Promieniowanie jonizujące w środowisku (5) Działanie promieniowania jonizującego na organizmy żywe

Dozymetria – wielkości określające absorpcję promieniowania jonizującego Aktywność źródła – charakteryzuje źródło 1Bq (bekerel) = 1 rozpad/s Dawka pochłonięta (energetyczna) promieniowania jonizującego – miara energii niesionej przez promieniowanie i pochłoniętej przez jednostkę masy substancji 1 Gy (grej) = 1J/kg Moc dawki - dawka pochłonięta w ciągu jednostki czasu np. Gy/a (grej na rok) , mGy/h (miligrej na godzinę)

Miara biologicznych skutków promieniowania jonizującego Skuteczność biologiczna różnego rodzaju promieniowania jest różna. Wynika to z różnej gęstości jonizacji różnych rodzajów promieniowania. Równoważnik dawki – dawka równoważna Wprowadza się współczynnik skuteczności biologicznej. Z definicji = 1 dla elektronów. Również równy jest 1 dla promieniowania b i g. Dla neutronów i ciężkich cząstek naładowanych zależy od ich energii i wynosi 3-10. Dla cząstek a = 20 Dawka równoważna równa jest iloczynowi dawki pochłoniętej i współczynnika skuteczności biologicznej promieniowania. Dawkę równoważną wyraża się w Siwertach 1Sv (siwert) = 1Gy * współczynnik skutecz.

Typowe wartości równowaznika dawki Do zapamiętania: Dawka od źródeł naturalnych dla każdego z nas: około 2 mSv rocznie Dla pracowników odsługujących urządzenia z promieniowaniem: Ograniczenie przepisami administracyjnymi 50 mSv rocznie nie więcej niż 100mSv przez 5 lat

Działanie promieniowania jonizującego na organizmy żywe Efekty działania promieniowania na poziomie molekularnym Efekty działania promieniowania na poziomie komórki Efekty działania promieniowania na poziomie organizmu Działanie promieniowania jonizującego na organizm człowieka

Efekty działania promieniowania na poziomie molekularnym Uszkodzenia substancji biologicznej z punktu widzenia procesu jonizacji: na skutek bezpośredniego działania promieniowania na skutek działania pośredniego; najpierw radioliza cząsteczek wody H2O H2O+ + e- następnie produkty radiolizy wody uszkadzają DNA

Efekty działania promieniowania na poziomie molekularnym W organizmach żywych uszkodzenia DNA przenoszą się dalej po podziale uszkodzonej komórki

Efekty działania promieniowania na poziomie molekularnym Typowe uszkodzenia: pojedynczo- lub podwójno-niciowe pęknięcia DNA utrata zasad azotowych uszkodzenia reszt cukrowych i fosforanowych wiązania krzyżowe w podwójnej nici DNA

Efekty działania promieniowania na poziomie molekularnym

Efekty działania promieniowania na poziomie molekularnym Komórki są przygotowane do naprawy uszkodzeń bo DNA nieustannie ulega uszkodzeniom spontanicznym. Naprawa nie zawsze przebiega bezbłędnie. Uszkodzenia mogą nie zostać naprawione lub naprawione błędnie. Prawdopodobieństwo utrwalenia lub błędnej naprawy wzrasta z poziomem uszkodzenia a stąd z dawką promieniowania.

Efekty działania promieniowania na poziomie komórki Doświadczenie: Komórki nie dzielące się są odporniejsze na promieniowanie niż komórki dzielące się. Krzywe przeżywalności komórek wrażliwych na promieniowanie (dawka letalna 0.5-1.0 Gy) i odpornych na promieniowanie ( ok. 2 Gy) Wytłumaczenie: Zachodzą równocześnie procesy uszkadzania i naprawiania komórek

Krańcowe efekty działania promieniowania na poziomie komórki Śmierć komórki Śmierć reprodukcyjna komórki Aberacje chromosonowe przekazywane w następnych pokoleniach

Krańcowe efekty działania promieniowania na poziomie komórki Ilustracja śmierci reprodukcyjnej komórek (?)

Efekty działania dużych dawek promieniowania na poziomie organizmu Badania na zwierzętach: Dawka 100 Gy – śmierć w ciągu godzin lub minut na skutek uszkodzenia centralnego układu nerwowego. Dawka 10-100 Gy – śmierć w ciągu 3-5 dni na skutek uszkodzenia nabłonka w przewodzie pokarmowym. Dawka 4 -10 Gy - śmierć szkipowa po 10-30 dniach. Dawka 2 Gy – skrócenie życia o kilka tygodni.

Efekty działania dużych dawek promieniowania na poziomie organizmu Badania myszy These mice are all 14 months old. As young adults, nine mice were given sublethal doses of radiation and nine others were left as untreated controls. The control mice (left) are still sleek and vigorous at 14 months, while six of the irradiated mice have died and the remaining three show signs of extreme aging

Działanie promieniowania jonizującego na organizm człowieka Doświadczenia z komórkami i na zwierzętach pozwalają zrozumieć objawy i mechanizmy działania promieniowania na człowieka. Doświadczenia te nie pozwalają przewidzieć zależności od dawki i wszystkich następstw u ludzi a zwłaszcza następstw w czasie odległym po naświetleniu.

Działanie promieniowania jonizującego na organizm człowieka Doświadczenia na zwierzętach pozwalają zrozumieć objawy i mechanizmy działania promieniowania na człowieka.

Krótkotrwałe napromieniowanie całego ciała dużymi dawkami promieniowania Ponad 1 Gy ostra choroba popromienna 2.5-3.0 Gy następuje zgon około 50% nie leczonych osób

Krótkotrwałe napromieniowanie miejscowe dużymi dawkami promieniowania Skóra: 3.0-5.0 Sv - rumień, suche złuszczenie naskórka 20 Sv - sączące złuszczenie naskórka Soczewka oka: 0.5-2.0 Sv – wykrywalne zmętnienie 5.0 Sv – upośledzenie widzenia Szpik kostny: 5.0 Sv – upośledzenie hematopoezy Jajniki: 2.5-6.0 Gy – niepłodność

Napromieniowanie dawkami na poziomie naturalnej dawki promieniowania Nie ma żadnych dowodów empirycznych na szkodliwośc promieniowania przy niskich dawkach Przykład zachorowań na choroby nowotworowe w USA Dawka od naturalnych źródeł zewnętrznych: - średnia USA - 0.85 mSv - stan Colorado - 1.7 mSv Zachorowania na nowotwory: - średnia USA - 100% - stan Colorado – 65% Promieniowanie jądrowe nie jest główną przyczyną zachorowań na choroby nowotworowe

Historia przypadków napromieniowania dużymi dawkami promieniowania 1945 Japonia – dwie bomby atomowe 8500 osób napromieniowanych dawkami 1-6 Sv 200 dodatkowych zachorowań w ciągu 30 lat ponad normę 1935-54 W.Brytania – 14000 pacjentów leczonych dużymi dawkami ( do 3 Sv) promieniowania X 80 zgonów ponad statystyczną normę 1935-52 Niemcy – 3000 pacjentów leczonych na reumatyzm zastrzykami thoru powodujacych dawkę 54 zgony ponad statystyczną normę 1915-35 USA – 775 pracowników malujących zegarki farbą zawierającą rad – dawki do 17 Sv 48 zgonów ponad statystyczną normę 1920-68 USA – 4100 górników pracujących w kopalni węgla przy dużym stężeniu radonu 134 zgony na raka płuc ponad statystyczną normę

Historia przypadków napromieniowania dużymi dawkami promieniowania Wszystkie wiarygodne przypadki napromieniowania dużymi dawkami (przypadki kiedy można było oszacować dawkę promieniowania) posłużyły do sformułowania hipotezy o szkodliwości promieniowania już przy niskich dawkach Przyjmując liniową zależność (!) skutków od wysokości dawki obliczone zostało ryzyko związane z napromieniowaniem dodatkową dawką (ponad poziom związany z naturalną promieniotwórczością) Dodawkowa dawka w wysokości 1 mSv zwiększa ryzyko zachorowania na chorobę nowotworową w ciągu 30 lat w stopniu 1: 8*104 czyli około 1,2 * 10-5