Ionizující záření • záření emitované radioaktivními nuklidy představuje proud hmotných částic resp. fotonů • elektromagnetické nebo korpuskulární záření, které při průniku hmotou vyvolává ionizaci (musí mít dostatečně vysokou energii). • energie je v rozmezí keV-MeV (eV = elektronvolt) • současně dochází k excitaci atomů a molekul prostředí • pro IZ se velice často používají i jiné názvy (jaderné záření, radioaktivní záření) Druhy ionizujícího záření • korpuskulární (α, β, neutrony) • elektromagnetické (γ) Druhy ionizujícího záření Jednotky ionizujícího záření • Vyjádření aktivity radioaktivní látky (intenzita záření) Bq (Becquerel) 1Bq = 1(jaderný rozpad)×s-1 Jednotky ionizujícího záření • podstatou všech metod měření IZ je energie předaná látce (látkou absorbovaná) • veličinou vyjadřující velikost absorbované energie je dávka záření: D = dE/dm (J.kg-1) – Gray (Gy) dE - střední energie ionizujícího záření absorbovaná objemovým elementem látky, dm - hmotnost objemového elementu Jednotky ionizujícího záření • Dávkový ekvivalent (ekvivalentní dávka, H) v uvažované tkáni je dán součinem absorbované dávky D v daném místě a konstanty Q: H = Q×D Sv (Sievert) • Konstanta • γ, β, X = 1 • neutrony = 10 • α = 20 Jednotky ionizujícího záření Bequerel [Bq] Jak jasně tvé Cesium svítí Gray [Gy] Jak jasně tě tvé Cesium rozzáří. Sievert [Sv] Kolik budeš mít očí navíc po ozáření? SIMPSONŮV PRŮVODCE ZÁŘENÍM (dávkový ekvivalent)(dávka záření)(intenzita záření) Zdroje ionizujícího záření • elektomagnetické záření • zdroje γ záření: radioaktivní nuklidy (241Am, 109Cd, 57Co, …) • zdroje rentgenového (X) záření: rentgenové lampy. Radioaktivní nuklidy, urychlovače elektronů • elektronové záření • radioaktivní nuklidy emitující β částice, urychlovače elektronů (3H) • pozitronové záření • radioaktivní nuklidy emitující pozitrony (22Na) Zdroje ionizujícího záření • přirozené • kosmické • expozice roste s nadmořskou výškou • solární • zejm. -záření • pozemské zdroje • radioaktivní rozpad přirozených radioizotopů (půda a skála) • Radon • plyn, vzniká rozpadem Radia- 226 (z uranu) • má největší podíl na celk. dávce ionizujícího záření • arteficiální • medicína • diagnostika, terapie, sterilizace • průmyslové • nukleární energetika • zemědělství • ……… Místa měření radiace v okolí – stav k 29.4.2011 Místa měření radiace v okolí – stav k březnu 2012 Příklady expozic ionizujícímu záření Mechanismy účinku záření – chemické účinky • nejlépe jsou prostudovány radiačně-chemické reakce v kapalinách (méně v plynech a pevných látkách) • pokud voda obsahuje rozpuštěný kyslík, probíhá následující reakce: O2 + H HO2 O2 + e- O2 -. Kyslíkový efekt!!! • přímé účinky = přímá destrukce biomolekul • nepřímé účinky = tvorba volných radikálů radiolýzou vody • schopnost reparace organizmu Mechanismy účinku záření – biologické účinky Poškození DNA • velice závažný stav • poškození DNA se odrazí v syntéze poškozených proteinů • reparační mechanismy DNA • rozmnožovací schopnosti buněk Mechanizmy poškození DNA • přímá reparace • excisní reparace • mismatch reparace • SSB reparace • (DSB reparace) Reparační mechanismy DNA Účinky ionizujícího záření na lidský organismus • stochastické účinky • deterministické účinky (prahová hodnota) Účinky ionizujícího záření na lidský organismus deterministické •projeví se po ozáření celého těla, nebo určité tkáně jednorázově •závislost pravděpodobnosti výskytu určitého poškození na ekvivalentní dávce •typy: • akutní radiační syndrome (ak. nemoc z ozáření) • celotělové ozáření dávkou >1Gy • chronický post-radiační syndrom (celkově nebo lokálně) • sterilita, katarakta, radiační dermatitida, alopecie, endarteritis obliterans, pneumonitis, … • poškození plodu in utero stochastické • důsledkem poškození malého počtu buněk • projev po jednorázovém ozáření podprahovou dávkou, nebo při chronickém ozařování tkáně nebo celého těla • typy: • somatické mutace - nádory • leukemie, št. žláza, plíce, ml. žláza, skelet • germinativní mutace (oocyt, spermie) – vrozený genetický defekt Akutní radiační syndrom • postihuje hematopoetický, gastrointestinální a cerebrovaskulární systém • časový průběh, rozsah a závažnost odstupňovaná podle dávky → deterministický efekt!!! • od několika hodin do několika měsíců po expozici Hematopoetický syndrom • ozáření kostní dřeně (>1Gy) vede k exponenciálnímu zániku buněk hematologická krize • hypoplazie až aplazie dřeně + periferní pancytopenie (↓)(infekce, krvácení) • 4 stádia 1) retikulocytopenie (↓), lymfopenie (↓) + granulocytóza (↑) 2) granulocytopenie (↓) (→ immunodeficience) 3) trombocytopenie (↓) (→ krvácivost) 4) anemie (→ hypoxie) 3 Gy Hematopoetický syndrom • ozáření kostní dřeně (>1Gy) vede k exponenciálnímu zániku buněk hematologická krize • hypoplazie až aplazie dřeně + periferní pancytopenie (↓)(infekce, krvácení) • 4 stádia 1) retikulocytopenie (↓), lymfopenie (↓) + granulocytóza (↑) 2) granulocytopenie (↓) (→ immunodeficience) 3) trombocytopenie (↓) (→ krvácivost) 4) anemie (→ hypoxie) 3 Gy Hematopoetický syndrom • více radiorezistentní, (pravděpodobně díky převaze bb. v Go fázi) • nezbytné pro regeneraci • pozdním důsledkem je anemie (erytrocyty ~120 dní)! • masivní stresová reakce (glukokortikoidy) přispívají k lymfopenii (cytolytický efekt) a paradoxně oddalují nástup granulocytopenie (uvolnění zásob. granulocytů ze sleziny) • po dávce vyšší než 10 Gy • způsobený zničením buněk střevní výstelky • prodromy: anorexie, nauzea, zvracení • latence 3-7 dní • závažné poruchy hospodaření organismu s tekutinami a minerály - úporné zvracení, průjmy, známky dehydratace (dány úvodní toxémií z nekróz tkání a pokračující atrofie střevní sliznice) • zmenšení plazmatického objemu, oběhové selhání • terminálně - nekrózy střevní sliznice, masivní ztráty plazmy do střeva, smrt • při přežití - s odstupem 2-3 týdnů - hematopoetický syndrom Gastrointestinální syndrom • po dávce na úrovních desítek Gy ( 50 Gy) • zánik většího množství nervových buněk, následnými poruchami orientace a koordinace • krátká prodromální fáze (nauzea, zvracení) • rychlý nástup letargie, apatie, ataxie, záchvaty (grand mal) • rezistentní hypotenze, arytmie, šok • bezvědomím a smrtí v rozmezí 24-48 hod Neurovaskulární syndrom • při ozáření kůže dávkami nad 3 Gy – dermatitida 1. stupně: - erytém (zrudnutí) kůže a ztráta ochlupení • při dávkách nad 10 Gy – dermatitida 2. stupně: - puchýře a vředy na kůži, vedoucí k nekróze (dermatitis 3. stupně) • Radiační dermatitidy – doprovázeny degenerativními změnami kůže a obtížně se hojí Akutní radiační dermatitida • těhotenství – poškození plodu in utero • <3 týdny (blastogeneze) • “vše nebo nic” (genové a chromozomové mutace zpravidla vedou k abortu) • 3.–8. týden (organogeneze) • růstová retardace • teratogenní - kongenitální deformity (mikrocefalie, mikroftalmie, spina bifida, rozštěpy, …) • 8.–15. týden (časné fetální období) • mentální retardace • zvýšená náchylnost k nádorovým onemocněním u dětí (leukemie) • později • značná rezistence Vliv ionizujícího záření na embryo a fetus • mohou se projevit po letech až desítkách let od ozáření • vznikají buď jako deterministické účinky po dlouhodobé či opakované expozici menšími dávkami záření (nenádorová pozdní poškození), nebo jako stochastické účinky (nádorová a genetická postižení) Pozdní účinky • sterilita • u mužů • u žen • germinativní mutace • vrozené abnormality Vliv ionizujícího záření na germinativní buňky • sterilita • spermatogeneze – dočasná sterilita u mužů • ovaria – nutná velká dávka k vyvolání sterility u žen • germinativní mutace • vrozené abnormality Vliv ionizujícího záření na germinativní buňky Ionizující záření v medicíně Diagnostika RIA Terapie Letální dávky pro různé organizmy Organismus Dávka (kGy) Vyšší živočichové včetně savců 0,005-0,01 Hmyz 0,01-1 Plísně 2,5-6 Kvasinky 5-20 Nesporulující baktérie 0,5-10 Sporulující baktérie 10-50 Viry 10-1500 Ionizující záření a buňky imunitního systému Retikulocyty • retikulocyty vznikají v krvetvorné tkáni z erytroblastů vypuzením jádra z cytoplazmy • po vyplavení do periferní krve - ztráta zbytků cytoplazmatických komponent, zejména rRNA - zralé erytrocyty • při běžných způsobech barvení nelze odlišit retikulocyt od zralého ery • retikulocyty jsou znázorňovány tzv. supravitálním barvením (např. brilantkrezylovou modří) • v cytoplazmě se znázorní síť (retikulum) s granuly (substantia reticulofilamentosa), tvořená ribosomy a z části i mitochondriemi • podle množství zrn sítě - rozeznáme méně či více zralé retikulocyty Retikulocyty Leukocyty Polymorphonucleární granulocyty Mononucleární agranulocyty Neutrofil Eosinofil Basofil Monocyt Lymphocyt Leukocyty Neutrofil Monocyt Lymfocyt ALE NE!!! Obávám se, že je tu o jeden dinosaurocyt víc, něž by mělo! Děkuji za pozornost!