A sztochasztikus hatások sugárvédelmi vonatkozásai.

dr Sáfrány GézaOSSKI

AZ IONIZÁLÓ SUGÁRZÁS - mint KLASSZIKUS FIZIKAI KÓROKI TÉNYEZŐ

• A biológiai hatásokért a szövetekben elnyelődött energia-hányad és a sugárzástípus biológiai hatékonysága a felelős.

• Elnyelt dózis (D) mértékegysége a gray. 1 Gy = 1 joule/kg= 100 rad

MIÉRT TEKINTHETŐ AZ IONIZÁLÓ SUGÁRZÁS SPECIÁLIS FIZIKAI KÓRTÉNYEZŐNEK?

Az egyéb fizikai kórtényezőkhöz viszonyítva jelentősellentmondás áll fenn az elnyelt energia nagysága és abiológiai következmények (a károsodások súlyossága)között

• Az ionizáló sugárzások miatti energia-elnyelődéstérzékszerveink nem észlelik. Emiatt elmarad a vészjelzés ésa tudatos (vagy ösztönös) védekező reakció.

• A sérülés biológiai következményei nem azonnaljelentkeznek, hanem az elnyelt dózistól függő latencia időtkövetően.

Az Ionizáló Sugárzás Direkt és Indirekt Hatásai

TörésTörés

Szabadgyök (OH)

HX

HX HX

HX

HX

HX.

HXHX

HX

Közvetlen hatás Közvetett hatás

A szabadgyökök olyan atomok, vagy molekulák, amelyek a külső elektronhéjon egy nem párosított orbitális elektront tartalmaznak.

A víz radiokémiája

Mindkét termék visszaalakulhat H20-vá,Szekunder reakciók következtében H2, és oxygén jelenlétében pedig, H2O2 keletkezhet. Lelassult szabad elektronok hidratálódnak (eaq). Egyéb jelentős reakciók:

OH + OH H2O2

H2O + H2O+ H3O+ Oxonium ion + OH

H2O H2O OH + H Excitácót követő disszociáció

H2O eaq + H2O+ Ionizáció (eaq = hidratált elektron)

OH , H2O2 oxidáló, eaq, H és H2 pedig redukáló hatásúak

A DNS a fő célpont a sejthalál, mutáció és karcinogenezis szempontjából.

Az ionizáló sugárzás sejtpusztító hatása, az ionizáló sugárzás sejten belüli célpontjai

Az ionizáló sugárzás sejtpusztító hatása, az ionizáló sugárzás sejten belüli célpontjai

Sugárzásra jellemző kromoszóma károsodások A különböző sejtek sugárérzékenysége függ:- Az osztódó sejtek számától (=az osztódó sejtek sokkal

sugárérzékenyebbek, mint a nem osztódó sejtek) – Gyerekek!!Általában: őssejtek – Sugárérzékenyek

differenciált sejtek – Kevésbé sugárérzékenyek(kivétel: limfoiták)

- A kétláncú DNS töréseket kijavító folyamatok eredményességétőlA szövetek sugárérzékenysége függ:- Az azokat felépítő sejtek sugárérzékenységétől- A szövetek regenerációs kinetikájától- A sejteknek a szöveteken, szerveken belüli szerveződési

hierarchiájától.Ez a sugárérzékenység határozza meg a küszöbdózis nagyságát.

2016.03.21.

A kis dózisok sztochasztikus hatásait nem ismerjük?

A kis dózis tartományban (<100 mSv) a sztochasztikus hatások a lényegesek

A kis dózisok biológiai hatásaira extrapolációval következtetünk

A jelenleg a lineáris küszöbdózis nélküli modell az elfogadott

•Jelenleg nincs arra vonatkozó bizonyíték, amely a sztochasztikus sugárhatás lineáris, küszöbdózis nélküli modelljét érvénytelennétenné.

•Sugárhatásra kialakuló mutáció nem egyenlő a daganat képződéssel

Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai

Heveny sugár-betegség

-Bőrgyulladás-Szürkehályog - Teratogén

hatások

-Daganatképződés

- leukemia- tumorok

- Genetikai hatások

Általános(egésztest-besugárzás után)

Sztochasztikus(valószínűségi)

Determinisztikus(kumulativ kü-szöbdózis felett)

Szövetielváltozások

órák-napok-hetek múlva

SUGÁRKÁROSODÁS

KORAI(csak determinisztikus)

KÉSÕI(hónapok, évek, évtizedek múlva)

Helyi besugár-zás után

Az ionizáló sugárzás daganatkeltő hatása közismert

• Rosszindulatú daganatképződés• Örökletes (genetikai) károsodás

• Mechanizmus: sejtek DNS-ben bekövetkező nem letális károsodások (mutációk), amelyet a sejt nem képes kijavítani

Sztochasztikus hatások •Rosszindulatú daganatképződés

–Ionizáló sugárzás általános rákkeltő ágens, vagyis minden emberfajtában, minden szövetben és minden életkorban képes daganatot okozni. NINCS CÉLSZÖVETE!

–Ugyanazok a daganattípusok alakulnak ki ionizáló sugárzás hatására, mint spontán módon

–Az ionizáló sugárzás hatására kialakuló daganatoknak ugyanolyan a klinikai lefolyása, mint a spontán módon kialakult daganatoknak

–Ionizáló sugárzás gyenge karcinogén

• Az előfordulásuk gyakorisága mutat dózisfüggést (=minél nagyobb a sugárterhelés mértéke, annál valószínűbb, hogy kialakul egy daganat)

• Nincs (nem ismert a) küszöbdózis

• Nem vonatkoztatható az egyes személyekre, nem lehet megjósolni, hogy az érintett populáció mely egyedein jelentkezik

• A sztochasztikus hatások előfordulási gyakoriságának változása csak epidemiológiai módszerekkel (nagyszámú embercsoportokon végzett nyomonkövetéses vizsgálatokkal) mutatható ki.

Sugárzás hatására kialakuló daganatok (mint stochasztikus károsodások) jellemzői: Kis dózisok sztochasztikus hatásainak becslésére általánosan

elfogadott modell:

KÜSZÖBDÓZIS NÉLKÜLI LINEÁRIS ÖSSZEFÜGGÉS

Tanulmányozott populációkPopuláció Méret (személy)Atombomba túlélői: 86 000Atom teszt: Semipalatinsk/Altai 30 000

Marshall szigek 2 800Nukleáris baleset: Csernobili elhárító személyzet > 200 000

Csernobili lakosság (>185 kBq /m2 137Cs) 1 500 000Cseljabinszki lakosság 70 000Techa folyó körüli lakosság 26 000

Orvosi beavatkozás: ankilotikus spondylitis 14 000kis LET jód kezelés és terápia ~ 70 000

cervix tumor kezelés ~ 80 000mellkas fluoroszkópia 64 000fej / timusz besugárzás 9 000gyerekkori hemangioma kezelése 14 000

nagy LET thorotrast angiográfia 4 200Ra-224 kezelés 2 800

Prenatalis expozíció (fetalis radiográfia, atom bomba) 6 000Foglalkozási expozíció: nukleáris ipar dolgozói (Japan, UK) 115 000

urán bányászok 21 000rádium óralap festők 2 500radiológusok 10 000

Természetes expozíció (kinai, EC és USA) néhány 100 000

Daganatkeletkezés az atomtámadás túlélőiben

A hirosimai, nagaszakii kohort epidemiológiai adatai2004-ben is életben lévő populáció

– abszolút kockázat (absolut, risk, AR) - megbetegedés száma, vagy aránya a populációban egy adott időszak alatt.

– többlet abszolút kockázat (excess absolut risk, EAR) - az exponált és a kontroll populáció AR értékeinek a különbsége.

– relatív kockázat (relative risk, RR) - hányszor nagyobb az exponáltak meg-betegedési/elhalálozási kockázata a nem exponáltakhoz viszonyítva (OR - esély hányados).

– többlet relatív kockázat (excess relative risk, ERR) - RR-ből kivonunk 1-et

Epidemiológiai alapfogalmakSzolid tumor mortalitás dózis függése

Sugárhatásra kialakuló daganatok típusa Daganat mortalitás az életkor függvényében I: relatív többlet kockázat alakulása

Expozíciókori életkor

Elért életkor

Szolid tumor mortalitás az életkor függvényében II: abszolút többlet kockázat alakulása

Expozíciókori életkor

Elért életkor

Sugárzás okozta szolid tumoros elhalálozás kockázatának dózis-függése

A küszöbdózis 0 Gy

Kis dózisú ionizáló sugárzás okozta daganatos-elhalálozás kockázatának dózis-függése

Többlet relatív kockázat (ERR) alakulása az expozíciókóri életkor függvényében

Leukémia elhalálozás az atomtámadás túlélőiben

Sugárzás okozta leukémiák számának alakulása az expozíciókóri életkor és a sugár-dózis függvényében

Elért életkor (év)

Sugárzásnak tulajdonítható

Nem-daganatos megbetegedések alakulás a hiroshimai és nagaszakii túlélőkben

Becsült sztochasztikus kockázat

1 Sv sugárexpozíció = 4-5 x 10-2 halálos daganat

2 mSv/év munkahelyi expozíció = 1x10-4 daganat

A csernobili baleset következményei

A baleset után 1057 ember vett részt az elhárítási munkában, vagy tartózkodott a helyszínen.

Akut sugárbetegség a közvetlen elhárítókban

134 akut sugárbetegség, 28 áldozat

ARS túlélők későbbi elhalálozási okai

A baleset során érintett populáció

A csernobili baleset hosszú távú következményei

530000 117

6400000 9

115000 31

Szolid tumor gyakoriság a liquidátorok csoportjában Szolid tumor gyakoriság a szennyezett területen élőknél

Pajzsmirigy daganatok a szennyezett területen élőkben:nők

A daganatos elhalálozás várható alakulása a csernobili balesetkövetkeztében exponált populációknál

Születési rendellenességek gyakorisága a kontaminált területen Szürkehályog gyakoriság ARS túlélőkben

Korábbi küszöbdózis – 2 Gy Korábbi foglalkozási dóziskorlát – 150 mSv/év

lakossági dóziskorlát - 15 mSv/év

Új küszöbdózis – 0,5 GyEU BSSJelenlegi foglalkozási dóziskorlát 20mSv/év; 100 mSv/5 évLakossági dóziskorlát: 15 mSv/év

Sugárzás-indukálta daganatos elhalálozás a nukleáris iparban dolgozókban

Résztvevő országok

Dózis megoszlás Többlet relatív kockázat per 1 Sv

Összes daganat: Leukémia:

ERR/1 Sv = 0,97 ERR /1 Sv = 1,93RR/100 mSv = 1,1 RR/100 mSv = 1,19

100 mSv expozíció esetén a szolid tumor halálozások ~6%-át, a leukémiás halálozások ~19%-át okozza a sugárexpozíció. Atomerőműi dolgozókban a sugár expozíció a daganatok 1-2%-áért felelős.

Különböző iparágak kockázati tényezői

Sugaras munkahely kockázata2 mSv 100-200x10-6/ év

Leukémiák kialakulásának kockázata atomerőművek környezetében élő gyerekekben

Windscale, Sellafield

Nyugat-német nukleáris erőművek (1980-2003) 5 évesnél fiatalabb gyerekek leukémia kockázata nő az atomerőművek 5 km-es körzetében

5 évesnél fiatalabb gyerekek leukémia kockázata nő az atomerőművek 5 km-es körzetében

A megnőtt leukémia gyakoriság nem magyarázható az atomerőművek radioaktív anyag kibocsátásával

A legújabb francia adatok megerősítik a német eredményeket

„Is there a link between nuclear power plant and the risk of leukaemia in children? There is no official answer to this question ……. the general public needs objective, comprehensible information. „

„Van-e kapcsolat a nukleáris erőművek és a gyerekek leukémia kockázata között? Nincs hivatalos válasz erre a kérdésre ……. a közvéleménynek objektív, teljes körű információra van joga.

ASN összefoglaló

Követett populáció – ~178000 1985-2002. között CT vizsgálaton átesett nem-daganatos személy

Életkor - <22 év a CT vizsgálat időpontjában

Követési periódus – 1985-2008

Leukémia szám – 74/178604

Agydaganat szám – 135/176587

Computer tomográf (CT) vizsgálatok kockázata gyerekekben

CT vizsgálatonként elszenvedett becsült sugár dózis Daganatszám alakulása az életkor és az expozíciótól eltelt idő függvényében

Leukémiák kialakulásának kockázata a dózis-függvényében Agydaganatok kialakulásának kockázata a dózis-függvényében

EAR leukémia – 0,83/10 év/10000 személy/CT

EAR agytumor - 0,32/10 év/10000 személy/CT

Fiatalokon elvégzett CT vizsgálatok esetén a leukémiák és agydaganatok kialakulásának kockázata dózis függő, az abszolút

daganatszámok azonban nem nagyok

Sugaras munkahelyek kockázata

Spontán emlőrák kialakulás kockázata – mammográfiás emlőrákszűrés haszna

0 20 40 60 80 1000

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Age years

•Az ionizáló sugárzás általános daganatkeltő ágens.•Nincs ionizáló sugárzásra specifikus daganat.•Fiatalon exponálódott személyekben hamar megugrik a leukémiák gyakorisága, majd a megnőtt kockázat eltűnik.

•Az ionizáló sugárzás okozta szolid tumorok abszolút száma nő az idővel.•Az ionizáló sugárzás nem-daganatos betegségeket is okozhat.

Összefoglalás

Konzultáció:

1. Mi a determinisztikus hatás? Milyen jellemzői vannak?2. Milyen dózistartományokban kell determinisztikus

hatással számolni?3. Milyen szerveket érint, milyen főbb tünetekkel

rendelkezik?4. Hogyan tudjuk a kapott dózist biológiai módszerekkel

becsülni?5. Milyen klinikai/laboratóriumi jelek utalnak az akut

sugárbetegség súlyosságára?

Konzultáció:6. Mik a bőr sugárexpozíciójának tünetei?7. Mi jellemzi a lokális sugárexpocíciót?8. Mi a biológai felezési idő?9. Mi a fizikai felezési idő?10.Mi a külső sugárszennyeződés és mi a belső

sugárszennyeződés?11.Hogyan válhat egy külső sugárszennyeződés belsővé?

Mire kell odafigyelni? Melyik típusú radioaktív anyagnál különösen fontos a belső sugárszennyeződés elkerülése? Miért?

12.Miért fontos a hatékony dekontamináció? Hogyan kell végezni?

Konzultáció:13.Mi a stochasztikus sugárkárosodás és mik a főbb

jellemzői? Hogyan mérhető a kockázat?14.Mi jellemző a sugárzás okozta daganatokra?15.Mennyi a lappangási ideje a daganatoknak?16.Hogyan változik a sugárzás okozta daganat incidencia

az életkor változásával? 17.Mi a különbség a sugárzás okozta leukémiák és egyéb

szolid tumorok között?18.Van-e a kis dózisoknak daganat indukáló hatásuk?

Ezek hogyan mérhetőek?19.Melyik daganattípus(ok) fordult(ak) elő a legnagyobb

számban a csernobili baleset után?

Konzultáció:20.Mi a zárt sugárforrásból történt sugárexpozíció

jellemzője?21.Mi a nyílt sugárforrásból történt sugárexpozíció

jellemzője?22.A sugársérült személy mentésekor mi az elsődleges

szempont?23.Mikor kell sugárvédelmi rendszabályokat életbe léptetni

a sugársérült személy mentésekor?