Rozdělení a základní pojmy Ionizující a neionizující záření Zdravotní účinky Doc. MUDr. Jan Šimůnek, CSc. Ústav preventivního lékařství 12. října 2009 Podle typu částic korpuskulárni jedná se o proud částic o definované hmotnosti a rychlosti elektromagnetické jedná se o proud fotonů, popsatelných jako elektromagnetické záření určité vlnové délky a intenzity Podle působení na hmotu ionizující vytváří v ozařované hmotě elektricky nabité částice - ionty neionizující elektricky nabité částice nejsou vytvářeny Typy ionizujícího záření Mezi ionizující typy záření patří záření časticová (alespoň běžné typy, jako jsou proudy jader hélia (a záření), elektronů (ß záření), pozitronů (ß+ záření), neutronů, protonů atd.) a elektromagnetická záření s vlnovou délkou kratší než má ultrafialové světlo. Typy neionizujícího záření Mezi neionizující záření patří elektromagnetická záření o vyšší vlnové délce. Neionizující záření UV záření Rozlišujeme UV-A (320 - 400 nm), UV-B (280 - 320 nm) a UV-C (pod 280 nm). UV záření lze považovat za dolní hranici (vzhledem k vlnové délce) neionizujícího záření, protože při vyšších intenzitách už jeho vlivem nastává tvorba 03 ve vzduchu a volných radikálů v některých materiálech. UV-C (které se kolem nás vyskytuje pouze výjimečně) se dá považovat už za velice slabě ionizující. Zdroje UV záření ► předměty zahřáté na vysokou teplotu, např elektrický oblouk, Slunce. ► různé typy výbojek UV-A a UV-B jsou součástí slunečního záření a i při zamračené obloze pronikají až na zemský povrch. UV-C je atmosférou filtrováno s vysokou účinností. Účinky UV záření ► baktericidní účinky ► z cholesterolu kolujícím v krvi provitamin D ► příznivý vliv na některé kožní infekce i některá neinfekční onemocnění kůže (např. lupénka) ► iritace kůže až zánět a nekróza (důsledek - pigmentace dle fototypu) ► rakovina kůže melanom + karcinomy ► poškození spojivky a sítnice Na produkci provitamínu D plně postačuje denně cca 1 hodina v lehkém oděvu v polostínu zejména v jižnějších zemích v časném dopoledni nebo pozdním odpoledni, vyšší expozice žádný další pozitivní efekt nepřinášejí. Osteoporóza Porovnání zdravé a osteoporotické kosti 7^ Zdroj: http: // www.os el.cz/ článek2582 Příčiny osteoporózy Vitamín D Význam Nedostatečný přívod vápníku (= potrava) - mimo oblast našeho oboru Nedostatečné vstřebávání vápníku ve střevě - z části patří sem, protože hlavní faktor, vitamín D, je produkován v souvislosti s UV zářením. Řízení hladiny Ca v těle Hladina Ca v krvi je řízena třemi systémy: vitamin D Zvyšuje hladinu Ca prostupem Ca (a fosfátů) přes střevní stěnu, při nedostatku v potravě mobilizuje Ca z kostí, současně zadržuje vylučování Ca a fosfátů ledvinami parathormon Způsobuje to, co předchozí s výjimkou ovlivnění vstřebávání Ca střevní stěnou, je produkován příštitnými tělísky thyreocalcitonin Je antagonistou vitamínu D, normálně je „pojistkou" proti vysoké hladině Ca, která narušuje činnost nervových a svalových buněk, je produkován vmezeřenými buňkami štítné žlázy Vitamín D Biosyntéza 1 Vitamín D Biosyntéza 2 přeměna: 7-dehydrocholesterol —> provitamin D3 premena: provitamin D3 —> cholekalciferol přeměna: cholekalciferol —> calcitriol Děje se ve dvou fázích, v první fázi přibude -OH skupina v radikálu (vpravo nahoře na obr.), děje se na endoplasmatickém retikulu jaterních buněk a výsledný produkt koluje v krvi a je v zásobách, ve druhé přibude -OH skupina vpravo dole, děje se v ledvinách a výsledný je biologicky aktivní, (vzorce wikipedia) Vitamín D Výskyt Zdroje kalciferolu rybí tuk klasicky se jedná o potravinářsky vyčištěný tuk mořských ryb, ale v zásadě fungují i mastné druhy ryb, včetně sladkovodních játra všech poživatelných druhů živočichů vejce s ohledem na velikost žloutku, v bílku není mléko a tučné mléčné výrobky, chybí v netučných Rostliny Skutečný kalciferol se vyskytuje v houbách (některých). V zelených rostlinách se může vyskytovat v oleji ergokalciferol rovněž přeměnitelný na kalcitriol. Epidemiologie Opalování = dobrovolná expozice UV záření Jaké opalování je správné Pro syntézu potřebné denní dávky vitamínu D v letním období v mírných zeměpisných šířkách u bělochů postačuje cca 60 minut denně v lehkém oděvu a polostínu, v časných dopoledních nebo pozdních odpoledních hodinách. Vyšší syntéza není potřebná, nevyužije se. Problémy s opalováním Problémy mohou mít afroameričané a podobná plemena, žijící v mírných a subpolárních zeměpisných šířkách - nemají dostatečnou syntézu v kůži, musejí brát suplementy. Problém je u malých dětí narozených pozdě na podzim, které se přes zimu neopalují a mohou vyčerpat zásoby z prenatálního období - řeší se jednorázovou suplementací dětí narozených v určitém období roku. Opalování Solária Viditelné světlo Tohle následuje Takto to začíná Zdroj: http : //www . osel. cz/ článek 3393 Náhodou šťastný konec Vynecháváme Bude předmětem další přednášky Infračervené záření Opět rozeznáváme pásma IR-A (760 - 1400 nm), IR-B (1400 - 3000 nm) a IR-C (nad 3000 nm) Pozor: Rozložení je symetrické kolem viditelného světla. Je to tedy seřazeno podle vlnové délky následovně: UVC - UVB - UVA - viditelné světlo - IRA - IRB - IRC. Jeho zdrojem jsou zahřáté předměty, IR-A a IR-B jsou složkou slunečního záření, dopadajícího na povrch Země. Infračervené záření Účinek na zdraví ► Při vysokých intenzitách tepelný efekt až akutní popáleniny ► Zákal oční čočky. Vyskytoval se především u pracovníků, vystavených sálání z pecí nebo horkého materiálu sklářská katarakta. ► Úžeh vzniká celkovým přehřátím organismu viditelným i IR zářením. Podílí rovněž teplota vzduchu, relativní vlhkost a proudění vzduchu, tedy celý tzv. termický komplex. Vzniká celkové přehřátí organismu, doprovázené nevolností a zvracením. ► Úpal je zapříčiněn především přehřátím hlavy, přičemž dlouhovlnná složka IR-B může pronikat skrze povrchové struktury a dráždit mozkové obaly. Příznaky jsou podobné úžehu, více v popředí je však nevolnost a silné bolesti hlavy. Infračervené záření Účinek na zdraví Záření o vyšších vlnových délkách Oba stavy mohou u disponovaných jedinců vyvolat epileptické nebo epileptiformní křeče. Prevencí obou: ► vyhýbání se otevřenému prostranství na slunci ► dostatečný pitný režim, ► prevencí úpalu pak navíc dbáni o nošení pokrývky hlavy ► je nutno zvlášť hlídat děti s epilepsií, chorobami ledvin a kardiovaskulárního systému, cukrovkáře apod.l Chronické vlivy IR záření: Byly diskutovány možné vlivy extrémně dlouhých expozic stále stejných míst na kůži, nicméně riziko nádorů apod. je velice nízké. Mikrovlny a vlny používané v radiokomunikacích, mají účinky především tepelné (ohřev pokrmů v mikrovlnné troubě). Diskuse o negativním zdravotním účinku ► riziko některých zhoubných nádorů mozku ► ohřev a krvácení mozkové tkáně při intenzívní expozici Příznivé účinky: ► nejšetrnější možný ohřev potravy ► dostupnost rychlé pomoci při úrazech a v nemoci Vyšší výskyt nádorů kolem vedení VN a WN byly vysvětleny elektrostatickým koncentrováním iontů, nesouvisí s mikrovlnami Ionizující záření Patří mezi ně: ► elektromagnetické záření s vlnovou délkou kratší než UV-C, rentgenové záření ► 7 záření ► kosmické záření ► záření a (jádra atomů helia) ► záření ß (proud elektronů, popř. jako ß+ proud pozitronů) ► neutronové záření Některá časticová záření neionizují, např. neutrina, která volně bez interakce projdou hmotou celé planety, jiná jsou vysoce exotická. Pronikavost záření Aby záření uškodilo, musí: ► Proniknout do živé tkáně ► Tam alespoň částečně interagovat se hmotou a předat jí svou energii (nebo její část) Málo pronikavá záření Z nejznámějších záření a. Zastaví je jakákoli pevná hmoty, i list papíru, i mrtvé buňky na povrchu kůže. Uplatní se jen za specifických okolností. Vysoce pronikavá záření Extrémem jsou neutrina. Projdou hmotou, aniž by s ní interagovaly = nijak neuškodí. Pronikavost „mezi" Právě tato záření předají svou energii živé hmotě a jsou zdrojem rizika. Zdroje ionizujícího záření Přirozené zdroje ionizujícího záření Zdroje ionizujícího záření Umělé zdroje ionizujícího záření Slunce a další podobné astronomické objekty Sekundární záření z Van Allenových pásů Exotické vesmírné objekty (7 záblesky apod.) Radioizotopy ► Izotopy těžkých prvků na konci periodické soustavy -pozůstatky výbuchu supernovy před vznikem sluneční soustavy ► Izotopy průběžně vznikající ve vysokých vrstvách atmosféry vlivem záření z vesmíru, např. 14C, 40K. Uměle nakoncentrované přírodní radioizotopy Uměle vytvořené radioizotopy RTG zařízení Další technická zařízení, časticové urychlovače apod. 7-lasery Charakteristika radioizotopů Měření ionizujícího záření Průběžné Poločas rozpadu je doba, za niž se rozpadne polovina atomů příslušného radioizotopu. Aktivita plyne z poločasu rozpadu atomů příslušného izotopu a jejich množství obsaženém ve sledovaném materiálu. Vyjadřuje se jednotkou Becquerel [Bq], což je jeden rozpad za sekundu. Nejčastěji se však pracuje s měrnou aktivitou, která se vztahuje ke hmotnosti, popř. objemu (tedy Bq.kg~1, Bq.h1 (v případě některých kapalin) nebo Bq.m~3(v případě některých plynů, včetně vzduchu)). Dopady částic (ale i fotonů o dostatečné energii)je možno měřit různými typy čidel. Velmi známý je Geiger-Mullerův počítač, jehož čidlo je tvořeno trubicí s velmi zředěným plynem, jehož vodivost se průletem částice ionizujícího záření na okamžik změní, což navazující elektronické obvody převedou „klasický' do charakteristického cvakání ve sluchátkách nebo reproduktorku, modernější pak počítají průlety částic a vztahují je k časové ose. Z principu není podobnými měřidly možné zjišťovat částice s velmi malou pronikavostí (především a), protože ty nemohou proletět stěnou trubice. Měření ionizujícího záření Měření ionizujícího záření Dozimetrie 1 Průběžně je možné měřit pouze v plynu a podmínkou je vysoká aktivita. Jinak jen povrchové záření z kapalin nebo pevných materiálů, přenesených do vakuované komory - měří se záblesky luminiforu ze ZnS - fotonásobič a příslušná elektronika. Filmové dozimetry Radiologických pracoviště, nošené na hrudníku. Jde o kousek speciálního fotografického filmu v obalu nepropouštějícím viditelné světlo. Části filmu jsou ještě překryty destičkami z kovu. Po expozici (týdny až měsíce, pokud nedojde např. k nehodě) je film vyvolán a vyhodnoceno zčernání fotografické emulze. Ze zčernání ploch krytých kovem je možno odhadnout pronikavost záření, jemuž byl pracovník vystaven, a z tohoto údaje dávkový ekvivalent pro hluboké tkáně. Měření ionizujícího záření Dozimetrie 2 Jednotky měření radiace Termoluminiscenční dozimetry Lze umístit např. do prstenu a sledovat expozici rukou. Dozimetry na a-záření Plastový kotouček, po naleptání se zviditelní dopady a-částic. Důležité upozornění: Dozimetry nijak nevarují svého nositele o průběžně obdržované dávce! Záření předává ozařované hmotě energii. Tuto energii nazýváme dávka a vyjadřujeme ji jednotkou Gray [Gy] (představuje jeden joule předaný kilogramu ozařované hmoty). Výpočet dávky Dávku lze relativně snadno propočíst pro homogenní tělesa pravidelných geometrických tvarů. Člověk tomu neodpovídá. Pro modelování sloužící k propočtu dávek, které člověk získá z různých typů záření v různých režimech ozařování, se používají speciální loutky z umělé hmoty, napodobující vlastnosti lidských tkání, umožňující zasunout do jednotlivých částí „těla" měřící techniku, tzv. fantomy. Biologický účinek Účinky nestochastické Jednotlivé typy záření mají různý biologický účinek. Proto se pro hodnocení ozáření živých objektů používá dávkový ekvivalent, jehož jednotka je Sievert [Sv], cožjeGy násobený kvalitativním faktorem příslušného typu záření. Protože ve zdravotnictví se nejčastěji setkáváme s rentgenovým a 7 zářením, které mají kvalitativní faktor 1, tudíž jsou dávka a dávkový ekvivalent numericky shodné, dochází někdy k jejich zaměňování. Pro prognózovaní účinku je ještě nutno zohlednit různou citlivost ozářených tkání. Existují dva typy účinků: stochastické a nestochastické. Mají práh a s dávkou (respektive dávkovým ekvivalentem) narůstá mohutnost těchto účinků. ► Nemoc z ozáření (I. až III. stupeň) ► Místní nekróza tkáně („rentgenové vředy') ► Katarakta Poškození gonád Nemoc z ozáření První stupeň : kostní dřeně a orgánů produkujících imunokompetentní buňky. Dochází k úmrtí na sekundární infekce, anémie apod. Lehké formy je možné přežít pod krytím antibiotik, s krevními transfúzemi, speciální dietou apod. Tuto formu nemoci z ozáření vytváříme uměle u pacientů s leukémií. Druhý a třetí stupeň nemoci z ozáření mají infaustní prognózu. Druhý stupeň je charakterizován rozpadem sliznic trávicího ústrojí s následnými stavy podobnými těžkému průběhu cholery, dysenterie apod. Postižení umírají zpravidla do několika dnů od ozáření. Třetí stupeň je charakterizován narušením nervové činnosti, stavy zmätenosti až ztrátou vědomí. Smrt nastává do několika hodin, při vysokých intenzitách záření již v minutách. Stochastické účinky Vznikají náhodně, jejich intenzita není závislá na dávce; na dávce je závislá pravděpodobnost, že účinky nastanou. ► nádory u ozářených a jejich potomstva (prakticky se zohledňují dvě následující generace) ► vrozené vývojové vady u potomstva ozářených (opět ve více generacích). ► praktickým projevem může být porucha plodnosti Horní mez stochastických účinků je dána nástupem nestochastických účinků. Pod touto mezí byla experimentálně prokázána lineární závislost mezi dávkou (dávkovým ekvivalentem) a jejími následky. Dolní mez je dána přirozenou radioaktivitou prostředí. Hormeze Radiační zátěž populace Znamená zvýšení vitality po malých dávkách záření (totéž i pro některé zdraví škodlivé chemikálie). Byla prokázána u bakterií, jednobuněčných eukaryontů, rostlin a některých nižších živočichů. U vyšších živočichů prokázána nebyla, ač se po ní pátralo pokusy dnes z etických důvodů nepřijatelnými (40. a 50. léta min. stol.). Lineární model Zatím všeobecně přijímaný, umožňuje odhad poškození zdraví i při nerovnoměrném ozáření populace. Zdroje radiační zátěže se liší podle životních podmínek populace. Pro naši populaci (tu část, která nemá profesionální expozici ionizujícímu záření) platí, že přibližně třetina celororočního dávkového ekvivalentu je realizována z radonu, c další třetinu se dělí záření z okolí (radioizotopy ve stavebních materiálech, vzduchu, půdě apod.) a radioizotopy z našeho vlastního organismu (včetně zmiňovaného C14), o zbylou pak kosmické záření a umělé zdroje. Radon Radon - rizika pro populaci Zdroje Izotopy rádia v uranové rudě. Pro uvolnění je nutno jejich rozptýlení v porézní nebo krystalické hornině. Charakteristika Izotopy radonu mají poločas rozpadu od několika hodin do několika dní. Rozpadají se a rozpadem, vzniká z nich izotop s velmi krátkým poločasem rozpadu a následně opět a rozpadem izotop stabilnější. Z atomu radonu tedy, když se začne rozpadat, vyjdou dvě částice a. Nebezpečnost Hlavně výskyt ve vdechovaném vzduchu, jako inertní plyn se nechytá do filtrů. Vyvolává rakovinu plic. Výrony radonu z podloží Velmi významné tehdy, jestliže jdou do nitra budov. Dochází k nejvyšším známým koncentracím radonu. Výrony ze stavebního materiálu Jen některé typy škvár kontaminovaných uranovou rudou. Voda, plyn Jen v případě kontaminace podzemních zdrojů. Měření Měří se aktivita vzduchu v Bq.m~3, protože Rn má více izotopů o různé aktivitě, tak jeho obsah (chemicky) roziko necharakterizuje. Radon - redukce rizika Další preventabilní zdroje ► Izolace budov ► Radonové studny ► Sledování Rn ve stavebních materiálech ► Sledování Rn v podzemních vodách ► Šarže zemního plynu s vyšším obsahem Rn jdou do průmyslových kotelen a výtopen Podmínkou redukce rizika je jeho správná detekce. Záření z Van Allenových pásů Dávkový ekvivalent roste s nadmořskou výškou a se vzdáleností od rovníku. Černobylské skvrny Dodnes nebyla zveřejněna mapa černobylských skvrn, kde je vyšší kontaminace izotopů Sr a Cs, které mají vysokou afinitu k organismu. Umělé zdroje Problematika radiofobie Havním zdrojem je RTG vyšetření, prevencí je náhrada za jiné typy vyšetření a technická opatření, aby při vyšetření byl pacient ozářen co nejméně. Do značné míry je dána smyslovou nezjistitelností záření. Mnohdy vyvolávána záměrně z politických důvodů (Temelín). Někdy jsou vyvolávány fámy na základě jiných účinků než záření (např. projevy toxicity uranu). Mnohdy vzniká jako reakce na zatajování a desinformace z ofociálních zdrojů (Černobyl). Někdy se za „radiofobii" označují zcela oprávněné obavy, např. z rizika útoku teroristů na sklad jaderného odpadu, opět z politických důvodů.