Co je Radiobiologie – Záření Biologie – Definice

Radiační biologie (také známý jako radiobiologie) je lékařská věda, která zahrnuje studium biologických účinků ionizujícího záření na živé tkáně. Radiace je všude kolem nás. V, kolem, a nad světem, ve kterém žijeme. Je to přirozená energetická síla, která nás obklopuje. Je to součást našeho přirozeného světa, který je zde od narození naší planety. Ať už je zdroj záření přirozený nebo umělý, ať už se jedná o velkou dávku záření nebo malou dávku, budou existovat určité biologické účinky. Obecně platí, že ionizující záření je škodlivé a potenciálně smrtelné pro živé bytosti, ale mohou mít přínos pro zdraví v medicíně, například, radiační terapie pro léčbu rakoviny a tyreotoxikóza. Tato kapitola stručně shrnuje krátkodobé a dlouhodobé důsledky, které mohou vyplynout z expozice záření.

buněčné poškození-radiobiologie

všechny účinky biologického poškození začínají důsledkem radiačních interakcí s atomy tvořícími buňky. Všechny živé věci se skládají z jedné nebo více buněk. Každá část vašeho těla se skládá z buněk nebo byla postavena jimi. I když máme tendenci myslet na biologické účinky, pokud jde o účinek záření na živé buňky, ve skutečnosti ionizující záření podle definice interaguje pouze s atomy procesem zvaným ionizace. Pro ionizující záření je kinetická energie částic (fotony, elektrony atd.) ionizujícího záření je dostačující a částice mohou ionizovat (za vzniku iontů ztrátou elektronů) cílové atomy za vzniku iontů. Jednoduše ionizující záření může srazit elektrony z atomu.

existují dva mechanismy, kterými záření nakonec ovlivňuje buňky. Tyto dva mechanismy se běžně nazývají:

• přímé účinky. Přímé účinky jsou způsobeny zářením, kdy záření interaguje přímo s atomy molekuly DNA nebo nějakou jinou buněčnou složkou kritickou pro přežití buňky. Pravděpodobnost interakce záření s molekulou DNA je velmi malá, protože tyto kritické složky tvoří tak malou část buňky.
• nepřímé účinky. Nepřímé účinky jsou způsobeny interakcí záření obvykle s molekulami vody. Každá buňka, stejně jako v případě lidského těla, je většinou voda. Ionizující záření může rozbít vazby, které drží molekulu vody pohromadě, produkující radikály, jako je hydroxyl OH, superoxidový anion O2 – a další– Tyto radikály mohou přispět k destrukci buňky.

velké množství buněk jakéhokoli konkrétního typu se nazývá tkáň. Pokud tato tkáň tvoří specializovanou funkční jednotku, nazývá se orgánem. Důležitým faktorem je také typ a počet postižených buněk. Některé buňky a orgány v těle jsou citlivější na ionizující záření než jiné.

Citlivost různých typů buněk na ionizující záření je velmi vysoká pro tkáně skládající se z buněk, které se dělí rychle, jako ti nalezený v kostní dřeni, žaludku, střev, mužské a ženské reprodukční orgány, a vývoj plodu. Je to proto, že dělící buňky vyžadují správné informace o DNA, aby potomci buňky přežili. Přímá interakce záření s aktivní buňkou by mohla mít za následek smrt nebo mutaci buňky, zatímco přímá interakce s DNA spící buňky by měla menší účinek.

výsledkem je, že živé buňky mohou být klasifikovány podle jejich míra reprodukce, což také naznačuje jejich relativní citlivost na záření. Výsledkem je, že aktivní reprodukční buňky jsou citlivější na ionizující záření než buňky, které tvoří tkáň kůže, ledvin nebo jater. Nervové a svalové buňky se regenerují nejpomaleji a jsou nejméně citlivými buňkami.

citlivost různých orgánů lidského těla koreluje s relativní citlivost buněk, ze kterých jsou složeny. V praxi, tato citlivost je zastoupena tkáňový váhový faktor, wT, což je faktor, který ekvivalentní dávka v tkáni nebo orgánu T je vážený představují relativní příspěvek této tkáně nebo orgánu k celkové zdravotní újmě vyplývající z jednotné ozáření těla (ICRP 1991b).

Pokud je osoba ozářena pouze částečně, dávka bude silně záviset na tkáni, která byla ozářena. Například, 10 mSv gama dávka na celé tělo a 50 mSv, dávka na štítnou žlázu je stejný, z hlediska rizik, jako celek-tělo dávky 10 + 0,04 x 50 = 12 mSv.

High-NECH a Low-AŤ Záření

Jak již bylo napsáno, každý typ záření interaguje s hmotou jiným způsobem. Například nabité částice s vysokou energií mohou přímo ionizovat atomy. Alfa částice jsou poměrně masivní a nesou dvojitý kladný náboj,takže mají tendenci cestovat jen na krátkou vzdálenost a nepronikají příliš daleko do tkáně, pokud vůbec. Alfa částice však ukládají svou energii na menší objem (možná jen několik buněk, pokud vstoupí do těla) a způsobí více poškození těchto několika buněk.

Beta částice (elektrony) jsou mnohem menší než alfa částice. Nesou jediný záporný náboj. Jsou pronikavější než alfa částice. Mohou cestovat několik metrů, ale ukládají méně energie v kterémkoli bodě podél svých cest než alfa částice. To znamená, že beta částice mají tendenci poškozovat více buněk, ale s menším poškozením každého z nich. Na druhé straně elektricky neutrální částice interagují pouze nepřímo, ale mohou také přenášet některé nebo všechny své energie do hmoty.

určitě by to zjednodušilo, kdyby biologické účinky záření byly přímo úměrné absorbované dávce. Bohužel biologické účinky závisí také na způsobu, jakým je absorbovaná dávka distribuována podél cesty záření. Studie ukázaly, že alfa a neutronové záření způsobují větší biologické poškození pro danou energetickou depozici na kg tkáně než záření gama. Bylo zjištěno, že biologické účinky jakéhokoli záření se zvyšují s lineárním přenosem energie (LET). Stručně řečeno, biologické poškození z vysoce NECHAT záření (částice alfa, protony nebo neutrony) je mnohem větší, než že z low-AŤ záření (gama paprsky). Je to proto, že živá tkáň může snadněji opravit poškození způsobené zářením, které je rozloženo na velké ploše, než to, které je soustředěno na malé ploše. Samozřejmě, při velmi vysokých úrovních expozice gama záření může stále způsobit velké poškození tkání.

Protože více biologického poškození je způsobeno pro stejné fyzikální dávce (tj. stejné množství energie uložené na jednotku hmotnosti tkáně), jeden šedý alfa nebo neutronové záření je škodlivější než jeden šedý gama záření. Tato skutečnost, že záření o různé typy (a energie) dávají různé biologické účinky na stejné absorbované dávky je popsána z hlediska faktorů známý jako relativní biologické účinnosti (RBE) a radiační váhový faktor (wR).

akutní dávka a chronická dávka

biologické účinky záření a jejich důsledky silně závisí na úrovni získané dávky. V radiobiologii je dávkový příkon měřítkem intenzity dávky záření (nebo síly). Nízké dávky jsou běžné pro každodenní život. V následujících bodech je několik příkladů radiační expozice, které lze získat z různých zdrojů.

• 05 µSv – Spí vedle někoho,
• 09 µSv – Žijící do 30 kilometrů od jaderné elektrárny za rok
• 1 µSv – Jíst jeden banán
• 3 µSv – Žijící v okruhu 50 km od uhelné elektrárny za rok
• 10 msv – Průměrný denní dávky přijaté z přírodního pozadí
• 20 µSv – Hrudníku X-ray

Z biologické důsledky pohledu, to je velmi důležité rozlišovat mezi dávkami obdržel na krátké a delší dobu. Proto jsou biologické účinky záření obvykle rozděleny do dvou kategorií.

• akutní dávky. „Akutní dávka“ (krátkodobá dávka na vysoké úrovni) je dávka, která se vyskytuje v krátkém a konečném časovém období, tj.
• chronické dávky. „Chronická dávka“ (dlouhodobá nízkoúrovňová dávka) je dávka, která trvá delší dobu, tj.

vysoké dávky mají tendenci zabíjet buňky, zatímco nízké dávky mají tendenci je poškozovat nebo měnit. Vysoké dávky mohou způsobit vizuálně dramatické radiační popáleniny a / nebo rychlou smrtelnost syndromem akutního záření. Akutní dávky pod 250 mGy pravděpodobně nebudou mít žádné pozorovatelné účinky. Akutní dávky asi 3 až 5 Gy mají 50% šanci zabít osobu několik týdnů po expozici, pokud osoba nedostává žádné lékařské ošetření.

nízké dávky rozložené po dlouhou dobu nezpůsobují okamžitý problém žádnému tělesnému orgánu. Účinky nízkých dávek záření se vyskytují na úrovni buňky a výsledky nemusí být pozorovány po mnoho let. Navíc, některé studie ukazují, že většina lidských tkání vykazují výraznější tolerance na účinky low-AŤ záření v případě delší expozice ve srovnání s jednorázovou expozici podobné dávky.

Deterministické a Stochastické Účinky

V radiobiologie, většina nežádoucích zdravotních účinků radiační expozice jsou obvykle rozděleny do dvou širokých kategorií:

• Deterministické účinky jsou prahové účinky na zdraví, které se vztahují přímo k absorbované dávce záření a závažnosti účinek se zvyšuje se zvyšující se dávkou.
• stochastické účinky se vyskytují náhodně, obvykle se vyskytují bez prahové úrovně dávky. Pravděpodobnost výskytu stochastických účinků je úměrná dávce, ale závažnost účinku je nezávislá na přijaté dávce.

Deterministické Účinky

V radiobiologie, deterministické účinky (nebo non-stochastické účinky na zdraví) jsou účinky na zdraví, které se vztahují přímo k absorbované dávce záření a závažnosti účinek se zvyšuje se zvyšující se dávkou. Deterministické účinky mají prahovou hodnotu, pod kterou se nevyskytují žádné detekovatelné klinické účinky. Prahová hodnota může být velmi nízká (řádově 0,1 Gy nebo vyšší) a může se lišit od osoby k člověku. Pro dávky mezi 0,25 a 0,5 Gy Gy mírné změny krve může být detekována pomocí lékařské hodnocení a pro dávky mezi 0,5 Gy a 1,5 Gy krve, změny budou zaznamenány a příznaky nevolnost, únava, zvracení.

po překročení prahové hodnoty se závažnost účinku zvyšuje s dávkou. Důvodem pro přítomnost této prahovou dávku je, že radiační poškození (vážné poruchy nebo smrt) kritické populace buněk (vysoké dávky mají tendenci k zabít buňky) v dané tkáni musí být trvalé, než zranění je vyjádřen v klinicky relevantní formě. Proto se deterministické účinky také nazývají tkáňová reakce. Nazývají se také nestochastické účinky, které kontrastují s náhodnými stochastickými účinky (např.

deterministické účinky nemusí být nutně více či méně závažné než stochastické účinky. Vysoké dávky mohou způsobit vizuálně dramatické radiační popáleniny a / nebo rychlou smrtelnost syndromem akutního záření. Akutní dávky pod 250 mGy pravděpodobně nebudou mít žádné pozorovatelné účinky. Akutní dávky asi 3 až 5 Gy mají 50% šanci zabít osobu několik týdnů po expozici, pokud osoba nedostává žádné lékařské ošetření. Deterministické účinky mohou nakonec vést k dočasnému obtěžování nebo také k úmrtí. Příklady deterministických efektů:

příklady deterministických efektů jsou:

• Akutní radiační syndrom, akutní celé tělo záření
• Radiační popáleniny, od záření konkrétní povrch těla
• Zářením-indukované tyreoiditida, potenciální vedlejší účinky radiační léčby proti hypertyreóza
• Chronická radiační syndrom, který se dlouhodobě záření.
• Zářením-indukované poškození plic, od například radiační terapie do plic

Smrtelné Dávky Radiace

smrtící dávku radiace (LD) je údaj o smrtelné množství záření. V radiační ochraně se obvykle používá střední letální dávka LDXY. Například dávka záření, u které se očekává, že způsobí smrt 50 % ozářených osob během 30 dnů, je LD50/30. LD1 je očekávaná dávka, která způsobí smrt 1% ozářených osob, v důsledku toho je LD99 smrtelná pro všechny (99%) ozářené osoby. Je také velmi důležité, zda osoba dostane nějaké lékařské ošetření nebo ne. Čím větší je akutní dávka záření, tím větší je možnost, že zabije jednotlivce. U zdravého dospělého se odhaduje, že LD50 je někde mezi 3 a 5 Gy.

• 2,5 Sv-dávka, která zabíjí člověka s 1% rizikem (LD1), pokud je dávka podána po velmi krátkou dobu.
• 5 Sv-dávka, která zabije člověka s 50% rizikem do 30 dnů (LD50 / 30), pokud je dávka podána po velmi krátkou dobu. Příčinou smrti bude ztráta funkce kostní dřeně.
• 8 Sv-dávka, která zabíjí člověka s 99% rizikem (LD99), pokud je dávka podána po velmi krátkou dobu. Při přibližně 10 Gy může dojít k akutnímu zánětu plic a vést k smrti.

výše uvedené údaje o letální dávce se vztahují na akutní gama dávky podané ve velmi krátkém čase, např. několik minut. K vyvolání výše uvedených účinků je zapotřebí větší dávky, pokud je dávka podána po dobu několika hodin nebo déle.

Stochastické Účinky

V radiobiologie, stochastické účinky ionizujícího záření dojít náhodou, obecně se vyskytující bez prahové úrovně dávky. Pravděpodobnost výskytu stochastických účinků je úměrná dávce, ale závažnost účinku je nezávislá na přijaté dávce. Biologické účinky záření na lidi lze seskupit do somatických a dědičných účinků. Somatické účinky jsou ty, které trpí exponovaná osoba. Dědičné účinky jsou ty, které trpí potomky exponovaného jedince. Riziko rakoviny je obvykle uváděno jako hlavní stochastický účinek ionizujícího záření, ale také dědičné poruchy jsou stochastické účinky.

Podle ICRP:

(83) Na základě těchto výpočtů navrhuje Komise nominální pravděpodobnostní koeficienty pro neprospěch-upravena riziko rakoviny jako 5,5 x 10-2 Sv-1 pro obyvatelstvo a 4.1 x 10-2 Sv-1 pro dospělé pracovníky. U dědičných účinků se nominální riziko očištěné o újmu v celé populaci odhaduje na 0, 2 x 10-2 Sv-1 a u dospělých pracovníků na 0, 1 x 10-2 Sv-1 .

zvláštní odkaz: ICRP, 2007. Doporučení Mezinárodní komise pro radiologickou ochranu z roku 2007. ICRP publikace 103. Anna. ICRP 37 (2-4).

jednotka si pro účinnou dávku, sievert, představuje ekvivalentní biologický účinek uložení joule energie záření gama v kilogramu lidské tkáně. Jako výsledek, jeden sievert představuje 5.5% pravděpodobnost vzniku rakoviny. Všimněte si, že účinná dávka není zamýšlena jako měřítko deterministických účinků na zdraví, což je závažnost akutního poškození tkáně, která se jistě stane, která se měří množstvím absorbované dávky.

existují tři obecné kategorie stochastických účinků vyplývajících z expozice nízkým dávkám záření. Jedná se o:

• genetické účinky. Genetickým účinkem trpí potomci exponovaného jedince. Zahrnuje mutaci velmi specifických buněk, jmenovitě spermií nebo vaječných buněk. Záření je příkladem fyzického mutagenního činidla. Všimněte si, že existuje také mnoho chemických látek a biologických činidel (jako jsou viry), které způsobují mutace. Jeden velmi důležitý fakt k zapamatování je, že záření zvyšuje rychlost spontánní mutace, ale neprodukuje žádné nové mutace.
• somatické účinky. Somatické účinky jsou ty, které trpí exponovaná osoba. Nejčastějším dopadem ozařování je stochastická indukce rakoviny s latentním obdobím let nebo desetiletí po expozici. Protože rakovina je primárním výsledkem, někdy se nazývá karcinogenní účinek. Záření je příkladem fyzického karcinogenního, zatímco cigarety jsou příkladem chemického činidla způsobujícího rakovinu. Viry jsou příklady biologických karcinogenních agens.
• In Utero účinky zahrnují produkci malformací ve vývoji embryí. To je však ve skutečnosti zvláštní případ somatického účinku, protože embryo/plod je ten, který je vystaven záření.

somatické účinky v důsledku expozice záření jsou většinou považovány za stochastické. Nejrozšířenější model předpokládá, že výskyt rakovin v důsledku ionizujícího záření se zvyšuje lineárně s účinnou dávkou záření rychlostí 5,5% na sievert. Tento model je známý jako lineární model bez prahu (LNT). Tento model předpokládá, že neexistuje žádný prahový bod a riziko se zvyšuje lineárně s dávkou. Pokud se tento lineární model je správný, pak je přirozené radioaktivní pozadí je nejvíce nebezpečný zdroj záření na zdraví obecně, následuje lékařské zobrazovací jako těsně druhý. LNT není všeobecně přijímán, někteří navrhují adaptivní vztah dávka-odpověď, kde nízké dávky jsou ochranné a vysoké dávky jsou škodlivé. Je třeba zdůraznit, že řada organizací nesouhlasí s použitím lineárního modelu bez prahu k odhadu rizika z ozáření na nízké úrovni životního prostředí a z povolání.

radiobiologie a dávkové limity

v radiační ochraně jsou dávkové limity nastaveny tak, aby omezily stochastické účinky na přijatelnou úroveň a zcela zabránily deterministickým účinkům. Všimněte si, že stochastické efekty jsou ty, které vyplývají z náhody: čím větší je dávka, tím pravděpodobnější je účinek. Deterministické účinky jsou ty, které obvykle mají prahovou hodnotu: nad tím se závažnost účinku zvyšuje s dávkou. Dávkové limity jsou základní součástí radiační ochrany a porušení těchto limitů je ve většině zemí proti regulaci záření. Všimněte si, že limity dávky popsané v tomto článku se vztahují na rutinní operace. Nevztahují se na nouzovou situaci, kdy je ohrožen lidský život. Neuplatňují se v nouzových expozičních situacích, kdy se jednotlivec pokouší zabránit katastrofické situaci.

limity jsou rozděleny na dvě skupiny, veřejnost a pracovně exponované pracovníky. Podle ICRP, expozice se vztahuje na všechny expozice, které vznikly zaměstnanci v průběhu své práce, s výjimkou

1. vyloučených expozic a expozic od osvobozeno od daně činnosti týkající se záření nebo vyjmout zdrojů
2. každé lékařské ozáření
3. normální místní přírodní radiační pozadí.

následující tabulka shrnuje dávkové limity pro pracovně exponované pracovníky a pro veřejnost:

Podle doporučení ICRP ve svém prohlášení na reakci tkáně ze dne 21. Dubna 2011, limit ekvivalentní dávky pro oční čočku pro profesní expozici v plánovaných expozičních situacích byla snížena ze 150 mSv/rok 20 mSv/rok, v průměru za definované období 5 let, s žádný roční dávka v jednom roce vyšší než 50 mSv.

Limity efektivní dávky jsou pro součet efektivních dávek ze zevního ozáření v daném časovém období a úvazek efektivní dávky z příjmu radionuklidů v témže období. U dospělých se angažovaná účinná dávka počítá po dobu 50 let po podání, zatímco u dětí se počítá pro období do věku 70 let. Efektivní limit dávky celého těla 20 mSv je průměrná hodnota za pět let. Skutečný limit je 100 mSv za 5 let, přičemž ne více než 50 mSv za jeden rok.