Gezondheids effecten van ioniserende straling
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Ioniserende straling bron
zendt straling uit
straling
ontvanger
absorptie van energie:dosis mogelijke biologische effecten Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Celkern
Opbouw van de celkern
Cel
Chromosomen DNA molecuul
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Van chromosoom tot DNA molecuul
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Beschadiging DNA door ioniserende straling •
Directe beschadiging door ionisatie in DNA molecuul
•
Indirecte beschadiging door vorming van reactieve OH radicalen in het waterige milieu van de cel
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Effecten aan cellen – fixatiedood • onmiddellijke vernietiging
– directe celdood • ophouden functioneren na verloop van uren
– indirecte celdood • beschadiging kernstructuur • celdood na deling
– chromosoomabberaties • abnormale cellen en genmutaties • celdood na enkele delingscycli • controle celdelingsproces gaat verloren (woekering)
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
RBE - factor in radiobiologie en radiotherapie Relatieve Biologische Effectiviteit –
–
onderlinge verhouding tussen de respectievelijke waarden van de geabsorbeerde dosis van verschillende stralingssoorten die hetzelfde radiobiologische effect veroorzaken RBE van een bepaalde stralingssoort is gedefinieerd t.o.v. 250 kV röntgenstraling
RBES = –
RBE is specifiek verschillend naar gelang • • •
–
Dx (250 kV X-ray) __________________ DS (stralingstype S)
stralingssoort en stralingsenergie dosis – dosistempo – fractionering celtype – beschouwde effect / endpoint
RBE is radiologische basis voor de kwaliteitsfactor Q en weegfactor w voor stralingskwaliteit, die gebruikt worden in de R stralingsbescherming
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Biologische gevolgen Meerdere indelingen mogelijk op grond van volgende criteria: Waar treedt het effect op? Somatische en genetische effecten (orgaan/weefsel) (nageslacht) Wanneer wordt het effect zichtbaar? acuut, subacuut, laat Wat is de aard van het effect? deterministische en stochastische effecten
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Gezondheidseffecten van ioniserende straling Belangrijkste indeling van gezondheidseffecten van straling: •
Deterministische effecten: effecten op korte termijn (uren tot weken) na hoge stralingsdosis (> 200 mSv)
•
Stochastische effecten: mogelijke effecten op lange termijn (jaren) na lage dosis (< 200 mSv)
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Deterministische effecten •
Alléén bij hoge doses (>200 mSv):
beschadiging cel > celdood > beschadiging orgaan > verlies orgaanfunctie
•
Effecten zijn op korte termijn waarneembaar
•
Er is een drempeldosis (afhankelijk van effect), onder deze drempel geen effect waarneembaar
•
Ernst van het effect hangt af van de dosis
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
frequentie ( % )
Deterministische effecten dosis - responscurve
dosis
ernst
variatie in gevoeligheid per individu dosis
drempeldosis Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Effecten na acute,totale lichaamsbestraling Dosis (mSv) < 200
Effect Geen aantoonbare effecten
200 – 1000
Lichte afwijkingen van normaal bloedbeeld, geen blijvende schade
1000- 2000
Verschijnselen beenmergsyndroom met kans op infecties en bloedingen Eerste tekenen maag-darm syndroom: misselijkheid, diarree, verminderde eetlust
2000 - 4000
Zeer ernstig beenmergsyndroom met kans op overlijden na 3 - 4 weken
4000-10.000
Ernstige tekenen maag-darm syndroom met kans op bloedingen
LD 50 – LD 100
Grote kans op overlijden t.g.v. beenmergsyndroom na 3 - 4 weken
10.000 –
Vrijwel zeker overlijden t.g.v. beenmergsyndroom na 3 - 4 weken
100.000
Grote kans op overlijden t.g.v. maag-darm syndroom na 1 week Verschijnselen van schade aan centrale zenuwstelsel binnen 1 dag
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Drempelwaarden Orgaandosis in Gy
acuut
rode beenmerg
0,5 2 0,15 3 2,5 2 6 5 6 10 30 1 30
gonaden
man man vrouw
ooglens huid (lokaal)
bot
kind volw.
gefractioneerd
0,4 6 5 10 50 30 40 90 60
deterministisch effect verminderde bloedvorming fatale aplasie tijdelijke steriliteit blijvende steriliteit blijvende steriliteit lenstroebeling cataract haaruitval erytheem droge epidermis necrose groeistoornis necrose Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Stochastische (kansgebonden) effecten •
de schade aan het DNA kan – ongecontroleerde celdeling op gang brengen (woekering) – erfelijke afwijkingen voor het nageslacht veroorzaken (bij bestraling geslachtscellen)
• •
effecten zijn pas op lange termijn (jaren) waarneembaar er is een zogenaamde latentietijd kans van optreden is afhankelijk van de stralingsdosis – toeval speelt een belangrijke rol – grote onzekerheden
•
ernst van de schade is niet afhankelijk van de stralingsdosis
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Ontstaan van kanker Initiatie
Promotie
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Schema stochastische / deterministische effecten DNA dubbele breuken
celdood
mutatie
geslachtscel
lichaamscel
lichaamscel
steriliteit
verlies orgaanfunctie
tumoren leukemie
Deterministische effecten
geslachtscel
erfelijke afwijkingen
Stochastische effecten Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Hypothese voor stralingsbescherming –
–
ondanks grote diversiteit van cellulaire stralingseffecten geldt dat de effecten zijn terug te voeren op één soort primaire schade : dubbelstrengs - DNA - breuk voor stralingsbescherming : lage dosis & laag dosistempo •
– –
lineaire dosis - effect relatie
redelijk constante RBE per stralingssoort bij lage doses kwaliteitsfactor Q en weegfactor w zijn globale benaderingen om R RBE in rekening te brengen
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Epidemiologie – – – – – – – – – – –
-
beperkingen
stochastische effecten zijn niet stralingsspecifiek onbekende andere factoren oorzaak van kanker / leukemie is multifactorieel mogelijk synergisme met andere blootstellingen hoge achtergrondfrequentie onnauwkeurige dosimetrie zeer langdurige studies organisatie en documentatie veeleisend zeer grote studiepopulatie nodig invloed van verschillen in gezondheidstoestand “healthy worker” effect
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Studies naar kanker inductie bij hoge doses – overlevenden Hiroshima & Nagasaki RERF Life Span Study T65D Tentative 1965 Dose DS86 Dosimetry System 1986 – medische toepassingen • x - ray therapie • radium - injectie
– beroepsmatige blootstelling • radium painters , uranium mijnwerkers , radiologen en röntgentechnici
– nucleaire ongevallen • fall out Marshall Islands • Tjernobyl
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Life span study
1950 - 1985 DS85
aantal overlevenden in de studie totale sterfte aantal kankergevallen aantal leukemiegevallen
T65D
76.000 28.737 5.734 202
91.228 34.261 6.681 235
sterfte solide tumoren sterfte door leukemie leeftijd < 20 20 - 35 > 35
totaal straling 540 1002 4193
50 72 140
totaal 61 44 97
straling 33 16 30
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Risico projectie modellen • •
T = leeftijd bij blootstelling L = minimale latentietijd
ADDITIEF
NAT = natuurlijke kankersterfte
MULTIPLICATIEF
straling
straling
NAT
NAT
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Schatting “extra” kans op fatale “kanker” bij acute hoge dosis –
risico - coëfficiënt uitgedrukt als kansschatting ( percentage ) bij equivalente dosis = 1000 millisievert totale lichaamsbestraling additief model BEIR 1972 UNSCEAR 1977 BEIR 1980 NUREG 1985 UNSCEAR 1988 BEIR 1990 NRPB 1993
1 2à3 1à3 3 4à5 ---
multiplicatief model 6 -2à5 5 7 à 11 9 6 à 12
DDREF -2,5 2 2à5 2 à 10 > 2 2
voor stralingsbeschermingsdoeleinden wordt de kansschatting gereduceerd met de DREF-factor
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Studies naar kanker inductie bij lage doses •
epidemiologische studies bij: – werkers die bij hun beroep werden blootgesteld – omwonenden van kerninstallaties en bevolkingsgroepen die aan fall-out werden blootgesteld
•
vanwege grote onzekerheidsmarge is het onmogelijk gebleken om verband tussen stralingsblootsteling en kankerinductie aan te tonen
•
daarentegen kan ook niet worden uitgesloten dat er wel een verband bestaat
•
Stralingsbescherming: – voorzichtigheidshalve gaan we ervan uit dat er ook bij lage dosis een zeer kleine kans op kankerinductie bestaat – die kans wordt geschat door extrapolatie vanuit hoge dosis
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Dosis – effect relatie bij hoge en bij lage dosis
0 - 20 mSv Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Onnauwkeurigheid in kansschatting voor kankersterfte bij lage doses en laag dosistempo –
spreiding in kansschattingen bij hoge dosis en acute bestraling •
–
onzekerheid in reductiefactor voor lage dosis en laag dosistempo •
–
lineaire interpolatie zonder drempeldosis
onzekerheid over multifactoriële invloeden • • •
–
tenminste factor 2
LNT - beschermingshypothese •
–
enkele procenten tot ruim tien procent, per sievert
leeftijd – geslacht – ras individuele gezondheid – leefgewoonten – levensstandaard milieu – mogelijk synergisme met andere agentia
invloed van risicoprojectiemodellen •
multiplicatief model levert hogere schattingen dan additief model
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Aanbevelingen ICRP 60 voor stralingsbescherming •
Gezondheidsschade tgv lage doses – Sterfte door tumoren en leukemie – Niet dodelijke effecten – Genetische effecten
•
Kans op stochastische effecten in % per Sievert totale bevolking
beroepsbevolking
Sterfte door tumoren/leukemie
5,0
4,0
Niet dodelijke effecten
1,0
0,8
Genetische effecten
1,3
0,8
Totaal
7,5
6,0
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e
Sterftekans roken vs blootstelling een lage dosis Overlijdensrisico tgv blootstelling aan lage stralingsdosis: 0,005 % per millisievert
Overlijdensrisico tgv roken: 0,005 % per 100 sigaretten
10 microSievert komt dus overeen met één sigaret 10 microSievert is één “sigaret equivalente” dosis
Stralingsbeschermingsdienst SBD-TU/e