mi a radiobiológia-Sugárzásbiológia-meghatározás

A Sugárzásbiológia (más néven radiobiológia) olyan orvostudomány, amely magában foglalja az ionizáló sugárzás élő szövetekre gyakorolt biológiai hatásainak tanulmányozását. A sugárzás körülöttünk van. A világ körül és felett, amelyben élünk. Ez egy természetes energiaerő, amely körülvesz minket. Természetes világunk része, amely bolygónk születése óta itt van. Függetlenül attól, hogy a sugárzás forrása természetes vagy ember alkotta-e, legyen az nagy dózisú sugárzás vagy kis dózis, bizonyos biológiai hatások lesznek. Általában az ionizáló sugárzás káros és potenciálisan halálos az élőlényekre, de egészségügyi előnyökkel járhat az orvostudományban, például a rák és a tirotoxikózis kezelésére szolgáló sugárterápiában. Ez a fejezet röviden összefoglalja a sugárzásnak való kitettség rövid és hosszú távú következményeit.

sejtkárosodás-radiobiológia

minden biológiai károsodási hatás a sejteket alkotó atomokkal való sugárzási kölcsönhatások következményével kezdődik. Minden élőlény egy vagy több sejtből áll. A test minden része sejtekből áll, vagy azok építették. Bár hajlamosak vagyunk a biológiai hatásokra gondolni a sugárzás élő sejtekre gyakorolt hatása szempontjából, valójában az ionizáló sugárzás definíció szerint csak az atomokkal kölcsönhatásba lép az ionizációnak nevezett eljárással. Az ionizáló sugárzáshoz a részecskék (fotonok, elektronok stb.) ionizáló sugárzás elegendő, és a részecske képes ionizálni (Ion keletkezik az elektronok elvesztésével) cél atomok ionokat képeznek. Az egyszerű ionizáló sugárzás elektronokat kopogtathat egy atomból.

két mechanizmus létezik, amelyek révén a sugárzás végső soron befolyásolja a sejteket. Ezt a két mechanizmust általában nevezik:

• közvetlen hatások. A közvetlen hatásokat a sugárzás okozza, amikor a sugárzás közvetlenül kölcsönhatásba lép a DNS-molekula atomjaival, vagy valamilyen más sejtkomponenssel, amely kritikus a sejt túlélése szempontjából. A DNS-molekulával kölcsönhatásba lépő sugárzás valószínűsége nagyon kicsi, mivel ezek a kritikus komponensek a sejt ilyen kis részét alkotják.
• közvetett hatások. A közvetett hatásokat a sugárzás kölcsönhatása okozza, általában vízmolekulákkal. Minden sejt, csakúgy, mint az emberi test esetében, többnyire víz. Az ionizáló sugárzás megszakíthatja a vízmolekulát összetartó kötéseket, olyan gyököket hozva létre, mint a hidroxil–OH, a szuperoxid-anion O2-és mások. Ezek a gyökök hozzájárulhatnak a sejt pusztulásához.

egy adott típusú sejtek nagy számát szövetnek nevezzük. Ha ez a szövet speciális funkcionális egységet képez, akkor szervnek nevezzük. Az érintett sejtek típusa és száma szintén fontos tényező. A test egyes sejtjei és szervei érzékenyebbek az ionizáló sugárzásra, mint mások.

a különböző típusú sejtek ionizáló sugárzással szembeni érzékenysége nagyon magas a gyorsan osztódó sejtekből álló szövetekben, mint a csontvelőben, a gyomorban, a belekben, a férfi és női reproduktív szervekben és a fejlődő magzatokban. Ennek oka az, hogy az osztódó sejtek helyes DNS-információt igényelnek a sejt utódainak túlélése érdekében. A sugárzás közvetlen kölcsönhatása egy aktív sejttel a sejt halálát vagy mutációját eredményezheti, míg a szunnyadó sejt DNS-ével való közvetlen kölcsönhatásnak kevésbé lenne hatása.

ennek eredményeként az élő sejtek szaporodási sebességük szerint osztályozhatók, ami szintén jelzi a sugárzással szembeni relatív érzékenységüket. Ennek eredményeként az aktívan reprodukáló sejtek érzékenyebbek az ionizáló sugárzásra, mint a bőr -, vese-vagy májszövetet alkotó sejtek. Az ideg – és izomsejtek a leglassabbak a regenerálódásra, és a legkevésbé érzékeny sejtek.

az emberi test különböző szerveinek érzékenysége korrelál a sejtek relatív érzékenységével, amelyekből állnak. A gyakorlatban ezt az érzékenységet a szöveti súlyozási tényező, a wT képviseli, amely az a tényező, amellyel a T szövetben vagy szervben lévő ekvivalens dózist súlyozzák, hogy képviselje az adott szövet vagy szerv relatív hozzájárulását a test egyenletes besugárzásából eredő teljes egészségkárosodáshoz (ICRP 1991b).

Ha egy személy csak részben besugárzott, az adag erősen függ a besugárzott szövettől. Például egy 10 mSv gamma-dózis az egész testre és egy 50 mSv-os dózis a pajzsmirigyre a kockázat szempontjából azonos, mivel az egész test dózisa 10 + 0,04 x 50 = 12 mSv.

magas-LET és alacsony-LET sugárzás

mint írták, a sugárzás minden típusa más módon kölcsönhatásba lép az anyaggal. Például a nagy energiájú töltött részecskék közvetlenül ionizálhatják az atomokat. Az alfa-részecskék meglehetősen masszívak és kettős pozitív töltést hordoznak, ezért hajlamosak csak rövid távolságra utazni, és egyáltalán nem hatolnak be nagyon messzire a szövetekbe. Az alfa-részecskék azonban energiájukat kisebb térfogatra rakják le (valószínűleg csak néhány sejtre, ha bejutnak a testbe), és több kárt okoznak ennek a néhány sejtnek.

a béta részecskék (elektronok) sokkal kisebbek, mint az alfa részecskék. Egyetlen negatív töltést hordoznak. Ezek jobban behatolnak, mint az alfa részecskék. Több métert is megtehetnek, de kevesebb energiát raknak le az útjuk bármely pontján, mint az alfa részecskék. Ez azt jelenti, hogy a béta-részecskék általában több sejtet károsítanak, de kisebb károkat okoznak mindegyikben. Másrészt az elektromosan semleges részecskék csak közvetetten lépnek kölcsönhatásba, de energiájuk egy részét vagy egészét is átvihetik az anyagba.

minden bizonnyal egyszerűsítené a dolgokat, ha a sugárzás biológiai hatásai egyenesen arányosak lennének az abszorbeált dózissal. Sajnos a biológiai hatások attól is függenek, hogy az abszorbeált dózis hogyan oszlik el a sugárzás útján. Tanulmányok kimutatták, hogy az alfa és a neutron sugárzás nagyobb biológiai károsodást okoz egy adott energia lerakódásban egy kg szövetben, mint a gamma sugárzás. Felfedezték, hogy bármely sugárzás biológiai hatása növekszik a lineáris energiaátadással (LET). Röviden: a magas LET-sugárzás (alfa-részecskék, protonok vagy neutronok) biológiai károsodása sokkal nagyobb, mint az alacsony LET-sugárzás (gamma-sugarak). Ennek oka az, hogy az élő szövet könnyebben kijavíthatja a nagy területen elterjedt sugárzás okozta károkat, mint egy kis területen koncentrálódik. Természetesen nagyon magas expozíció esetén a gamma-sugarak még mindig nagy károkat okozhatnak a szövetekben.

mivel több biológiai károsodást okoz ugyanaz a fizikai dózis (azaz ugyanaz az energia lerakódik a szövet tömegegységére), egy szürke alfa vagy neutron sugárzás károsabb, mint egy szürke gamma-sugárzás. Ezt a tényt, hogy a különböző típusú (és energiájú) sugárzások eltérő biológiai hatást fejtenek ki ugyanarra az elnyelt dózisra, a relatív biológiai hatékonyság (rbe) és a sugárzási súlyozási tényező (WR) néven ismert tényezőkkel írják le.

akut dózis és krónikus dózis

a sugárzás biológiai hatásai és következményei nagymértékben függenek a kapott dózis mértékétől. A radiobiológiában a dózissebesség a sugárzási dózis intenzitásának (vagy erősségének) mértéke. Az alacsony szintű dózisok gyakoriak a mindennapi életben. A következő pontokban van néhány példa a sugárterhelésre, amelyet különböző forrásokból lehet beszerezni.

• 05 µSv – Alszik mellettem valaki,
• 09 µSv – Élő számított 30 mérföldre egy atomerőmű egy év
• 1 µSv – Enni egy banánt
• 3 µSv – Élő belül 50 km egy szenes erőmű egy év
• 10 µSv – az Átlagos napi adag kapott a természetes háttér
• 20 µSv – Mellkas röntgen

A biológiai következményei szempontjából nagyon fontos, hogy megkülönböztessük dózisban kapott a rövid, illetve hosszabb időszakokra. Ezért a sugárzás biológiai hatásait általában két kategóriába sorolják.

• akut dózisok. Az “akut dózis” (rövid távú magas szintű dózis) olyan, amely rövid és véges idő alatt, azaz egy napon belül jelentkezik.
• krónikus dózisok. A “krónikus dózis” (hosszú távú alacsony szintű dózis) olyan dózis, amely hosszabb ideig, azaz hetekig és hónapokig folytatódik, így jobban leírható egy dózissebességgel.

a nagy dózisok általában elpusztítják a sejteket, míg az alacsony dózisok károsítják vagy megváltoztatják őket. A nagy dózisok vizuálisan drámai sugárzási égési sérüléseket és/vagy gyors halálos kimenetelű akut sugárzási szindrómát okozhatnak. A 250 mGy alatti akut dózisoknak valószínűleg nincs megfigyelhető hatása. Körülbelül 3-5 Gy akut dózisok 50% – os eséllyel ölnek meg egy személyt néhány héttel az expozíció után, ha egy személy nem kap orvosi kezelést.

az alacsony dózisok hosszú ideig elosztva nem okoznak azonnali problémát egyetlen szervnek sem. Az alacsony sugárzási dózisok hatása a sejt szintjén jelentkezik, és az eredmények sok éven át nem figyelhetők meg. Ezenkívül egyes tanulmányok azt mutatják, hogy az emberi szövetek többsége kifejezettebb toleranciát mutat az alacsony LET-sugárzás hatásaival szemben hosszabb expozíció esetén, mint egy hasonló dózis egyszeri expozíciója.

determinisztikus és sztochasztikus hatások

a radiobiológiában a sugárterhelés legtöbb káros egészségügyi hatása általában két nagy osztályra oszlik:

• a determinisztikus hatások küszöbértékek, amelyek közvetlenül kapcsolódnak az elnyelt sugárzási dózishoz és a hatás súlyossága a dózis növekedésével növekszik.
• a sztochasztikus hatások véletlenszerűen fordulnak elő, általában a dózis küszöbszintje nélkül. A sztochasztikus hatások előfordulásának valószínűsége arányos a dózissal, de a hatás súlyossága független a kapott dózistól.

determinisztikus hatások

a radiobiológiában a determinisztikus hatások (vagy nem sztochasztikus egészségügyi hatások) olyan egészségügyi hatások, amelyek közvetlenül kapcsolódnak az elnyelt sugárzási dózishoz és a hatás súlyossága a dózis növekedésével növekszik. A determinisztikus hatásoknak van egy küszöbértéke, amely alatt nem jelentkeznek kimutatható klinikai hatások. A küszöbérték nagyon alacsony lehet (0,1 Gy vagy annál nagyobb nagyságrendű), és személyenként változhat. 0,25 Gy és 0,5 Gy közötti dózisok esetén orvosi vizsgálatokkal enyhe vérváltozások észlelhetők, 0,5 Gy és 1,5 Gy közötti dózisok esetén pedig vérváltozások figyelhetők meg, és hányinger, fáradtság, hányás tünetei jelentkeznek.

a küszöbérték túllépése után a hatás súlyossága az adaggal növekszik. Ennek a küszöbdózisnak az oka az, hogy a kritikus sejtpopuláció (a nagy dózisok általában elpusztítják a sejteket) sugárzási károsodását (súlyos meghibásodás vagy halál) egy adott szövetben fenn kell tartani, mielőtt a sérülést klinikailag releváns formában fejeznék ki. Ezért a determinisztikus hatásokat szöveti reakciónak is nevezik. Nem sztochasztikus hatásoknak is nevezik őket, ellentétben a véletlenszerűekkel sztochasztikus hatások (pl. rák indukció).

a determinisztikus hatások nem feltétlenül többé-kevésbé súlyosak, mint a sztochasztikus hatások. A nagy dózisok vizuálisan drámai sugárzási égési sérüléseket és/vagy gyors halálos kimenetelű akut sugárzási szindrómát okozhatnak. A 250 mGy alatti akut dózisoknak valószínűleg nincs megfigyelhető hatása. Körülbelül 3-5 Gy akut dózisok 50% – os eséllyel ölnek meg egy személyt néhány héttel az expozíció után, ha egy személy nem kap orvosi kezelést. A determinisztikus hatások végül átmeneti kellemetlenséghez vagy halálhoz is vezethetnek. Példák a determinisztikus hatásokra:

példák a determinisztikus hatásokra:

• akut sugárzási szindróma, akut egész test sugárzással
• sugárzási égések, sugárzástól egy adott testfelületig
• sugárzás által kiváltott pajzsmirigygyulladás, a hyperthyreosis elleni sugárkezelés lehetséges mellékhatása
• krónikus sugárzási szindróma, hosszú távú sugárzásból.
• sugárzás okozta tüdőkárosodás, például sugárterápiától a tüdőkig

halálos sugárzási dózisok

a sugárzás halálos dózisa (ld) jelzi a halálos mennyiségű sugárzást. A sugárvédelemben általában a medián halálos dózist, az LDXY-t használják. Például a sugárzás dózisa, amely várhatóan a besugárzott személyek 50% – ánál okoz halált 30 napon belül, LD50/30. LD1 az a dózis, amely várhatóan halált okoz a besugárzott személyek 1% – ánál, következésképpen az LD99 halálos minden (99%) besugárzott személy számára. Az is nagyon fontos, hogy egy személy kap-e valamilyen orvosi kezelést vagy sem. Minél nagyobb az akut sugárzási dózis, annál nagyobb a lehetősége annak, hogy megöli az egyént. Egy egészséges felnőtt esetében az LD50 a becslések szerint valahol 3 és 5 Gy között van.

• 2, 5 Sv – dózis, amely 1% – os kockázattal megöli az embert (LD1), ha az adagot nagyon rövid időtartam alatt kapják meg.
• 5 Sv-dózis, amely 50% – os kockázattal megöli az embert 30 napon belül (LD50/30), ha az adagot nagyon rövid időtartam alatt kapják meg. A halál oka a csontvelő funkció elvesztése lesz.
• 8 Sv-dózis, amely 99% – os kockázattal megöli az embert (LD99), ha az adagot nagyon rövid időtartam alatt kapják meg. 10 Gy körül a tüdő akut gyulladása fordulhat elő, amely halálhoz vezethet.

a fent megadott halálos dózisadatok nagyon rövid idő alatt, például néhány perc alatt leadott akut gamma-dózisokra vonatkoznak. Több adagra van szükség a fent felsorolt hatások kiváltásához, ha az adagot órákon át vagy hosszabb ideig kapják.

sztochasztikus hatások

a radiobiológiában az ionizáló sugárzás sztochasztikus hatásai véletlenszerűen fordulnak elő, általában a dózis küszöbszintje nélkül. A sztochasztikus hatások előfordulásának valószínűsége arányos a dózissal, de a hatás súlyossága független a kapott dózistól. A sugárzás emberekre gyakorolt biológiai hatásai szomatikus és örökletes hatásokra csoportosíthatók. A szomatikus hatások azok, amelyeket a kitett személy szenved. Az örökletes hatások azok, amelyeket a kitett egyén utódai szenvednek. A rák kockázatát általában az ionizáló sugárzás fő sztochasztikus hatásaként említik, de az örökletes rendellenességek sztochasztikus hatások is.

az ICRP szerint:

(83) e számítások alapján a Bizottság nominális valószínűségi együtthatókat javasol a károsan korrigált rákkockázatra: 5,5 x 10-2 Sv-1 A teljes populációra és 4.1 x 10-2 Sv-1 felnőtt munkavállalók számára. Az örökölhető hatások esetében a károsan korrigált nominális kockázat a teljes populációban 0,2 x 10-2 Sv-1, a felnőtt munkavállalók esetében pedig 0,1 x 10-2 Sv-1 .

különleges hivatkozás: ICRP, 2007. A nemzetközi radiológiai Védelmi Bizottság 2007. évi ajánlásai. ICRP Kiadvány 103. Ann. ICRP 37 (2-4).

az effektív dózis SI egysége, a sievert, a Joule gamma-sugarak energiájának egy kilogramm emberi szövetben történő lerakódásának egyenértékű biológiai hatását képviseli. Ennek eredményeként, egy sievert jelentése 5.5% esély a rák kialakulására. Vegye figyelembe, hogy az effektív dózis nem a determinisztikus egészségügyi hatások mérésére szolgál, amely az akut szövetkárosodás súlyossága, amely biztosan megtörténik, amelyet az abszorbeált dózis mennyiségével mérnek.

a sztochasztikus hatásoknak három általános kategóriája van, amelyek az alacsony sugárzási dózisoknak való kitettségből származnak. Ezek a következők:

• genetikai hatások. A genetikai hatást a kitett egyén utódai szenvedik el. Ez magában foglalja a nagyon specifikus sejtek, nevezetesen a sperma vagy a petesejtek mutációját. A sugárzás egy fizikai mutagén szer példája. Vegye figyelembe, hogy számos kémiai ágens, valamint biológiai ágens (például vírus) is van, amelyek mutációkat okoznak. Az egyik nagyon fontos tény, hogy emlékezzünk arra, hogy a sugárzás növeli a spontán mutációs arányt, de nem hoz létre új mutációkat.
• szomatikus hatások. A szomatikus hatások azok, amelyeket a kitett személy szenved. A besugárzás leggyakoribb hatása a rák sztochasztikus indukciója az expozíciót követő évek vagy évtizedek látens időszakával. Mivel a rák az elsődleges eredmény, néha rákkeltő hatásnak nevezik. A sugárzás a fizikai rákkeltő, míg a cigaretta a kémiai rákot okozó ágens példája. A vírusok a biológiai rákkeltő anyagok példái.
• Az In-Utero hatások magukban foglalják a fejlődési rendellenességek kialakulását az embriók fejlődésében. Ez azonban valójában a szomatikus hatás speciális esete, mivel az embrió/magzat van kitéve a sugárzásnak.

a sugárzásnak való kitettség következtében fellépő szomatikus hatásokat a legtöbben sztochasztikus módon gondolják. A legszélesebb körben elfogadott modell azt állítja, hogy az ionizáló sugárzás miatti rákos megbetegedések előfordulása lineárisan növekszik a hatékony sugárzási dózissal, sievertenként 5,5% – kal. Ezt a modellt lineáris küszöbérték nélküli modellnek (LNT) nevezik. Ez a modell feltételezi, hogy nincs küszöbérték, és a kockázat lineárisan növekszik egy adaggal. Ha ez a lineáris modell helyes, akkor a természetes háttérsugárzás a legveszélyesebb sugárforrás az Általános közegészségre, amelyet szoros másodpercként orvosi képalkotás követ. Az LNT nem általánosan elfogadott, egyesek adaptív dózis-válasz összefüggést javasolnak, ahol az alacsony dózisok védőek, a nagy dózisok pedig károsak. Hangsúlyozni kell, hogy számos szervezet nem ért egyet azzal, hogy a lineáris küszöbérték nélküli modellt használják a környezeti és foglalkozási alacsony szintű sugárterhelés kockázatának becslésére.

radiobiológia és dóziskorlátok

a sugárvédelemben a dózishatárokat úgy határozzák meg, hogy a sztochasztikus hatásokat elfogadható szintre korlátozzák, és teljes mértékben megakadályozzák a determinisztikus hatásokat. Vegye figyelembe, hogy a sztochasztikus hatások a véletlenből származnak: minél nagyobb az adag, annál valószínűbb a hatás. A determinisztikus hatások azok, amelyek általában küszöbértékkel rendelkeznek: ezen felül a hatás súlyossága az adaggal növekszik. A dózishatárok a sugárvédelem alapvető elemei, és ezeknek a határértékeknek a megsértése a legtöbb országban ellentétes a sugárzás szabályozásával. Vegye figyelembe, hogy az ebben a cikkben leírt dóziskorlátok a rutinműveletekre vonatkoznak. Nem vonatkoznak vészhelyzetre, amikor az emberi élet veszélyben van. Nem alkalmazhatók vészhelyzeti expozíciós helyzetekben, amikor az egyén megpróbálja megakadályozni a katasztrofális helyzetet.

a határértékek két csoportra oszthatók: a nyilvánosság és a foglalkozásszerűen kitett munkavállalók. Az ICRP szerint a foglalkozási sugárterhelés minden olyan sugárterhelésre vonatkozik, amely a munkavállalókat a munkájuk során éri, kivéve a

1. kizárt sugárterhelést és a sugárzással vagy mentesített forrásokkal járó mentesített tevékenységekből származó sugárterhelést
2. bármilyen orvosi sugárterhelést
3. a normál helyi természetes háttérsugárzást.

az alábbi táblázat összefoglalja a dózishatárokat a foglalkozásszerűen kitett munkavállalók és a lakosság számára:

az ICRP ajánlása szerint a 21. 2011. Április a szemlencsére vonatkozó, a tervezett expozíciós helyzetekben alkalmazott foglalkozási expozícióra vonatkozó ekvivalens dóziskorlátot 150 mSv/évről 20 mSv/évre csökkentették, meghatározott 5 éves időszakokra átlagolva, egyetlen év alatt egyetlen adag sem haladta meg az 50 mSv-t.

az effektív dózis határértékei a meghatározott időtartamon belüli külső expozícióból származó releváns effektív dózisok, valamint a radionuklidok ugyanazon időszakon belüli beviteléből származó lekötött effektív dózisok összegére vonatkoznak. Felnőttek esetében az elkötelezett effektív dózist a bevitel után 50 évig számítják ki, míg gyermekek esetében a 70 éves korig terjedő időszakra számítják. A 20 mSv tényleges teljes testadag-határérték öt év alatt átlagos érték. A valódi határérték 100 mSv 5 év alatt, legfeljebb 50 mSv egy év alatt.