A sztochasztikus hatások sugárvédelmi vonatkozásai.

Átírás

1 AZ IONIZÁLÓ SUGÁRZÁS - mint KLASSZIKUS FIZIKAI KÓROKI TÉNYEZŐ A sztochasztikus hatások sugárvédelmi vonatkozásai. dr Sáfrány Géza OSSKI A biológiai hatásokért a szövetekben elnyelődött energiahányad és a sugárzástípus biológiai hatékonysága a felelős. Elnyelt dózis (D) mértékegysége a gray. 1 Gy = 1 joule/kg= 100 rad MIÉRT TEKINTHETŐ AZ IONIZÁLÓ SUGÁRZÁS SPECIÁLIS FIZIKAI KÓRTÉNYEZŐNEK? Az Ionizáló Sugárzás Direkt és Indirekt Hatásai Az egyéb fizikai kórtényezőkhöz viszonyítva jelentős ellentmondás áll fenn az elnyelt energia nagysága és a biológiai következmények (a károsodások súlyossága) között Az ionizáló sugárzások miatti energia-elnyelődést érzékszerveink nem észlelik. Emiatt elmarad a vészjelzés és a tudatos (vagy ösztönös) védekező reakció. A sérülés biológiai következményei nem azonnal jelentkeznek, hanem az elnyelt dózistól függő latencia időt követően. HX Közvetlen hatás Közvetett hatás HX HX HX Szabadgyök (OH) Törés. HX HX HX HX HX Törés

2 A víz radiokémiája A szabadgyökök olyan atomok, vagy molekulák, amelyek a külső elektronhéjon egy nem párosított orbitális elektront tartalmaznak. H 2 O e aq + H 2 O + Ionizáció (e aq = hidratált elektron) H 2 O H 2 O OH + H Excitácót követő disszociáció Mindkét termék visszaalakulhat H 2 0-vá, Szekunder reakciók következtében H 2, és oxygén jelenlétében pedig, H 2 O 2 keletkezhet. Lelassult szabad elektronok hidratálódnak (e aq ). Egyéb jelentős reakciók: OH + OH H 2 O 2 H 2 O + H 2 O + H 3 O + Oxonium ion + OH OH, H 2 O 2 oxidáló, e aq, H és H 2 pedig redukáló hatásúak Az ionizáló sugárzás sejtpusztító hatása, az ionizáló sugárzás sejten belüli célpontjai Az ionizáló sugárzás sejtpusztító hatása, az ionizáló sugárzás sejten belüli célpontjai A DNS a fő célpont a sejthalál, mutáció és karcinogenezis szempontjából.

3 Sugárzásra jellemző kromoszóma károsodások A különböző sejtek sugárérzékenysége függ: - Az osztódó sejtek számától (=az osztódó sejtek sokkal sugárérzékenyebbek, mint a nem osztódó sejtek) Gyerekek!! Általában: őssejtek Sugárérzékenyek differenciált sejtek Kevésbé sugárérzékenyek (kivétel: limfoiták) - A kétláncú DNS töréseket kijavító folyamatok eredményességétől A szövetek sugárérzékenysége függ: - Az azokat felépítő sejtek sugárérzékenységétől - A szövetek regenerációs kinetikájától - A sejteknek a szöveteken, szerveken belüli szerveződési hierarchiájától. Ez a sugárérzékenység határozza meg a küszöbdózis nagyságát A kis dózisok sztochasztikus hatásait nem ismerjük? A kis dózisok biológiai hatásaira extrapolációval következtetünk A kis dózis tartományban (<100 msv) a sztochasztikus hatások a lényegesek A jelenleg a lineáris küszöbdózis nélküli modell az elfogadott

4 Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai Jelenleg nincs arra vonatkozó bizonyíték, amely a sztochasztikus sugárhatás lineáris, küszöbdózis nélküli modelljét érvénytelenné tenné. Sugárhatásra kialakuló mutáció nem egyenlő a daganat képződéssel SUGÁRKÁROSODÁS Az ionizáló sugárzás daganatkeltő hatása közismert KORAI (csak determinisztikus) KÉSÕI (hónapok, évek, évtizedek múlva) Helyi besugárzás után Szöveti elváltozások órák-napokhetek múlva Általános (egésztestbesugárzás után) Heveny sugárbetegség Determinisztikus (kumulativ küszöbdózis felett) -Bőrgyulladás -Szürkehályog - Teratogén hatások Sztochasztikus (valószínűségi) - Daganatképződés - leukemia - tumorok - Genetikai hatások

5 Sztochasztikus hatások Rosszindulatú daganatképződés Örökletes (genetikai) károsodás Mechanizmus: sejtek DNS-ben bekövetkező nem letális károsodások (mutációk), amelyet a sejt nem képes kijavítani Rosszindulatú daganatképződés Ionizáló sugárzás általános rákkeltő ágens, vagyis minden emberfajtában, minden szövetben és minden életkorban képes daganatot okozni. NINCS CÉLSZÖVETE! Ugyanazok a daganattípusok alakulnak ki ionizáló sugárzás hatására, mint spontán módon Az ionizáló sugárzás hatására kialakuló daganatoknak ugyanolyan a klinikai lefolyása, mint a spontán módon kialakult daganatoknak Ionizáló sugárzás gyenge karcinogén Sugárzás hatására kialakuló daganatok (mint stochasztikus károsodások) jellemzői: Az előfordulásuk gyakorisága mutat dózisfüggést (=minél nagyobb a sugárterhelés mértéke, annál valószínűbb, hogy kialakul egy daganat) Nincs (nem ismert a) küszöbdózis Nem vonatkoztatható az egyes személyekre, nem lehet megjósolni, hogy az érintett populáció mely egyedein jelentkezik Kis dózisok sztochasztikus hatásainak becslésére általánosan elfogadott modell: KÜSZÖBDÓZIS NÉLKÜLI LINEÁRIS ÖSSZEFÜGGÉS A sztochasztikus hatások előfordulási gyakoriságának változása csak epidemiológiai módszerekkel (nagyszámú embercsoportokon végzett nyomonkövetéses vizsgálatokkal) mutatható ki.

6 Tanulmányozott populációk Populáció Méret (személy) Atombomba túlélői: Atom teszt: Semipalatinsk/Altai Marshall szigek Nukleáris baleset: Csernobili elhárító személyzet > Csernobili lakosság (>185 kbq /m 2137 Cs) Cseljabinszki lakosság Techa folyó körüli lakosság Orvosi beavatkozás: ankilotikus spondylitis kis LET jód kezelés és terápia ~ cervix tumor kezelés ~ mellkas fluoroszkópia fej / timusz besugárzás gyerekkori hemangioma kezelése nagy LET thorotrast angiográfia Ra-224 kezelés Prenatalis expozíció (fetalis radiográfia, atom bomba) Foglalkozási expozíció: nukleáris ipar dolgozói (Japan, UK) urán bányászok rádium óralap festők radiológusok Természetes expozíció (kinai, EC és USA) néhány Daganatkeletkezés az atomtámadás túlélőiben A hirosimai, nagaszakii kohort epidemiológiai adatai 2004-ben is életben lévő populáció

7 Epidemiológiai alapfogalmak Szolid tumor mortalitás dózis függése abszolút kockázat (absolut, risk, AR) - megbetegedés száma, vagy aránya a populációban egy adott időszak alatt. többlet abszolút kockázat (excess absolut risk, EAR) - az exponált és a kontroll populáció AR értékeinek a különbsége. relatív kockázat (relative risk, RR) - hányszor nagyobb az exponáltak megbetegedési/elhalálozási kockázata a nem exponáltakhoz viszonyítva (OR - esély hányados). többlet relatív kockázat (excess relative risk, ERR) - RR-ből kivonunk 1-et Sugárhatásra kialakuló daganatok típusa Daganat mortalitás az életkor függvényében I: relatív többlet kockázat alakulása Expozíciókori életkor Elért életkor

8 Szolid tumor mortalitás az életkor függvényében II: abszolút többlet kockázat alakulása Sugárzás okozta szolid tumoros elhalálozás kockázatának dózis-függése Expozíciókori életkor Elért életkor A küszöbdózis 0 Gy Kis dózisú ionizáló sugárzás okozta daganatos-elhalálozás kockázatának dózis-függése Leukémia elhalálozás az atomtámadás túlélőiben Többlet relatív kockázat (ERR) alakulása az expozíciókóri életkor függvényében

9 Sugárzás okozta leukémiák számának alakulása az expozíciókóri életkor és a sugár-dózis függvényében Nem-daganatos megbetegedések alakulás a hiroshimai és nagaszakii túlélőkben Sugárzásnak tulajdonítható Elért életkor (év) Becsült sztochasztikus kockázat A csernobili baleset következményei 1 Sv sugárexpozíció = 4-5 x 10-2 halálos daganat 2 msv/év munkahelyi expozíció = 1x10-4 daganat

10 Akut sugárbetegség a közvetlen elhárítókban A baleset után 1057 ember vett részt az elhárítási munkában, vagy tartózkodott a helyszínen. 134 akut sugárbetegség, 28 áldozat ARS túlélők későbbi elhalálozási okai A csernobili baleset hosszú távú következményei A baleset során érintett populáció

11 Szolid tumor gyakoriság a liquidátorok csoportjában Szolid tumor gyakoriság a szennyezett területen élőknél Pajzsmirigy daganatok a szennyezett területen élőkben: nők A daganatos elhalálozás várható alakulása a csernobili baleset következtében exponált populációknál

12 Születési rendellenességek gyakorisága a kontaminált területen Szürkehályog gyakoriság ARS túlélőkben Korábbi küszöbdózis 2 Gy Korábbi foglalkozási dóziskorlát 150 msv/év lakossági dóziskorlát - 15 msv/év Új küszöbdózis 0,5 Gy EU BSS Jelenlegi foglalkozási dóziskorlát 20mSv/év; 100 msv/5 év Lakossági dóziskorlát: 15 msv/év Sugárzás-indukálta daganatos elhalálozás a nukleáris iparban dolgozókban Résztvevő országok

13 Dózis megoszlás Többlet relatív kockázat per 1 Sv Összes daganat: Leukémia: ERR/1 Sv = 0,97 ERR /1 Sv = 1,93 RR/100 msv = 1,1 RR/100 msv = 1, msv expozíció esetén a szolid tumor halálozások ~6%-át, a leukémiás halálozások ~19%-át okozza a sugárexpozíció. Atomerőműi dolgozókban a sugár expozíció a daganatok 1-2%-áért felelős. Különböző iparágak kockázati tényezői Leukémiák kialakulásának kockázata atomerőművek környezetében élő gyerekekben Windscale, Sellafield Sugaras munkahely kockázata 2 msv x10-6 / év

14 Nyugat-német nukleáris erőművek ( ) 5 évesnél fiatalabb gyerekek leukémia kockázata nő az atomerőművek 5 km-es körzetében 5 évesnél fiatalabb gyerekek leukémia kockázata nő az atomerőművek 5 km-es körzetében A legújabb francia adatok megerősítik a német eredményeket A megnőtt leukémia gyakoriság nem magyarázható az atomerőművek radioaktív anyag kibocsátásával

15 ASN összefoglaló Computer tomográf (CT) vizsgálatok kockázata gyerekekben Követett populáció ~ között CT vizsgálaton átesett nem-daganatos személy Életkor - <22 év a CT vizsgálat időpontjában Követési periódus Leukémia szám 74/ Is there a link between nuclear power plant and the risk of leukaemia in children? There is no official answer to this question. the general public needs objective, comprehensible information. Agydaganat szám 135/ Van-e kapcsolat a nukleáris erőművek és a gyerekek leukémia kockázata között? Nincs hivatalos válasz erre a kérdésre. a közvéleménynek objektív, teljes körű információra van joga. CT vizsgálatonként elszenvedett becsült sugár dózis Daganatszám alakulása az életkor és az expozíciótól eltelt idő függvényében

16 Leukémiák kialakulásának kockázata a dózis-függvényében Agydaganatok kialakulásának kockázata a dózis-függvényében Fiatalokon elvégzett CT vizsgálatok esetén a leukémiák és agydaganatok kialakulásának kockázata dózis függő, az abszolút daganatszámok azonban nem nagyok Sugaras munkahelyek kockázata EAR leukémia 0,83/10 év/10000 személy/ct EAR agytumor - 0,32/10 év/10000 személy/ct

17 Spontán emlőrák kialakulás kockázata mammográfiás emlőrákszűrés haszna 3, Összefoglalás 2,500 2,000 1,500 1, Age years Az ionizáló sugárzás általános daganatkeltő ágens. Nincs ionizáló sugárzásra specifikus daganat. Fiatalon exponálódott személyekben hamar megugrik a leukémiák gyakorisága, majd a megnőtt kockázat eltűnik. Az ionizáló sugárzás okozta szolid tumorok abszolút száma nő az idővel. Az ionizáló sugárzás nem-daganatos betegségeket is okozhat. Konzultáció: 1. Mi a determinisztikus hatás? Milyen jellemzői vannak? 2. Milyen dózistartományokban kell determinisztikus hatással számolni? 3. Milyen szerveket érint, milyen főbb tünetekkel rendelkezik? 4. Hogyan tudjuk a kapott dózist biológiai módszerekkel becsülni? 5. Milyen klinikai/laboratóriumi jelek utalnak az akut sugárbetegség súlyosságára? Konzultáció: 6. Mik a bőr sugárexpozíciójának tünetei? 7. Mi jellemzi a lokális sugárexpocíciót? 8. Mi a biológai felezési idő? 9. Mi a fizikai felezési idő? 10.Mi a külső sugárszennyeződés és mi a belső sugárszennyeződés? 11.Hogyan válhat egy külső sugárszennyeződés belsővé? Mire kell odafigyelni? Melyik típusú radioaktív anyagnál különösen fontos a belső sugárszennyeződés elkerülése? Miért? 12.Miért fontos a hatékony dekontamináció? Hogyan kell végezni?

18 Konzultáció: 13.Mi a stochasztikus sugárkárosodás és mik a főbb jellemzői? Hogyan mérhető a kockázat? 14.Mi jellemző a sugárzás okozta daganatokra? 15.Mennyi a lappangási ideje a daganatoknak? 16.Hogyan változik a sugárzás okozta daganat incidencia az életkor változásával? 17.Mi a különbség a sugárzás okozta leukémiák és egyéb szolid tumorok között? 18.Van-e a kis dózisoknak daganat indukáló hatásuk? Ezek hogyan mérhetőek? 19.Melyik daganattípus(ok) fordult(ak) elő a legnagyobb számban a csernobili baleset után? Konzultáció: 20.Mi a zárt sugárforrásból történt sugárexpozíció jellemzője? 21.Mi a nyílt sugárforrásból történt sugárexpozíció jellemzője? 22.A sugársérült személy mentésekor mi az elsődleges szempont? 23.Mikor kell sugárvédelmi rendszabályokat életbe léptetni a sugársérült személy mentésekor?