Biologické účinky ionizujícího záření . Účinky záření znalosti o účincích záření rozsáhlé, ale ne úplné klinická pozorování, experimentální a skupinová šetření nezbytná pro průkaz zvýšené frekvence onemocnění, která jsou klinicky neodlišitelná od spontánních (rakovina) Zdroje informací o biologických účincích ❑ dermatitidy radiologů (1. zdokumentovaný případ) ❑ horníci uranových dolů (epidemiologické studie) ❑ studie a poznatky o následcích havárií JE (Černobyl, Fukušima,…) ❑ studie pacientů léčených zářením (radioterapie) ❑ mimořádné události, radiologické události u profesního ozáření (RP) u lékařského ozáření (pacienti) Znalost biologických účinků ❑ stanovení principů a kritérií RO (limity…) ❑ poskytování zdravotní péče: pro preventivní pracovnělékařské služby péče o ozářené ❑ posouzení příčinné souvislosti onemocnění s prací v riziku i.z. (uznání NzP) Účinky záření na buňku a tkáně 2 skupiny  smrt buňky (buněčná deplece) – neprojeví se okamžitě, buňka není schopna se dále dělit, smrtící účinek se nejsnáze projeví ve tkáních s rychlým buněčným dělením – krvetvorné orgány, výstelka střev, vyvíjející se zárodek  změna cytogenetické informace – změny bezprostředně nenarušují buněčné dělení, ale změna v genetické informaci buňky IZ vyvolá změny – mutace – vztah ke vzniku karcinomů Účinky záření na živou hmotu působení na živou hmotu se řídí nejprve obecnými zákony platnými i pro látky neživé – ionizace, excitace – absorbce energie množství energie IZ potřebné k např. usmrcení jedince - neobyčejně malé v porovnání s jinými druhy energie → různé teorie o účincích IZ na živou hmotu Jednotlivé fáze působení  fyzikální fáze – bezprostředně po vyvolání ionizace atomů molekul DNA (10-13 s)  fyzikálně chemická fáze – mezimolekulární interakce v zasažené buňce (do 10-10 s)  biochemická fáze – tvorba radikálů (10-6s)  biologická fáze – zasažení struktury molekul, tkání, orgánů (desítky minut až desítky let) Jednotlivé fáze působení Biologické účinky Účinek záření záleží na :  fyzikálních faktorech druh a energie záření, ev. poločas rozpadu u radionuklidů  biologických a radiobiologických faktorech radiosenzitivita buněk,tkání, orgánů různá vysokou radiosenzitivitu mají tkáně s rychlým buněčným dělením,vysvětluje se to tím, že mitotická smrt buňky je převládajícím typem buněčné smrti v důsledku IZ Reparační mechanismy Biologické účinky  v posledních cca 20 letech – rozsáhlé výzkumy v oblasti působení nízkých dávek  molekulární, buněčná a tkáňová reakce jiná než při ozáření vysokými dávkami  molekulární a buněčné procesy po ozáření nízkými dávkami – ochranné reakce  stimulace chromozomových reparací v oblasti velmi nízkých D – pozitivní účinek  vysoké dávky – poškození (smrt buňky, narušení tkáně, zánětlivá onemocnění) Možnost tolerance nízkých dávek vzhledem k převažujícím přínosům – nejsou důkazy dle ICRP Hormeze – raritní stimulace nízkou dávkou Bystander efekt  pozorováno při studiu záření na buňku  buňky, které nebyly přímo ozářeny, se chovaly jako by byly ozářeny – smrt buňky nebo jiné abnormality  buňky sousedící nebo do určité vzdálenosti od ozářené buňky Existuje mezibuněčná komunikace - přenáší informace z ozářené buňky? Nutno přehodnotit pohled na riziko způsobené ozářením Adaptace na nízké dávky – buňky nejsou připraveny na reparační procesy Radiosensitivita lidský organismus: z orgánů a tkání různě citlivých k ozáření sensitivní: lymfoidní orgány, červená kostní dřeň, výstelka střeva, pohlavní tkáň, kůže a epiteliální výstelky, oční čočka rezistentní: nervová tkáň, svaly Biologické účinky deterministické = nepříznivé tkáňové reakce/stochastické z hlediska vztahu dávka - účinek somatické/genetické postižený/další generace akutní/chronické dermatitida časné/pozdní katarakta zevní ozáření/vnitřní kontaminace Účinky ionizujícího záření na člověka se liší vztahem dávky a účinku tkáňová reakce (deterministické účinky) dávka dávka pravděpodobnost vzniku stochastického účinku Prahové dávky: 0,5 Sv – zákal oční čočky 3 Sv – radiační popáleniny ~ 2 Sv na celé tělo –akutní nemoc z ozáření Přestože v epidemiologických studiích je pozorován účinek až od cca 0,1 Sv, je z důvodu opatrnosti předpokládaná bezprahová lineární závislost na dávce. 14 Deterministické účinky ❑ smrt části ozářené buněčné populace ❑ existence dávkového prahu ❑ projevy zjistitelné zevním pozorováním ❑ typické klinické příznaky Příklady deterministických účinků ❑ akutní radiační syndrom ❑ radiační zánět kůže - dermatitida ❑ snížení plodnosti (fertility) ❑ zákal oční čočky ❑ poškození zárodku/plodu ❑ radiační zánět plic ❑ radiační zánět nosohltanu … Radiační „popálenina“ (dermatitida) rozsah příznaků záleží na: dávce, druhu záření, lokalizaci a velikosti ozářené plochy práh: cca 3 Gy (pro záření X a gama) časný erytém: několik hodin po ozáření; mizí do 24 hod pozdní erytém: latence: 2 – 3 týdny popálenina 1., 2., 3. stupeň podobná termické; špatně se hojící vřed, rozpadá se i po letech může dojít i k přechodné nebo trvalé ztrátě ochlupení = epilaci = biologický dozimetr, pak atrofii, pigmentaci, apod. Kožní změny příklady z praxe kožní změny u profesního ozáření důsledek MU, nehody defektoskopie, karotáž, opravy ZIZ v radioterapii,.. zdravotnický personál - (NM, příprava RDN pro PET) důsledek lékařského ozáření zdravotnický personál - aplikující odborníci kožní změny u pacientů - důsledek lékařského ozáření (neplatí limity) intervenční výkony (dlouhotrvající, život zachraňující) radioterapie (správná i chybná léčba - stranová záměna, přezáření) práh: cca 1 Gy (0,5 – 2 Gy) jednorázově nově nižší práh – nový, nižší limit v AZ 5,0 Gy protrahovaně doba latence: minimálně 6 měsíců patogeneze: poškození cév - porucha výživy (málo nitroočního moku); poškození tvorby vláken čočky, typické v zadním pólu důsledek lékařského ozáření: u pacientů (radioterapie) důsledek profesního ozáření: kardiochirurgové Zákal oční čočky (katarakta) Akutní radiační syndrom (ARS) celotělové, akutní, jednorázové ozáření dřeňová, střevní, nervová forma příznaky: nauzea, zvracení, průjmy, latence  typické příznaky dřeňová 2 Gy, latence 2-3 týdny střevní 6-10 Gy nervová forma > 30-50 Gy, bezprostředně vývoj plodu mimořádná citlivost plodu poškození závisí na D a stupni vývoje plodu •do 2 týdnů – vše nebo nic •3.-8. týden – vysoké riziko malformací nad 100 mGy - ovlivnění centrálního nervového systému – prahový deterministický účinek •8.-18. týden – větší výskyt opožděného psychického vývoje (pokles IQ o 30 % na 1 Sv) (Odhady z experimentálních studií z Hirošimy) •poslední třetina – plod je dost rezistentní jeho usmrcení = smrt matky poškození buněk- může se projevit dědičné poškození nebo nádory v dětském věku Stochastické účinky ◦ bezprahový, lineární vztah s dávkou ◦ velikost dávky nemění závažnost projevu ◦ mění frekvenci projevu v populaci-stoupá s dávkou ◦ klinický obraz není typický ◦ dochází k mutaci buněk ◦ výsledkem zhoubné nádory nebo genetické změny ◦ potvrzeno epidemiologickými studiemi od cca 100 mGy Doses where cancers have been observed Doses of relevance in radiation protection při hodnocení stochastických účinků se vychází z koeficientů rizika objektivní zdravotní újmy do újmy zahrnuty: koeficienty rizika úmrtí na nádor léčitelnost nádorů dle ICRP 103 koeficienty rizika pro radiační pracovníky 4,1 . 10-2 Sv -1 (ze 100 pracovníků ozářených efektivní dávkou 1 Sv bude pravděpodobně příčinou smrti u 4 osob zhoubný nádor) pro populaci 5,5 . 10-2 Sv -1 (pro populaci vyšší, zahrnuje i děti – radiosenzitivnější) Stochastické účinky Příklad  pravděpodobnost výskytu nádorového onemocnění při nízkých dávkách malá  spontánní výskyt cca (25 – 30)%  ozáření D = 6 mSv → riziko 3 x 10-4 tj. 3 případy na 10 000 ozářených osob Stochastické účinky Pravděpodobnost úmrtí na rakovinu v populaci je 25% Kdybychom jednotlivce vystavili ozáření 100 mSv, pak pravděpodobnost úmrtí vzroste na 25.5% Nelze však určit zda konkrétní osoba rakovinu dostane nebo ne. Toto lze vždy hodnotit pouze statisticky jako zvýšený výskyt případů v určité populaci, která byla vystavena zvýšenému ozáření. Ovšem pokud se dávky, kterým bude tato skupina vystavena budou pohybovat pod 100mSv nebude účinek rozeznatelný od uvedeného relativně vysokého přirozeného výskytu nádorů v neozářené populaci. Stochastické účinky nádory a (genetické účinky) • vyvolané mutacemi • bezprahovost • linearita (s dávkou roste p. výskytu) • typická dlouhá doba latence (5, 10 - 40 let) • klinicky neodlišitelné od spontánních nádorů Lineární bezprahový model se používá pouze pro účely regulace Zevní ozáření nejnebezpečnější gama – nejpronikavější ozářený pacient neohrožuje Vnitřní kontaminace nejnebezpečnější alfa - hustě ionizuje cesty vstupu - vdechnutí, ingesce, kůží... nebát se poskytnout první pomoc není čas ! rychlá opakovaná dekontaminace ANTIDOTA vyšetření : celotělové měření, sběr exkretů – stolice, moči, chromozomální analýza Účinky na lidský organizmus  .Příklad akutních lokálních účinků Účinky na lidský organizmus Příklad chronických lokálních účinků Příklad špatné lékařské expozice 4O let starý pacient, který obdržel prodlouženou a opakovanou dávku v intervenční radiologii v krátké době. Příklad špatné lékařské expozice 2 a o 18 měsíců později Střediska speciální zdravotní péče osobám ozářeným při radiačních nehodách Klinika nemocí z povolání VFN Praha Klinika popálenin FNKV Praha II. interní klinika FN Hradec Králové Dermatologická klinika FN Brno radiační nehoda při defektoskopii 6 dnů po ozáření radiační nehoda při defektoskopii 15 dnů po ozáření Nemoci z povolání nádorová onemocnění posouzení profesionality - stanovisko SÚJB - přiznává pracoviště NzP nádory klinicky neodlišitelné od spontánních porovnání populační pravděpodobnosti (přirozený výskyt) x radiační založeno na stanovení podílu příčinné souvislosti ozáření na vzniku onemocnění platí kritérium převažující pravděpodobnosti (PPS>0,5) nejčastěji rakovina plic útlum těžby - pokles incidence? rakovina plic hlášena i u jiných profesí (nehorníci) ostatní typy nádorů – rakovina kůže (bazaliom) Nemoci z povolání v r. 2016 u pracovníků UD 9 případů rakoviny plic 2 případy rakoviny kůže ostatní doly 2 případy rakoviny plic u 10 horníků UD potvrzena PPS mezi onemocněním a prací s ionizujícím zářením Cíle radiační ochrany Závěr limity stanovené - pod prahem deterministických účinků (vyloučit) (vznik deterministických účinků jen hrubé porušení zásad RO nebo při nehodách) pravděpodobnost vzniku stochastických účinků omezit na minimum radiační ochrana - ochrana před stochastickými účinky Příklady zátěží  0.001mSv– 30 g para ořechů (K)  0.01mSv– snímek zubů  0.1mSv– RTG hrudníku  1.0mSv–pracovník jaderné elektrárny  10.0mSv– CT BD  100.0mSv– kosmonaut 4 měsíce  1000.0mSv- radioterapie od 1 Gy Děkuji za pozornost .