AZ IONIZÁLÓ SUGÁRZÁS - mint KLASSZIKUS FIZIKAI KÓROKI TÉNYEZŐ
A sztochasztikus hatások sugárvédelmi vonatkozásai. dr Sáfrány Géza OSSKI
MIÉRT TEKINTHETŐ AZ IONIZÁLÓ SUGÁRZÁS SPECIÁLIS FIZIKAI KÓRTÉNYEZŐNEK?
• 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
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
Közvetlen hatás HX
•A
sérülés biológiai következményei nem azonnal jelentkeznek, hanem az elnyelt dózistól függő latencia időt követően.
HX HX
• Az
ionizáló sugárzások miatti energia-elnyelődést érzékszerveink nem észlelik. Emiatt elmarad a vészjelzés és a tudatos (vagy ösztönös) védekező reakció.
Közvetett hatás
HX
Törés HX
Szabadgyök (OH)
HX
.
HX
Törés HX
HX
A víz radiokémiája H2O
A szabadgyökök olyan atomok, vagy molekulák, amelyek a külső elektronhéjon egy nem párosított orbitális elektront tartalmaznak.
H2O
eaq + H2O+ Ionizáció (eaq = hidratált elektron) H2O
OH + H Excitácót követő disszociáció
Mindkét termék visszaalakulhat H20-vá, Szekunder reakciók következtében H2, és oxygén jelenlétében pedig, H2O2 keletkezhet. Lelassult szabad elektronok hidratálódnak (eaq). Egyéb jelentős reakciók: OH + OH H 2O + H2
O+
H 2 O2 H3O+ Oxonium ion + OH
OH , H2O2 oxidáló, eaq, H és H2 pedig redukáló hatásúak
Az ionizáló sugárzás sejtpusztító hatása, az ionizáló sugárzás sejten belüli célpontjai
A DNS a fő célpont a sejthalál, mutáció és karcinogenezis szempontjából.
Az ionizáló sugárzás sejtpusztító hatása, az ionizáló sugárzás sejten belüli célpontjai
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.
2016.03.21.
A kis dózisok sztochasztikus hatásait nem ismerjük?
A kis dózis tartományban (<100 mSv) a sztochasztikus hatások a lényegesek
A kis dózisok biológiai hatásaira extrapolációval következtetünk
A jelenleg a lineáris küszöbdózis nélküli modell az elfogadott
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
KÉSÕI
(csak determinisztikus)
(hónapok, évek, évtizedek múlva)
Helyi besugárzás után Szöveti elváltozások órák-napokhetek múlva
Általános (egésztestbesugárzás után) Heveny sugárbetegség
Sztochasztikus (valószínűségi)
Determinisztikus (kumulativ küszöbdózis felett) -Bőrgyulladás -Szürkehályog - Teratogén hatások
Daganatképződés - leukemia - tumorok - Genetikai hatások
Sztochasztikus hatások
• Rosszindulatú daganatképződés – Ionizáló sugárzás általános rákkeltő ágens, vagyis minden
• Rosszindulatú daganatképződés • Örökletes (genetikai) károsodás
emberfajtában, minden szövetben és minden életkorban képes daganatot okozni. NINCS CÉLSZÖVETE!
– Ugyanazok a daganattípusok alakulnak ki ionizáló sugárzás hatására, mint spontán módon
• Mechanizmus: sejtek DNS-ben bekövetkező nem letális károsodások (mutációk), amelyet a sejt nem képes kijavítani
– 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:
Kis dózisok sztochasztikus hatásainak becslésére általánosan elfogadott modell:
• 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
• A sztochasztikus hatások előfordulási gyakoriságának
változása csak epidemiológiai módszerekkel (nagyszámú embercsoportokon végzett nyomonkövetéses vizsgálatokkal) mutatható ki.
KÜSZÖBDÓZIS NÉLKÜLI LINEÁRIS ÖSSZEFÜGGÉS
Tanulmányozott populációk Populáció Méret (személy) Atombomba túlélői: 86 000 Atom teszt: Semipalatinsk/Altai 30 000 Marshall szigek 2 800 Nukleáris baleset: Csernobili elhárító személyzet > 200 000 Csernobili lakosság (>185 kBq /m2 137Cs) 1 500 000 Cseljabinszki lakosság 70 000 Techa folyó körüli lakosság 26 000 Orvosi beavatkozás: ankilotikus spondylitis 14 000 kis LET jód kezelés és terápia ~ 70 000 cervix tumor kezelés ~ 80 000 mellkas fluoroszkópia 64 000 fej / timusz besugárzás 9 000 gyerekkori hemangioma kezelése 14 000 nagy LET thorotrast angiográfia 4 200 Ra-224 kezelés 2 800 Prenatalis expozíció (fetalis radiográfia, atom bomba) 6 000 Foglalkozási expozíció: nukleáris ipar dolgozói (Japan, UK) 115 000 urán bányászok 21 000 rádium óralap festők 2 500 radiológusok 10 000 Természetes expozíció (kinai, EC és USA) néhány 100 000
Daganatkeletkezés az atomtámadás túlélőiben
A hirosimai, nagaszakii kohort epidemiológiai adatai 2004-ben is életben lévő populáció
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
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
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
1 Sv sugárexpozíció = 4-5 x 10-2 halálos daganat 2 mSv/év munkahelyi expozíció = 1x10-4 daganat
A csernobili baleset következményei
Akut sugárbetegség a közvetlen elhárítókban
A baleset után 1057 ember vett részt az elhárítási munkában, vagy tartózkodott a helyszínen.
ARS túlélők későbbi elhalálozási okai
134 akut sugárbetegség, 28 áldozat
A csernobili baleset hosszú távú következményei
A baleset során érintett populáció
530000 115000
117 31
6400000
9
Szolid tumor gyakoriság a liquidátorok csoportjában
Pajzsmirigy daganatok a szennyezett területen élőkben: nők
Szolid tumor gyakoriság a szennyezett területen élőknél
A daganatos elhalálozás várható alakulása a csernobili baleset következtében exponált populációknál
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
Dózis megoszlás
Többlet relatív kockázat per 1 Sv
Összes daganat: ERR/1 Sv = 0,97 RR/100 mSv = 1,1
Leukémia: ERR /1 Sv = 1,93 RR/100 mSv = 1,19
100 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 100-200x10-6/ év
Nyugat-német nukleáris erőművek (1980-2003)
5 évesnél fiatalabb gyerekek leukémia kockázata nő az atomerőművek 5 km-es körzetében
A megnőtt leukémia gyakoriság nem magyarázható az atomerőművek radioaktív anyag kibocsátásával
5 évesnél fiatalabb gyerekek leukémia kockázata nő az atomerőművek 5 km-es körzetében
A legújabb francia adatok megerősítik a német eredményeket
ASN összefoglaló
Computer tomográf (CT) vizsgálatok kockázata gyerekekben
Követett populáció – ~178000 1985-2002. között CT vizsgálaton átesett nem-daganatos személy Életkor - <22 év a CT vizsgálat időpontjában Követési periódus – 1985-2008 Leukémia szám – 74/178604 „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 – 135/176587
„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
Leukémiák kialakulásának kockázata a dózis-függvényében
Fiatalokon elvégzett CT vizsgálatok esetén a leukémiák és agydaganatok kialakulásának kockázata dózis függő, az abszolút daganatszámok azonban nem nagyok
EAR leukémia – 0,83/10 év/10000 személy/CT EAR agytumor - 0,32/10 év/10000 személy/CT
Agydaganatok kialakulásának kockázata a dózis-függvényében
Sugaras munkahelyek kockázata
Spontán emlőrák kialakulás kockázata – mammográfiás emlőrákszűrés haszna 800
3,000
700
2,500
600 2,000
500 400
1,500
300
1,000
200 500 0
Összefoglalás
•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.
100 0
20
40
60
Age years
80
100
0
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?
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?
