Radiační patofyziologie
Jednotky pro měření radiace:
❚ Radiační poškození vzniká účinkem ionizujícího záření. Co se týká jeho původu, ionizující záření vzniká: ❚ při radioaktivním rozpadu prvků, ❚ přichází z kosmického prostoru, ❚ je produkováno technickými zařízeními (např. RTG diagnostika, defektoskopie).
❚ Jednotkou aktivity je becquerel: 1 Bq = 1 rozpad/s ❚ Jednotkou absorbované dávky je gray: 1 Gy = 1 J/kg ❚ Jednotkou expozice je vzniklý náboj: 1 C/kg ❚ Jeddnotkou absorbované dávky je sievert: 1 Sv = 1 Gy * jakostní faktor
Zdroje záření ❚ Zdroje záření můžeme rozdělit také na: ❚ - přirozené (přirozená radioaktivita prostředí, kosmogenní záření) ❚ - umělé (RTG diagnostika, medicínské aplikace, technická zařízení, dříve také pokusy s jadernými výbuchy) ❚ Obě složky se v současné době podílejí na zátěži obyvatelstva velmi zhruba 50%.
Ozáření obyvatelstva z různých zdrojů
ZDROJE PŘÍRODNÍ ZDROJE Prostředí Kosmické záření Záření zemské kůry Vnitřní radioisotopy v těle UMĚLÉ ZDROJE Prostředí Technolog. zvýšení (uhlí atd.) Spad z jaderných výbuchů Jaderné elektrárny Lékařství Diagnostika Radioizotopy Profesionální expozice Spotřební zboží a další
Dávka (µSv/r) 280
260 260 40 40 3 780 140 10 50
Typy ionizujícího záření: ❚ fotony (γ-záření, RTG-záření, hranice je dána způsobem vzniku, energeticky se překrývají); ❚ záření α (jádra atomů helia); ❚ záření β- (elektrony); ❚ neutrony (n); ❚ záření β+ (positrony); ❚ protony (p); ❚ těžké produkty (jádra prvků těžších než He).
❚ Mimo tyto typy záření existují i jiné druhy vysoce energetických částic (například mezony, hyperony), lze je jednak vyrobit v urychlovačích, jednak se vyskytují v kosmickém záření. ❚ Pro úplnost je třeba poznamenat, že dalším typem záření (bez biologického významu) jsou neutrina. ❚ Běžnými typy záření jsou pouze fotony (γ), β-, α a při štěpných reakcích neutrony.
Vlastnosti ionizujícího záření Typ γ ββ+ n
p α
Částice fotony elektrony positrony neutrony tepelné rezonanční střední rychlé protony jádra helia štěpné trosky
Dolet (cm) Ionizace (cm) olovo 10-1-102 vzduch 101-103 101-102 101-102 beton 101 beton 102 vzduch 100-102 103-104 vzduch 100-101 104-105 vzduch 10-2-100 104-106
Jak. faktor 1 1.7 1.7 3 2.5 8 10 10 10 20
Cesty radiace do organizmu:
❚ ❚ ❚ ❚
Ozářením z vnějších zdrojů (neutrony, γ-záření) Kontaminací povrchu těla (radioizotopy) Dýchacími cestami (horké částice, Rn) Ingescí (radioizotopy)
Pro běžnou populaci přichází v úvahu hlavně ozáření z vnějších zdrojů (diagnostika, technické zdroje) a Rn ze stavebních materiálů.
Princip působení záření ❚ Všechny typy pronikavého záření mají v zásadě stejný efekt - vyvolávají ionizaci. ❚ Vlivem ionizace vznikají radikály, které jsou chemicky vysoce aktivní. ❚ Působením radikálů dochází k poškození citlivých buněčných struktur. ❚ Tato poškození se často projeví až po delší době (např. při dělení buňky).
Časová odezva v biologických systémech
Úroveň Fyzikální jevy, ionizace Radikály, reaktivní molekuly Stabilní molekulární poškození Buňka Organizmus Lidská populace
Časová škála 10-18-10-12 s 10-12-10-9 s 10-9-10-0 s 101-105 s 104-109 s 108-1010 s
Účinky ionizujícího záření ❚ NESTOCHASTICKÉ: - jsou důsledkem poškození velkého počtu buněk - projevují se jen při dávkách nad prahovou dávku - stupeň poškození roste s dávkou - většinou mají krátké latentní období ❚ STOCHASTICKÉ: - mohou být důsledkem postižení jediné buňky - mohou vzniknout i při nejmenších dávkách - s dávkou roste pravděpodobnost vzniku defektu - projevují se až po více (mnoha) letech
Základní typy nestochastických účinků: ❚ Akutní nemoc z ozáření (sem je řazena i chronická forma): - krevní forma (1 - 5 Gy) - střevní forma (kolem 10 Gy) - nervová forma (asi kolem 100 Gy) ❚ Akutní lokalizované poškození: - radiační dermatitida - vyvolání neplodnosti (u mužů dočasné při 0.5 Gy, trvalé u obou pohlaví asi po 3 Gy) - poruchy jemného cévního zásobení ❚ Poškození plodu in utero
Radiosenzitivita (davka LD50 v Gy) pro RTG a γ-záření Druh Ovce Člověk Pes Myši různých linií Ptáci, hadi Členovci Kvasinky Rostliny Micrococcus radiodurens
Dávka 1.5-2 2.5-3.5 2.5-3 5.5-12 8-20 10-1000 300-500 10-1500 105 Gy/den
Poškození plodu
Pozdně se projevující nestochastické účinky: ❚ Nenádorová postižení vznikající důsledkem zhoršené kvality postižených tkání: - zákal oční čočky (při dávkách nad 1 Gy, projeví se po 1/2 roce až 2 letech) - chronická radiační dermatitida - zkrácení střední doby života (tento efekt není u člověka plně potvrzen
Stochastické účinky ionizujícího záření Tyto účinky se projevují: ❚ zhoubnými nádory ❚ genetickými změnami Především je nutné si uvědomit, že tyto účinky nejsou specifické, záření je jen jedním z více důvodů jejich vzniku. V jednotlivých případech proto nelze rozhodnout, zda bylo ionizující záření skutečnou příčinou příslušné patologie.
Hodnocení rizika stochastických účinků: ❚ Koeficienty rizika: počet dodatečných onemocnění při 10000 ozářených dávkou 1 Sv. ❚ Koeficienty rizika úmrtí: vznikají pronásobením koeficientu rizika a pravděpodobností úmrtí na příslušnou chorobu. ❚ Při genetických účincích je koeficient rizika posuzován dle rovnovážného stavu, nikoliv tedy v prvých generacích.
Souhrnná profesionální expozice
Koeficienty rizika úmrtí (10-4Sv-1)
Orgán nebo tkáň Účinek Mléčná žláza zhoubný nádor Plíce zhoubný nádor Kostní dřeň leukémie Kost osteosarkom Štítná žláza zhoubný nádor Zbytek těla zhoubný nádor Somatické účinky celkem Gonády genetické postižení (pro 2 generace) Ozáření celého těla Kůže (zvlášť) zhoubný nádor
Riziko 25 20 20 5 5 50 125 40 165 1
Diagnostika ❚ u nestochastických účinků hlavně dle anamnézy ❚ stochastické účinky nelze jednoznačně přiřadit důsledkům ozáření
