Biologická dozimetrie Jaderné zbraně a epicentrální účinky Jaderné zbraně: A) v užším smyslu • 1. Štěpné zbraně s obsahem ^235U nebo ^239Pu – výbuch - řetězová reakce štěpného materiálu (ekvivalent desítek a stovek TNT) • 2. Termonukleární zbraň (vodíková bomba) – výbuch – spuštění jaderné syntézy (ekvivalent megatun TNT) • 3. Neutronové zbraně – kombinace předchozích zbraní – štěpný materiál americium či californium. Energie se uvoňuje ve formě ionizujícího záření s převahou neutronů B) izotopické zbraně – jakékoliv zařízení způsobující kontaminaci prostředí radioaktivními látkami bez použití jaderné detonace (tzv. „špinavá bomba“). Poškození organismu radionuklidy – ^137Cs, ^90Sr a ^131I. Epicentrální účinky jaderného výbuchu • uvolnění tepelné energie – epicentrum teplota 6000^0 Kelvina • tlaková vlna – primární a sekundární (ruptury ušních bubínků, pneumotorax) • sekundární poranění – destrukce okolních objektů v obydlených oblastech • počáteční záření – generováno v první minutě po výbuchu • popáleniny sítnice (záblesk do 15 km), dočasná slepota • vznik elektromagnetického impulsu – poškození všech elektrických zařízení !!! • dlouhodobé zamoření – vzniká asi 300 různých radionuklidů – radiační stopa Důsledky jaderného výbuchu Letální dosahy Radioaktivní stopa Radioaktivní částice vznikající při výbuchu obsahují: • směs štěpných produktů, sublimované předměty, zemina, nerozštěpený materiál Radioaktivní spad: - lokální (obsahuje částice nad velikost 20-40 um) - globální (obsahuje částice 20 um a menší, které rychle stoupají do stratosféry a jsou unášeny větrnými proudy Radionuklidy obsažené v radioaktivním mraku lze rozdělit na: - nevstřebatelné nebo málo vstřebatelné – těžké kovy, lanthanoidy, transurany - středně dobře vstřebatelné – alkalické prvky – stroncium, barium - velmi dobře vstřebatelné – cesium a jód Radioaktivní stopa – úroveň ozáření „sedmičkové pravidlo“ Úroveň dávkového příkonu poklesne desetinásobně za sedminásobný čas od výbuchu Kontaminace • přítomnost radionuklidů na povrchu či uvnitř organismu • zevní – přítomnost na kůži a oděvu (běžný oděv ochrání před alfa a beta zářiči) • vnitřní: vdechnutí radionuklidů (dutina nosní, hltan, plicní sklípky), biologický poločas vylučování je asi 20 dní požití radionuklidů – dobře se vstřebávají jód a cesium, plutonium, radium a stroncium méně – poškození tlustého střeva Léčba vnitřní kontaminace radionuklidy Elektronová spinová rezonance • deteguje radiační změny na molekulární úrovni • stanovuje se četnost volných radikálů • metoda vyžaduje materiál s nízkým obsahem vody (zuby-sklovina, nehty) • využita při radiačních haváriích (Černobyl) • vyšetření může být provedeno mnoho let po ozáření Biochemické indikátory • sledují se sloučeniny v tělních tekutinách (sliny, krev, moč) • důsledky degradace enzymů, proteinů nukleových kyselin • amyláza, taurin, thymidin, deoxycytidin • nevýhoda – variabilita v rámci populace, vliv výživy, medikace, stresu Hematopoeze - počty lymfocytů 24 hod po ozáření - přežívání Počet lymfocytů je vyšší než 1,5 x10^9/l ^Pacient nebyl ozářen významnou dávkou Počet lymfocytů je mezi 1-1,5 x10^9/l ^ Je pravděpodobné, že u ozářeného dojde za 3 týdny ke střednímu poklesu granulocytů a trombocytů Počet lymfocytů je mezi 0,5-1 x 10^9/l Ozáření budou potřebovat léčbu, pro rozvoj těžké formy dřeňového syndromu akutní nemoci z ozáření. Je nutná jejich hospitalizace především pro hemoragické a infekční komplikace 2-3 týdny po ozáření Počet lymfocytů je pod 0,5 x 10^9/l Obdržená dávka záření může být letální. Je nutná hospitalizace Lymfocyty jsou nedetekovatelné Obdržená dávka záření je supraletální a přežití je nepravděpodobné Základní léčebná strategie radiačního poškození - dřeňová forma • podpůrná péče (prevence infekcí, její léčba a transfúze) 2) podávání hematologických růstových faktorů 3) transplantace kmenových buněk Spermatogeneze • vývoj spermií – citlivý na účinky ionizujícího záření • zastoupení jednotlivých stádií vývoje spermií je možno měřit pomocí flow-cytometru • lze detegovat dávky pod 0,1 Gy • nevýhoda - invazivní vyšetření • pouze u mužů Cytogenetické indikátory radiačního poškození • ionizující záření – silný klastogen !!!! • využívají se lymfocyty periferní krve (G[0] fáze) • krátkodobá kultivace (24h) • nevýhoda – nelze použít u dávek nad 5 Gy Chromozomové aberace jako indikátor radiačního poškození – nestabilní typy Chromozomové aberace mohou rozlišit působení řídce a hustě ionizujícího záření • hustě ionizující záření – působí vznik DNA lézí podél stopy v těsné blízkosti – důsledek intrachromozomové typy aberací (inverze, kruhové chromozomy) • řídce ionizující záření – DNA léze vznikají náhodně – důsledek interchromozomové typy aberací (translokace, dicentrické chromozomy) • F hodnota – podíl interchromozomových/intrachromozomových přestaveb Chromozomové aberace jako indikátor radiačního poškození – stabilní typy Mikrojaderný test jako indikátor radiačního poškození chromozomů Somatické mutace Stanovení mutací v HPRT genu (hypoxantinfosforybosyltransferázový gen) HPRT gen (vázaný na X chromozom) kóduje enzym, který normálně fosforyluje guanin nebo hypoxantin. Této fosforylaci podléhá též 6-thioguanin (6TG), který se přeměňuje na 6 thioguaninmonofosfát (toxický). Detekce mutantních buněk – vytváří kolonie za přítomnosti 6TG) Frekvence u zdravých lidí je asi 12,5 x 10^-6 Možno detegovat dávky nad práh 1 – 2 Gy Mutace ve variantách glykoporinu A (GPA assay) Mutace genů pro povrchové antigeny (alely M/N) v progenitorových buňkých erytrocytů jsou studovány pomocí flow cytometru – u heterozygotů (50 %) MN je kvatifikována exprese jedné alely ^ Možno detegovat dávky nad práh ^1 – 2 Gy Molecular profiling by gene expresion • cDNA arrays – expesní profily • změny úrovně mRNA byly dokumentovány pro dávky pod 1 Gy Biologické a genetické účinky elektromagnetického záření