ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA Z MATERIĄ

ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA

Z MATERIĄ

TADEUSZ HILCZER

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 2

Plan wykładu

1. Wprowadzenie2. Podstawowe pojęcia3. Zderzenie i rozproszenie4. Przewodnictwo materii5. Naturalne źródła promieniowania jonizującego6. Oddziaływanie promieniowania jonizującego bezpośrednio 7. Oddziaływanie promieniowania jonizującego pośrednio8. Źródła promieniowania jonizującego9. Pole promieniowania jonizującego10. Detekcja promieniowania11.Skutki napromieniowania materii żywej12. Dozymetria medyczna13. Ochrona przed promieniowaniem14. Osłony przed promieniowaniem

SKUTKI NAPROMIENIOWANIA

MATERII ŻYWEJ

Jednostki

• dawka ekspozycyjna - C/kg– jonizacja w jednostce masy powietrza pod

wpływem promieniowania X lub g• dawka pochłonięta - grej Gy= 1 J/kg

– średnia energia dowolnego promieniowanie jonizującego pochłonięta przez jednostkę masy dowolnego ośrodka, w którym rozchodzi się promieniowanie

• równoważnik dawki – siwert Sv– dawka pochłonięta w tkance lub narządzie z

uwzględnieniem skutków biologicznych jakie wywołują różne rodzaje promieniowania


Skutki napromieniowania materii żywej


• Promieniowanie jonizujące i powstałe pod ich wpływem wolne rodniki powodują w organizmie zaburzenia procesów fizjologicznych.

• Jeśli wolne rodniki wnikną do wnętrza komórki pewne enzymy komórkowe ulegają inaktywacji, co powoduje zahamowanie funkcji życiowych komórki.

• W zależności od właściwości chemicznych jądra promieniotwórczego i czasu jego działania na człowieka, oddziaływanie promieniowania jonizującego ujawnia się w postaci uszkodzeń somatycznych lub mutacji genetycznych.

• Stopień uszkodzenia radiacyjnego organizmu ludzkiego zależy od dawki i natężenia promieniowania oraz od tego, czy napromieniowaniu uległa część czy całe ciało.



NAPROMIENIOWANIE

absorpcja energii

CZĄSTECZKI POBUDZONEI JONY

ZMIANY MOLEKULARNE

10-16 sek

przez działania bezpośrednie przez działania pośrednie(jony i wolne rodniki)

ZMIANY

BIOCHEMICZNE

WCZESNE SKUTKI

FIZJOLOGICZNE(zazwyczaj odwracalne)

USZKODZENIASTRUKTURY

KOMÓRKOWEJ

MUTACJEKOMÓREK

SOMATYCZNYCH

MUTACJEKOMÓREK

ROZRODCZYCH

ŚMIERĆ

KOMÓRKI

ŚMIERĆ

ORGANIZMU

RÓŻNESKUTKI

SOMATYCZNE

(nowotwory,skrócenie

życia)

MUTANTY

10-5 sek

od sekunddo godzin

od minutdo godzin

od godzindo lat Schemat procesów

zmian popromiennych w organizmach żywych



• W przybliżeniu efekty napromieniowania całego ciała w zależności od pochłoniętej dawki są następujące:– < 0,1 Gy - pewne zmiany we krwi,– 0,1 – 0,5 Gy - ciężka choroba z 6-miesięcznym

okresem rekonwalescencyjnym,– 5 Gy - śmierć w 50 % przypadków,– 10 Gy - nieuchronna śmierć.

• Ręce i nogi mogą bez szkody otrzymać znacznie większą dawkę niż inne części ciała ludzkiego.



• Geny w komórkach organizmu bardzo łatwo ulegają uszkodzeniu.

• Uszkodzenie genów w komórkach rozrodczych jest szczególnie groźne, ponieważ prowadzi do mutacji w potomstwie.

• Mutacje (tak komórkowe, jak pokoleniowe) są zawsze szkodliwe, a proces jest nieodwracalny.



• Małe napromieniowanie - małe szkody, duże napromieniowanie - duże szkody.

• Prawdopodobieństwo pochłonięcia promieniowania przez gen lub grupę genów:– jest mniejsze przy mniejszej dawce, – większe przy większej

• Prawdopodobieństwo uszkodzenia przypadające na jeden foton jest takie samo w obu przypadkach.

• Jeżeli w okresie trwania zdolności rozrodczych (około 30 lat) organizm otrzymuje powyżej 100 mGy - częstość mutacji znacznie wzrasta.



• w ciągu 30 lat człowiek otrzymuje około 40 mGy– z promieniowania kosmicznego– z substancji promieniotwórczych

• występujących wszędzie w małych stężeniach• każde prześwietlenie promieniami X powiększa tę

dawkę • dawka 100 mGy na całe ciało

– somatycznie nieszkodliwa– genetycznie bardzo szkodliwa



• Promieniowanie jonizujące atakuje najwrażliwszy punkt organizmu ssaków, czyli koordynację czynności na takim szczeblu, który znajduje się poza kontrolą mózgu.

• Mózg i pozostałe części centralnego układu nerwowego są bardzo odporne na napromieniowanie i nic nie wskazuje, że uszkodzenie ich odgrywa jakąkolwiek rolę w chorobie popromiennej.

• Układ nerwowy reaguje już na bardzo małą dawkę promieniowania (10 mGy).

• Porażenie następuje jednak dopiero wskutek działania na układ nerwowy dużych dawek. – Powodują one naruszenie działania wielu organów

wewnętrznych i przebiegu procesów fizjologicznych.



• jednym z najbardziej typowych objawów choroby popromiennej jest znacznie zwiększona wrażliwość na zakażenia– organizm traci zdolność wytwarzania przeciwciał

• skutki napromieniowania– utrata odporności– zmętnienie soczewki oka (zaćma)

• może doprowadzić do całkowitej ślepoty

Rodzaje uszkodzeń popromiennych


• uszkodzenia popromienne można podzielić na dwie grupy:– somatyczne (niedziedziczne) - tylko u osoby

napromieniowanej• wczesne

– występuje w ciągu około 1 miesiąca, • późne

– pojawiające się po kilku miesiącach a nawet latach

– genetyczne (dziedziczone)• mutacje



• wiele uszkodzeń komórki powstałych pod wpływem działania promieniowania jonizującego występuje dopiero podczas jej podziału (mitozy).

• mogą to być zmiany związane z:– mitozą lub jej brakiem– z degeneracją– z śmiercią komórki

• najbardziej wrażliwe jest jądro komórki



• chromosomy w jądrze komórki:– są podstawowymi nośnikami informacji

genetycznej– określają kształt, procesy przemiany materii– funkcje całej komórki

• hromosomy są nukleoproteinami które składają się z DNA i białek - mamy 46 (23 pary) różnych chromosomów.

• po napromieniowaniu można zaobserwować:– pęknięcia chromosomów, – połączenia par chromosomów ze sobą i nierówny

ich podział, – koncentrację w jednej z komórek tworzących albo

pomocnicze jądro, albo dodatkową część już istniejącego.

•



• określone odcinki chromosomów tworzą geny, odpowiedzialne za różne cechy osobnicze– wzrost– kolor oczu– …

• jeżeli dowolny odcinek chromosomu zostanie zmieniony następuje mutacja– przenoszona cecha genetyczna ulega zmianie

• pod wpływem promieniowania jonizującego częstość występowania mutacji jest większa



• jeden z rodzajów uszkodzenia chromosomów1. promieniowanie2. para homologicznych chromosomów w

prawidłowej komórce3. pęknięcie chromosomów4. niewłaściwe połączenie pękniętych

chromosomów (translokacja)

1

2

3

4

Promienioczułość


• promienioczułość - wrażliwość organizmu żywego na napromieniowanie

• komórki i tkanki są pod względem promienioczułości bardzo zróżnicowane

• komórka jest najbardziej podatna na uszkodzenie w czasie podziału (interfaza, profaza)

– bardziej podatna jest komórka o dużej zdolności rozmnażania, mniej dojrzała i mniej zróżnicowana

• promienioczułość tkanki zależy od jej unaczynienia (zaopatrzenia tkanki w tlen), stopnia zróżnicowania i dojrzałości tkanki

Promienioczułość


• wszystkie tkanki i narządy w organizmie ludzkim, z wyjątkiem tkanki kostnej, zawierają ponad 60 % atomów wodoru

– duże znaczenie gdy na organizm pada wiązka neutronów lub protonów

• przekaz energii jest szczególnie duży

Promienioczułość


• Całe ciało, jego części i narządy wewnętrzne można podzielić pod względem promienioczułości na cztery grupy:I. najbardziej wrażliwe: gonady i szpik kostny;II. bardzo wrażliwe: mięśnie, tkanka tłuszczowa,

wątroba, śledziona, nerki, przewód pokarmowy, płuca, soczewki oczu, i inne narządy ciała (wyłączając wliczone do pozostałych grup ryzyka: I, III i IV);

III. wrażliwe: kości, tarczyca, skóra całego ciała;IV. słabo wrażliwe: ręce, przedramiona, stopy.

Promienioczułość


• Promienioczułość określa dawka śmiertelna

• Dawka śmiertelna (letal dose) LD50/30 - śmierć 50% organizmów w ciągu 30 dni po napromieniowaniu

Dawki śmiertelne

organizm LD50/30 [Gy]

człowiek 3

pies 3

małpa 4

kura 6

królik 8

szczur 9

Skutki somatyczne

• skutki somatyczne bezpośrednie - ujawniają się po przekroczeniu pewnej dawki promieniowania.

• skutki somatyczne stochastyczne - można wykryć jedynie na drodze analizy statystycznej.

• Do uszkodzeń somatycznych zalicza się – białaczkę, – uszkodzenia skóry, – zmiany przedrakowe, – nowotwory, – zaćmę, – opóźnienie wzrostu– opóźnienie rozwoju, – skrócenie długości życia


Skutki somatyczne

• proces jonizacji w żywej komórce przebiega odmiennie w cytoplazmie i jądrze komórkowym.

• substancje wchodzące w skład cytoplazmy składają się z wielkiej liczby takich samych cząsteczek– dostrzegalne zaburzenia w cytoplazmie dopiero

przy uszkodzeniu większości tych cząsteczek– przy uszkodzeniu małej liczby - funkcje

uszkodzonych cząsteczek przejmują cząsteczki zdrowe.

• w jądrze komórkowym, złożonym z substancji zawierającej kod genetyczny - kwasy nukleinowe - znacznie mniejsze napromieniowanie może spowodować zmiany mutagenne– promienioczułość jądra komórkowego jest

znacznie większa niż cytoplazmyTadeusz Hilczer, wykład monograficzny 23

Skutki somatyczne bezpośrednie

• przy napromieniowaniu dużą dawką (rzędu 1 Gy) przy dużej mocy dawki ze źródła zewnętrznego (promieniowanie X, g, neutrony)– całego organizmu

• uszkodzone narządy najbardziej wrażliwe• ostra choroba popromienna.

– tylko pewnych części ciała • występuje szereg efektów patologicznych.


Skutki somatyczne bezpośrednie

• skutki napromieniowania przy tej samej dawce i mocy dawki są istotnie różne przy napromieniowaniu całego ciała i wybranego narządu.

• dawka rzędu 5 Gy pochłonięta przez – całe ciało jest dawką śmiertelną, – pochłonięta przez skórę - wywoła tzw. rumień.


Skutki somatyczne stochastyczne

• zmiany wywołane w komórkach przez napromieniowanie przez dłuższy czas małymi dawkami promieniowania jonizującego mogą wywoływać skutki, ujawniające się niekiedy po długim okresie czasu. – związek z napromieniowaniem jest do określenia

jedynie na drodze analizy statystycznej odpowiednio wybranych populacji

– głównie nowotwory złośliwe• dla całej populacji ludzkiej (ICRP-1990) współczynnik

prawdopodobieństwa zgonu wywołanego nowotworem złośliwym wynosi 510-2 Sv-1


Skutki genetyczne

• Skutki genetyczne – wywołane są przy napromieniowania małymi

dawkami i przy małych mocach – polegają głównie na mutacjach genowych i

aberracjach chromosomowych. – mogą być widoczne dopiero w dalszych

pokoleniach – dla populacji ludzkiej są trudne do ustalenia.

• Badania na zwierzętach wykryły pewne prawidłowości– możliwość prognozowania skutków genetycznych

dla populacji ludzkiej. • Oszacowano współczynnik prawdopodobieństwa

znacznego uszkodzenia genetycznego w pierwszym pokoleniu - około 0,510-2 Sv-1.Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 27

Skutki karcerogenne

• zaburzenia somatyczne prowadzą do zmian nowotworowych w organizmie

• proces kancerogenezy przebiega w kilku fazach:– faza indukcyjna (15 - 30 lat) w 3/4 zależna od

oddziaływania czynników kancerogennych środowiska a w 1/4 od odziedziczonych predyspozycji genetycznych,

– faza in situ (5 - 10 lat) pojawienie guzów niezłośliwych,

– faza inwazyjna (1 - 5 lat) pojawienie komórek złośliwych, wytwarzających substancje rozpuszczające okoliczne tkanki,

– faza rozsiewu (1 - 5 lat) wędrówką komórek złośliwych naczyniami limfatycznymi i tworzeniem nowych ognisk przerzutu. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 28

Skutki kancerogenne

• U ludzi obciążonych predyspozycją nowotworową pierwszy defekt genowy pojawia się już w zapłodnionej komórce jajowej i przekazywany jest wszystkim komórkom potomnym tworzącym tkanki i narządy rozwijającego się organizmu.


Documents

ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA Z MATERIĄ