ce este radiobiologia – Biologia radiațiilor-definiție

biologia radiațiilor (cunoscută și sub numele de radiobiologie) este o știință medicală care implică studiul efectelor biologice ale radiațiilor ionizante asupra țesuturilor vii. Radiațiile sunt peste tot în jurul nostru. În, în jurul și deasupra lumii în care trăim. Este o forță energetică naturală care ne înconjoară. Este o parte a lumii noastre naturale care a fost aici de la nașterea planetei noastre. Indiferent dacă sursa de radiații este naturală sau creată de om, indiferent dacă este o doză mare de radiații sau o doză mică, vor exista unele efecte biologice. În general, radiațiile ionizante sunt dăunătoare și potențial letale pentru ființele vii, dar pot avea beneficii pentru sănătate în medicină, de exemplu, în radioterapia pentru tratamentul cancerului și tirotoxicozei. Acest capitol rezumă pe scurt consecințele pe termen scurt și lung care pot rezulta din expunerea la radiații.

daune celulare – radiobiologie

toate efectele daunelor biologice încep cu consecința interacțiunilor radiațiilor cu atomii care formează celulele. Toate lucrurile vii sunt compuse din una sau mai multe celule. Fiecare parte a corpului tău este formată din celule sau a fost construită de ele. Deși tindem să ne gândim la efectele biologice în ceea ce privește efectul radiației asupra celulelor vii, în realitate, radiația ionizantă, prin definiție, interacționează numai cu atomii printr-un proces numit ionizare. Pentru radiațiile ionizante, energia cinetică a particulelor (fotoni, electroni etc.) de radiații ionizante este suficientă și particula poate ioniza (pentru a forma ioni prin pierderea de electroni) atomii țintă pentru a forma ioni. Pur și simplu radiația ionizantă poate bate electronii dintr-un atom.

există două mecanisme prin care radiația afectează în cele din urmă celulele. Aceste două mecanisme sunt denumite în mod obișnuit:

• efecte directe. Efectele directe sunt cauzate de radiații, atunci când radiația interacționează direct cu atomii moleculei ADN sau cu o altă componentă celulară critică pentru supraviețuirea celulei. Probabilitatea ca radiația să interacționeze cu molecula ADN este foarte mică, deoarece aceste componente critice alcătuiesc o parte atât de mică a celulei.
• efecte indirecte. Efectele indirecte sunt cauzate de interacțiunea radiațiilor de obicei cu moleculele de apă. Fiecare celulă, așa cum este cazul corpului uman, este în mare parte apă. Radiațiile ionizante pot rupe legăturile care țin molecula de apă împreună, producând radicali precum hidroxil OH, anion superoxid O2–și altele. Acești radicali pot contribui la distrugerea celulei.

un număr mare de celule de orice tip particular se numește țesut. Dacă acest țesut formează o unitate funcțională specializată, se numește organ. Tipul și numărul de celule afectate este, de asemenea, un factor important. Unele celule și organe din organism sunt mai sensibile la radiațiile ionizante decât altele.sensibilitatea diferitelor tipuri de celule la radiațiile ionizante este foarte mare pentru țesuturile formate din celule care se divid rapid ca cele găsite în măduva osoasă, stomac, intestine, organe de reproducere masculine și feminine și fetuși în curs de dezvoltare. Acest lucru se datorează faptului că celulele care se divid necesită informații ADN corecte pentru ca descendenții celulei să supraviețuiască. O interacțiune directă a radiației cu o celulă activă ar putea duce la moartea sau mutația celulei, în timp ce o interacțiune directă cu ADN-ul unei celule latente ar avea un efect mai mic.ca urmare, celulele vii pot fi clasificate în funcție de rata lor de reproducere, ceea ce indică, de asemenea, sensibilitatea lor relativă la radiații. Ca urmare, celulele care se reproduc activ sunt mai sensibile la radiațiile ionizante decât celulele care alcătuiesc țesutul pielii, rinichilor sau ficatului. Celulele nervoase și musculare sunt cele mai lente de regenerat și sunt celulele cel mai puțin sensibile.

sensibilitatea diferitelor organe ale corpului uman se corelează cu sensibilitatea relativă a celulelor din care sunt compuse. În practică, această sensibilitate este reprezentată de factorul de ponderare a țesuturilor, wT, care este factorul prin care doza echivalentă dintr-un țesut sau organ T este ponderată pentru a reprezenta contribuția relativă a acelui țesut sau organ la daunele totale de sănătate rezultate din iradierea uniformă a corpului (ICRP 1991b).

dacă o persoană este iradiată doar parțial, doza va depinde puternic de țesutul care a fost iradiat. De exemplu, o doză gamma de 10 mSv pentru întregul corp și o doză de 50 mSv pentru tiroidă este aceeași, din punct de vedere al riscului, ca o doză pentru întregul corp de 10 + 0,04 x 50 = 12 mSv.

radiații înalte și joase

după cum a fost scris, fiecare tip de radiație interacționează cu materia într-un mod diferit. De exemplu, particulele încărcate cu energii mari pot ioniza direct atomii. Particulele alfa sunt destul de masive și poartă o sarcină dublă pozitivă, astfel încât tind să călătorească doar pe o distanță scurtă și să nu pătrundă foarte departe în țesut, dacă este deloc. Cu toate acestea, particulele alfa își vor depune energia pe un volum mai mic (posibil doar câteva celule dacă intră într-un corp) și vor provoca mai multe daune acelor câteva celule.

particulele Beta (electronii) sunt mult mai mici decât particulele alfa. Ei poartă o singură sarcină negativă. Ele sunt mai penetrante decât particulele alfa. Ei pot călători câțiva metri, dar depozitează mai puțină energie în orice punct de-a lungul căilor lor decât particulele alfa. Aceasta înseamnă că particulele beta tind să deterioreze mai multe celule, dar cu daune mai mici pentru fiecare. Pe de altă parte, particulele neutre din punct de vedere electric interacționează doar indirect, dar pot transfera, de asemenea, o parte sau toate energiile lor în materie.

cu siguranță ar simplifica lucrurile dacă efectele biologice ale radiațiilor ar fi direct proporționale cu doza absorbită. Din păcate, efectele biologice depind și de modul în care doza absorbită este distribuită de-a lungul căii radiației. Studiile au arătat că radiațiile alfa și neutronice provoacă daune biologice mai mari pentru o depunere de energie dată pe kg de țesut decât radiația gamma. A fost descoperit, efectele biologice ale oricărei radiații crește cu transferul de energie liniară (LET). Pe scurt, daunele biologice cauzate de radiațiile cu nivel ridicat de LET (particule alfa, protoni sau neutroni) sunt mult mai mari decât cele cauzate de radiațiile cu nivel scăzut de LET (raze gamma). Acest lucru se datorează faptului că țesutul viu poate repara mai ușor daunele cauzate de radiațiile care se răspândesc pe o suprafață mare decât cea concentrată într-o zonă mică. Desigur, la niveluri foarte ridicate de expunere, razele gamma pot provoca în continuare o mare deteriorare a țesuturilor.

deoarece sunt cauzate mai multe daune biologice pentru aceeași doză fizică (adică aceeași energie depusă pe unitatea de masă de țesut), un gri al radiației alfa sau neutronice este mai dăunător decât un gri al radiației gamma. Acest fapt că radiațiile de diferite tipuri (și energii) dau efecte biologice diferite pentru aceeași doză absorbită este descris în termeni de factori cunoscuți sub numele de eficacitatea biologică relativă (RBE) și factorul de ponderare a radiațiilor (wR).

doza acută și doza cronică

efectele biologice ale radiațiilor și consecințele acestora depind puternic de nivelul ratei dozei obținute. În radiobiologie, rata dozei este o măsură a intensității (sau a rezistenței) dozei de radiație. Dozele de nivel scăzut sunt comune pentru viața de zi cu zi. În următoarele puncte există câteva exemple de expunere la radiații, care pot fi obținute din diverse surse.

• 05 µSv – Dormit alături de cineva
• 09 µSv – Vie în termen de 30 de km de centrala nucleară de un an
• 1 µSv – Mananca o banana
• 3 µSv – Living termen de 50 de mile de o termocentrală pe cărbune pentru un an
• 10 µSv – doza Medie zilnică a primit de la fondul natural
• 20 µSv – Piept X-ray

De la biologic consecințe punct de vedere, este foarte important să se facă distincția între doze primite pe termen scurt și pe perioade lungi de timp. Prin urmare, efectele biologice ale radiațiilor sunt de obicei împărțite în două categorii.

• doze Acute. O „doză acută” (doză de nivel înalt pe termen scurt) este una care apare pe o perioadă scurtă și finită de timp, adică într-o zi.
• doze cronice. O „doză cronică” (doză de nivel scăzut pe termen lung) este o doză care continuă o perioadă lungă de timp, adică săptămâni și luni, astfel încât să fie mai bine descrisă de o rată a dozei.

dozele mari tind să ucidă celulele, în timp ce dozele mici tind să le deterioreze sau să le schimbe. Dozele mari pot provoca arsuri de radiații vizuale dramatice și / sau fatalitate rapidă prin sindromul de radiații acute. Este puțin probabil ca dozele Acute sub 250 mGy să aibă efecte observabile. Dozele Acute de aproximativ 3 până la 5 Gy au o șansă de 50% de a ucide o persoană la câteva săptămâni după expunere, dacă o persoană nu primește tratament medical.

dozele mici distribuite pe perioade lungi de timp nu provoacă o problemă imediată niciunui organ al corpului. Efectele dozelor mici de radiații apar la nivelul celulei, iar rezultatele nu pot fi observate de mai mulți ani. Mai mult, unele studii demonstrează că majoritatea țesuturilor umane prezintă o toleranță mai pronunțată la efectele radiațiilor low-LET în cazul unei expuneri prelungite, comparativ cu o expunere unică la o doză similară.

efecte deterministe și stocastice

în radiobiologie, cele mai multe efecte adverse asupra sănătății ale expunerii la radiații sunt de obicei împărțite în două clase largi:

• efectele deterministe sunt Efecte prag asupra sănătății, care sunt legate direct de doza de radiație absorbită și severitatea efectului crește odată cu creșterea dozei.
• efectele stocastice apar întâmplător, apar în general fără un nivel de prag al dozei. Probabilitatea apariției efectelor stocastice este proporțională cu doza, dar severitatea efectului este independentă de doza primită.

efecte deterministe

în radiobiologie, efectele deterministe (sau efectele non-stocastice asupra sănătății) sunt efecte asupra sănătății, care sunt legate direct de doza de radiație absorbită și severitatea efectului crește odată cu creșterea dozei. Efectele deterministe au un prag sub care nu apar efecte clinice detectabile. Pragul poate fi foarte scăzut (de ordinul mărimii de 0,1 Gy sau mai mare) și poate varia de la o persoană la alta. Pentru doze cuprinse între 0, 25 Gy și 0, 5 Gy pot fi detectate modificări ușoare ale sângelui prin evaluări medicale, iar pentru doze cuprinse între 0, 5 Gy și 1, 5 GY se vor observa modificări ale sângelui și apar simptome de greață, oboseală, vărsături.

odată ce pragul a fost depășit, severitatea unui efect crește odată cu doza. Motivul prezenței acestei doze prag este că deteriorarea radiațiilor (defecțiune gravă sau deces) a unei populații critice de celule (dozele mari tind să omoare celulele) într-un anumit țesut trebuie să fie susținută înainte ca leziunea să fie exprimată într-o formă relevantă clinic. Prin urmare, efectele deterministe sunt denumite și reacții tisulare. Ele sunt, de asemenea, numite efecte non-stocastice pentru a contrasta cu efecte stocastice asemănătoare șanselor (de exemplu, inducerea cancerului).

efectele deterministe nu sunt neapărat mai mult sau mai puțin grave decât efectele stocastice. Dozele mari pot provoca arsuri de radiații vizuale dramatice și / sau fatalitate rapidă prin sindromul de radiații acute. Este puțin probabil ca dozele Acute sub 250 mGy să aibă efecte observabile. Dozele Acute de aproximativ 3 până la 5 Gy au o șansă de 50% de a ucide o persoană la câteva săptămâni după expunere, dacă o persoană nu primește tratament medical. Efectele deterministe pot duce în cele din urmă la o neplăcere temporară sau, de asemenea, la o fatalitate. Exemple de efecte deterministe:

Exemple de efecte deterministe sunt:

• sindromul de radiații Acute, prin radiații acute ale întregului corp
• arsuri de radiații, de la radiații la o anumită suprafață corporală
• tiroidită indusă de radiații, un efect secundar potențial al tratamentului cu radiații împotriva hipertiroidismului
• sindromul de radiații cronice, de la radiații pe termen lung.
• leziuni pulmonare induse de radiații, de exemplu radioterapie la plămâni

doze letale de radiații

doza letală de radiații (LD) este o indicație a cantității letale radiații. În protecția împotriva radiațiilor, se utilizează de obicei doza letală mediană, LDXY. De exemplu, doza de radiații care se așteaptă să provoace moartea la 50% din persoanele iradiate în decurs de 30 de zile este LD50/30. LD1 este doza de așteptat să provoace moartea la 1% din persoanele iradiate, în consecință, LD99 este letală pentru toate persoanele (99%) iradiate. De asemenea, este foarte important, dacă o persoană primește un tratament medical sau nu. Cu cât este mai mare o doză acută de radiații, cu atât este mai mare posibilitatea uciderii individului. Pentru un adult sănătos, LD50 este estimat a fi undeva între 3 și 5 Gy.

• 2, 5 Sv – doză care ucide un om cu un risc de 1% (LD1), dacă doza este administrată pe o durată foarte scurtă.
• 5 SV-doză care ucide un om cu un risc de 50% în decurs de 30 de zile (LD50/30), dacă doza este administrată pe o durată foarte scurtă. Cauza morții va fi pierderea funcției măduvei osoase.
• 8 Sv-doză care ucide un om cu un risc de 99% (LD99), dacă doza este primită pe o durată foarte scurtă. La aproximativ 10 Gy, poate apărea inflamația acută a plămânilor și poate duce la deces.

datele privind doza letală prezentate mai sus se aplică dozelor gamma acute administrate într-un timp foarte scurt, de exemplu în câteva minute. Este necesară o doză mai mare pentru a produce efectele enumerate mai sus, dacă doza este administrată pe o perioadă de ore sau mai mult.

efecte stocastice

în radiobiologie, efectele stocastice ale radiațiilor ionizante apar întâmplător, în general fără un nivel de prag al dozei. Probabilitatea apariției efectelor stocastice este proporțională cu doza, dar severitatea efectului este independentă de doza primită. Efectele biologice ale radiațiilor asupra oamenilor pot fi grupate în efecte somatice și ereditare. Efectele somatice sunt cele suferite de persoana expusă. Efectele ereditare sunt cele suferite de descendenții individului expus. Riscul de Cancer este de obicei menționat ca principalul efect stocastic al radiațiilor ionizante, dar și tulburările ereditare sunt efecte stocastice.

conform ICRP:

(83) pe baza acestor calcule, Comisia propune coeficienți nominali de probabilitate pentru riscul de cancer ajustat în detrimentul 5,5 x 10-2 Sv-1 pentru întreaga populație și 4.1 x 10-2 Sv-1 pentru lucrătorii adulți. Pentru efectele ereditare, riscul nominal ajustat în detrimentul întregii populații este estimat ca 0,2 x 10-2 Sv-1 și la lucrătorii adulți ca 0,1 x 10-2 sv-1 .

referință specială: ICRP, 2007. Recomandările din 2007 ale Comisiei Internaționale pentru protecția radiologică. Publicația ICRP 103. Ann. ICRP 37 (2-4).

unitatea SI pentru doza efectivă, sievert, reprezintă efectul biologic echivalent al depunerii unei joule de energie a razelor gamma într-un kilogram de țesut uman. Ca rezultat, un sievert reprezintă un 5.5% șanse de a dezvolta cancer. Rețineți că, doza efectivă nu este concepută ca o măsură a efectelor deterministe asupra sănătății, care este severitatea afectării acute a țesuturilor care se va întâmpla cu siguranță, care este măsurată prin cantitatea absorbită doză.

există trei categorii generale de efecte stocastice rezultate din expunerea la doze mici de radiații. Acestea sunt:

• efecte genetice. Efectul genetic este suferit de descendenții individului expus. Aceasta implică mutația celulelor foarte specifice, și anume celulele spermatozoizilor sau ovulelor. Radiația este un exemplu de agent mutagen fizic. Rețineți că, există, de asemenea, mulți agenți chimici, precum și agenți biologici (cum ar fi virușii) care provoacă mutații. Un fapt foarte important de reținut este că radiația crește rata mutației spontane, dar nu produce mutații noi.
• efecte somatice. Efectele somatice sunt cele suferite de persoana expusă. Cel mai frecvent impact al iradierii este inducerea stocastică a cancerului cu o perioadă latentă de ani sau decenii după expunere. Deoarece cancerul este rezultatul principal, acesta este uneori numit efect cancerigen. Radiația este un exemplu de carcinogen fizic, în timp ce țigările sunt un exemplu de agent chimic care provoacă cancer. Virușii sunt exemple de agenți cancerigeni biologici.
• efectele In-Utero implică producerea de malformații în dezvoltarea embrionilor. Cu toate acestea, acesta este de fapt un caz special al efectului somatic, deoarece embrionul/fătul este cel expus la radiații.

efectele somatice ca urmare a expunerii la radiații sunt considerate de cele mai multe să apară într-o manieră stocastică. Cel mai larg acceptat model susține că incidența cancerelor datorate radiațiilor ionizante crește liniar cu doza eficientă de radiații la o rată de 5,5% pe sievert. Acest model este cunoscut sub numele de model liniar fără prag (LNT). Acest model presupune, că nu există nici un punct de prag și riscul crește liniar cu o doză. Dacă acest model liniar este corect, atunci radiația naturală de fond este cea mai periculoasă sursă de radiații pentru sănătatea publică generală, urmată de imagistica medicală ca secundă apropiată. LNT nu este universal acceptat, unii propunând o relație adaptivă doză–răspuns în care dozele mici sunt protectoare și dozele mari sunt dăunătoare. Trebuie subliniat faptul că o serie de organizații nu sunt de acord cu utilizarea modelului liniar fără prag pentru a estima riscul de expunere la radiații la nivel scăzut de mediu și ocupațional.

radiobiologie și limite de doză

în protecția împotriva radiațiilor, limitele de doză sunt stabilite pentru a limita efectele stocastice la un nivel acceptabil și pentru a preveni complet efectele deterministe. Rețineți că, efectele stocastice sunt cele care decurg din întâmplare: cu cât doza este mai mare, cu atât este mai probabil efectul. Efectele deterministe sunt cele care au în mod normal un prag: peste aceasta, severitatea efectului crește odată cu doza. Limitele de doză sunt o componentă fundamentală a protecției împotriva radiațiilor, iar încălcarea acestor limite este împotriva reglementării radiațiilor în majoritatea țărilor. Rețineți că limitele de doză descrise în acest articol se aplică operațiilor de rutină. Ele nu se aplică unei situații de urgență atunci când viața umană este pusă în pericol. Ele nu se aplică în situații de expunere de urgență în cazul în care o persoană încearcă să prevină o situație catastrofală.

limitele sunt împărțite în două grupuri, publicul și lucrătorii expuși ocupațional. Conform ICRP, expunerea profesională se referă la toate expunerile suportate de lucrători în cursul activității lor, cu excepția

1. expuneri excluse și expuneri din activități scutite care implică radiații sau surse scutite
2. orice expunere medicală
3. radiația naturală de fond locală normală.

tabelul următor rezumă limitele dozelor pentru lucrătorii expuși ocupațional și pentru public:

conform recomandării ICRP în declarația sa privind reacțiile tisulare din 21. Aprilie 2011, limita de doză echivalentă pentru cristalinul ochiului pentru expunerea profesională în situații de expunere planificată a fost redusă de la 150 mSv/an la 20 mSv/an, medie pe perioade definite de 5 ani, fără ca doza anuală într-un singur an să depășească 50 mSv.

limitele dozei efective sunt pentru suma dozelor efective relevante din expunerea externă în perioada de timp specificată și doza efectivă angajată din aporturile de radionuclizi în aceeași perioadă. Pentru adulți, doza efectivă angajată este calculată pentru o perioadă de 50 de ani după administrare, în timp ce pentru copii este calculată pentru perioada de până la vârsta de 70 de ani. Limita efectivă a dozei întregului corp de 20 mSv este o valoare medie de peste cinci ani. Limita reală este de 100 mSv în 5 ani, cu nu mai mult de 50 mSv în nici un an.