분할치료(Fractionation)란, 종양에 필요한 총 방사선량을 한 번에 조사하지 않고 여러 회에 걸쳐 나누어 조사하는 치료 방식이다. 일반적으로 1회 1.8~2.0 Gy씩, 주 5회, 5~7주에 걸쳐 진행한다. 예를 들어 총 50 Gy가 필요하면 2 Gy × 25회로 나눈다.
초기 방사선 연구에서 분할 투여 시 음낭 피부는 멀쩡한데 고환은 불임이 되는 현상이 관찰되었다. 같은 방사선이라도 조직별·투여 방식별로 결과가 완전히 다르다는 이 발견이 분할치료 연구의 출발점이 되었다.
분할치료 vs 단일 고용량 — 왜 나눠서 쬘까?
같은 총량(50 Gy)인데 결과가 왜 다른가? 정답은 4R 메커니즘이다. 방사선은 종양을 제거하기 위해 사용하지만, 종양 주변의 정상조직에도 동일하게 손상을 준다. 한 번에 고용량을 조사하면 종양은 사멸하지만 정상조직까지 회복 불가능한 수준으로 파괴된다. 반면 저용량으로 나누어 여러 회에 걸쳐 조사하면, 각 분할 사이의 시간 동안 정상조직은 스스로 회복할 수 있는 여유를 갖게 된다. 즉 분할치료의 핵심 목표는 정상조직이 견딜 수 있는 범위 내에서 종양을 최대한 효과적으로 사멸시키는 것이며, 이 균형을 치료비(therapeutic ratio)라고 한다.
시나리오 A
단일 50 Gy 한방
환자 사망 위험 ↑↑
시나리오 B
2 Gy × 25회 (50 Gy 총량)
치료비 (therapeutic ratio) 개선
대표적인 분할 방식과 적용 종양
| 분할 방식 | 1회 선량 | 총 횟수 | 총 기간 | 대표 적용 종양 |
|---|---|---|---|---|
| 표준 분할 | 1.8~2.0 Gy | 25~35회 | 5~7주 | 두경부암, 자궁경부암, 림프종 |
| 저분할 (Hypofractionation) | 2.5~4.0 Gy | 13~20회 | 3~5주 | 유방암(보존술 후), 전립선암 |
| SBRT/SRS | 8~25 Gy | 1~5회 | 1~2주 | 초기 폐암, 간암, 뇌전이, 척추전이 |
| 초분할 (Hyperfractionation) | 1.1~1.2 Gy | 60~70회 (1일 2회) | 5~7주 | 일부 두경부암, 소세포폐암 |
| 단일 분할 | 12~25 Gy | 1회 | 1일 | 감마나이프(뇌종양·AVM), 골전이 통증 완화 |
세포주기와 방사선 민감도
분할치료의 4R을 이해하려면 먼저 세포주기(Cell Cycle)의 각 단계에서 방사선에 대한 민감도가 어떻게 달라지는지를 알아야 한다. 아래 인터랙티브 다이어그램에서 각 단계(G1, S, G2, M)를 클릭해 보자.
세포주기별 방사선 민감도 변화
각 단계를 클릭하면 DNA 상태와 방사선 민감도가 달라진다
DNA 2n (염색체 쌍)
G1 (Gap 1)
세포가 자라며 단백질·소기관을 만드는 시기. DNA는 아직 복제되지 않은 상태(2n).
🔬 왜 이 민감도인가?
G1은 DNA가 복제 전이라 손상 복구에 쓸 수 있는 체크포인트(p53 등)가 많습니다. 그래서 중간 정도의 민감도를 보이다.
세포주기 전체의 방사선 민감도 곡선
분할치료의 원리와 4R 메커니즘
4R이란 분할치료가 효과적인 이유를 설명하는 네 가지 생물학적 메커니즘이다:
- Repair (회복) — 분할 사이 시간 동안 정상조직이 DNA 손상을 복구한다.
- Redistribution (재분포) — 방사선에 저항적이던 세포가 다음 치료 때 민감한 단계로 이동한다.
- Repopulation (재증식) — 정상조직이 세포 분열로 손실을 보충한다.
- Reoxygenation (재산소화) — 종양 중심부의 저산소 세포가 산소화되어 방사선에 민감해진다.
아래 탭을 클릭해 각 R의 메커니즘을 자세히 살펴보자.
4R 메커니즘의 효과
Repair와 Repopulation은 정상조직의 회복에 유리하고, Redistribution과 Reoxygenation은 종양을 더 취약하게 만든다. 이 4가지 메커니즘의 합산 효과가 "분할하면 정상조직은 살리고 종양은 더 잘 죽이는" 치료비(therapeutic ratio) 개선의 근거다.
| 역할 | 메커니즘 | 효과 |
|---|---|---|
| 정상조직 회복에 유리 | Repair (회복) + Repopulation (재증식) | 분할 사이 시간 동안 정상세포는 SLD를 복구(Repair)하고 세포 분열로 손실을 보충(Repopulation)한다. 정상조직이 살아남는 핵심 이유. |
| 종양을 더 취약하게 | Redistribution (재분포) + Reoxygenation (재산소화) | S기에서 살아남은 종양세포가 민감한 G2/M기로 이동(Redistribution)하고, 외곽 사멸로 중심부 저산소 세포가 산소화(Reoxygenation)되어 다음 치료에 더 잘 죽는다. |
참고 자료
- Hall, E. J. & Giaccia, A. J. Radiobiology for the Radiologist. 8th ed. Wolters Kluwer, 2019.
- Withers, H. R. "The Four R's of Radiotherapy." Advances in Radiation Biology, 1975.
- Steel, G. G. et al. "The 5Rs of Radiobiology." International Journal of Radiation Biology, 1989.
- Fowler, J. F. "The linear-quadratic formula and progress in fractionated radiotherapy." British Journal of Radiology, 1989.