Notiuni de Radioprotectie Si Radiobiologie(1)

NOTIUNI DE RADIOPROTECTIE SI RADIOBIOLOGIESef lucrari dr. Corina UrsulescuRadiologie-Imagistica MedicalaUMF Gr.T.Popa Iasi

I. Interactiunea razelor X cu materia: efecte biologice, accidente, incidente la utilizarea razelor X in scopuri medicalei

Primele observaii privind efectele radiaiilor1895 Roentgen descoper razele X1896 Se raporteaz primele arsuri radiologice1896 Se folosesc pentru prima oara radiaiile X in tratamentul cancerului1896 Becquerel descoper radioactivitatea1897 Se raporteaz primele cazuri de afeciuni cutanate1902 Prima raportare de cancer radio-indus1911 Primele raportri de leucemie si cancer pulmonar prin expunere profesionala la radiaii ionizante1911 Se raporteaz in Germania 94 de cazuri cu tumori (50 fiind radiologi)

ObiectiveIntelegerea diferitelor efecte ale radiaiilor ionizante la nivelul esuturilor umane;Aprecierea diferentelor dintre expunerea la doze mari si expunerea la doze mici; efectele deterministice si stocastice;Intelegerea ordinului de mrime al dozei si a efectului;Aprecierea riscului pe care l implica folosirea radiaiilor ionizante, ca punct de pornire pentru un sistem de radioprotecie

Doua obiective:Radioterapia folosete in mod deliberat radiaiile ionizante pentru a produce efecte deterministice (moartea celulelor tumorale) si in acest context sunt acceptate unele efecte deterministice sau stocastice ca si reacii adverseRadioprotecia are drept scop sa scad riscul efectelor inacceptabile la nivelul pacientului (=complicaiile), datorate greelilor sau practicilor suboptimale, precum si sa reduc riscul de apariie a efectelor la alte nivele .

Razele XRadiatie electromagnetica, 20000-150000eV;Proprietati similare undelor radio si luminii;Fotonii raze X au o energie de mii de ori mai mare decat fotonul de lumina (40000eV fata de 3eV pentru lumina albastra);Suficienta energie pentru a rupe legaturile chimice si a determina ionizarea moleculelor = radiatie ionizanta;

Razele XIradierea = datorata unei surse de radiatii plasata langa persoana expusa; se opreste cand sursa este indepartata (tubul de raze X este inchis);Contaminare = dupa injectarea de material radioactiv in pacient; continua sa emita radiatii pana cand materialul este eliminat prin injumatatire/excretie;

Razele XExpunere = cantitatea de radiatie prezenta la un moment dat intr-un punct al spatiului capabila sa produca iradiere;Determinarea expunerii masurarea ionizarii aerului de catre un fascicul de raze X (R);

1. Efectele radiaiilorRadiatiile ionizante interactioneaza la nivel celular prin:

ionizare

modificari chimice

efecte biologice

Razele XDoza = cantitatea de energie absorbita de un volum tisular (Gy);1 gray = energie de 1 J/Kg corp;

Efecte biologice substantiale se observa la doze ce depasesc 1 Gy;Radioterapia doze de 50Gy pe volum tumoral pentru a determina moartea celulara;O radiografie micro/mGy;Dozele ocupationale mGy/an;

Razele XCantitatea totala de energie ce ajunge la pacient depinde de:Parametrii electrici de operare a tubului de raze X;Filtrarea si colimarea fascicolului;Distanta tub- pacient;

Razele XFormarea unei imagini radiologice implica existenta:Unui fascicul incident;Interactiunii intre acest fascicul si tesuturile pacientului;Un fascicul emergent, modulat, care este detectat (film, ecran fluorescent, detectori);

Intensitatea fascicului incident este de 100 ori mai mare decat a celui emergent;

Razele XCalcularea riscului de iradiere~doza pe organ;radiosensibilitatea fiecarui tesut;

Nivelul radiatiei ambientale nu este un indicator direct al riscului biologic, deoarece un camp de iradiere uniform nu corespunde unei doze uniforme la nivelul persoanei expuse;Pielea este cea mai expusa (absorbtie) efecte

Razele XRisc initial piele cativa Gy;Fluoroscopie prelungita;Pentru a creste doza la nivelul receptorului este de preferat sa creasca kV tubului, care nu determina si cresterea dozei de intrare (aceeasi cantitate de raze X, dar cu penetrabilitate mai mare);

Razele XEfectele radiatiei ionizante:deterministice (arsuri de piele, caderea parului); moarte celulara masiva; saptamani-luni de la expunere;stocastice: ~doza, modificari ADN - cancer; perioada de latenta mare (ani);

Ruperea legaturilor chimice determina

Ruperea ADNLeziuni celulare letaleDistructii tisulare macroscopiceDoze miciDoze mai mariDoze foarte mari

EFECTELE RADIAIILOR IONIZANTE

INTERACIUNI ELECTRICE

APAR IONIZRI

MODIFICRI CHIMICE

EFECTE BIOLOGICE

PARTICULE NCRCATE

INTERACIUNI ELECTRICE

APAR IONIZRI

MODIFICRI CHIMICE

EFECTE BIOLOGICE

Efecte deterministiceSe datoreaz morii celulelorAu o doza-prag de cativa GraySunt specifice in funcie de esutul afectatSeveritatea efectului este dependenta de doza

Efecte stocasticeSe datoreaz modificrilor celulare (ADN) si proliferrii spre boli maligneSeveritatea este independenta de dozaNu exista doza-prag: efectele pot sa apar si la doze foarte miciProbabilitatea de apariie a efectului creste cu doza

aspecte de interpretare in practicaUnele complicaii sunt evenimente ce nu pot fi prevzute datorita variabilitatii individuale ale pacienilor acestea apar cu o frecventa sczuta (Raportul ICRP 86)

Radioprotecia trebuie sa se preocupe de evitarea expunerii nedorite (cum ar fi doza greita, pacientul ales greit) si de optimizarea expunerii pentru a reduce riscul de apariie a complicaiilor.

MECANISME DE ACIUNEACIUNE DIRECT afectare direct a ADNACIUNE INDIRECT afectarea moleculelor din preajma AND i producerea de radicali liberi

MECANISME GENERALE DE ACIUNE LA NIVEL MOLECULAR

ACTIUNE PEMACROMOLECULE

= Efect direct

Responsabil 20% de producerea leziunilor

MECANISME GENERALE DE ACIUNE LA NIVEL MOLECULAR

ACTIUNE ASUPRA APEI

= Efect indirectRADIOLIZA APEIRadicali liberiMacromolecule Responsabil 80% de producerea leziunilor

inta la nivelul celular: ADN

Principala int - ADN Exist evidene care sugereaz c principala int a radiaiilor ionizante, responsabil de afectarea celulei, este ADN-ul. Efectele prin expunere la doze mici i moderate (moartea celulei, mutageneza i transformarea malign) apar ca rezultat al afectrii ADN-ului celular. Se consider c radiaiile ionizante sunt ageni genotoxici clasici.

Procese ce determina efectele StadiuProces DurataFizice Absorptie de energie, ionizare 10-15 s

Fizico-chimiceInteraciunea ionilor cu moleculele, 10-6 sformarea de radicali liberi

Chimice Interaciunea radicalilor liberi cu secundemoleculele, celulele si ADN

BiologiceMoarte celulara, modificri genetice, zeci de minute pana la zeci de ani mutatii

Clasificarea efectelor se face dupa modul de evolutie 1. Non-letale = mentinerea capacitatii de reproducere, dar cu crestere incetinita2. Sub-letale = supravietiurea celulei cu capacitate normala de reproducere, dupa un timp de reparare a modificarilor3. Potential letale = posibilitatea de supravietuire, cu capacitate de reproducere dupa un timp de reparare a modificarilor4. Letale = pierderea capacitatii reproductive.

EFECTE LA NIVEL CELULARMOARTE CELULAR RADIOINDUS MODIFICRI FUNCTIONALE CELULARE

MUTATII

CANCERIZRI

EFECTE SISTEMICE (esut, organ, aparat)FACTORI CE DETERMIN SEVERITATEA AFECTRII CARACTERISTICILE RADIATIILOR Calitatea i energia; Doza absorbit; Rata dozei, fracionarea;CARACTERISTICILE TESUT/ORGAN Structura; Radiosensibilitatea celulelor componente; Citocinetica; Condiiile metabolice.

MANIFESTRI ALE EFECTELOR PE ESUT

- HIPOPLAZIA- APLAZIA- DISPLAZIA- INSUFICENE FUNCIONALE- FIBROZ- NECROZ

Efecte deterministiceSe datoreaz morii celulelorAu o doza pragSunt specifice pe tipul de esutSeveritatea efectului este dependenta de dozaAfectiune indusa de radiatii ionizante de la o sursa industriala

Exemple de efectedeterministiceModificri cutanateCataractaSterilitateInsuficienta renalaSindromul acut de iradiere (ntreg corpul)

Reacii la nivel cutanatAfectare cutanata dupa un examen fluoroscopic prelungit

Sheet1

Radrisk.xls2/10/01

Reference [47, Table 4-3], [48, Figure 4], [w-y] Cancer Excess Mortality (Attributable to Radiation Dose) and Years of Life Lost by Age at Exposure (death per Sv)

Age at exposureMale Mortality, all cancers (death per Sv)Female Mortality, all cancers (death per Sv)Age range at exposureMean Age of Range at ExposureAverage years of life remaining (male) [42], [z]Average years of life remaining (female) [42], [z]Male Mortality, all cancers [x] (death per Sv)Female Mortality, all cancers [x] (death per Sv)Years of Life Lost (male) [aa]Years of Life Lost (female) [aa]

85855.316.660.0110.0090.000.00

Tip de afectiuneDoza prag la piele(Sv)Sapt. pana la aparitie

eritem tranzitor precoce252

descuamare umeda154

eritem tardiv156-10

necroza dermica18>10

ulceratii secundare20>6

[w] The mortality risk values for ages

TRSTURI CARACTERISTICE ALE AFECTRILOR LOCALE- Lipsa / prezena n form abortiv a S.A.I.;-Efecte deterministice caracteristice esuturilor / organelor afectate;-Afectare a pielii +/- a organelor subiacente;-Simptomatologie variat n funcie de zona afectat;

TRSTURI CARACTERISTICE ALE AFECTRILOR LOCALE - Linie de demarcaie clar ntre zonele afectate n mod diferit;- Evoluie clinic stadializat (faz prodromal, perioad d