mikä on radiobiologia-Säteilybiologia-määritelmä

Säteilybiologia (tunnetaan myös nimellä radiobiologia) on lääketiede, jossa tutkitaan ionisoivan säteilyn biologisia vaikutuksia eläviin kudoksiin. Säteilyä on kaikkialla ympärillämme. Maailmassa, sen ympärillä ja yläpuolella, jossa elämme. Se on luonnollinen energiavoima, joka ympäröi meitä. Se on osa luonnollista maailmaamme, joka on ollut täällä planeettamme syntymästä lähtien. Oli säteilylähde sitten luonnollinen tai ihmisen aiheuttama, oli säteilyannos suuri tai pieni, sillä on joitakin biologisia vaikutuksia. Yleensä ionisoiva säteily on haitallista ja mahdollisesti hengenvaarallista eläville olennoille, mutta sillä voi olla terveyshyötyjä lääketieteessä, esimerkiksi syövän ja tyrotoksikoosin hoitoon tarkoitetussa sädehoidossa. Tässä luvussa esitetään lyhyesti lyhyen ja pitkän aikavälin vaikutukset, joita säteilyaltistuksella voi olla.

soluvaurio – radiobiologia

kaikki biologiset vauriovaikutukset alkavat säteilyvuorovaikutuksista solujen muodostavien atomien kanssa. Kaikki elolliset koostuvat yhdestä tai useammasta solusta. Jokainen ruumiinosa koostuu soluista tai on niiden rakentama. Vaikka meillä on taipumus ajatella biologisia vaikutuksia säteilyn vaikutuksesta eläviin soluihin, todellisuudessa ionisoiva säteily on määritelmän mukaan vuorovaikutuksessa vain atomien kanssa ionisaatioksi kutsutun prosessin avulla. Ionisoivassa säteilyssä hiukkasten liike-energia (fotonit, elektronit jne.) ionisoivaa säteilyä riittää ja hiukkanen voi ionisoida (muodostaa ionin menettämällä elektroneja) kohdeatomeja muodostaen ioneja. Pelkkä ionisoiva säteily voi lyödä elektroneja atomista.

on kaksi mekanismia, joilla säteily lopulta vaikuttaa soluihin. Näitä kahta mekanismia kutsutaan yleisesti:

• suoriksi vaikutuksiksi. Suorat vaikutukset syntyvät säteilystä, kun säteily vuorovaikuttaa suoraan DNA-molekyylin atomien tai jonkin muun solun selviytymisen kannalta kriittisen solukomponentin kanssa. Säteilyn todennäköisyys vuorovaikutuksessa DNA-molekyylin kanssa on hyvin pieni, koska nämä kriittiset komponentit muodostavat niin pienen osan solusta.
• epäsuorat vaikutukset. Epäsuorat vaikutukset johtuvat säteilyn vuorovaikutuksesta yleensä vesimolekyylien kanssa. Jokainen solu, samoin kuin ihmisruumiinkin, on enimmäkseen vettä. Ionisoiva säteily voi rikkoa vesimolekyyliä koossa pitäviä sidoksia, jolloin syntyy radikaaleja kuten hydroksyyli OH, superoksidianioni O2–ja muita. Nämä radikaalit voivat edistää solun tuhoutumista.

suurta määrää minkä tahansa tietyntyyppisiä soluja kutsutaan kudokseksi. Jos tämä kudos muodostaa erikoistuneen toiminnallisen yksikön, sitä kutsutaan elimeksi. Myös sairastuneiden solujen tyyppi ja määrä on tärkeä tekijä. Jotkin elimistön solut ja elimet ovat herkempiä ionisoivalle säteilylle kuin toiset.

erityyppisten solujen herkkyys ionisoivalle säteilylle on hyvin korkea kudoksissa, jotka koostuvat nopeasti jakautuvista soluista, kuten luuytimessä, mahassa, suolistossa, miehen ja naisen lisääntymiselimissä sekä kehittyvissä sikiöissä olevista soluista. Tämä johtuu siitä, että solujen jakaminen vaatii oikeaa DNA-tietoa, jotta solun jälkeläiset selviäisivät. Säteilyn suora vuorovaikutus aktiivisen solun kanssa voisi johtaa solun kuolemaan tai mutaatioon, kun taas suora vuorovaikutus lepotilassa olevan solun DNA: n kanssa vaikuttaisi vähemmän.

tämän vuoksi elävät solut voidaan luokitella lisääntymisnopeutensa mukaan, mikä kertoo myös niiden suhteellisesta säteilyherkkyydestä. Tämän vuoksi aktiivisesti lisääntyvät solut ovat herkempiä ionisoivalle säteilylle kuin iho -, munuais-tai maksakudosta muodostavat solut. Hermo-ja lihassolut uusiutuvat hitaimmin ja ovat vähiten herkkiä soluja.

ihmiskehon eri elinten herkkyys korreloi niiden solujen suhteellisen herkkyyden kanssa, joista ne koostuvat. Käytännössä tätä herkkyyttä edustaa kudoksen painotuskerroin wT, joka on se tekijä, jolla kudoksen tai elimen t ekvivalenttiannos painotetaan edustamaan kyseisen kudoksen tai elimen suhteellista osuutta kehon yhtenäisestä säteilytyksestä aiheutuvasta terveyden kokonaishaitasta (ICRP 1991b).

Jos henkilö säteilytetään vain osittain, annos riippuu voimakkaasti kudoksesta, jota säteilytettiin. Esimerkiksi 10 mSv gamma-annos koko keholle ja 50 mSv annos kilpirauhaselle on riskin kannalta sama kuin koko kehon annos 10 + 0,04 x 50 = 12 mSv.

High-LET-ja Low – LET – säteily

kuten kirjoitettiin, jokainen säteilytyyppi vuorovaikuttaa aineen kanssa eri tavalla. Esimerkiksi varatut hiukkaset, joilla on suuri energia, voivat suoraan ionisoida atomeja. Alfahiukkaset ovat melko massiivisia ja niillä on kaksinkertainen positiivinen varaus, joten niillä on taipumus kulkea vain lyhyen matkan eivätkä ne tunkeudu kovin kauas kudokseen, jos ollenkaan. Alfahiukkaset kuitenkin tallettavat energiansa pienempään tilavuuteen (mahdollisesti vain muutamia soluja, jos ne tulevat kehoon) ja aiheuttavat enemmän vahinkoa näille muutamille soluille.

Beetahiukkaset (elektronit) ovat paljon pienempiä kuin alfahiukkaset. Niissä on yksi negatiivinen lataus. Ne ovat läpäisevämpiä kuin alfahiukkaset. Ne voivat kulkea useita metrejä, mutta tallettaa vähemmän energiaa mihin tahansa kohtaan polkujaan kuin alfahiukkaset. Tämä tarkoittaa, että beetahiukkaset yleensä vahingoittaa enemmän soluja, mutta vähemmän vaurioita kullekin. Toisaalta sähköisesti neutraalit hiukkaset vuorovaikuttavat vain epäsuorasti, mutta voivat myös siirtää osan tai kaikki energiansa aineeseen.

asiaa varmasti yksinkertaistaisi, jos säteilyn biologiset vaikutukset olisivat suoraan verrannollisia absorboituneeseen annokseen. Valitettavasti biologiset vaikutukset riippuvat myös siitä, miten absorboitunut annos jakautuu säteilyn kulkureitille. Tutkimukset ovat osoittaneet, että alfa-ja neutronisäteily aiheuttavat suurempaa biologista vahinkoa tietylle energiakerrostumalle kudoskiloa kohti kuin gammasäteily. Havaittiin, biologiset vaikutukset säteilyn kasvaa lineaarisen energian siirto (LET). Lyhyesti sanottuna korkean LET-säteilyn (alfahiukkaset, protonit tai neutronit) aiheuttamat biologiset vahingot ovat paljon suuremmat kuin matalalet-säteilyn (gammasäteily) aiheuttamat vahingot. Tämä johtuu siitä, että elävä kudos pystyy helpommin korjaamaan laajalle alueelle levinneen säteilyn aiheuttamia vaurioita kuin pienelle alueelle keskittyneen säteilyn vaurioita. Tietenkin, erittäin suuri altistuminen gammasäteily voi silti aiheuttaa paljon vahinkoa kudoksille.

koska samasta fysikaalisesta annoksesta (eli samasta kudosmassayksikköä kohti talletetusta energiasta) aiheutuu enemmän biologisia vaurioita, yksi harmaa alfa-tai neutronisäteilyä on haitallisempi kuin yksi harmaa gammasäteilyä. Tätä seikkaa, että erityyppiset (ja energiat) säteilyt aiheuttavat erilaisia biologisia vaikutuksia samalla absorboidulla annoksella, kuvataan suhteellisena biologisena tehokkuutena (RBE) ja säteilyn painotuskertoimena (WR).

akuutti annos ja krooninen annos

säteilyn biologiset vaikutukset ja niiden seuraukset riippuvat voimakkaasti saadusta annosnopeudesta. Annosnopeus on radiobiologiassa säteilyannoksen intensiteetin (tai voimakkuuden) mitta. Pienet annokset ovat arkipäivää. Seuraavissa kohdissa on muutamia esimerkkejä säteilyaltistuksesta, jota voidaan saada eri lähteistä.

• 05 µSv – jonkun vieressä nukkuminen
• 09 µSv – Asuminen 30 mailin säteellä ydinvoimalasta vuoden ajan
• 1 µSv – yhden banaanin syöminen
• 3 µSv – Asuminen 50 mailin säteellä hiilivoimalasta vuoden ajan
• 10 µSv – luonnontaustasta saatu keskimääräinen vuorokausiannos
• 20 µSv – rintakehän röntgen

biologisten seurausten kannalta on erittäin tärkeää erottaa toisistaan lyhyen ja pitkän ajan kuluessa saadut annokset. Siksi säteilyn biologiset vaikutukset jaetaan tyypillisesti kahteen luokkaan.

• akuutit annokset. ”Akuutti annos” (lyhytkestoinen korkean tason annos) on sellainen, joka tapahtuu lyhyen ja rajallisen ajanjakson aikana eli vuorokauden kuluessa.
• krooniset annokset. ”Krooninen annos” (long-term low-level dose) on annos, joka jatkuu pitkään eli viikkoja ja kuukausia, jotta se kuvataan paremmin annosnopeudella.

suurilla annoksilla on taipumus tappaa soluja, kun taas pienillä annoksilla on taipumus vaurioittaa tai muuttaa niitä. Suuret annokset voivat aiheuttaa visuaalisesti dramaattisia säteilypaloja ja / tai nopean kuoleman akuutin säteilyoireyhtymän kautta. Alle 250 mGy: n akuuteilla annoksilla ei todennäköisesti ole havaittavia vaikutuksia. Noin 3-5 Gy: n akuuteilla annoksilla on 50 prosentin mahdollisuus tappaa ihminen joitakin viikkoja altistuksen jälkeen, jos henkilö ei saa lääketieteellistä hoitoa.

pitkille ajanjaksoille levinneet pienet annokset eivät aiheuta välitöntä ongelmaa millekään elimelle. Pienten säteilyannosten vaikutukset tapahtuvat solun tasolla, eikä tuloksia välttämättä havaita moneen vuoteen. Lisäksi jotkin tutkimukset osoittavat, että useimmat ihmiskudokset sietävät voimakkaammin low-LET-säteilyn vaikutuksia pitkäaikaisessa altistuksessa verrattuna kertaluonteiseen altistukseen vastaavalle annokselle.

deterministiset ja stokastiset vaikutukset

radiobiologiassa useimmat säteilyaltistuksen haitalliset terveysvaikutukset jaetaan yleensä kahteen suureen luokkaan:

• deterministiset vaikutukset ovat kynnysvaikutuksia, jotka liittyvät suoraan absorboituneeseen säteilyannokseen ja vaikutuksen vakavuus kasvaa annoksen kasvaessa.
• stokastisia vaikutuksia esiintyy sattumalta, yleensä ilman annoskynnystä. Stokastisten vaikutusten esiintymistodennäköisyys on verrannollinen annokseen, mutta vaikutuksen vakavuus ei riipu saadusta annoksesta.

deterministiset vaikutukset

radiobiologiassa deterministiset vaikutukset (tai ei-stokastiset terveysvaikutukset) ovat terveysvaikutuksia, jotka liittyvät suoraan absorboituneeseen säteilyannokseen ja vaikutuksen vakavuus kasvaa annoksen kasvaessa. Deterministisillä vaikutuksilla on kynnysarvo, jonka alapuolella ei esiinny havaittavia kliinisiä vaikutuksia. Kynnys voi olla hyvin matala (suuruusluokkaa 0,1 Gy tai korkeampi) ja se voi vaihdella henkilöstä toiseen. 0, 25 Gy-0, 5 Gy annoksilla voidaan havaita vähäisiä verenmuutoksia lääketieteellisissä arvioinneissa ja 0, 5 Gy-1, 5 Gy annoksilla havaitaan verenmuutoksia ja esiintyy pahoinvoinnin, väsymyksen ja oksentelun oireita.

kun kynnysarvo on ylitetty, vaikutuksen vaikeusaste kasvaa annoksen myötä. Tämä kynnysannos johtuu siitä, että kriittisen solupopulaation säteilyvaurio (vakava toimintahäiriö tai kuolema) (suuret annokset yleensä tappavat soluja) tietyssä kudoksessa on kestettävä ennen kuin vamma ilmaistaan kliinisesti merkittävässä muodossa. Siksi deterministisiä vaikutuksia kutsutaan myös kudosreaktioksi. Niitä kutsutaan myös ei-stokastisiksi vaikutuksiksi vastakohtana sattuman kaltaisille stokastisille vaikutuksille (esim.syövän induktio).

deterministiset vaikutukset eivät välttämättä ole enemmän tai vähemmän vakavia kuin stokastiset vaikutukset. Suuret annokset voivat aiheuttaa visuaalisesti dramaattisia säteilypaloja ja / tai nopean kuoleman akuutin säteilyoireyhtymän kautta. Alle 250 mGy: n akuuteilla annoksilla ei todennäköisesti ole havaittavia vaikutuksia. Noin 3-5 Gy: n akuuteilla annoksilla on 50 prosentin mahdollisuus tappaa ihminen joitakin viikkoja altistuksen jälkeen, jos henkilö ei saa lääketieteellistä hoitoa. Deterministiset vaikutukset voivat lopulta johtaa tilapäiseen riesaan tai myös kuolemaan. Esimerkkejä deterministisistä vaikutuksista:

esimerkkejä deterministisistä vaikutuksista ovat:

• akuutti säteilyoireyhtymä, jonka aiheuttaa akuutti kokovartalosäteily
• Säteilypalot säteilystä tietylle kehon pinnalle
• säteilyn aiheuttama tyreoidiitti, joka on sädehoidon mahdollinen sivuvaikutus kilpirauhasen liikatoimintaa vastaan
• krooninen säteilyoireyhtymä pitkäaikaissäteilystä.
• säteilyn aiheuttama keuhkovaurio, esimerkiksi sädehoidosta keuhkoihin

Letaalit säteilyannokset

letaali säteilyannos (LD) on osoitus tappavasta säteilymäärästä. Säteilysuojelussa käytetään yleensä tappavan annoksen mediaania, LDCY: tä. Esimerkiksi säteilyannos, jonka odotetaan aiheuttavan kuoleman 50 prosentille säteilytetyistä henkilöistä 30 päivän kuluessa, on LD50 / 30. LD1 on annos, jonka odotetaan aiheuttavan kuoleman 1%: lle säteilytetyistä henkilöistä, joten LD99 on tappava kaikille (99%) säteilytetyille henkilöille. On myös erittäin tärkeää, saako henkilö jotain lääketieteellistä hoitoa vai ei. Mitä suurempi akuutti säteilyannos on, sitä suurempi on mahdollisuus, että se tappaa yksilön. Terveelle aikuiselle LD50: n arvioidaan olevan jossain 3-5 Gy: n välillä.

• 2, 5 Sv – annos, joka tappaa ihmisen 1 prosentin riskillä (LD1), jos annos otetaan hyvin lyhyen ajan kuluessa.
• 5 Sv – annos, joka tappaa ihmisen 50% riskillä 30 päivän kuluessa (LD50 / 30), jos annos otetaan hyvin lyhyen ajan kuluessa. Kuolinsyy on luuytimen toiminnan menetys.
• 8 Sv – annos, joka tappaa ihmisen 99% riskillä (LD99), jos annos otetaan hyvin lyhyen ajan kuluessa. Noin 10 Gy, akuutti tulehdus keuhkoihin voi esiintyä ja johtaa kuolemaan.

edellä esitetyt letaaliannostiedot koskevat akuutteja gamma-annoksia, jotka annetaan hyvin lyhyessä ajassa, esim.muutamassa minuutissa. Edellä lueteltujen vaikutusten aikaansaamiseksi tarvitaan suurempi annos, jos annos otetaan tuntien kuluessa tai pidempään.

stokastiset vaikutukset

radiobiologiassa ionisoivan säteilyn stokastiset vaikutukset tapahtuvat sattumalta, yleensä ilman annoskynnystä. Stokastisten vaikutusten esiintymistodennäköisyys on verrannollinen annokseen, mutta vaikutuksen vakavuus ei riipu saadusta annoksesta. Säteilyn biologiset vaikutukset ihmisiin voidaan ryhmitellä somaattisiin ja perinnöllisiin vaikutuksiin. Somaattiset vaikutukset ovat altistuneen henkilön kärsimiä. Perinnöllisiä vaikutuksia ovat altistuneen yksilön jälkeläiset. Syöpäriski mainitaan yleensä ionisoivan säteilyn pääasiallisena stokastisena vaikutuksena, mutta myös perinnölliset häiriöt ovat stokastisia vaikutuksia.

ICRP: n mukaan:

(83) näiden laskelmien perusteella komissio ehdottaa, että haittakorjatun syöpäriskin nimelliset todennäköisyyskertoimet olisivat 5, 5 x 10-2 Sv-1 koko väestölle ja 4.1 x 10-2 SV-1 aikuisille työntekijöille. Periytyvien vaikutusten osalta haittakorjattu nimellinen riski on koko väestössä arviolta 0,2 x 10-2 Sv-1 ja aikuisväestössä 0,1 x 10-2 SV-1 .

Special Reference: ICRP, 2007. Kansainvälisen Säteilysuojelukomission suositukset vuodelta 2007. ICRP: n julkaisu 103. Ann. ICRP 37 (2-4).

efektiivisen annoksen SI-yksikkö, sievert, edustaa gammasäteilyenergian Joulen ekvivalenttia biologista vaikutusta kilogrammassa ihmiskudosta. Tuloksena yksi sievert edustaa 5.5% mahdollisuus sairastua syöpään. Huomaa, että tehokasta annosta ei ole tarkoitettu determinististen terveysvaikutusten mittaamiseksi, mikä on akuutin kudosvaurion vakavuus, joka on varmasti tapahtumassa, jota mitataan imeytyneellä annoksella.

on olemassa kolme yleistä luokkaa stokastisia vaikutuksia, jotka johtuvat altistumisesta pienille säteilyannoksille. Näitä ovat:

• geneettiset vaikutukset. Geneettisestä vaikutuksesta kärsivät altistuneen yksilön jälkeläiset. Siihen liittyy hyvin spesifisten solujen eli siittiö-tai munasolujen mutaatio. Säteily on esimerkki fysikaalisesta mutageenisesta aineesta. Huomaa, että on myös monia kemiallisia aineita sekä biologisia aineita (kuten viruksia), jotka aiheuttavat mutaatioita. Yksi hyvin tärkeä seikka on muistaa, että säteily lisää spontaania mutaationopeutta, mutta ei tuota uusia mutaatioita.
• somaattiset vaikutukset. Somaattiset vaikutukset ovat altistuneen henkilön kärsimiä. Säteilytyksen yleisin vaikutus on syövän stokastinen induktio, jossa piilevä aika kestää vuosia tai vuosikymmeniä altistuksen jälkeen. Koska syöpä on ensisijainen tulos, sitä kutsutaan joskus karsinogeeniseksi vaikutukseksi. Säteily on esimerkki fysikaalisesta syöpää aiheuttavasta aineesta, kun taas savukkeet ovat esimerkki kemiallisesta syöpää aiheuttavasta aineesta. Virukset ovat esimerkkejä biologisista syöpää aiheuttavista aineista.
• In Utero-vaikutuksiin liittyy epämuodostumien tuottamista kehittyvissä alkioissa. Tämä on kuitenkin itse asiassa somaattisen vaikutuksen erikoistapaus, koska alkio/sikiö on se, joka altistuu säteilylle.

säteilyaltistuksen aiheuttamat somaattiset vaikutukset ovat useimpien mielestä stokastisia. Laajimmin hyväksytyn mallin mukaan ionisoivasta säteilystä johtuvien syöpien esiintyvyys kasvaa lineaarisesti tehokkaalla säteilyannoksella 5,5% sievertiä kohti. Tätä mallia kutsutaan lineaariseksi kynnysmalliksi (LNT). Tässä mallissa oletetaan, että ei ole kynnyspistettä ja riski kasvaa lineaarisesti annoksen kanssa. Jos tämä lineaarinen malli pitää paikkansa, luonnollinen taustasäteily on vaarallisin säteilylähde yleiselle kansanterveydelle ja sen jälkeen lääketieteellinen kuvantaminen lähimpänä toisena. LNT: tä ei hyväksytä yleisesti, ja jotkut ehdottavat adaptiivista annos–vastesuhdetta, jossa pienet annokset ovat suojaavia ja suuret annokset haitallisia. On korostettava, että useat organisaatiot ovat eri mieltä lineaarisen kynnyksettömän mallin käyttämisestä ympäristö-ja työperäisen matalan säteilyaltistuksen aiheuttamien riskien arvioimiseksi.

radiobiologia ja Annosrajat

säteilysuojelussa annosrajat on asetettu rajoittamaan stokastiset vaikutukset hyväksyttävälle tasolle ja estämään deterministiset vaikutukset kokonaan. Huomaa, että stokastiset vaikutukset johtuvat sattumasta: mitä suurempi annos, sitä todennäköisemmin vaikutus. Deterministiset vaikutukset ovat sellaisia, joilla on yleensä kynnysarvo: tämän yläpuolella vaikutuksen vakavuus kasvaa annoksen myötä. Annosrajoitukset ovat olennainen osa säteilysuojelua, ja niiden rikkominen on useimmissa maissa säteilysääntelyn vastaista. Huomaa, että tässä artiklassa kuvattuja annosrajoja sovelletaan rutiinitoimiin. Ne eivät koske hätätilannetta, jossa ihmishenki on vaarassa. Niitä ei sovelleta hätätilanteessa altistumistilanteissa, joissa henkilö yrittää estää katastrofaalisen tilanteen.

rajat on jaettu kahteen ryhmään, julkisiin ja työssäkäyviin työntekijöihin. ICRP: n mukaan työperäisellä altistumisella tarkoitetaan kaikkea työntekijöiden työssään aiheuttamaa altistumista lukuun ottamatta

1. poissuljettuja altistuksia ja altistuksia, jotka aiheutuvat vapautetuista toiminnoista, joihin liittyy säteilyä tai vapautettuja lähteitä
2. kaikki lääketieteellinen altistus
3. normaalia paikallista luonnollista taustasäteilyä.

seuraavassa taulukossa on esitetty yhteenveto annosrajoista työssäkäyville työntekijöille ja väestölle:

ICRP: n suosituksen mukaan kudosreaktioita koskevassa lausunnossaan 21. Huhtikuussa 2011 silmän mykiön ekvivalenttiannosrajaa suunnitellussa altistustilanteessa työperäisen altistuksen osalta alennettiin 150 mSv: stä vuodessa 20 mSv: hen määriteltyjen 5 vuoden ajanjaksojen keskiarvona siten, ettei yksikään vuotuinen annos yhtenä vuonna ylitä 50 mSv: tä.

efektiivisen annoksen raja-arvot koskevat ulkoisesta altistuksesta tiettynä ajanjaksona aiheutuneiden efektiivisten annosten ja radionuklidien saannista samana ajanjaksona aiheutuneen efektiivisen annoksen summaa. Aikuisilla efektiivinen annos lasketaan 50 vuoden ajalta saannin jälkeen, kun taas lapsilla se lasketaan 70 vuoden ikään asti. Koko kehon tehokas annosraja 20 mSv on keskimäärin viiden vuoden ajalta. Todellinen raja on 100 mSv 5 vuodessa, enintään 50 mSv yhden vuoden aikana.