Hvad er radiobiologi – Strålingsbiologi – Definition

Strålingsbiologi (også kendt som radiobiologi) er en medicinsk videnskab, der involverer undersøgelse af biologiske virkninger af ioniserende stråling på levende væv. Stråling er overalt omkring os. I, omkring og over den verden, vi lever i. Det er en naturlig energikraft, der omgiver os. Det er en del af vores naturlige verden, der har været her siden fødslen af vores planet. Uanset om strålekilden er naturlig eller menneskeskabt, uanset om det er en stor dosis stråling eller en lille dosis, vil der være nogle biologiske virkninger. Generelt er ioniserende stråling skadelig og potentielt dødelig for levende væsener, men kan have sundhedsmæssige fordele i medicin, for eksempel i strålebehandling til behandling af kræft og thyrotoksikose. Dette kapitel opsummerer kort de konsekvenser på kort og lang sigt, der kan opstå som følge af udsættelse for stråling.

cellulær skade – radiobiologi

alle biologiske skadevirkninger begynder med konsekvensen af strålingsinteraktioner med atomerne, der danner cellerne. Alle levende ting er sammensat af en eller flere celler. Hver del af din krop består af celler eller blev bygget af dem. Selvom vi har en tendens til at tænke på biologiske effekter med hensyn til effekten af stråling på levende celler, interagerer ioniserende stråling pr. Til ioniserende stråling, den kinetiske energi af partikler (fotoner, elektroner osv.) af ioniserende stråling er tilstrækkelig, og partiklen kan ionisere (til dannelse af ion ved at miste elektroner) målatomer til dannelse af ioner. Simpelthen ioniserende stråling kan banke elektroner fra et atom.

der er to mekanismer, hvormed stråling i sidste ende påvirker celler. Disse to mekanismer kaldes almindeligvis:

• direkte effekter. Direkte effekter er forårsaget af stråling, når stråling interagerer direkte med atomerne i DNA-molekylet eller en anden cellulær komponent, der er kritisk for cellens overlevelse. Sandsynligheden for, at strålingen interagerer med DNA-molekylet, er meget lille, da disse kritiske komponenter udgør en så lille del af cellen.
• indirekte effekter. Indirekte virkninger er forårsaget af interaktion mellem stråling normalt med vandmolekyler. Hver celle, ligesom det er tilfældet for den menneskelige krop, er for det meste vand. Ioniserende stråling kan bryde bindingerne, der holder vandmolekylet sammen, producerer radikaler som f.eks. Disse radikaler kan bidrage til ødelæggelsen af cellen.

et stort antal celler af en bestemt type kaldes et væv. Hvis dette væv danner en specialiseret funktionel enhed, kaldes det et organ. Typen og antallet af berørte celler er også en vigtig faktor. Nogle celler og organer i kroppen er mere følsomme over for ioniserende stråling end andre.

følsomhed af forskellige typer celler til ioniserende stråling er meget høj for væv bestående af celler, der deler sig hurtigt som dem, der findes i knoglemarv, mave, tarm, mandlige og kvindelige reproduktive organer og udvikling af fostre. Dette skyldes, at delende celler kræver korrekt DNA-information for at cellens afkom kan overleve. En direkte interaktion mellem stråling og en aktiv celle kan resultere i død eller mutation af cellen, hvorimod en direkte interaktion med DNA fra en sovende celle ville have mindre effekt.

som følge heraf kan levende celler klassificeres efter deres reproduktionshastighed, hvilket også angiver deres relative følsomhed over for stråling. Som et resultat er aktivt reproducerende celler mere følsomme over for ioniserende stråling end celler, der udgør hud -, nyre-eller levervæv. Nerve – og muskelcellerne er de langsomste til at regenerere og er de mindst følsomme celler.

følsomheden af de forskellige organer i menneskekroppen korrelerer med den relative følsomhed af de celler, hvorfra de er sammensat. I praksis er denne følsomhed repræsenteret af vævs vægtningsfaktoren, vægt, som er den faktor, hvormed den ækvivalente dosis i et væv eller organ T vægtes for at repræsentere det relative bidrag fra dette væv eller organ til den samlede sundhedsskade som følge af ensartet bestråling af kroppen (ICRP 1991b).

hvis en person kun bestråles delvist, afhænger dosis stærkt af vævet, som blev bestrålet. For eksempel er en 10 MSV gamma dosis til hele kroppen og en 50 mSv dosis til skjoldbruskkirtlen den samme, hvad angår risiko, som en helkropsdosis på 10 + 0,04 * 50 = 12 mSv.

høj-LET og lav-LET stråling

som det blev skrevet, interagerer hver type stråling med stof på en anden måde. For eksempel kan ladede partikler med høje energier direkte ionisere atomer. Alfapartikler er ret massive og bærer en dobbelt positiv ladning, så de har tendens til at rejse kun en kort afstand og trænger ikke meget langt ind i væv, hvis overhovedet. Alfapartikler vil dog deponere deres energi over et mindre volumen (muligvis kun få celler, hvis de kommer ind i en krop) og forårsage mere skade på de få celler.

Beta partikler (elektroner) er meget mindre end alfa partikler. De bærer en enkelt negativ ladning. De er mere gennemtrængende end alfapartikler. De kan rejse flere meter, men deponere mindre energi på et hvilket som helst tidspunkt langs deres stier end alfapartikler. Dette betyder, at beta-partikler har tendens til at beskadige flere celler, men med mindre skade på hver. På den anden side interagerer elektrisk neutrale partikler kun indirekte, men kan også overføre nogle eller alle deres energier til sagen.

det ville helt sikkert forenkle sager, hvis biologiske virkninger af stråling var direkte proportional med den absorberede dosis. Desværre afhænger biologiske virkninger også af den måde, hvorpå den absorberede dosis fordeles langs strålingens vej. Undersøgelser har vist, at alfa-og neutronstråling forårsager større biologisk skade for en given energiaflejring pr. Det blev opdaget, biologiske virkninger af enhver stråling stiger med den lineære energioverførsel (LET). Kort sagt er den biologiske skade fra høj-LET stråling (alfapartikler, protoner eller neutroner) meget større end den fra lav-LET stråling (gammastråler). Dette skyldes, at det levende væv lettere kan reparere skader fra stråling, der er spredt over et stort område end det, der er koncentreret i et lille område. Selvfølgelig kan gammastråler ved meget høje eksponeringsniveauer stadig forårsage stor skade på væv.

da der forårsages mere biologisk skade for den samme fysiske dosis (dvs.den samme energi, der deponeres pr. vævsenhed), er en grå alfa-eller neutronstråling mere skadelig end en grå gammastråling. Denne kendsgerning, at stråling af forskellige typer (og energier) giver forskellige biologiske effekter for den samme absorberede dosis, beskrives med hensyn til faktorer kendt som relativ biologisk effektivitet (RBE) og strålingsvægtningsfaktor (VR).

akut dosis og kronisk dosis

biologiske virkninger af stråling og deres konsekvenser afhænger stærkt af niveauet af den opnåede dosishastighed. I radiobiologi er dosishastigheden et mål for strålingsdosisintensitet (eller styrke). Doser på lavt niveau er almindelige i hverdagen. I de følgende punkter er der et par eksempler på strålingseksponering, som kan opnås fra forskellige kilder.

• 05 µSv – Sovende ved siden af en person
• 09 µSv – der Bor inden for 30 miles af et kernekraftværk i et år
• 1 µSv – Spise en banan
• 3 µSv – Bor inden for 50 miles af et kul-kraftværk, der for et år
• 10 µSv – Gennemsnitlig daglig dosis, der modtages fra naturlige baggrund
• 20 µSv – Bryst X-ray

Fra biologiske konsekvenser synspunkt, det er meget vigtigt at skelne mellem doserne modtaget over korte og længere perioder. Derfor er biologiske virkninger af stråling typisk opdelt i to kategorier.

• akutte doser. En “akut dosis” (kortvarig dosis på højt niveau) er en, der forekommer over en kort og endelig periode, dvs.inden for en dag.
• kroniske doser. En “kronisk dosis” (langvarig dosis på lavt niveau) er en dosis, der fortsætter i en længere periode, dvs.uger og måneder, så den bedre beskrives ved en dosishastighed.

høje doser har tendens til at dræbe celler, mens lave doser har tendens til at beskadige eller ændre dem. Høje doser kan forårsage visuelt dramatiske strålingsforbrændinger og / eller hurtig dødelighed gennem akut strålingssyndrom. Akutte doser under 250 mGy har sandsynligvis ingen observerbare virkninger. 3 til 5 Gy har en 50% chance for at dræbe en person nogle uger efter eksponeringen, hvis en person ikke får nogen medicinsk behandling.

lave doser spredt over lange perioder forårsager ikke et øjeblikkeligt problem for noget organorgan. Virkningerne af lave doser af stråling forekommer på celleniveauet, og resultaterne kan ikke observeres i mange år. Desuden viser nogle undersøgelser, at de fleste humane væv udviser en mere udtalt tolerance over for virkningerne af lav-LET stråling i tilfælde af langvarig eksponering sammenlignet med en engangseksponering for en lignende dosis.

deterministiske og stokastiske virkninger

i radiobiologi er de fleste skadelige helbredseffekter af strålingseksponering normalt opdelt i to brede klasser:

• deterministiske virkninger er tærskelsundhedseffekter, der er relateret direkte til den absorberede strålingsdosis, og sværhedsgraden af effekten øges, når dosis øges.
• stokastiske virkninger forekommer tilfældigt og forekommer generelt uden et tærskelniveau for dosis. Sandsynligheden for forekomst af stokastiske virkninger er proportional med dosis, men sværhedsgraden af effekten er uafhængig af den modtagne dosis.

deterministiske virkninger

i radiobiologi er deterministiske virkninger (eller ikke-stokastiske sundhedseffekter) sundhedseffekter, der er relateret direkte til den absorberede strålingsdosis, og sværhedsgraden af effekten øges, når dosis øges. Deterministiske virkninger har en tærskel, under hvilken der ikke forekommer påviselige kliniske virkninger. Tærsklen kan være meget lav (i størrelsesordenen 0,1 Gy eller højere) og kan variere fra person til person. For doser mellem 0,25 Gy og 0,5 Gy kan der påvises små blodændringer ved medicinske evalueringer og for doser mellem 0,5 Gy og 1,5 Gy blodændringer vil blive bemærket, og symptomer på kvalme, træthed, opkastning forekommer.

når tærsklen er overskredet, øges sværhedsgraden af en effekt med dosis. Årsagen til tilstedeværelsen af denne tærskeldosis er, at strålingsskader (alvorlig funktionsfejl eller død) af en kritisk population af celler (høje doser har tendens til at dræbe celler) i et givet væv skal opretholdes, før skade udtrykkes i en klinisk relevant form. Derfor betegnes deterministiske virkninger også vævsreaktion. De kaldes også ikke-stokastiske effekter i kontrast til tilfældighedslignende stokastiske effekter (f.eks. kræftinduktion).

deterministiske virkninger er ikke nødvendigvis mere eller mindre alvorlige end stokastiske virkninger. Høje doser kan forårsage visuelt dramatiske strålingsforbrændinger og / eller hurtig dødelighed gennem akut strålingssyndrom. Akutte doser under 250 mGy har sandsynligvis ingen observerbare virkninger. 3 til 5 Gy har en 50% chance for at dræbe en person nogle uger efter eksponeringen, hvis en person ikke får nogen medicinsk behandling. Deterministiske virkninger kan i sidste ende føre til en midlertidig gener eller også til en dødelighed. Eksempler på deterministiske effekter:

eksempler på deterministiske effekter er:

• akut strålingssyndrom ved akut helkropsstråling
• strålingsforbrændinger fra stråling til en bestemt kropsoverflade
• strålingsinduceret thyroiditis, en potentiel bivirkning fra strålingsbehandling mod hypertyreose
• kronisk strålingssyndrom fra langvarig stråling.
• strålingsinduceret lungeskade, fra for eksempel strålebehandling til lungerne

dødelige doser af stråling

den dødelige dosis af stråling (LD) er en indikation af den dødelige mængde stråling. Ved strålingsbeskyttelse anvendes den mediane dødelige dosis LDKSI normalt. For eksempel er den strålingsdosis, der forventes at forårsage død for 50% af de bestrålede personer inden for 30 dage, LD50/30. LD1 er den dosis, der forventes at forårsage død for 1% af de bestrålede personer, og derfor er LD99 dødelig for alle (99%) bestrålede personer. Det er også meget vigtigt, om en person får medicinsk behandling eller ej. Jo større en akut strålingsdosis er, desto større er muligheden for at dræbe individet. For en sund voksen anslås LD50 at være et sted mellem 3 og 5 Gy.

• 2, 5 Sv – dosis, der dræber et menneske med en 1% risiko (LD1), hvis dosis modtages over en meget kort varighed.
• 5 SV-dosis, der dræber et menneske med en 50% risiko inden for 30 dage (LD50/30), hvis dosis modtages over en meget kort varighed. Dødsårsag vil være tab af knoglemarvsfunktion.
• 8 SV-dosis, der dræber et menneske med en 99% risiko (LD99), hvis dosis modtages over en meget kort varighed. Ved omkring 10 Gy kan akut betændelse i lungerne forekomme og føre til død.

de ovenfor angivne dødelige dosisdata gælder for akutte gammadoser leveret på meget kort tid, f.eks. et par minutter. Mere dosis er nødvendig for at producere de ovenfor anførte virkninger, hvis dosis modtages over en periode på timer eller længere.

stokastiske effekter

i radiobiologi forekommer stokastiske virkninger af ioniserende stråling tilfældigt, hvilket generelt forekommer uden et tærskelniveau for dosis. Sandsynligheden for forekomst af stokastiske virkninger er proportional med dosis, men sværhedsgraden af effekten er uafhængig af den modtagne dosis. De biologiske virkninger af stråling på mennesker kan grupperes i somatiske og arvelige virkninger. Somatiske virkninger er dem, der lider af den udsatte person. Arvelige virkninger er dem, der lider af afkom fra den udsatte person. Kræftrisiko nævnes normalt som den vigtigste stokastiske virkning af ioniserende stråling, men også arvelige lidelser er stokastiske virkninger.

ifølge ICRP:

(83) på grundlag af disse beregninger foreslår Kommissionen nominelle sandsynlighedskoefficienter for skadesjusteret kræftrisiko som 5,5 gange 10-2 Sv-1 for hele befolkningen og 4.1 10-2 Sv-1 For voksne arbejdere. For arvelige virkninger estimeres den skadejusterede nominelle risiko i hele befolkningen som 0,2 gange 10-2 Sv-1 og hos voksne arbejdstagere som 0,1 gange 10-2 Sv-1 .

særlig Reference: ICRP, 2007. Anbefalingerne fra Den Internationale Kommission for radiologisk beskyttelse fra 2007. ICRP publikation 103. Ann. ICRP 37 (2-4).

SI-enheden til effektiv dosis, sievert, repræsenterer den ækvivalente biologiske virkning af aflejringen af en joule af gammastrålerenergi i et kilogram humant væv. Som et resultat repræsenterer en sievert en 5.5% chance for at udvikle kræft. Bemærk, at den effektive dosis ikke er beregnet som et mål for deterministiske sundhedseffekter, hvilket er sværhedsgraden af akut vævsskade, der helt sikkert vil ske, der måles ved den absorberede dosis.

der er tre generelle kategorier af stokastiske virkninger som følge af eksponering for lave doser af stråling. Disse er:

• genetiske effekter. Den genetiske effekt lider af afkom fra den udsatte person. Det involverer mutation af meget specifikke celler, nemlig sædceller eller ægceller. Stråling er et eksempel på et fysisk mutagent middel. Bemærk, at der også er mange kemiske agenser såvel som biologiske agenser (såsom vira), der forårsager mutationer. En meget vigtig kendsgerning at huske er, at stråling øger den spontane mutationshastighed, men ikke producerer nye mutationer.
• somatiske effekter. Somatiske virkninger er dem, der lider af den udsatte person. Den mest almindelige virkning af bestråling er den stokastiske induktion af kræft med en latent periode på år eller årtier efter eksponering. Da kræft er det primære resultat, kaldes det undertiden den kræftfremkaldende effekt. Stråling er et eksempel på en fysisk kræftfremkaldende, mens cigaretter er et eksempel på et kemisk kræftfremkaldende middel. Virus er eksempler på biologiske kræftfremkaldende stoffer.
• In-Utero-effekter involverer produktion af misdannelser ved udvikling af embryoner. Dette er imidlertid faktisk et specielt tilfælde af den somatiske effekt, da embryoet/fosteret er det, der udsættes for strålingen.

somatiske virkninger som følge af eksponering for stråling menes af de fleste at forekomme på en stokastisk måde. Den mest accepterede model hævder, at forekomsten af kræft på grund af ioniserende stråling stiger lineært med effektiv strålingsdosis med en hastighed på 5,5% pr. Denne model er kendt som lineær no-threshold model (LNT). Denne model antager, at der ikke er noget tærskelpunkt, og risikoen stiger lineært med en dosis. Hvis denne lineære model er korrekt, er naturlig baggrundsstråling den farligste strålekilde for den generelle folkesundhed efterfulgt af medicinsk billeddannelse som et tæt sekund. LNT accepteres ikke universelt, idet nogle foreslår et adaptivt dosis–responsforhold, hvor lave doser er beskyttende og høje doser er skadelige. Det skal understreges, at en række organisationer er uenige i at bruge den lineære no-threshold-model til at estimere risikoen ved udsættelse for Miljø-og erhvervsstråling på lavt niveau.

radiobiologi og dosisgrænser

i strålingsbeskyttelse er dosisgrænser indstillet til at begrænse stokastiske effekter til et acceptabelt niveau og for at forhindre deterministiske effekter fuldstændigt. Bemærk, at stokastiske effekter er dem, der stammer fra tilfældigheder: jo større dosis, desto mere sandsynligt er effekten. Deterministiske virkninger er dem, der normalt har en tærskel: over dette øges sværhedsgraden af effekten med dosis. Dosisgrænser er en grundlæggende komponent i strålingsbeskyttelse, og overtrædelse af disse grænser er imod strålingsregulering i de fleste lande. Bemærk, at dosisgrænserne beskrevet i denne artikel gælder for rutinemæssige operationer. De gælder ikke for en nødsituation, når menneskeliv er truet. De gælder ikke i nødeksponeringssituationer, hvor en person forsøger at forhindre en katastrofal situation.

grænserne er opdelt i to grupper, offentligheden og erhvervsmæssigt udsatte arbejdstagere. I henhold til ICRP henviser erhvervsmæssig eksponering til al eksponering, der er afholdt af arbejdstagere i løbet af deres arbejde, med undtagelse af

1. ekskluderede eksponeringer og eksponeringer fra fritagne aktiviteter, der involverer stråling eller fritagne kilder
2. enhver medicinsk eksponering
3. den normale lokale naturlige baggrundsstråling.

følgende tabel opsummerer dosisgrænser for erhvervsmæssigt eksponerede arbejdstagere og for offentligheden:

ifølge ICRP ‘ s anbefaling i sin erklæring om vævsreaktioner af 21. April 2011 blev den ækvivalente dosisgrænse for linsen i øjet for erhvervsmæssig eksponering i planlagte eksponeringssituationer reduceret fra 150 mSv/år til 20 mSv/år, i gennemsnit over definerede perioder på 5 år, uden nogen årlig dosis i et enkelt år over 50 mSv.

grænser for effektiv dosis er for summen af de relevante effektive doser fra ekstern eksponering i den angivne tidsperiode og den forpligtede effektive dosis fra indtag af radionuklider i samme periode. For voksne beregnes den engagerede effektive dosis i en 50-årig periode efter indtagelse, mens den for børn beregnes for perioden op til 70 år. Den effektive dosisgrænse for hele kroppen på 20 mSv er en gennemsnitlig værdi over fem år. Den reelle grænse er 100 mSv i 5 år, med ikke mere end 50 mSv i et år.