ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA Z MATERIĄ

1. ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA Z MATERIĄ TADEUSZ HILCZER

2. Plan wykładu Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny Wprowadzenie Podstawowe pojęcia Zderzenie i rozproszenie Przewodnictwo materii Naturalne źródła promieniowania jonizującego Oddziaływanie promieniowania jonizującego bezpośrednio Oddziaływanie promieniowania jonizującego pośrednio Źródła promieniowania jonizującego Pole promieniowania jonizującego Detekcja promieniowania Skutki napromieniowania materii żywej Dozymetria medyczna Ochrona przed promieniowaniem Osłony przed promieniowaniem

3. SKUTKI NAPROMIENIOWANIA MATERII ŻYWEJ

4. Jednostki • dawka ekspozycyjna - C/kg • jonizacja w jednostce masy powietrza pod wpływem promieniowania X lub g • dawka pochłonięta - grejGy= 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 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

5. 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. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

6. Skutki napromieniowania materii żywej Schemat procesów zmian popromiennych w organizmach żywych Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

7. Skutki napromieniowania materii żywej • 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. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

8. Skutki napromieniowania materii żywej • 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. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

9. Skutki napromieniowania materii żywej • 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. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

10. Skutki napromieniowania materii żywej • 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 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

11. Skutki napromieniowania materii żywej • 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. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

12. Skutki napromieniowania materii żywej • 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 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

13. 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 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

14. Rodzaje uszkodzeń popromiennych • 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 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

15. Rodzaje uszkodzeń popromiennych • 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. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

16. Rodzaje uszkodzeń popromiennych • 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 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

17. Rodzaje uszkodzeń popromiennych • jeden z rodzajów uszkodzenia chromosomów • promieniowanie • para homologicznych chromosomów w prawidłowej komórce • pęknięcie chromosomów • niewłaściwe połączenie pękniętych chromosomów (translokacja) Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

18. 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 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

19. 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 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

20. Promienioczułość • Całe ciało, jego części i narządy wewnętrzne można podzielić pod względem promienioczułości na cztery grupy: • najbardziej wrażliwe: gonady i szpik kostny; • 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); • wrażliwe: kości, tarczyca, skóra całego ciała; • słabo wrażliwe: ręce, przedramiona, stopy. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

21. Promienioczułość • Promienioczułość określa dawka śmiertelna • Dawka śmiertelna (letal dose) LD50/30 - śmierć 50% organizmów w ciągu 30 dni po napromieniowaniu Dawki śmiertelne Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

22. 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 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

23. 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 cytoplazmy Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

24. 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. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

25. 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. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

26. 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 510-2 Sv-1 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

27. 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 0,510-2 Sv-1. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

28. 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

29. 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. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny