Pobierz Biologiczne skutki promieniowania jonizującego i więcej Publikacje w PDF z Ochrona radiologiczna tylko na Docsity! Biologiczne skutki promieniowania jonizującego Jakub Ośko OCHRONA RADIOLOGICZNA 1 Czynniki decydujące o skutkach promieniowania • Rodzaj narażenia • Rodzaj promieniowania • Wielkość dawki promieniowania • Rozkład dawki w czasie • Wiek i płeć osoby narażonej 2 Rodzaje narażenia • Narażenie zewnętrzne – źródła zewnętrzne (narażenie medyczne, zawodowe, ogół ludności) Istotne: X, γ i n (najbardziej przenikliwe) • Narażenie wewnętrzne – wchłonięcie izotopu (narażenie zawodowe, sytuacje awaryjne) Istotne: α (najsilniej jonizujące) 5 Drogi wnikania izotopów do organizmu • Oddechowa • Pokarmowa • Przez rany skóry bezpośrednio do krwi 6 Metabolizm radionuklidów 7 Układ oddechowy Wątroba Węzły limfatyczne Tkanka podskórna Nerki Inne narządy Wdychanie Wydychanie Spożycie Pot Kał Mocz Skaleczenia Płyny ustrojowe Bezpośrednie wniknięcie Przew ód pokar mowy Skóra Skóra Rodzaj promieniowania • Przenikliwość • Energia 10 Czynniki decydujące o skutkach promieniowania • Rodzaj narażenia • Rodzaj promieniowania • Wielkość dawki promieniowania • Rozkład dawki w czasie • Wiek i płeć osoby narażonej 11 Wielkość dawki promieniowania • Wpływ promieniowania na organizm człowieka jest proporcjonalny do wielkości dawki promieniowania… 12 … ale… • Hipoteza progowa – zakłada istnienie pewnego progu dawki, powyżej którego pojawiają się negatywne skutki dla organizmu człowieka. 15 16 Sk u tk i Dawka • Hipoteza hormezy radiacyjnej – zakłada istnienie skutków stymulujących lub ogólnie pożytecznych dla organizmu po małych dawkach promieniowania jonizującego (< 200mSv), które jednocześnie jest szkodliwe przy dużych dawkach. 17 Argumenty przeciwko LNT • Stymulacja procesów biologicznych oraz wzmocnienie własności immunologicznych w zakresie niskich i średnich dawek wszelkich toksyn (hormeza) • Obecna wiedza o biologii komórki i rozwoju nowotworów: procesy biologiczne nie zezwalają na liniową zależność pomiędzy tworzeniem się nowotworów, a uszkodzeniami • Badania radiobiologiczne z zakresu genetyki i biologii molekularnej Czynniki decydujące o skutkach promieniowania • Rodzaj narażenia • Rodzaj promieniowania • Wielkość dawki promieniowania • Rozkład dawki w czasie • Wiek i płeć osoby narażonej 21 Rozkład dawki w czasie • Ta sama dawka otrzymana jednorazowo jest groźniejsza niż otrzymana w dłuższym okresie czasu (dawka nie kumuluje się). 22 Oddziaływanie promieniowania 25 Jądro komórkowe • Najważniejsza część komórki – zawiera informację genetyczną DNA. • Uszkodzenie jądra często prowadzi do śmierci komórki. • Woda zawarta w jądrze może ulec pod wpływem promieniowania radiolizie i wolne rodniki mogą bezpośrednio uszkodzić DNA 26 Oddziaływanie promieniowania
HO
ZA
*OH *H
*H
ż Działanie pośrednie
60-70 %
Działanie bezpośrednie
30-40 %
27
Fazy uszkodzeń • Fizyczna – (10-16 s) jonizacja, absorpcja energii, wzbudzenie i tworzenie bardzo aktywnych chemicznie wolnych rodników • Stadium fizyko-chemiczne – (10-15 – 10-6 s) wolne rodniki oddziaływują ze sobą i innymi cząsteczkami wywołując zmiany w ważnych dla życia komórki cząsteczkach • Stadium biologiczne – (od sekund do kilku lat) obejmuje: reakcje enzymatyczne, rozpoznawanie nieprawidłowości, naprawa uszkodzeń poziom komórkowy: śmierć komórki, mutacje poziom systemowy: reakcje immunologiczne, efekty hormonalne, kancerogeneza, śmierć organizmu 30 Mutacje • W wyniku działania promieniowania jonizującego DNA kodujący informację genetyczną ulega uszkodzeniu, zaś w czasie jego naprawy ulega zmianie informacja genetyczna. 31 Mutacje Jonizacja może uszkodzić kwasy nukleinowe w jądrze komórki. • Zaburzenie syntezy białek • Zmiany w kodzie DNA • Zmiany w strukturze genów • Mutacje (np. nowotwory) 32 • Atak rodników na zasadę lub szkielet cukrowy DNA może prowadzić do utraty zasady. Chociaż w miejscu uszkodzenia zachowana jest ciągłość nici DNA, miejsce utraty blokuje syntezę DNA. W czasie syntezy nowej nici wstawiany jest losowo nukleotyd co prowadzi do powstania mutacji. 35 Najgroźniejszym uszkodzeniem DNA wywołanym przez promieniowanie jest pęknięcie podwójnoniciowe. Powstaje w wyniku wielokrotnej depozycji energii w cząsteczce DNA lub jej bezpośrednim otoczeniu 36 Rodzaje mutacji komórek • Somatyczne – uszkodzenia wywołane w organizmie poddanym napromieniowaniu, takie jak rumień skóry, zaćma itp. (wczesne) • Genetyczne – występują w skutek mutacji genów lub chromosomów, mutacje w komórkach rozrodczych, oznaczające zmiany dziedziczne (późne) 37 • Skutki stochastyczne – skutek naświetlania nie jest uzależniony wprost od pochłoniętej dawki, a jej wielkość zwiększa jedynie prawdopodobieństwo zachorowania. Skutki nie są odróżniane od zachorowań wywołanych innymi przyczynami. Typowy przykład – białaczka 40 Skutki stochastyczne Skutki stochastyczne • W obszarze dawek powyżej ok. 100 mSv, ze wzrostem dawki rośnie prawdopodobieństwo wystąpienia nowotworów. 41 • Skutki deterministyczne – skutki dużej krótkotrwałej ekspozycji, w wyniku której następuje śmierć pewnej liczby komórek. Efekt ten występuje dopiero po przekroczeniu pewnego progu dawki. 42 Skutki deterministyczne • Rumień porentgenowski (skóra) – ok. 4 Sv • Katarakta (oczy) – ok. 5 Sv • Bezpłodność u kobiet – 3 Sv, mężczyzn – ok. 2 Sv 45 Napromienienie pojedynczych narządów Przewidywane skutki biologiczne po jednorazowym napromienieniu całego ciała człowieka: Dawka [Sv] Skutek biologiczny 0,25 0,5 1-2 2-3 Objawy kliniczne nie występują. Czasami mogą wystąpić niewielkie zmiany we krwi Niewielkie zmiany we krwi obwodowej; bardzo małe prawdopodobieństwo wystąpienia skutków późnych Niewielkie objawy kliniczne, u 5-10% osób wymioty w ciągu kilku godzin od napromienienia; okresowe zmiany we krwi z opóźnioną odnową; duże prawdopodobieństwo wystąpienia skutków późnych; większość objawów ustępuje po kilku tygodniach Ciężkie objawy kliniczne, wymioty u wszystkich osób w ciągu 2 h, poważne zmiany we krwi, utrata włosów po ok. 2 tygodniach; częste następstwa późne; dawka śmiertelna dla ok. 25% napromieniowanych osób 46 Dawka [Sv] Skutek biologiczny 3-5 5-7 10-30 50 i więcej Dawka śmiertelna dla 50% napromieniowanych (LD50/30); ciężkie objawy kliniczne z pełnym rozwojem choroby popromiennej i wyraźnym uszkodzeniem czynności krwiotwórczych szpiku Przeżywa 0-20% osób. Objawy ciężkiego upośledzenia szpiku. Śmierć następuje w ciągu kilkunastu do kilkudziesięciu dni Uszkodzenia układu pokarmowego z objawami krwotocznymi i odwodnienie organizmu. Śmierć następuje w ciągu kilku do kilkunastu dni Zespół ośrodkowo-mózgowy, zaburzenia świadomości, oddychania i krążenia. Śmierć następuje w okresie od kilkunastu godzin do 3 dni. 47 Najważniejsze zmiany jakie zachodzą podczas choroby popromiennej • Popromienne zmiany somatyczne typu miejscowego lub ogólnoustrojowego • Przewlekła choroba popromienna • Popromienne zmiany genetyczne • Popromienne wady rozwojowe i zaburzenia wrodzone o podłożu somatycznym lub genetycznym 50 Dawka letalna Dawka, która powoduje śmierć 50% osobników w ciągu 30 dni po napromieniowaniu – LD50/30 51 Dawki letalne LD50/30 dla różnych organizmów Organizm Dawka letalna LD50/30 [Sv] Człowiek Małpa Świnia Osioł Koza Świnka morska Kura Szczur Żółw Nietoperz Ślimak Mucha Ameby Bakteria (Micrococcus radidurans) Pantofelek 3-5 5-6 3,5 - 4,5 7-8 3,5 1,75 - 4,9 7 5,9 - 9,7 15 150 80 - 200 800 1000 7000 30000 52 Wrażliwość tkanek i narządów na promieniowanie jonizujące • GONADY – promieniowanie jonizujące może spowodować czasową bezpłodność mężczyzn powoduje dawka w jądrach ok. 0,15 Gy, a trwałą – dawka od 3,5 do 6 Gy. • OKO – kiedy soczewka oka jest narażona na promieniowanie X lub γ, to jednorazowa dawka od 2 do 10 Gy, otrzymana w krótkim czasie może spowodować zmętnienie soczewki i uszkodzenie wzroku (katarakta). Taki sam efekt może wywołać o ponad połowę mniejsza dawka promieniowania neutronowego. 55 • SZPIK KOSTNY – napromieniowanie czerwonego szpiku kostnego dawką powyżej 0,5 Gy osłabia jego funkcję krwiotwórczą. • SKÓRA, POWIERZCHNIA KOŚCI – są to tkanki dość odporne na promieniowanie jonizujące. Niskim współczynnikiem wagowym tkanki, czyli wysoką odpornością na promieniowanie charakteryzują się również tarczyca, wątroba, przełyk i pęcherz moczowy. 56 Wrażliwość tkanek i narządów na promieniowanie jonizujące • NARAŻENIE CAŁEGO CIAŁA – po dawkach w narządach wewnętrznych przekraczających 2 Gy mogą w kilka godzin później wystąpić mdłości na skutek uszkodzenia układu trawiennego. Dawki na całe ciało od 3 do 5 Gy mogą spowodować śmierć w ciągu 60 dni, jeśli napromieniowana osoba nie uzyska od razu specjalistycznej pomocy lekarskiej. Po otrzymaniu takich dawek może wystąpić zaczerwienienie (rumień) skóry. Dawka powyżej 50 Gy może spowodować śmierć napromieniowanej osoby w ciągu 2 dni. 57 Działania w celu ograniczenia skutków napromienienia • Chelatory W przypadku skażeń zewnętrznych plutonem zaleca się miejscowe stosowanie chelatora - kwasu dietylenotriaminopentaoctowego (DTPA). Podawanie aerozolu DTPA zaleca się także w przypadku podejrzenia o wdychanie plutonu w celu zmniejszenia depozytów płucnych. DTPA używany był z powodzeniem także jako chelator zwiększający wydalanie plutonu z moczem w przypadkach skażeń wewnętrznych. 60 Działania w celu ograniczenia skutków napromienienia • Błękit pruski, błekit Turnbulla FeK[Fe(CN)6] heksacyjanożelazian(II) potasu żelaza(III), żelazocyjanek potasowo-żelazowy Stosowany w przypadku skażeń cezem promieniotwórczym. Podany do organizmu wiąże cez i jest szybko wydalany. 61 Działania w celu ograniczenia skutków napromienienia • Właściwa opieka medyczna podstawowa opieka medyczna zwiększa szansę przeżycia nawet 2-krotnie intensywna – nawet 3-krotnie podawanie cytokin, transfuzje krwi lub przeszczep szpiku kostnego 62 Naturalna ochrona przed skutkami promieniowania • Glutation (γ-glutamylocysteinyloglicyna) • Występuje we wszystkich komórkach prokariotycznych i eukariotycznych • Obrona organizmu przed nadtlenkiem wodoru Zaobserwowano zwiększone wytwarzanie glutationu u osób zawodowo narażonych na niewielkie dawki promieniowania. 65 Ryzyko narażenia na promieniowanie Ryzyko Osoby pracujące z promieniowaniem Osoby z ogółu ludności Dawka 1 Sv: Rak ze skutkiem śmiertelnym 4% 5% Rak bez skutku śmiertelnego 0,8% 1,0% Poważne skutki w następnym pokoleniu (skutki dziedziczne) 0,8% 1,3% Razem: 5,6% 7,3% Dawka 1 mSv: Wszystkie skutki 0,0056% 0,0073% 66 Dawki graniczne Graniczna roczna dawka efektywna: 1 mSv – ogół ludności 20 mSv – osoby narażone zawodowo 67 Ryzyko związane z dawką 1 mSv/rok 1 kieliszek dziennie przez rok Ryzyko związane z dawką 1 mSv/rok 600 km rocznie Ryzyko związane z dawką 1 mSv/rok 3250 km rocznie