Radioaktivitás biológiai hatása

Átírás

1 Radioaktivitás biológiai hatása Dózis definíciók Hatások PTE ÁOK Biofizikai Intézet, 2012 december Orbán József

2 A radioaktív sugárzás elleni védekezés 3 pontja Minimalizált kitettségi idő Maximalizált távolság (1/r 2 ) Védőanyagok használata

3 Radioaktív sugárzás lehetséges hatásmechanizmusa élőlényekben Energia abszorpció (10-15 s) Ionizáció vagy gerjesztés (10-5 s) Molekuláris változások (s) Biokémiai változások (s - h) Fiziológiai és/vagy anatómiai elváltozások (perc - h) Egyéb biológiai hatások (h - évek) Az élőlény halála (nap évek) Fizikai hatás Kémiai hatás Biológiai hatás 3

4 Sugárzások hatása (pl.) a DNS-re Indirekt károsodás A vízmolekula ionizálódik és reaktív OH - gyököt formál. A gyök párosítatlan elektronjával erősen reaktív károsítja a DNS-t Az összes radioaktív sugárzás okozta DNS - károsodás 75%-a ilyen. Direkt károsodás Magát a DNS-t találja el a radioaktív részecske és okozza a károsodást. From: Hall, Radiobiology for radiologist

5 Mi történik a kromoszóma károsodás után? A sejt esetleges reakciója: Kisebb sérülés javítása (DNS javító enzimek). Néhány DNS károsodás nem érint kódoló szakaszt, vagy csak inaktív marad további sugárzásig. A károsodás csak az utódokban jelenik meg. A károsodás hatására rákos sejtté transzformálódik. Nem működik tovább. Sejthalál következik be.

6 Fizikai hatás Kémiai hatás

7 Radioaktív sugárzás hatása Fizikai k.hatás: ionizáció /gerjesztés közvetlen / közvetett Sugárhatás - direkt / indirekt - reverzibilis / irreverzibilis - akut / krónikus sztochasztikus kockázat (valószínűség) determinisztikus küszöbdózis

8 Halálozási arány LD 50 DETERMINISZTIKUS A hatás csak küszöbdózis felett jelentkezik. A hatás súlyossága arányos a dózissal. Vannak jellegzetes tünetek. A hatás általában akut. Példa: bőrpír, katarakta SZTOCHASZTIKUS Nincs küszöbdózis! A hatás valószínűsége arányos a dózissal. Nincsenek jellegzetes tünetek. A hatás mindig később jelentkezik. Példa: rák, öröklődő hatások

9 Hogyan működik a sugárterápia? Kritikus / halálos besugárzási mennyiség, lokális szinten. De mi a kívánt mennyiség / DÓZIS?

10 D o z i m e t r i a

11 Dozimetria 1. Besugárzási dózis Jele: X Mértékegysége: C kg Q X m =1 Gy= 29,4 mc/kg levegő ΔQ: az m tömegű levegőben keltett ionok töltésösszege» Besugárzási dózisteljesítmény A besugárzási dózis és az idő hányadosa: Mértékegysége: C kg s X t

12 Dozimetria Fizikai dózis mennyiségek 2. Elnyelt dózis Tömegegységre vonatkoztatott elnyelt energia Jele: D Mértékegysége: J/kg, Gy (gray)» Elnyelt dózisteljesítmény Az elnyelt dózis és az idő hányadosa: Mértékegysége: Gy h D D t E m

13 Dozimetria Biológiai dózis mennyiségek (intenzitás + LET) 1. Egyenértékdózis Jele: H Mértékegysége: Sv (sievert) 1 Sv=1 J/kg D T,R : elnyelt dózis w R : sugárzás típusára jellemző faktor H=w R D T,R 2. Effektív dózis Jele: E Mértékegysége: Sv (sievert) 1 Sv = 1 J/kg H T : egyenértékdózis (szövettípustól függ) w T : szövet típusára jellemző faktor E=Σw T H T

14 Egyenértékdózis Sugárzás típusa Sugárzási súlyfaktor (W R ) foton 1 Elektron, müon 1 Neutron < 10 kev 10 kev to 100 kev > 100 kev to 2 MeV > 2 MeV to 20 MeV > 20 MeV Proton > 2 MeV 5 Alfa részecskék, nehéz atommagok H=Σw R D T,R

15 Effektív dózis Szerv Szöveti súlyfaktor ivarmirigyek 0,20 végbél 0,12 csontvelő 0,12 tüdő 0,12 gyomor 0,12 húgyhólyag 0,05 mellkas 0,05 máj 0,05 pajzsmirigy 0,05 nyelőcső 0,05 bőr 0,01 Csont felszín 0,01 Vese, agy, izom 0,05 E=Σw T H T Σw T =1 E=Σw T w R D T,R Mi az eltérő érzékenység alapja?

16 A dózis hatásának függése a szövet típusától A legfontosabb szövetféleségek csökkenő sugárérzékenység alapján felállított sorrendje 1. Nyirokszövet 2. Fehérvérsejtek, csontvelői éretlen vörösvérsejtek 3. Gyomor-, béltraktus nyálkahártya 4. Ivarsejtek 5. Bőr proliferáló sejtrétege 6. Erek 7. Mirigyszövetek, máj 8. Kötőszövet 9. Izomszövet 10. Idegszövet Mit figyelhetünk meg?

17 A dózis hatásának függése a szövet típusától Milyen esetekben fokozódik a sugárzás hatása? (Bergonie és Tribondeau megfigyelései) - nagyobb fokú szaporodási képesség; - hosszabb sejtmag osztódási periódus; - kevésbé rögzített morfológiájú sejtek.

18

19 találatelmélet vagy direkt hatás elmélet, Dessauer tábla * 1 találat * több találat Több tábla * 1-1 találat * több találat A találat nem feltétlen ütközést jelent, hanem ionizációt! találat molekula/sejt inaktiválás

20 találatelmélet vagy direkt hatás elmélet 1 tábla, 1 vagy több találat túlélési görbék: félhatásos dózis N / N 0 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Poisson eloszlás Ha n>1, a görbe szigmoid n = 1 n = 2 0,1 0,0 0,5 1,0 1,5 D / D 1/2 n = 4 n = 3

21 Túlélők aránya találatelmélet vagy direkt hatás elmélet túlélési D görbék: 100 több tábla, 1-1 találat D 1/2 vagy LD 50 D halálos dózis fél halálos dózis 37%-os elhalálozás (1/e) 1,0 m = 1 0,5 0,1 0,01 m = 4 m = 8 Dózis

22 Indirekt sugárhatás: vízaktiválási elmélet, higítási effektus H + + OH + energia H + + OH* Higítási effektus További kémiai reakció(k)

23 Mi az összefüggés a fizikai és a biológiai dózis között? A biológiai hatás és az átadott energia között szembetűnő aránytalanság van! Ha 0,3 C/kg besugárzási dózisú sugárzás (~10 Gy) éri az egész testet idővel halálhoz vezet! Ekkor az elnyelt energia kb., 9 J/kg; 75 kg-os embernél az egész testre ez mindössze: E = 675 J Ez egy pohár vizet 1 o C-al melegítene fel!

24 H (msv) Sugárterhelés hatásai Hatások Dozimetria A sugárdózis átlagértéke msv/év-ben 200 Küszöbdózis orvosilag kimutatható, tünetmentes Kritikus dózis rosszullét Vérképző szervek zavarai 4000 Félhalálos dózis Az 50%-a orvosi kezelés hiányában meghal 6000 Halálos dózis Az átlagos természetes radioaktív háttérsugárzás kb, 1,8 msv/év, ebből: a levegőben jelenlévő radon (kb, 0,5 msv/év), az épületek sugárzása (kb, 0,4 msv/év), kozmikus sugárzás (0,3 msv/év), a bennünk lévő 40 K izotóp sugárzása (kb, 0,2 msv/év) Emberi tevékenység - orvosi röntgen átvilágítás és terápia, - átlagosan 0,4 msv/év, Összesen kb, 2,5 msv/év,

25 A dózis hatásának függése a fajtól Különböző fajok D50 értékei Faj LD 50 (Gy) Kutya 3-4,3 Majom 5 Egér 4-6,5 Ember 5-8 E. coli 5,6 Denevér 150 Élesztő 300 Amőba 1000 B. mesentericus 1500 Paramecium 3000

26

27 Egy átlag amerikai lakosra jutó éves sugárzás forrásai