Loading article…
放射線生物学において、相対生物学的効果（ RBEと略されることが多い）とは、吸収エネルギー量が同じ場合における、ある種類の電離放射線の生物学的効果と別の種類の電離放射線の生物学的効果の比のことである。RBEは経験的な値であり、電離放射線の種類、関与するエネルギー、細胞死などの考慮される生物学的影響、組織の酸素分圧（いわゆる酸素効果）によって変化する。
吸収線量は放射線の生物学的影響の指標としては不十分な場合がある。なぜなら、生物学的影響は放射線の種類、エネルギー、組織の種類など、他の多くの要因に依存するからである。相対生物学的効果は、放射線の生物学的影響をより正確に評価するのに役立つ。組織に対するR型放射線の相対生物学的効果は、以下の比率で定義される。
ここで、D Xは標準タイプXの放射線の基準吸収線量であり、D R は同じ量の生物学的損傷を引き起こすタイプRの放射線の吸収線量である。どちらの線量も、細胞に吸収されるエネルギー量によって定量化される。
放射線の種類によって生物学的効果が異なるのは、主にエネルギーを組織に伝達する方法が異なるためです。光子とベータ粒子は線エネルギー付与（LET）係数が低いため、その経路に沿って数百ナノメートル（1マイクロメートルの数十分の1）間隔で組織内の原子を電離します。一方、はるかに質量の大きいアルファ粒子と中性子は、約10分の1ナノメートル間隔（つまり、光子とベータ粒子の電離間の典型的な距離の1000分の1未満）で、より密度の高い電離原子の痕跡を残します。
RBEは、がん/遺伝リスク（確率的）または有害な組織反応（決定論的）効果のいずれにも使用できます。組織は、効果の種類に応じて異なるRBEを持ちます。高LET放射線（アルファ線と中性子など）の場合、決定論的効果のRBEは、確率的効果のRBEよりも低くなる傾向があります。[ 1 ]
RBEの概念は、放射線学や放射線治療などの医学分野、および原子力発電所の運転、核燃料の廃棄と再処理、核兵器、ウラン採掘、電離放射線の安全性など、さまざまな状況における放射性汚染のリスクと影響の評価に関連しています。
臓器または組織への等価線量を計算する目的で、国際放射線防護委員会（ICRP）は、以前は品質係数（Q）と呼ばれていた放射線加重係数（WR ）の標準セットを定義しました。[ 1 ] [ 2 ]放射線加重係数は、吸収線量（SI単位のグレイまたは非SI単位のラドで測定）を放射線被ばくの正式な生物学的等価線量（シーベルトまたはレムの単位で測定）に変換します。ただし、ICRPは次のように述べています。[ 1 ]
「等価線量および実効線量は、高線量の放射線量を定量化したり、組織反応（すなわち確定的影響）に関連する治療の必要性を判断したりするために使用すべきではない。そのような目的のためには、線量は吸収線量（グレイ、Gy）で評価する必要があり、高LET放射線（例えば、中性子線やアルファ粒子）が関係する場合は、適切なRBEで重み付けした吸収線量を用いるべきである。」
放射線加重係数は、主に確率的健康リスクに対する放射線のRBE（相対生物学的効果比）に基づいています。ただし、簡略化のため、放射線加重係数は組織の種類に依存せず、外部（細胞外）線源に関して、最も感受性の高い細胞種で観測された実験値の大部分よりも大きくなるように保守的に選択されています。反跳核などの重イオンの内部線源に対する放射線加重係数は開発されていません。
ICRP 2007規格における相対効果の基準値は以下のとおりです。放射線の種類ごとに放射線加重係数が高いほど、その放射線はより有害であり、この係数はグレイからシーベルト単位への変換計算に組み込まれています。
物理エネルギーから生物学的影響への変換に用いられる放射線加重係数は、組織加重係数と混同してはならない。組織加重係数は、体内の特定の組織への等価線量を実効線量に変換するために使用される。実効線量とは、体の一部への放射線量によって全身に及ぼされる総危険性を推定する数値である。
通常、相対生物学的効果の評価は、細菌などの原核細胞、単細胞植物などの単純な真核細胞、ラットなどの生物由来の高度な真核細胞など、培養培地で培養されたさまざまな種類の生細胞に対して行われます。異なる線量と種類の放射線で細胞のバッチを照射することにより、線量と死滅する細胞の割合との関係が見つかり、それを使用して、ある共通の生存率に対応する線量を求めることができます。これらの線量の比が、Rの RBE です。死滅の代わりに、エンドポイントは、有糸分裂（または細菌の場合は二分裂）を行うことができなくなり、他の細胞機能を実行できる場合でも、事実上滅菌される細胞の割合である可能性があります。
RBE評価において最も考慮される電離放射線の種類は、X線とガンマ線（いずれも光子から構成される）、アルファ線（ヘリウム4原子核）、ベータ線（電子と陽電子）、中性子線、および核分裂生成物を含む重原子核である。放射線の種類によっては、RBEは個々の粒子のエネルギーに大きく依存する。
初期の段階で、X線、ガンマ線、ベータ線は、すべての細胞種に対してほぼ同等の効果があることが判明しました。そのため、標準的な放射線タイプXは、一般的に250keVの光子を含むX線ビーム、またはコバルト60ガンマ線です。結果として、ベータ線と光子線の相対的な生物学的効果は、ほぼ1となります。
他の放射線タイプの場合、RBEは組織の種類や細胞内の吸収の正確な場所によって多少変化するため、明確に定義された物理量ではありません。たとえば、アルファ放射線のRBEは、細菌で測定すると2～3 、単純な真核細胞では4～6 、高等真核細胞では6～8です。ある情報源によると、卵細胞でははるかに高い値（X線を基準とした場合6500）になる可能性があります。[ 3 ]中性子のRBEは、細菌では4～6、単純な真核細胞では8～12、高等真核細胞では12～16です。
初期の実験では、放射線源はすべて照射される細胞の外部にあった。しかし、アルファ粒子は人間の皮膚の最外層の死んだ細胞層を通過できないため、体内の原子の崩壊によって発生した場合にのみ、重大な損傷を与えることができる。アルファ粒子の飛程は通常、単一の真核細胞の直径とほぼ同じであるため、組織細胞内における放出原子の正確な位置が重要となる。
このため、アルファ線放出体による汚染の健康への影響は大幅に過小評価されている可能性があると示唆されている。[ 4 ]外部線源による RBE の測定では、アルファ崩壊による親核の反跳 によって引き起こされる電離も無視されている。崩壊する原子の親核の反跳は、崩壊する原子から放出されるアルファ粒子のエネルギーの約 2% しか通常運ばないが、その高い電荷と高い質量のため、その飛程は極めて短い (約 2〜3 オングストローム) 。親核は、アルファ粒子の放出時に、運動量保存の法則により離散的な運動エネルギーで反跳する必要がある。したがって、反跳核からの電離エネルギーはすべて、その元の位置の近くの極めて小さな体積、通常は重金属に親和性のある染色体上の細胞核に沈着する。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]細胞外の線源を用いた研究の大部分では、RBEは10～20の範囲であった。[ 8 ] アルファ粒子の移動による電離損傷の大部分は細胞質に沈着するのに対し、反跳核の移動による損傷はDNA自体に沈着するため、アルファ粒子自体よりも反跳核によってより大きな損傷が引き起こされる可能性が高い。
1931年、FaillaとHenshawは、X線とγ線の相対生物学的効果（RBE）の決定について報告した。これが「RBE」という用語の最初の使用例と思われる。著者らは、RBEは研究対象の実験システムに依存すると指摘した。やや後になって、Zirkleら（1952）は、生物学的効果は、付与されたエネルギーの空間分布と、電離粒子の単位経路長あたりの電離密度に依存すると指摘した。Zirkleらは、放射線生物学において阻止能、すなわち荷電粒子の単位経路長あたりのエネルギー損失を表すために、「線エネルギー付与（LET）」という用語を造語した。この概念は、核兵器と原子炉の配備が人工放射能の生物学的影響に関する研究を促した1950年代に導入された。これらの影響は、放射線の種類とエネルギー スペクトル、そして生体組織の種類の両方に依存することが注目されていた。 RBEを決定するための最初の体系的な実験は、その10年間に行われた。
