Ionizáló sugárzások egészségügyi hatásai
Dr. Vincze Árpád
A sugárzás és az anyag kölcsönhatásai • • • •
Fizikai hatások Kémiai hatások Biokémiai hatások Biológiai hatások
Kémiai - biokémia hatások 3. Kémiai elváltozás történik a sejt alapvető fontosságú molekulájában, a DNS-ben, amely biokémiai változást (DNS sérülést, mutációt) okoz
Közvetlen ionizáció - kromatin
1
DNS - sérülések lehetnek:
Emberi sejtben 1 Gy (X) Kettős száltörés: 40 Egyes száltörés: 1000 Bázishiány: 3000 Keresztkötés: 180
DNS - sérülések kijavítása 1.
Kimetszéses mechanizmus Sugárzás
endonukleáz polimeráz
exonukleáz ligáz
DNA - repair
Lehetséges sejtbiológiai elváltozások 1.
2.
3.
Lethális -a sejt a hatások következtében elhal (apoptózis, programozott sejthalál) – szövetpusztító hatás Sublethális -a károsodás kijavítható -a sejt nyugalmi állapotában sérülésnek nincs jele -a károsodás sejtosztódáskor jelentkezhet – késői hatások Potenciálisan lethális -a környezeti tényezőktől függ a hatás végső eredménye
Ionizálós sugárzások egészségügyi hatásai Sugárzás energiája elnyelődik a sejt(ek)ben Biomolekulák (DNS, membrán) kémiai változása, sérülése
Súlyos sérülés
Biológiai javító mechanizmusok Sejthalál
Eredménytelen
Hibás
Eredményes
programozott Intenzív
Szövetpusztító hatás (determinisztikus)
mutáció
rákos sejt
Rákkeltő-genetikai hatás (sztochasztikus)
A hatást módosító tényezők 1. 2. 3. 4. 5.
6.
Oxigén jelenléte növeli. (Nitro-imidazol származékok szzintén növelik a hatást: Klion-metronidazol) Szulfhidril (SH) tartalmú vegyületek csökkentik. A sugárzás minősége (Lineár Energy Transfer - LET - érték. Hőmérséklet A kérdéses sejt életkora, szerkezete: az osztódó állapotban lévő sejt a legérzékenyebb. Minél több egy szövetben az éretlen („ős”) sejt, annál érzékenyebb. A sejt egyes részei érzékenysége is eltérő: membrán ---> sejtmag ----> plazma
Dózis-hatás összefüggések MODELLEK
RÁKOS – GENETIKAI (SZTOCHASZTIKUS) HATÁSOK Egy sejt
SZÖVETKÁROSÍTÓ (DETERMINISZTIKUS) HATÁSOK Több sejt
Vér besugárzása-kromoszóma aberrációk Emberi nyiroksejtek (limfociták) ionizáló sugárzás okozta kromoszóma aberrációi: az ún. dicentrikus és töredék változatok (nyilakkal jelölve).
Sugárzás típusától való függés
-
Biológiai hatás LET függő –Relatív Biológiai Hatékonyság (RBE)
RBE =
Dózis [Gy] 250 keV X / dózise [Gy] más forrásból ami ugyanolyan biológiai hatást okoz
ADT DR ,T RBE R ,T Gy RBE átlagol elnyelt dózis (ADT): R D R ,T – elnyelt dózis T szövetben R sugárzástól
RBE R ,T
Szövetpusztító (determinisztikus) hatás Korán jelentkezik (napok, hetek) Csak egy bizonyos dózis fölött (küszöb dózis ~ 500 mSv)
% Küszöb felett a súlyosság dózis függő Küszöb
A hatás jelleg sugárzás specifikus
0
Dózis
Egyes determinisztikus hatások küszöbdózisai
Faji érzékenységi sorrend
LD 50/30
Emlősök
1,5 - 10 Sv
Szárnyasok
10 - 150 Sv
Gombák, bektériumok
50 - 300 Sv
Rovarok
600 - 800 Sv
Egysejtűek
1000 - 3000 Sv
Rákkeltő - genetikai (sztochasztikus) hatás Később jelentkezik (5-10 év) Nincs küszöbdózis A hatás nem sugárzás specifikus Azonosítás statisztikai korlátai: Nagy mintaszám kell Nem állandó a háttér Időeltolódás
LNT modell Meredekség: ~5 % /Sv Kockázat
< 200 mSv < 6 mSv/h
Nem mutatható ki növekedés: -az atombomba támadás túlélői (kb. 80 000 fő) < 200 mSv − nagy természetes hátterű területeken (~200 mSv/év!)
?
0
Dózis
Egyenérték Dózis: A különböző típusú és energiájú sugárzásoknak az emberi testszövetben és szervekben azonos sztochasztikus hatást eredményező dózisa.
H T ,R w R D T ,R H T w R D T ,R R
[J/kg] Sv-Sievert
Szabályozásnál használt dózis alapmennyiségek 3 Effektív Dózis(E): • •
SZERVEINK ÉRZÉKENYSÉGE ELTÉRŐ A HATÁS FÜGG AZ EXPOZÍCIÓ HELYÉTŐL IS
E w T H T w T w R DT,R T
u
u
T
R
HT - egyenérték dózis a T szervben wT - sugárérzékenységi tényező
Szabályozásnál használt dózis alapmennyiségek 4
A sugárérzékenységi tényező wT
SZERV IVARSZERVEK VÖRÖS CSONTVELÕ VASTAGBÉL TÜDÕ GYOMOR EMLŐ HÓLYAG MÁJ NYELŐCSŐ PAJZSMIRÍGY BŐR CSONTFELSZÍN AGY
WT 0,20 0,12 0,12 0,12 0,12 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,01 0,01 0.05
VISSZAMARADÓ
w T
T
1
WT* 0,08 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,04 0,04 0,04 0,04 0,01 0,01 0,01 0,01 0.12
LNT modell Pro: Drosophila legyek genetikai vizsgálata
Kontra:
− Az atombomba támadás túlélői között 200 mSv alatt nincs szignifikáns rákos gyakoriság növekedés. − Nem mutattak ki fokozott kockázatot nagyobb természetes sugárzási hátterű területeken − A rákbetegség nem elsőrendű kinetikájú folyamat − A DNS akár egy vagy két láncának törése esetén ezek javítása nem jelenthet túl nagy feladatot a sejtnek − Kis dózisoknál még senki sem mutatott ki biológiai- vagy egészségkárosodást.
Sztochasztikus hatások NEMZETKÖZI AJÁNLÁS (ICRP) : LNT modell
Végzetes kimenetelű hatások kockázata (10 -2 / Sv)
2
Természetes eredetű sugárterhelés Kozmikus sugárzás
20%
52%
Természetes izotópok külső sugárzása Belégzése
16% 12% Fogyasztása
Átlag: 2.42 mSv/év M.o: ~3 mSv/év
- tipikus tartomány 1-10 !
A kozmikus sugárzás mértéke magasság függő
20 000 m
> 400
12 000 m
160
4000 m
6
2000 m
3
tengerszint
1 (0.031 mSv/h)
A primordiális radioaktív izotópok előfordulása változó A közetekben, talajban, építőanyagban lévő radioaktív anyagok koncentrációja változó a földön Nagyon magas természetes háttér
Brazília (Guarapari)
mSv/év 5.5 (35)
Irán (Ramsar)
10.2 (260)
India (Kerala)
3.8 (35)
Kína (Yangjiang)
3.5 (5.4)
Mesterséges eredetű sugárterhelés globális hatások Orvosi diagnosztika Atomenergia egyéb alkalmazása Atomfegyver kísérletek Csernobili baleset 0.3%
98.8%
0.003%
0.8%
Mesterséges / természetes sugárterhelés globális hatások
Teljes mesterséges Természetes 20%
80%
DÓZISKOTLÁTOK 16/2000. (VI.8.) EüM rendelet Csoport Munkavállalók
Tanulók, gyakornokok oktatási célból 16-18 év Lakosság
Dóziskorlát 5 év átlagában 20 mSv max 50 mSv/év effektív dózis Szemlencsére: 150 mSv/év HT Bőrre (1 cm2), végtagokra: 500 mSv/év HT E = 6mSv/év Szemlencsére: 50 mSv/év HT Bőrre (1 cm2), végtagokra: 150 mSv/év HT E = 1mSv/év Szemlencsére: 15 mSv/év HT Bőrre (1 cm2), végtagokra: 50 mSv/év HT
DÓZISKORLÁTOK Veszélyhelyzeti sugárterhelésre
50 mSv effektív dózis 100 mSv effektív dózis népesség jelentős sugárterhelésének megakadályozása esetén 250 mSv effektív dózis életmentésben résztvevőkre
Vészhelyzeti sugárterhelésre vonatkozó BEAVATKOZÁSI SZINTEK
Beavatkozási szint Védelmi intézkedés Lekötött Effektív dózis elnyelt dózis a pajzsmirígyben, D() Elzárkosztatás 10 mSv, max 2 nap Kimenekítés 50 mSv, max 1 hét Jódprofilaxis 100 mGy Áttelepítés Kezdeményezés Megszüntetés Effektív dózis Effektív dózis Ideiglenes 30 mSv/hó 10 mSv/hó Végleges > 1 Sv/ élettartam -
