Sugárvédelem
Copyright, 1996 © Dale Carnegie & Associates, Inc.
1
Az elektromágneses spektrum
- elektromos hullámok /rádió, mikro/ λ>1 mm (pl: 50 Hz-es elektromágneses hullám hullámhossza 6000 km, 100 MHz-es URH hullámhossza 3 m körüli, 1800 MHz-es mikrohullám hullámhossza 17 cm körüli)
2
Statikus (DC) villamos és mágneses terek
WHO EHC (Environmental Health Criteria 232, Static Fields) 2006-ban került kiadásra Villamos terek
Mágneses terek:
Felületi töltés felhalmozódés kisülés, ~ 500kV/m Érzékelés 10-45 kV/m Kellemetlen de nem egészségkárosító NMR (MRI) berendezések (1.5-10 T) Egyéb ipari alkalmazások
Egészségügyi kérdések:
Mozgás erős mágneses térben Mágneses tér térbeli gradiens nagysága Implantátumok, egyéb veszélyek
3
MRI készülékek csoportosítása Statikus mágneses tér szerint Általános: 1,5 T-s és 3 T-s kész. (rádiófrekvencia.: 64-128 MHz)
A nyitott MRI – 0,2-1 T
A tudományban használnak 4,7 – 11,7 T-akat is (rádiófrekvencia.: 200-400 MHz) 4
MR készülék körül kialakuló izogörbe, felülnézetben
0,5 mT 0,5 mT 3T
5
Statikus (0 Hz-es) mágneses tér mérési eredmények – NMR
MR helyiségben 1 – 400 mT Mellette levő helyiségekben 0,05 – 0,1 (– 0,8) mT Alatta levő helyiségben 0,04 – 0,6 mT Felette levő helyiségben 0,05 – 0,1 mT Megengedett határérték (63/2004. (VII. 26.) ESzCsM rendelet): lakosságnak, 24 órára 40 mT 2004/40/EC EU direktíva: munkahelyre, 8 órára 200 mT pacemaker esetén: 0,5 mT 6
MRI készülék betolható ágyánál mért értékek 1,5 T-s MRI esetén 374-726 mT 7,3-15,3 mT 1,0-1,7 mT 3T
3 T-s MRI esetén 4,7 mT 32,7 mT 714 mT
Dolgozókra megengedett érték: 200 mT 7
MRI készüléknél vigyázni kell A mágneses tér a fém tárgyakat magához vonzza. A komoly mágneses tér miatt mágnesezhető fém tárgyakat nem szabad az MR helyiségben használni.
Szívritmus szabályozóval nem szabad az MRI közelében tartózkodni. 8
100 400 760 1 400 3 000
1 000 000 nm
3 000-
Infravörös C
1 400-3 000 nm
Infravörös B
Infravörös A 760-1 400 nm
Látható fény 400-760 nm
UV-C 100-280 nm UV-B 280-320 nm UV-A 320-400 nm
Optikai sugárzások spektrális felosztása
1000 000
Hullámhossz nanométerben 9
Az elektromágneses spektrum további elemei
Röntgensugárzás /Max von Laue (1879-1960) 1912-ben felfedezte, hogy a röntgensugárzás is elektromágneses sugárzás és ezért 1914-ben fizikai Nobel-díjat kapott/
0,016 nm< λ< 66 nm
Gamma- és kozmikus sugárzás
λ< 0,01 nm
Kozmikus sugárzás eredete: Nap és Galaxis nagyenergiájú részecskék (108 – 1020 eV) ⇒ kölcsönhatás a légkör atomjaival ⇒ másodlagos kozmikus sugárzás (elektromágneses v. részecske) és kozmogén radionuklidok (Be-7, C-14) időben változó összetevő (napfolttevékenység) 10
Természetes sugárzás és a magasság
A kozmikus sugárzás a tengerszint feletti magasság függvényében:
tengerszint 2 km magasan Himalaya 6,7 km 10 km magasan 15 km magasan
1 egység 3 x 1 egység 30 x 1 egység 150 x 1 egység 300 x 1 egység
0,03 μSv/h 0,1 μSv/h 1 μSv/h 5 μSv/h 10 μSv/h
Egy amerikai repülőút sugárterhelése 0,1 mSv , a lakossági évi dóziskorlát 10 %-a.
11
- A röntgensugárzás /X-sugárzás/ felfedezése Röntgen (1845-1923) 1895: Katódsugarak vizsgálata közben egy addig ismeretlen, nagy áthatoló képességű sugárzást fedezett fel. A kisülési csövet beburkolta teljesen átlátszatlan fekete papírba, hogy a katódsugarak által létrehozott gyenge fluoreszkáló fényt is láthassa. Azt tapasztalta, hogy a közelben elhelyezett fluoreszkáló só mindannyiszor élénken világít, ahányszor a kisülési csövet bekapcsolja.
Első alkalmazására a londoni Guy-kórházban került sor 1896 tavaszán, amikor egy matróz csigolyái közé beékelt késpengét tettek "láthatóvá„. /Az első alkalmazásra nem kizárt, hogy január 20-án került sor: egy eltörött kar csontjait illesztették össze az X-sugár segítségével./ Katódsugarakkal végzett kísérletek során többen észlelték a korábbiakban, hogy a kisülési cső közelében elhelyezett, gondosan becsomagolt fényképezőlemezek idővel „elfátyolosodnak”, de további elemzést nem végzett senki.
12
A hazai fogadtatásról
1896 januárjában megjelent az első hazai tudósítás a röntgensugárzásról a Természettudományi Közlönyben. Ebben Wartha Vince (1844-1914), a Műegyetem tanára a bécsi Die Presse alapján közölte a felfedezés hírét. Klupathy Jenő (1861-1931) január 16-án a Fizikai Intézet nagyelőadójában beszámolt Röntgen kísérleteiről. Más hazai tudósok is felfigyeltek a felfedezésre: Honor István a szegedi főreál fizika szertárában január 18-án készített először felvételt. Gothard Jenő (1857-1909), tudományoknak élő herényi földbirtokos csillagászati vizsgálatainál használt spektralfotográfiai csöveit alkalmazta sugarak előállítására. Károly József Iréneusz (1854-1919) nagyváradi fizikatanár iskolájában már 1896 végére felállította az ország első röntgenlaboratóriumát, melynek gyógyászati alkalmazásait is lehetővé tette kis idő múlva. A felfedezést övező hazai érdeklődést szemlélteti, hogy a párizsi akadémikusok csupán január 20-án ismerkedtek meg az új sugárfajtával a neves francia tudós, Jules Henri Poincare prezentálásában, de maga Röntgen is csak január 23-án tartott először nyilvános előadást. 13
A röntgensugárzás keletkezése
fékezési sugárzás Az anódba ütköző elektronok lefékeződnek és a keletkező sugárzás spektruma folytonos, így csak a keletkező rtg.sugárzás minimális hullámhossza határozható meg a Duane-Hunt képlettel: λ(min)=12,4/U(kV) [10-10 m ]. Például 80 KV-os csőfeszültség esetén a λ(min)=1,55X10-11 m, és az ehhez tartozó fotonenergia 8.03X104 eV~80 KeV. A maximális relatív intenzitás nagyjából a legkisebb hullámhossz másfélszeresénél lép fel. Példánkban ez nagyjából 53,5 keV energiájú fotonokat jelent. A gyorsításra használt energiának annál nagyobb hányadát kapjuk meg röntgensugárzás formájában, minél nagyobb az elektron energiája, azaz a gyorsítófeszültség, és minél nagyobb az anód rendszáma. A röntgencső hatásfoka megközelítőleg az 1,1x10-4xZxU[%] képletből adódik. Például Z=74 (Wolfram), U=100kV, a hatásfok 0,8%. 100 keV energiáig az elektronok energiájának alig 1%-a alakul röntgensugárzássá. Ez az érték lassan növekszik, és 2 MeV-nél is kb. csak 10%
14
Eötvös Lóránd kezéről Klupathy Jenő által 1896 januárjában készített kép
15
Gothard Jenő felvételeiből
16
Egy fiatal beteg mellkasának röntgensugaras átvilágítása 1896 körül. A röntgensugarakat a gyógyászatban először a tüdőbaj megállapítására alkalmazták.
17
A röntgen bélyegen…
18
A röntgenfelvétel kimutatja, hogy a festő a képet átfestette.
19
CT-készülék segítségével „kibontották”, majd háromdimenziós képalkotó eljárás segítségével életre keltették egy háromezer éves egyiptomi múmia arcát. Az arc tulajdonosa egy gazdag kereskedő volt.
20
- A röntgensugárzás gyengülése
Felezőréteg vastagság Az anyagnak az a rétege, amelyen való áthaladása során a röntgensugár intenzitása a felére csökken. Képlettel: d(1/2)=0,693/μ, ahol a μ sugárgyengítési együttható, amely az anyag rendszáma /H, C, O könnyű elemeket tartalmazó anyagok kevésbé nyelik el a sugarakat, a fémek, csontok a nagyobb rendszámok miatt jobban/, sűrűsége és a hullámhossz közötti összefüggésből az abszorpciót fejezi ki. Szelektív abszorpció A röntgensugárzás energiájának növekedésével az abszorpció exponenciális görbe formájában csökken mindaddig amíg el nem érjük a 88 kV-ot /ólom esetén/, amellyel az ólom K sugárzása gerjeszthető. Ennél az értéknél az abszorpció hirtelen az eddigi sokszorosára emelkedik. Tehát adott anyag esetén a karakterisztikus sugárzásának gerjesztéséhez szükséges energia elérésekor az abszorpció jelentősen emelkedik.
21
Elnyelődés A sugárkvantum a vizsgált anyag atomjának ütközve belső elektronkilökéssel gerjesztett állapotot hoz létre, amely röntgensugárzás vagy Auger-elektron kibocsátásával szűnik meg. Auger-elektron kibocsátása akkor történik meg amikor a röntgensugárzás a saját atom elektronhéján nyelődik el és az atom elektron kibocsátással veszíti el energiáját. A röntgensugár elnyelődése függ Az anyag rendszámától Az anyag vastagságától Az anyag sűrűségétől Az áthaladó sugár hullámhosszától
22
A röntgensugár gyengülése különböző anyagokon való áthaladáskor Anyag Neve
Ezüst
Vas
Alumínium
Vegyjele
Ag
Fe
Al
Rendszáma
Vastagsága /mm/
AnódFeszültség /kV/
A kilépő sugárzás intenzitása a belépőhöz viszonyítva /%/
Az aluminiumhoz viszoyított relatív gyengülés
60
0,3
310
120
33,6
2,84
60
43,4
2,14
120
79,7
1,2
60
93
1
120
95,7
1
47
26
1
13
23
Felezőréteg vastagság
Az anyagnak az a rétege, amelyen való áthaladása során a röntgensugár intenzitása a felére csökken. Képlettel: d1/2=0,693/μ, ahol a μ sugárgyengítési együttható. Felezőréteg vastagság (cm), ha a röntgenfeszültség, kV
Az anyag neve
Sűrűsége /kg/dm3 /
20
50
100
200
300
Víz
1
1
2
4
7
12
Tégla
1,5
0,1
0,4
1,3
3
6
Beton
2,2
0,04
0,2
0,7
2
4
Barit
3,2
0,005
0,03
0,1
0,3
1,5
Vas
7,8
0,003
0,02
0,07
0,23
0,9
Ólom
11,3
0,001
0,003
0,01
0,05
0,2
24
A röntgensugárzás távolsági fogyása
A röntgensugár a pontszerű sugárforrásból, a fókuszból a gömb sugarainak irányába terjed, intenzitása a távolság négyzetével fordítottan arányos.
25
A röntgensugárzás jellemzői
Egyenes vonalban fénysebességgel terjed Pontszerű forrásból minden irányban terjed Sem mágneses, sem elektrosztatikus térrel nem téríthető el Mindenfajta anyagon áthatol Arra alkalmas anyagokból lumineszenciás-hatást vált ki Fotoemulziós anyagokat a fényhez hasonlóan megváltoztat Ionizáló hatása van Biológiai rendszerekre hatást gyakorol 26
Kémiai-biokémiai fázis (10-10-1 s) - Hidratált elektronok reakciója más szabadgyökökkel -17 -12 Fizikai-fizikokémiai fázis (10 -10 s) -A szabad gyökök homogén eloszlása -Szabad gyökös reakciók befejeződése -Ionizáció -Gerjesztés
Biokémiai folyamatok (1-10 s)
-Disszociáció -Hidratált elektron képződés
Biológiai hatás Fizikai hatás
Kémiai hatás
Biokémiai hatás
( órák, napok, hetek, évek)
Besugárzási dózis (X) Elnyelt dózis (D)
Egyenérték dózis (H) Effektív dózis (E)
27
A mérés során mindig ismernünk kell a mérni kívánt mennyiség és a mérőeszközünk tulajdonságait, műszerünk korlátait és árát ! 28
Mennyiség energia
Mértékegység
joule (J) elektronvolt (eV) Radioaktivitás becquerel (Bq) curie (Ci) Elnyelt dózis gray (Gy) rad (Rd) Besugárzási dózis röntgen (R) Közölt dózis gray (Gy) Egyenérték dózis siever (Sv) rem (rem)
Nm 1 eV = 1,602·10-19 J 1/s 1 Ci = 3,7·1010 Bq J/kg 1 rd = 10-2 Gy 1 R = 2,58·10-4 C/kg J/kg J/kg 1 rem = 10-2 Sv
29
MIT MÉRÜNK ? Besugárzási dózis X [C·kg-1]: Röntgen és gamma-sugárzás által keltett azonos előjelű ionok töltésének összege osztva a térfogatelem tömegével, ha a fotonok által az adott levegő-térfogatelemben felszabadított valamennyi elektron a levegőben fékeződik le. Mértékegysége: 1 coulomb/kg (C·kg-1) Megjegyzés: 1 röntgen (1 R) = 2,58⋅10-4 C·kg-1: 1 cm3 térfogatú 18 °C hőmérsékletű, 770 Hgmm nyomású levegőben egy elektrosztatikus egységnyi töltés keletkezik. 30
MIT MÉRÜNK ? IRÁNYÍTOTT, KITERJESZTETT SUGÁRZÁSI TÉR
Környezeti dózisegyenérték H*(d):
ICRU GÖMB R P
d
Az a dózisegyenérték a sugárzás egy pontjában, amelyet egy megfelelően kiterjesztett, irányított sugárzási tér az ICRU által meghatározott - 30 cm átmérőjű, szövetekvivalens anyagú gömb, melynek sűrűsége 1 g/cm3 és összetétele 76,2 % oxigén, 11,1 % szén, 10,1 % hidrogén és 2,6 % nitrogén - gömb felületétől sugárirányban d = 10 mm mélységben hozna létre. Mértékegysége: 1 sievert (Sv) 31
GYAKORLATI DÓZISMENNYISÉGEK ICRU GÖMB
D = 30 cm Szövetekvivalens anyag: sűrűsége: 1 g·cm-3 76,2 % oxigén 11,1 % szén 10,1 % hidrogén 2,6 % nitrogén 32
ÖSSZEFÜGGÉSEK A DÓZISMENNYISÉGEK KÖZÖTT Besugárzási dózis X [C·kg-1] Közölt dózis Ka (Gy) [J·kg-1] Elnyelt dózis (levegőben) Da (Gy) [J·kg-1] Foton-dózisegyenérték Hx (Sv) [J·kg-1]
, vagy
korr. teényező
W/e = (33,97 ± 0,05) J/C: az egy ionpár létrehozásához szükséges átlagos energia normál állapotú száraz levegőben. ga: a foton energiájától függő korrekciós tényező A közölt dózis számításához használt korrekciós tényező gamma-energia függése 0,009 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0 0 1000 2000 3000 4000 gamma-energia (keV)
1 röntgen (1 R) = 2,58⋅10-4 C·kg-1; 1 C·kg-1 = 1/ 2,58⋅10-4 R = 3876 R
33
Dózis fogalmak
Elnyelt dózis (D) D=dE/dm, ahol dE az ionizáló sugárzás hatására az anyag térfogatelemének dm tömegében elnyelt energiának az átlagértéke. Mértékegysége: gray (Gy) Gray: egységnyi tömegben elnyelt energia. 1Gy=1J/kg
Elnyelt dózisteljesítmény (D’)
D’=dD/dt. Mértékegysége: Gy/s 34
Egyenérték dózis (H) H=wrx D, ahol wr sugárzási súlytényező, D az adott szövetben vagy szervben elnyelt dózis átlagértéke. wr megállapításánál a sugárzások biológiai hatásait vesszük figyelembe. Mértékegysége: Sievert. (J/kg)
Egyenérték-dózis teljesítmény (H’)
H’=dH/dt. Mértékegysége: Sv/s
35
Effektív egyenérték dózis (HE)
/foglalkozási eredetű sugárterhelések sztochasztikus kockázatbecslésére /
Az emberi test összes szövetére vagy szervére vonatkozott egyenérték dózisok összege. /Azonos egyenérték dózissal besugározva az ivarmirigyet illetve a pajzsmirigyet, a várható sugárkárosodás mértéke nagyobb lesz az ivarmirigyek esetén./ E=ΣwT x H, ahol wT a szöveti súlytényező
36
Egyes szövetek sugárvédelemben használt súlytényezője: Testszövet vagy szerv Súlytényező, wT Ivarszervek 0,2 Csontvelő (vörös) 0,12 Vastagbél 0,12 Tüdő 0,12 Gyomor 0,12 Emlő 0,12 Hólyag 0,05 Máj 0,05 Nyelőcső 0,05 Pajzsmirigy 0,05 Bőr 0,01 Csontfelszín 0,01 Maradék 0,10 37
A sugárzás típusa és energiatartománya Sugárzási súlytényező Wr Fotonok teljes energiatartomány 1 Elektronok és müonok teljes energiatartomány 1 Neutronok <10 keV 5 10 keV - 100 keV 10 100 keV - 2 MeV 20 2 MeV - 20 MeV 10 >20 MeV 5 Protonok (kivéve: visszalökött protonok) >2 MeV 2 Alfa-részecskék, hasadási töredékek, nehéz magok 20
38
A filmdoziméter
Filmdoziméter
39
Magyarországon a dozimetriai felmérések szerint a sugaras munkavállalók sugárterhelése jóval a dóziskorlát alatt van. Ez azt jelenti, hogy hazánkban éves szinten egy sugaras dolgozó munkájával összefüggésben 0,29 mSv egyenérték dózist kap, ami kockázatok vonatkozásában 1,45X10-5, azaz 1 eset 69 000-ből. Néhány adat a foglalkozási sugárterhelések késői hatásának kockázatáról különböző alkalmazási területeken: Tevékenységi terület Kockázati szint rosszindulatú daganatos megbetegedésekre Egészségügy /0,12 mSv/ 0,6X10-5 = 1 eset 167 000-ből Ipar /1,7-1,85 mSv/ 2X10-5 = 1 eset 50 000-ből Atomerőmű, kutatás /,4-0,5 mSv/ 3X10-5 = 1 eset 33 000-ből
40
Sugárvédelmi dóziskorlátok Munkavállalókra: Évi 20 mSv effektív dózis 5 évre átlagolva, azaz 100 mSv/5 év, de 1 évben sem lehet több mint 50 mSv. Szemlencsére: 150 mSv egyenérték dózis. Bőrre: 500 mSv a legerősebben besugárzott terület 1 cm2-ére átlagolva. Végtagokra: 500 mSv. Tanulókra, gyakornokokra 16-18 év között: Évi 6 mSv effektív dózis. Szemlencsére: 50 mSv egyenérték dózis. Bőrre: 150 mSv a legerősebben besugárzott terület 1 cm2-ére átlagolva. Végtagokra: 150 mSv. A lakosság tagjaira /akaratukon kívül éri őket sugárterhelés/: Évi 1 mSv effektív dózis. Szemlencsére: 15 mSv egyenérték dózis. Bőrre: 50 mSv 1 cm2 területre átlagolva. ICRP ajánlás továbbá, hogy a terhes hasfalat a terhesség észlelésétől számítva ne érje 2 mSv-nél nagyobb dózis, illetve a terhes nő szervezetébe ne kerüljön az évi felvételi korlát 1/20-át meghaladó mennyiségű radionuklid.
41
A hazai népesség természetes forrásokból eredő éves effektív dózisának megoszlása: Radon:
64% Földkérgi: 22% Kozmikus: 12% Toron: 2%
42
A természetes és mesterséges forrásokból eredő dózisterhelésünk A természetes forrásokból eredő sugárterhelés /környezeti, kozmikus, belső/ évi világátlaga: kb. 2400 μSv nagyságú A mesterséges forrásokból eredő sugárterhelés /orvosi/ évi átlaga: kb. 800-1000 μSv /egy mellkas felvétel 50-400 μSv dózist jelent/
43
Sugárhatások típusa és jellege
- A determinisztikus hatás
A determinisztikus hatás minden esetben megjelenik, ha a dózis a küszöbértéket meghaladja. Ennél a hatásmechanizmusnál a kiváltott károsodás mértéke arányos a dózissal. Determinisztikus hatásra 0,5Sv=500mSv felett számíthatunk.
44
45
46
47
48
49
50
51
52
Sztochasztikus hatásoknak nevezzük azokat a hatásokat, amelyek valószínűségi jellegűek és a kiváltó sugárterhelés elszenvedése után jóval később lépnek fel. Vagyis adott egyenérték dózis esetén megmondható a sztochasztikus hatások fellépésének valószínűsége, vagy gyakorisága egy nagyobb népesség esetén, de soha nem mondható meg, hogy konkrétan kinél lépett fel az adott hatás a sugárzás miatt. Ezek a hatások ugyanis többlet sugárzásnak nem kitett populációban is gyakran előfordulnak.
.
m=5x10-2/Sv
53
Az ionizáló sugárzások jellemzői Ionizáló sugárzás
Kölcsönhatásba lép az anyaggal, ezáltal energiát ad át (~30 eV), amely elegendő ahhoz, hogy ionizáljon, vagy gerjesztett állapotba hozzon egy atomot és így megváltoztasson egy biológiai molekulát;
Fajtái
Elektromágneses sugárzás = foton (rtg vagy γ), Töltés nélküli részecske (pl. neutron), Töltéssel rendelkező részecske (elektron/pozitron, proton, α részecske, nehéz ion) elegendő kinetikus energiával, hogy közvetlenül ionizációt okozzon.
A fotonok és a töltéssel nem rendelkező részecskék másodlagos töltött részecskéket szabadítanak fel. 54
Az ionizáló sugárzás direkt és indirekt hatásai Közvetlen hatás
Közvetett hatás
HX
HX HX
HX
Törés HX
Szabadgyök (OH)
HX
.
HX
Törés HX
HX
55
Az ionizáló sugárzás sejten belüli célpontjai
A DNS a fő célpont a sejthalál, mutáció és karcinogenezis szempontjából. Más sejtalkotók, pl. membránok szintén célpontok lehetnek, de a folyamatok kevésbé értettek, kevésbé jelentősek. 56
A DNS károsodások típusai
Single strand breaks Double strand breaks Base damage Base loss Denatured zones Bulky lesions with base damage
Intramolecular crosslinks DNA-protein crosslinks 57
A bekövetkezett sérülések száma dózistól függ és viszonylag jól becsülhető. A sejtmagban létrejövő elsődleges fizikai történések számához képest lényegesen kevesebb molekulakárosodás és még kevesebb a DNS sérülések száma és így az ebből származó mutációk, kromoszómaaberrációk vagy sejtpusztulás valószínűsége. 1 Gy kis LET értékű sugárzás okozta károk gyakorisága emlőssejt magjában Első fizikai esemény Ionizáció
a sejtmagban Ionizációk a DNS-ben Gerjesztés a DNS-ben
100 000 2 000 2 000
Biokémiai károk DNS
egylánctörés 8-hidroxiadenin-képződés Timinkárosoás DNS kettőslánctörés DNS-fehérje keresztkötés
1 000 700 250 40 150
Sejtszintű károsodások Sejtpusztulás Kromoszómaaberrációk HPRT-mutáció
0,2-0,8 1 10-5 58
A kétláncú DNS-sérülések szabják meg a sejt további sorsát A DNS-sérülések javítása:
Homológ rekombináció: a törött DNS-vég kapcsolódik a homológ kromoszómapáron található ép gén komplementer DNS-szekveniáihoz.
Probléma lehet, hogy a homológ rekombináció során nem feltétlenül szükséges a teljes homológia a sérült és az ép gén kapcsolódásához, így előfordulhat, hogy a sérült DNS-szakasz nem a neki pontosan megfelelő homológ allélhez kapcsolódik → pontmutációk, szekvenciaspecifikus transzlokációk. Ez a fajta repair emlőssejtekben meglehetősen ritka.
Nem-homológ DNS-végeket összekapcsoló helyreállítás: bármilyen, szabad, kétláncú DNSvég összekapcsolása, függetlenül attól, hogy a szakadás előtt az DNS szakaszok egymással folytonosak voltak-e.
A nem-homológ DNS-végeken enzimkomplex alakul ki /DNS függő protein-kináz Ku70 és Ku80 / mint katalizátor alegységek és ezek segítségével jön létre a DNS folytonos szerkezete. Probléma a fellépő mutációk igen magas gyakorisága.
Mutációk lehetnek: Bázispárcserék, DNS szakaszok kiesései, deléciói, kromoszómaszakaszokat érintő átrendeződések, kromoszómaaberrációk
Kimetszési „excíziós repair” Posztreplikációs repair /UV által előidézett DNS-károsodások javítási modellje /
59
A ki nem javított, vagy rosszul kijavított DNS sérülések következményei
Sejthalál – determinisztikus hatások Mutációk – sztochasztikus hatások
60
A sugárkárosodások típusai – Letális károsodás: nem javítható, a sejt halálához vezet.
– Szubletális károsodás: kijavítható, hacsak rövid időn belül újabb szubletális károsodás nem éri a sejtet.
– Potenciálisan letális károsodás: olyan letális károsodás, amely bizonyos körülmények között kijavítható. 61
Lineáris energia transzfer
– Lineáris energia transfer (LET) az egységnyi úthosszon leadott energia (keV/μm) 62
63
A relatív biológiai hatás
Egy adott sugárzás biológiai hatása a 250kV rtg sugárzáshoz viszonyítva
64
Sugársérülések kialakulási mechanizmusa Hő
Ionizáció és gerjesztés
Kémiai “Repair” (energia elnyelés)
Kémiai változások
(szabadgyökök, stb)
Károsodás a könnyen helyettesíthető biomolekulákban
Biológiai károsodás a DNS-ben
Ionizáló sugárzás
< 1 microszekundum 65
Sugársérülések kialakulási mechanizmusa(2) Enzimatikus DNS Repair
Sejtpótlás
Apoptózis Sejtciklus zavarok
DNS károsodás
Nem, vagy roszszul javított károsodás
Klonális sejthalál
A sugárbetegség korai és késői tünetei
Fejlődési rendellenességek Öröklődő genetikai hatások
Mutációk
(sztochasztikus)
Malignus átalakulás percek - órák
Daganat
(sztochasztikus)
napok - évek 66
A kis dózisok biológiai hatásaira extrapolációval következtetünk
67
68
•Jelenleg nincs arra vonatkozó bizonyíték, amely a sztochasztikus sugárhatás lineáris, küszöbdózis nélküli modelljét érvénytelenné tenné. •Sugárhatásra kialakuló mutáció nem egyenlő daganatképződéssel •A nem DNS célpontú hatások módosíthatják az ionizáló sugárzás biológiai következményeit.
69
Kockázatbecslés Alea iacta est
70
IARC /a WHO rákkutatásra specializált ügynöksége / által besorolt jól ismert ágensek BESOROLÁS
Emberi rákkeltő (általában az emberben történő rákkeltés erős bizonyítékán alapul )
Valószínű emberi rákkeltő (általában az állatban történő rákkeltés erős bizonyítékán alapul )
Lehetséges emberi rákkeltő (általában az emberben történő rákkeltés bizonyítékán alapul, amelyet hihetőnek tekintenek, de amelyre más magyarázat sem zárható ki )
PÉLDÁK ÁGENSEKRE Azbeszt Mustárgáz Dohány Gammasugárzás Dízelmotor kipufogógáza Naplámpák UV-sugárzás Formaldehid Kávé Sztirol Benzinmotor kipufogógáza Hegesztési füstök ELF mágneses terek 71
- A kockázat és hasznosság
Semmiféle általánosan elfogadható kockázat nem létezik
nem önként vállalt kockázat önként vállalt kockázat
72
A szabadjelzésnél átkelni sem veszélytelen…
73
ICRP 103 Az ICRP 2007-es ajánlásai
74
AZ ICRP 103 AJÁNLÁSAINAK ÖSSZEFOGLALÁSA BIOLÓGIAI HATÁSOK
Az ICRP 103 nem vezetett be semmilyen alapvető újdonságot vagy változást, leginkább a korábbi ICRP 60 konszolidációjának, tekinthető Fenntartja a sugárzás biológiai hatásainak korábbi értelmezését. A sztochasztikus kockázat értékei alig változtak Determinisztikus hatások – „Szöveti reakciók” 100 mSv alatt nincsenek káros szöveti reakciók Sztochasztikus hatások → sugárzás indukálta rákok → örökletes károsodások Megjegyzés: mivel a többi sztochasztikus jellegű károsító hatást még nem értjük eléggé, azokat az ICRP továbbra sem vette figyelembe
75
A sztochasztikus kockázat számszerű értékei
Exponált népesség
Rák kockázat
Örökletes hatások
Teljes kockázat
2007
1990
2007
1990
2007
1990
Teljes népesség
5.5
6.0
0.2
1.3
5.7
7.3
Dolgozók
4.1
4.8
0.1
0.8
4.2
5.6
A sztochasztikus rák kockázatot, aminek értéke némileg csökkent, továbbra is 5%Sv-1 –el lehet közelíteni 76
AZ EMBRIÓ ÉS A MAGZAT KOCKÁZATA
EMBRIÓ ►100 mSv alatt a halálos következmény rendkívül ritka MAGZAT ► legérzékenyebb szakasz: 8.-15. hét ► a fejlődési rendellenesség küszöb dózisa ~100 mSv ► a szellemi retardáció küszöb dózisa ~300 mSv ► a magzat születése után kifejlődő rákok kockázata hasonló a korai gyermekkor rák-kockázatához, azaz a teljes népesség kockázatának mintegy háromszorosa Röntgen-diagnosztika ► a magzat sugárterhelése < < 100 mSv
77
ICRP 103 A SUGÁRVÉDELEM ALAPELVEI
ICRP 60:1990 INDOKOLTSÁG OPTIMÁLÁS (ALARA)
DÓZISKORLÁTOK
ICRP 103:2007 INDOKOLTSÁG OPTIMÁLÁS (ALARA)→ → DÓZISMEGSZORÍTÁS → REFERENCIA SZINTEK DÓZISKORLÁTOK
78
VÁLTOZÁSOK A SZÖVETI SÚLYTÉNYEZŐ ( WT ) ÉRTÉKEIBEN SZERV
ICRP 26
ICRP 60
ICRP 103
Gonádok
0.25
0.20
0.05
Csontvelő (vörös)
0.12
0.12
0.12
Tüdő
0.12
0.12
0.12
Eml
0.15
0.05
0.12
Pajzsmirigy
0.03
0.05
0.04
Csontfelszín
0.03
0.01
0.01
Maradék szervek, szövetek Vastagbél
0.3
0.05
0.12
0.12
0.12
negyedére csökkent
több, mint a kétszeresére nőtt
számuk 10-ről 14-re nőtt
ICRP 60
ICRP 103
Gyomor
0.12
0.12
Hólyag
0.05
0.04
Máj
0.05
0.04
Nyelőcső
0.05
0.04
Bőr
0.01
0.01
SZERV
ICRP 26
Nyálmirigy
0.01
Agy
0.01
AZ ICRP 103 AJÁNLÁSAINAK ÖSSZEFOGLALÁSA LINEÁRIS, KÜSZÖBDÓZIS NÉLKÜLI MODELL LINEAR NON THRESHOLD (LNT)
Az ICRP 103 nem vezetett be semmilyen alapvető újdonságot vagy változást, leginkább a korábbi ICRP 60 konszolidációjának, tekinthető
Az ionizáló sugárzás által exponált csoportokban a rák előfordulási gyakoriság a dózissal arányosan nő, tehát a sztochasztikus kockázat és a dózis között lineáris kapcsolat áll fenn. A megállapítás érvényességét 200 mSv fölött a rákos megbetegedések dózissal arányos növekedése egyértelműen igazolja
Sugárvédelmi célokra, a kis dózisok tartományában (< 100 mSv), az ICRP továbbra is az LNT modell használatát ajánlja. A sztochasztikus kockázatnak tehát továbbra sincs küszöbdózisa. Az egyenes a nulla felé meghosszabbítható.
A sugárvédelem optimálása (DM, RSZ) a jelentéktelenül kis expozícióig (10 µSv) továbbra is legális
80
A LINEÁRIS, KÜSZÖBDÓZIS NÉLKÜLI MODELL ALKALMAZÁSA
Az alkalmazás fenntartásának elsősorban praktikus okai vannak, hiszen a kis dózisok tartományában az LNT modellt nem támasztják alá megfigyelt egészségkárosodások. Ebben a tartományban, különösen 1 mSv alatt, a tényleges sztochasztikus kockázat, ha egyáltalán fellép, elhanyagolhatóan kicsi. Ugyanakkor továbbra is óvatosságra int, hogy 100 mSv alatt is vannak olyan sejt szintű változások, amelyek szervezet szintű kihatása még nem tisztázott. A sugárzás fokozott pszichés megterhelést okozhat. Stressz, szorongás, stb. léphet fel, az érzelmi jólét, a komfortérzet sérülhet. Lelki tünetek „sugárfóbia”-ként nem söpörhetők le. Az LNT modell fenntartásának előnye, hogy lehetővé teszi a dóziscsökkentést abban a tartományban is, ahol a haszon esetleg csak a pszichés megterhelés csökkentésében van. Az LNT modell megtartása ugyanakkor egy csapdahelyzet, mert elősegíti a sugárzás alkalmazásainak esetenkénti társadalmi elutasítását, indokolatlan stressz, pszichés megterhelés fellépését.
81
A páciensek védelme ionizáló sugárzások orvosi alkalmazása során
82
Orvosi alkalmazási területek
Radiológiai diagnosztika ¾
¾
röntgen diagnosztika •
hagyományos
•
CT, intervenciós radiológia
•
tervező és irányító radiológia
izotópdiagnosztika
Terápia ¾
sugárterápia
¾
izotópterápia 83
Diagnosztikai irányadó szint ¾
Átlagos testméretű betegre vagy fantomok
csoportjára vonatkozó dózisszintek a diagnosztikai radiológiában és aktivitás szintek a radiofarmakonok esetében. ¾
A diagnosztikai irányadó szinteket tipikus
vizsgálatokra, irányadóként kell meghatározni a vizsgálatot végző és a vizsgálatot kérő orvosok számára. 84
31/2001. (X.3.) EüM rend. az egészségügyi szolgáltatások nyújtása során ionizáló sugárzásnak kitett személyek egészségének sugárvédelméről. • Orvosi vizsgálaton, illetve kezelésen, • Munkaköri és egyéb alkalmassági vizsgálaton, • Egészségügyi szűrővizsgálaton, • Igazságügyi orvos szakértői vizsgálaton, • Orvostudományi kutatási programban résztvevő személy, ly valamint a résztvevő személyt önkéntesen segítő személy sugárterhelésére terjed ki. 85
31/2001 (X.3.) EüM rendelet néhány paragrafusa
Kezelőorvos: az Eütv. 3.§ b pontjában meghatározott, radiológiai eljárást alkalmazó orvos vagy fogorvos. Szakmai kollégium: Nukleáris Medicina Szakmai Kollégium, Radiológiai Szakmai Kollégium, Sugárterápiás és Onkológiai Szakmai Kollégium 4.§ (1) Egészségügyi tevékenység végzése során radiológiai eljárást csak szakmailag indokolt esetben, illetve mértékben és a sugárterhelést kapó személy érdekében lehet alkalmazni, feltéve hogy az alkalmazással járó kockázat kisebb az alkalmazás elmaradásával járó kockázatnál, továbbá, hogy a besugárzástól várható eredmény más rendelkezésre álló, sugárterheléssel nem járó orvosi eljárás útján nem érhető el. (3) A radiológiai eljárás alkalmazásának indokoltságát, illetve a sugárterhelés optimálásának módját az egészségügyi dokumentációban rögzíteni kell. 8.§ …… A kollégium által megállapított, illetve felülvizsgált szinteket az Egészségügyi Minisztérium hivatalos lapjában közzé kell tenni. (3) „A diagnosztikai irányadó szintek túllépése esetén az egészségügyi szolgáltató vezetője vizsgálatot rendel el, és megteszi a szükséges intézkedéseket, a szintek ismétlődő túllépése esetén értesíti erről az illetékes sugáregészségügyi hatóságot.” 10.§ (3) „A kezelőorvos radiológiai eljárások alkalmazásával kapcsolatos felelőssége kiterjed: a) az eljárás indokoltságára b) a sugárterhelés optimalizálására c)a diagnosztikai eredmény klinikai értékelésére …. g) ….. A betegeknek és vizsgálatban érintett személyeknek az ionizáló sugárzás kockázatáról szóló tájékoztatásra.” 86
Radiológiai vizsgálatok során a sugárzásnak kitett személyek besorolása
Munkavállalók
/foglalkozási dóziskorlátok 16/2000. (VI.8.)
EüM rendelet/
Betegek, páciensek
/diagnosztikai irányadó szint: dózisszintek az orvosi röntgendiagnosztikai gyakorlatban 31/2001. (X.3.) EüM rendelet/
Lakosság
/lakossági dóziskorlátok 16/2000. (VI.8.) EüM
rendelet/
87
Ernyőfényképező berendezések páciens sugárterhelésének országos vizsgálata 1998. Bőrdózis
μGy
Átlagos szervdózisok
2000
Minimum: Maximum:
0,7 mGy 35,9 mGy
Átlag:
5,8 mGy
1800 1600
Fé rfi
1400
Nő
1200 1000 800
Bőrdózis generátor típusonként
600 400 200
40
mGy
35
0
Tüdő Emlő
DWM 1200J
20 15 10
N 150 HF Trophy
EDR 750B
Neodiagnomax Modix 150
7X
Egyéb I.Sz.
5 0
Munkahely
Ova.
Ute .
Szervek
30 25
Akt. Pajzs . Tö rzs He re
14
17
Effektív dózis Min: Min:53 53 µSv µSv Max: Max:2357 2357 µSv µSv Átlag: Átlag:357 357µSv µSv
88
Egyes gyakori röntgenvizsgálatok szöveti elnyelt dózisai és effektív dózisai Elnyelt dózis (mGy) csontvelő
emlő
méh
pajzsmirigy
gonádoka
Effektív dózis (mSv)
0,04
0,09
*
0,02
*
0,4
mellkas CT
5,9
21
0,06
2,3
0,08/*
7,8
koponya
0,2
*
*
0,4
*
0,1
fej CT
2,7
0,03
*
1,9
*
1,8
has
0,4
0,03
2,9
*
2,2/0,4
1,2
hasi CT
5,6
0,7
8
0,05
8,0/0,7
7,6
háti gerinc
0,7
1,3
*
1,5
*
1
ágyéki gerinc
1,4
0,07
3,5
*
4,3/0,06
2,1
medence
0,2
*
1,7
*
1,2/4,6
1,1
medence CT
5,6
0,03
26
*
23,0/1,7
7,1
intravénás urográfia
1,9
3,9
3,6
0,4
3,6/4,3
4,2
báriumfeltöltésb
8,2
0,7
16
0,2
16,0/3,4
8,7
*
2
*
*
0,1
0,1
Vizsgálat mellkas
mammográfiac
*kevesebb mint 0,01 mGy a két érték esetében: petefészekre/herékre vonatkozik b átvilágítással c erősítőernyő-film mammográfia
89
A 2008-2009. évi intervenciós radiológia vizsgálatok értékelése
Jogszabályi háttér
31/2001. (X.3.) EüM rendelete
„(2) A diagnosztikai irányadó szinteket – a „Fodor József” Országos Közegészségügyi Központ „Frédéric Joliot-Curie” Országos Sugáregészségügyi és Sugárbiológiai Kutató Intézete által végzett országos páciensdózis felmérés adatainak alapul vételével – a kollégium állapítja meg, illetőleg azokat háromévenként felülvizsgálja. A kollégium által megállapított, illetve felülvizsgált szinteket az Egészségügyi Minisztérium hivatalos lapjában közzé kell tenni. (3) A diagnosztikai irányadó szintek túllépése esetén az egészségügyi szolgáltató vezetője vizsgálatot rendel el, és megteszi a szükséges intézkedéseket, a szintek ismétlődő túllépése esetén értesíti erről az illetékes sugáregészségügyi hatóságot.”
Páciens- és személyzeti dozimetria Egy munkahely, 193 páciens Időtartam: 2 hónap Páciensdozimetria: Röntgengép által visszajelzett értékek Személyi dozimetria:
filmdoziméter (akkreditált,OSzDSz, OSSKI)
+
TLD (akkreditált labor, Dosilab)
Személyzeti dozimetria TLD
Hatósági filmdoziméter: << 0,2 mSv
Ólomgumi kötény Szem: évi 150 mSv Bőr: évi 500 mSv 12 db TLD Orvos I. 80 % Orvos II. 10 % Orvos III. 10 %
Orvos I. szem
Dózis (mSv) 0,42
Orvos I. mellkas
0
Orvos I. bal kéz
4,76
Orvos I. jobb kéz
1,96
Orvos I. gonád
0
Orvos II. szem
0,14
Orvos II. mellkas Orvos II. bal kéz Orvos III. mellkas Orvos III. bal kéz
0 0,7 0 0,84
Orvos III. gonád
0
Asszisztens
0
Intervenciós radiológiai beavatkozás
Páciensdozimetria
193 páciens (61 % férfi, 39 % nő) Átlag testsúly, magasság, életkor: 73 kg, 168 cm, 60 év Össz. bőrdózis: 75,4 Gy (193 beteg) Össz. idő: 1537 perc Átlag csőfeszültség: 71 kV
Páciensdozimetria
Átlag DAP: 45 Gycm2, min: 6 Gycm2, max: 200 Gycm2
Bőrdózis: Átlag: 390 mGy min: 30 mGy, max: 2500 mGy
Csoportokra osztás: Diagnosztika és beavatkozás; végtag, nyak, agy Alsó végtagi dg (40 %): 20-400 mGy Agyi dg+aneurysma embolisatio: 1000-2000 mGy
Sugárzás elleni védelem
Copyright, 1996 © Dale Carnegie & Associates, Inc.
98
Sugárvédelem célja:
A determinisztikus hatásból létrejövő egészségkárosodás lehetőségének kizárása. A sztohasztikus hatások által esetleg kiváltott megbetegedések lehetőségének társadalmilag elfogadható szintre való csökkentése.
99
A műszaki sugárvédelem legfontosabb alapelvei: Távolságvédelem Idővédelem Sugárterhelést csökkentő vértek, falak alkalmazása:
gammasugárzás ellen nehéz elemeket tartalmazó anyagok neutronsugárzás ellen könnyű elemek a hatásos védő anyagok béta-sugárzás ellen általában plexi fal is elegendő, de nem szabad megfeledkezni nagyobb energiák esetén a keletkező fékezési sugárzásról!
100
Alapelvek: A sugárveszély indoklása A sugárterheléssel járó eljárás alkalmazását indokolni kell
/sugárzás okozta előnyök, hátrányok/, és csak akkor alkalmazható, amikor a várt hatás más eljárással nem helyettesíthető. A védelem optimálása Az alkalmazott sugárvédelem egyértelmű haszonnal jár az érintett embercsoportokra a várható károk mellett gazdasági és társadalmi szempontok figyelembe vételével. A dóziskorlátok alkalmazása Korlátozni kell azt a dózist, amit az orvosi sugárterhelés kivételével az egyén kaphat.
101
Néhány ágenshez rendelhető élettartam csökkenés napokban kifejezve OK
Napok
Nőtlenség
3500
Dohányzás (férfiak)
2250
Hajadonnak lenni
1600
30 % súlyfelesleg
1300
Rák
980
Gépjárműbaleset
207
Gyalogos balesetek
37
Természetes sugárzás
8
Reaktor balesetek (UCS atomenergia ellenes csoport)
2
Reaktor balesetek (Rasmussen)
0,02 102
