디컬이나 마론디알데히드(malondialdehyde, MDA)가 증가했다. 또한 막 2 개의 한쌍 지질의 점성은 동일한 방향으로 변화(τ1과τ2가 증가한다.)를 나타냈다. 이런 요소들 모두는 리크비다따르의 생체조직에서 항산화상태로 변화가 발생했다는 점을 나타낸다.

방사선 피폭의 영향을 논의하기 위해서는 피폭량과의 관계를 밝히는 것이 중요하다. 그러나 역시 검사한 리크비다따르들이 체르노빌 원전사고구역에서 경험한 피폭량에 대한 정확한 정보가 없기 때문에 직접적인 선량측정 결과를 이용해서 검사데이터를 해석할 수 없었다.

이로인하여 항산화상태에 대한 검사와 병행하여 조사대상자 전원에 대한 혈중임파구의 염색체이상을 조사했다.(세포분열 중기에 있는 배양림프구를 관찰하는 표준방법) 대상자 1인당 대체로 300개의 세포분열 중기를 관찰하고, 모든 염색체이상의 수, 2동원염색체나 환상염색체라고하는 염색체이상의 수를 조사했다.

잘 알려진 바와 같이 어떤 범위의 피폭량에서는 혈액림프구에서 염색체 이상 전체의 출현빈도나 2동원체염색체와 환상염색체를 합한 출현빈도는 피폭량과 함께 단순하게 직선 증가한다. 24~28) 이런 사실로부터 세포유전학적인 관찰결과에서 생물학적인 선량추정이 가능해진다. 우리는 림프구 염색체이상 차원의 관찰결과를 토대로, 검사대상자를 몇 개의 그룹으로 분류했다. 그룹 분류는 그들의 피폭량에 대항한다고 생각할 수 있다.

리크비다따르는 5개의 그룹으로 나눈다. 대조군과 최초의 리크비다따르 그룹(A 그룹)은 염핵체 이상빈도가 세포당 0.5% 이하의 사람들이다. 남은 4그룹은 염색체 이상빈도에 따라 0.5~1%(B그룹), 1~1.5%(C그룹), 1.5~2%(D그룹), 2%이상(E그룹)이다.

검사한 리크비다타르 전체의 평균염색체 이상빈도를 토대로 생물학적 방법에 의해 그들의 평균피폭량을 추정하면 150밀리그레이였다.(2개의 동원체 염색체와 환상염색체를 합한 빈도를 이용하면 15.9센치그레이) 이런 수치는 체르노빌에 관계한 러시아 국가방사선역학등록에서, 1986년에 작업에 종사한 리크비다따르에 기록되어 있는 평균피폭량 15.9센치그레이와 잘 일치했다.3)

A그룹에서 E그룹으로 진행할수록 염색체 이상빈도가 증가하면 그것에 수반하여 그들이 받은 피폭량도 증가한다고 생각한다.

리크비다따르의 그룹분류에 기초한 항산화상태에 관한 데이터를 정리한 결과가 표5에 있으며, 림프구의 염색체이상 수준과 항산화상태 파라미터와의 관계를 나타낸다. 각 파라미터의 변화이 양상은 전부 단조롭지 않다. 앞에서 서술한 조사실험에서 관찰된 것과 마찬가지로 항산화상태에 관련한 각 파라미터의 변화는 복잡한 선량 • 효과관계를 나타내고 있다.

 

표5. 염색체이상 빈도로 나눈 리크비다따르의 항산화상태에 관한 생화학검사 결과.　

 

표5에서 나타난 파라미터의 대다수는 그룹 간에 다양한 불균형을 나타낸다. 그러나 이러한 파라미터 전체를 하나의 데이터로 간주하여 종합적으로 해석하는 것이 중요하다. 그러한 종합적인 해석에서는 복수 파라미터의 변화를 다룬 마할라노비스거리(Mahalanobis' Distance)통계량(호테링의 T통계량)을 이용했다. 이 방법으로는 실험데이타이건, 역학데이타이건 복수파라미타의 변화를 데이터 전체에 대한 하나의 종합통계량으로 나타낼수 있다. 항산화상태에 대한 15개의 파라미터에 착목하여 대조그룹의 데이터를 각 리크비다따르의 데이터와 순차비교했다. 가장 흥미있는 결과가 얻어진 것은 림프구의 염색체이상 수준이 낮은(0.5% 이하)리크비다따르인 A그룹과 같은 염색체이상 수준이 낮은 (0.5% 이하)대조군과의 비교였다.

15개의 파라미터를 셋팅하여 비교한 결과, A그룹과 대조군과의 사이에 통계적으로 유이한 차이(p<0.05)를 확인했고, 유의한 차이 수준은 다른 리크비다따라 그룹을 대조군과 비교한 경우보다도 훨씬 강력했다.

앞에서 서술한 염색체 이상빈도와 피폭량의 관계에 기초한다면 염색체 이상빈도가 적은 리크비다따르 그룹의 피폭량은 적었다고 생각할 것이다. 그러나 그들의 항산화상태에 대한 파라미터의 검사결과는 실질적인 변화를 나타내고 있으며, 저선량의 피폭에서도 지질의 항산화조절 시스템에 중대하고 항상적인 혼란이 발생할 가능성을 나타낸다.

다른 리크비다따르 그룹에 대해서도 생체의 항산화상태에 관한 파라미터의 해석결과로부터 아주 유사한 결과를 얻을 수 있다.

관찰된 변화가 어떤 구체적인 질병과 연결된 것은 아니라는 점을 지적해 둔다. 지질의 항산화조절 시스템의 변화, 그 결과로서의 생체 전체의 균형조절시스템의 변화는 대개는 임상적으로 분명하지 않은 상태로 영향을 보상받고 있으며, “전 질병상태”라고 해야할 상태일 것이다. 그리고 “전 질병상태”는 조건에 따라 다양한 질병으로 진행한다. 리크비다따르의 검사데이타는 저선량피폭을 입은 사람에게 다양한 질병으로 진행할 수 있는 리스크가 크다는 점을 보여주고 있다.

항산화상태와 아주 유사한 규칙성이 리크비다따르의 면역특성 연구에서도 나타난다. 면역에 관계한 파라미터의 선량의존성과 항산화상태에 관한 파라미터의 선량의존성이 유사하다는 것은 흥미깊다. 면역파라미터의 해석결과로서는 150밀리 그레이 이하의 피폭량 그룹에서 최대변화를 확인할 수 있고, 한편 200~250밀리그레이의 피폭량 그룹에서는 대조그룹의 수준에 가까웠다.

이러한 데이터도 저선량률 피폭에 동반한 선량 • 효과관계는 복잡한 성질의 것이라는 우리의 관점을 지지하고 있다.

항산화와 면역에 관한 생체 상태가 건강에 영향을 주는 다양한 손상요인에 대한 저항력을 담당한다는 것을 강조해 두고 싶다. 몇가지 실험결과는 항산화상태를 변화시키는 것으로 면역특성을 어떤 방향으로 통제할 수 있고, 혹은 반대로 면역특성을 변화시킨 항산화상태를 통제할 수 있는 점을 나타낸다. 그로인하여 항산화능력과 면역력 부족은 저선량에 피폭한 사람들에게서 장래 질환발생을 예측하는 중요한 지표가 된다.

이상의 내용은, 생체의 항산화상태에 대한 일련의 파라미터의 종합적인 해석평가에 의해 다양한 질병리스크가 증가할 수 있는 그룹을 분명하게 확인시켜주고 있다.

본 연구의 결과는 또한, 저선량피폭을 포함해서 방사선피폭을 입은 사람에 대해, 천연 혹은 합성의 항산화제를 투여하는 것의 필요성을 한층 더 분명하게 밝혀주고 있다.

 

저선량피폭집단의 건강지수의 선량 의존성

리크비다따르의 혈액에서 관찰된 생화학적 • 생물물리학적 파라미터의 변화와 그들의 그체적인 건강지표와의 관계에 대해 논의하고자 한다.

우리들은 앞에서 리크비다따르들에게 관찰된 자율신경실조증, 중추신경계질환, 정신장애, 위장계질환 등의 질병에 대한 선량 • 효과관계가 동물실험으로 얻을 수 있는 결과와 아주 유사한경향(단조롭지 않고, 비직선형의 선량 의존성)을 나타낸다는 점을 밝혀주고 있다.1) 원전사고에서 피폭을 경험산 사람들에 대한 일련의 생화학적 • 혈액학적 검사결과도 또한 복잡한 선량 • 효과관계를 나타내고 있다. 29, 30)

여기서는 건강장애의 종합적인 지표로서 리크비다따르의 1천명 당 질병장애자율에 착목하여 그값으로 그들의 피폭량 혹은 체르노빌에서의 작업시기와의 관계를 해석해 보았다. 리크비다따르 중에서 1986년에 작업에 종사산 사람들의 평균피폭량이 가장 커서 159밀리그레이였으며, 1987년의 작업종사자는 79밀리그레이, 1988년 이후 종사자에게서는 30~40밀리그레이로 보고되었다.3)

그림 7은 체르노빌 원전에서 근무하고 5년후의 리크비다따르의 질병장애자율과 각 그룹이 입은 피폭량의 관계를 나타낸다. 그림에서 보다시피 79밀리그레이의 그룹이 최대값을 나타낸다는 극단적인 선량 • 효과관계를 인정할 수 있다.

 

그림 7. 리크비다따르의 질병장애자율과 피폭량의 관계(작업으로부터 5년후)

 

가장 흥미깊은 것은 피폭에 수반한 만발성의 영향, 즉 암 발생에 대한 선량 • 효과관계를 조사해본 내용이라 할 수 있다. 암이나 백혈병의 발견으로 이어지는 저선량피폭 영향의 문제는 문헌에서도 광범위하게 논의중에 있다. 방사선피폭은 암의 촉진요인이면서 유발요인이라는 두 방향으로 작용하는 것임을 알 수 있다. 피폭선량률과 피폭량이 커지면(어느 정도까지) 촉진요인으로서의 작용은 저하되며, 유발요인으로서의 작용이 증가한다고 판단된다.

체르노빌 리크비다따르의 암발생 데이터를 검토해 보도록 하자.

체르노빌 리크비다따르의 암발생과 사망률은 과학아카데미 회원 A • 쮜브의 지도하에 상세하게 조사 연구되었으며, 나아가 표에서 나타난 사례의 상당수가 암발생률과 사망률의 값이 100~250밀리 그레이의 볼록곡선 최고점을 나타냈으며, 250밀리 그레이 이상에서 적어지고 있다.

 

표6. 리크비다따르의 암 발생률과 암 사망률(10만명당)

 

이처럼 선량 • 효과관계는 여러번 관찰된 것으로서 암에 관한 유일의 선량 • 효과관계인 것은 아니다. 많은 사례에서는 직선적 혹은 2차 함수적인 선량 • 효과관계를 인정한다. 암발생이나 그 사망률의 감소라는 현상이 관찰되는 피폭량 점위는 암의 종류나 피폭 발생률에 의존하고 있으며, 경우에 따라서는 관찰되지 않는다. 예를들면 집안 내에서 라돈에 피폭한 사람들이나 라돈으로 인해 선량률이 더 큰 광산노동자의 폐암 사망데이타에서는 직선적인 선량 • 효과관계를 인정하고 있다. 32, 33)

많은 연구자는 피폭량과 함께 암발생이 증가하는 관계가 인정될 때에만 관계성에 의미가 있다고 생각한다. 그러나 지금까지 서술해 온 모든 실험결과나 인구집단의 관찰결과는 문헌데이타를 포함해서, “직선적 혹은 2차 함수적인 선량 • 효과관계의 존재가 저선량피폭이나 저선량률 피폭에 수반한 암의 유발이나 사망의 필요조건은 아니”라는 점을 밝혀주고 있다. 피폭량과의 단조로운 상관관계를 확인할 수 없는 내용이나 저선량 영역에서 최대값이 관찰되는 것은 저선량피폭에서 암유발효과를 부정하는 것이 아니라, 오히려 이 점을 입증하는 것이다.

마지막으로, 본 연구를 통해 밝혀 온 저선량 및 저선량률 피폭에 수반한 효과의 규칙성은 생체나 세포대사에 방사선이 미치는 영향 연구에서 완전히 새로운 개념이라는 점을 강조하고자 한다. 이런 효과의 대부분은 피폭으로 직접 발생하는 것이 아니라, 생체의 면역상태나 항산화상태의 변화, 혹은 환경요인에 대한 감수성의 변화라고 하는 생체의 조정시스템을 통해 간접적으로 나타나는 것이다.

리크비다따르의 혈액검사와 동물실험에서 각 파라미터의 변화에 공통된 규칙성을 인정하는 것에 주목하고자 한다. 선량 • 효과관계만이 아니라, 생체시스템 전체로서의 반응에 관영하고 있는 많은 파라미터의 변화에서도 저선량률 피폭에 수반하여 공통된 효과가 나타나고 있다.

 

문헌 -----------------------------------

 

1. Chernobyl Catastrophe: Causes and Consequences (Expert Conclusion, Vol.2 “Medico-Biological and Genetical Consequences of Chernobyl Catastrophe”). Minsk, 1992 (in Russian).

2. Bulletin of Russian State Medico-Dosimetric Register “Radiation and Risk”,. Issue

1 1992 (in Russian).

3. Bulletin of Russian State Medico-Dosimetric Register “Radiation and Risk”. Issue

5, 1995 (in Russian).

4. Mikhalskij A. I., Ivanov V. K., Maksyutov M. A., Morgenshtern V.; Assessment of

Liquidators Morbidity Dynamics upon the Results of Annual Observations, Bulletin of National Radiation-Epidemiological Register “Radiation and Risk”. Issuue 8, 1996,

p.38-46 (in Russian).

5. Yarilin A. A.; Immunological Disturbances in Affected by Chernobyl Accident Consequences and Their Nature Analysis. In book: “Chernobyl Catastrophe Consequences: Human Health”. Moscow, 1996, p.68-96 (in Russian).

6. Pobedimskii D.Y., Burlakova E.B.; Mechanism of Antioxidant Action in Living Organisms in Atmospheric Oxidation and Antioxidants, Ed. J.Scott (Elsevier The Netherlands). V.3. N9, p.223-270.1993.

7. Burlakova E. B., Alesenko A. V., Molochkina E. M., Palmina N. P., Khrapova N. G.; Bioantioxidants in Radiation Injury and Malignant Growth, “Nauka”, 1975 (in Russian).

8. Burlakova E. B./ Vestnik Akademii Nauk., 1994, V.64, N.5, p.425-431 (in Russian).

9. Zhizhina G. P., Skalatskaya S. I., Burlakova E. B./ Radiatsionnaya Biologia. Radioekologiya, 1994, V.34, N.6, p.759-762 (in Russian).

10. Molochkina E. M., Dzhaman O. M., Ozerova I. B., Burlakova E. B., Shishkina L. N./Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya., 1995, V.35, N.6, p.860-868 (in Russian).

11. Smotryaeva M. A., Kruglyakova K. E., Shishkina L. N., Blyukhterova N. V., Goloshchapov A. N., Burlakova E. B./ Radiatsionnaya Biologiya. Radiologiya.,. 1996,

V.36, N.1, p.21-29 (in Russian).

12. Burlakova E.B.; Abstracts of 10-th International Congress of Radiation Research, 1995. Germany, Wurzburg

13. Burlakova E.B. in “Some specific effects of low-intensive irradiation. Radiobiological Disasters: Consequences of Accidents at Nuclear Power Station”, 1995, Nova Science Publishers, Inc. New York. p.1-9

14. Burlakova E.B. in Radiation Protection Dosimetry. 1995. Nuclear Technology Publ.,Ashford, England. p.13-18

15. Shugali A.V., Lichina M. V., Zhizhina G. P., Skalatskaya S. I./ Doklady RAN. 1996 (pre-print) (in Russian).

16. Rozhdestvensky L.M., Fomicheva E.I.; Radiation Protection Dosimetry, 1955. V.62. N1/2, p.49-51

17. Spitkovskij D. M.; Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya. 1992, V.33, N.3,

p.382-400 (in Russian).

18. Ejdus L. Kh./ Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya, 1994, V.36, N.6, p.748-758 (in Russian).

19. Geraskin S. A./ Radiatsionnaya Biologiya, Radioekologiya. 1995, V.35, N.5, p.563-571 (in Russian).

20. Burlakova E. B., Dzantiev B. G., Sergeev G. B., Emanuel N. M./ Izvestiya VUZov. Khimiya I Khimicheskaya Tekhnologiya., 1959, V.2, N.4, p.533-540 (in Russian).

21. Vartanyan L. S., Gurevich S. M./ Voprosy Meditsinskoj Khimii. 1982, V.28, N.5,

p.23-26 (in Russian).

22. Study of Synthetical and Natural Antioxidants/ 1992, Mocsow, “Nauka” (in

Russian).

23. Pulatova M. K., Rikhireva G. T., Kuropteva Z. V./ Electronic Paramagnetic Resonance in Molecular Radiobiology/ Moscow, 1989, “Energoatomizdat” (in Russian).

24. Goloshchapov A. N., Burlakova E. B./ Biofizika, 1975, V.20, p.816-821 (in Russian).

25. Lisitsyn D. M., Poznyak T. I., Razumovskij S. D./ Kinetika I Kataliz, 1978, V.17,

N.4, p.1049-1055 (in Russian).

26. Korman D. B., Potapov S. L./ Patofiziologiya, 1995, V.4, p.38-44 (in Russian).

27. Shevchenko V. A., Semov A. B., Akaeva Eh. A., Elisova T. V., Iofa Eh. L., Shilova I. N., Stefan G., Romm Kh., Burkart V./ Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya, 1995, V.35, N.5, p.646-654 (in Russian).

28. Shevchenko V. A./ In book “Problemy Bezopasnosti Pri Chrezvychajnykh Situatsiyakh”, Moscow, VINITI, 1990, Issue 12, p 55-68 (in Russian).

29. Szepeshi T., Fieldner T.M.,/ Wiener Klin. Wochenschr. 1989. B.9.

30. Klema E., Shihab-Eldin A., Wilson R.; Some Claims of Unusually Large Effects of Radiation, Harvard University, 1989.

31. Bulletin of National Radiation-Epidemiological Register “Radiation and Risk”. 1995, Issue 6 (in Russian).

32. Darby S.C., Radford E.P., Whitley E. Environmental Health Perspectives, 1995, V.103. p.45-48

33. Keirim-Markus I. B./Atomnaya Ehnergiya, 1995, V.79, N. 4, p.279-285 (in Russian).