Радиация
<<  Селекция насекомых Технология определения концентрации дефектов в полупроводниках  >>
Радиационная защита в ядерной медицине
Радиационная защита в ядерной медицине
Цель
Цель
Содержание
Содержание
Часть 1. Биологические эффекты
Часть 1. Биологические эффекты
Ранние наблюдения воздействия ионизирующего излучения
Ранние наблюдения воздействия ионизирующего излучения
Последствия радиационного облучения
Последствия радиационного облучения
Радиационное излучение воздействует на основу жизни - клетку
Радиационное излучение воздействует на основу жизни - клетку
8
8
Критическая мишень: ДНК
Критическая мишень: ДНК
Взаимодействие ионизирующего излучения с ДНК
Взаимодействие ионизирующего излучения с ДНК
Повреждение ДНК
Повреждение ДНК
Облучение клетки
Облучение клетки
Результаты облучения клетки
Результаты облучения клетки
Как РЕПАРИРУЕТСЯ (восстанавливается) ДНК
Как РЕПАРИРУЕТСЯ (восстанавливается) ДНК
ДНК-лигаза сшивает разрыв
ДНК-лигаза сшивает разрыв
Репарация
Репарация
… Порядки величин
… Порядки величин
Гибель клетки Радиочувствительность
Гибель клетки Радиочувствительность
Радиочувствительность
Радиочувствительность
Биологические эффекты на клеточном уровне
Биологические эффекты на клеточном уровне
Факторы, влияющие на радиочувствительность
Факторы, влияющие на радиочувствительность
Выживаемость клеток Качествo излучения
Выживаемость клеток Качествo излучения
Схема ионизации
Схема ионизации
Биологические эффекты
Биологические эффекты
Продолжительность событий, ведущих к радиационным эффектам
Продолжительность событий, ведущих к радиационным эффектам
Часть 1. Биологические эффекты
Часть 1. Биологические эффекты
Последствия гибели клеток
Последствия гибели клеток
Детерминированные эффекты
Детерминированные эффекты
Пороговые дозы для детерминированных эффектов
Пороговые дозы для детерминированных эффектов
К вопросу о пороговых дозах
К вопросу о пороговых дозах
Соматические эффекты
Соматические эффекты
Воздействие на кожу
Воздействие на кожу
Воздействие на кожу
Воздействие на кожу
Воздействие на кожу
Воздействие на кожу
Воздействие на кожу
Воздействие на кожу
Воздействие на глаза
Воздействие на глаза
Повреждение глаз
Повреждение глаз
Реакция всего тела: взрослые
Реакция всего тела: взрослые
Летальная доза 50 / 30
Летальная доза 50 / 30
Облучение всего тела
Облучение всего тела
Облучение всего тела
Облучение всего тела
Часть 1. Биологические эффекты
Часть 1. Биологические эффекты
Стохастические эффекты ионизирующего излучения
Стохастические эффекты ионизирующего излучения
Стохастические эффекты ионизирующего излучения
Стохастические эффекты ионизирующего излучения
Стохастические эффекты ионизирующего излучения
Стохастические эффекты ионизирующего излучения
Генетические Эффекты
Генетические Эффекты
Генетические Эффекты
Генетические Эффекты
Часть 1. Биологические эффекты
Часть 1. Биологические эффекты
Чувствительность раннего зародыша
Чувствительность раннего зародыша
Частота пренатальной и неонатальной смертности и нарушений
Частота пренатальной и неонатальной смертности и нарушений
Предимплантация
Предимплантация
Предимплантационный этап (до 10 дней)
Предимплантационный этап (до 10 дней)
53
53
Опасность облучения плода
Опасность облучения плода
Радиационные пороки развития
Радиационные пороки развития
Воздействие на центральную нервную систему
Воздействие на центральную нервную систему
Гетеротопическое серое вещество (стрелки) вблизи желудочков у
Гетеротопическое серое вещество (стрелки) вблизи желудочков у
Влияние на эмбрион и плод
Влияние на эмбрион и плод
Влияние на эмбрион и плод
Влияние на эмбрион и плод
Лейкоз и Рак
Лейкоз и Рак
Лейкоз и Рак
Лейкоз и Рак
Часть 1. Биологические эффекты
Часть 1. Биологические эффекты
Оценка риска
Оценка риска
ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ИЗ: Хиросима и Нагасаки Заболевания:
ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ИЗ: Хиросима и Нагасаки Заболевания:
Группы населения использованые в докладах НКДАР
Группы населения использованые в докладах НКДАР
Как использовать эпидемиологические данные для оценки радиационных
Как использовать эпидемиологические данные для оценки радиационных
Кривая зависимости эффекта от дозы
Кривая зависимости эффекта от дозы
Смертность переживших атомные бомбардировки
Смертность переживших атомные бомбардировки
Последние данные из когорты Хиросимы и Нагасаки Дополнительные годы
Последние данные из когорты Хиросимы и Нагасаки Дополнительные годы
Радиационные риски
Радиационные риски
Что происходит на низко-дозовом конце кривой
Что происходит на низко-дозовом конце кривой
P = A*D + B*D2 P - вероятность индукции рака
P = A*D + B*D2 P - вероятность индукции рака
Эпидемиологические данные
Эпидемиологические данные
Рак
Рак
Канцерогенные эффекты
Канцерогенные эффекты
Динамика заболеваний раком со времени атомной бомбардировки
Динамика заболеваний раком со времени атомной бомбардировки
Изменение видов возникающих заболеваний раком со времен атомной бомбы
Изменение видов возникающих заболеваний раком со времен атомной бомбы
Модели прогноза
Модели прогноза
Радиационные риски
Радиационные риски
Риск (%/Зв) заболевания раком в зависимости от пола и возраста на
Риск (%/Зв) заболевания раком в зависимости от пола и возраста на
В течение жизни риск смерти от радиационно-индуцированного рака = 5%
В течение жизни риск смерти от радиационно-индуцированного рака = 5%
Эффекты при низких дозах
Эффекты при низких дозах
Неопределенности оценки риска смертельного заболевания раком (5% в Зв)
Неопределенности оценки риска смертельного заболевания раком (5% в Зв)
Неопределенности оценки риска развития смертельной рака
Неопределенности оценки риска развития смертельной рака
Радиационные риски - эмбрион и плода
Радиационные риски - эмбрион и плода
Типы эффектов после облучения в утробе матери
Типы эффектов после облучения в утробе матери
Радиационные риски для эмбриона и плода
Радиационные риски для эмбриона и плода
Самопроизвольный аборт > 15% Частота генетических аномалий 4-10%
Самопроизвольный аборт > 15% Частота генетических аномалий 4-10%
Вероятность рождения здоровых детей в зависимости от дозы облучения
Вероятность рождения здоровых детей в зависимости от дозы облучения
Примерная доза на все тело плода (мГр) в результате общих процедур
Примерная доза на все тело плода (мГр) в результате общих процедур
Дозы и риски от лучевой диагностики в утробе матери
Дозы и риски от лучевой диагностики в утробе матери
Комментарии по поводу плода/ эмбриона
Комментарии по поводу плода/ эмбриона
Шкала облучения
Шкала облучения
Пример расчета риска
Пример расчета риска
Радиационный риск в рентгеновских обследованиях
Радиационный риск в рентгеновских обследованиях
Радиационный риск в ядерной медицине
Радиационный риск в ядерной медицине
Средний годовой риск смерти в Великобритании от промышленных аварий и
Средний годовой риск смерти в Великобритании от промышленных аварий и
Средняя смертность в 1989 (10-6/год) Торговля 40 Производство 60
Средняя смертность в 1989 (10-6/год) Торговля 40 Производство 60
Риск
Риск
Риск
Риск
Вопросы
Вопросы
Обсуждение
Обсуждение
Обсуждение
Обсуждение
Обсуждение
Обсуждение
Где получить более подробную информацию
Где получить более подробную информацию

Презентация на тему: «Радиационная защита в ядерной медицине». Автор: IAEA. Файл: «Радиационная защита в ядерной медицине.ppt». Размер zip-архива: 7174 КБ.

Радиационная защита в ядерной медицине

содержание презентации «Радиационная защита в ядерной медицине.ppt»
СлайдТекст
1 Радиационная защита в ядерной медицине

Радиационная защита в ядерной медицине

Часть 1: Биологические эффекты ионизирующего излучения

2 Цель

Цель

Ознакомление с механизмами развития различных биологических эффектов вызываемых ионизирующим излучением и с результатами эпидемиологических исследований населения, подвергшегося воздействию ионизирующего излучения. Получение представлений о моделях, используемых для вычисления коэффициентов риска и для оценки ущерба

2

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

3 Содержание

Содержание

Основные понятия, клеточные эффекты Детерминированные эффекты Стохастические эффекты Влияние на эмбрион и плод Оценка риска

3

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

4 Часть 1. Биологические эффекты

Часть 1. Биологические эффекты

1.1. Основные понятия

5 Ранние наблюдения воздействия ионизирующего излучения

Ранние наблюдения воздействия ионизирующего излучения

1895 Рентгеновские лучи открыты Рентгеном 1896 Зарегистрированы первые ожоги кожи 1896 Первое использование рентгеновских лучей в лечении рака 1896 Беккерель: открытие радиоактивности 1897 Зарегистрированы первые случаи повреждения кожи 1902 Первое сообщение о раке, индуцированном рентгеновским излучением 1911 Первое сообщение о лейкозе и раке легких, вызванных профессиональным облучением 1911 Зарегистрированы 94 случая раковых опухолей в Германии (из которых 50 - у врачей радиологов)

5

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

6 Последствия радиационного облучения

Последствия радиационного облучения

Используются данные полученные из: исследований человека (эпидемиология) исследований на животных и растений (экспериментальная радиобиология) фундаментальных исследований клеток и их компонентов (клеточная и молекулярная биологии) Ключ к пониманию последствий облучения для здоровья – это взаимодействие между этими источниками информации.

6

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

7 Радиационное излучение воздействует на основу жизни - клетку

Радиационное излучение воздействует на основу жизни - клетку

7

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

8 8

8

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

9 Критическая мишень: ДНК

Критическая мишень: ДНК

9

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

10 Взаимодействие ионизирующего излучения с ДНК

Взаимодействие ионизирующего излучения с ДНК

Косвенное воздействие

Прямое воздействие

Фотон

Фотон

10

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

11 Повреждение ДНК

Повреждение ДНК

11

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

12 Облучение клетки

Облучение клетки

Излучение попадает в ядро клетки!

Без изменений

Мутация ДНК

12

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

13 Результаты облучения клетки

Результаты облучения клетки

Рак?

Мутация ДНК

Мутация устранена

Гибель клетки

Клетка выживает, но мутирует

Жизнеспособная клетка

Нежизнеспособная клетка

13

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

14 Как РЕПАРИРУЕТСЯ (восстанавливается) ДНК

Как РЕПАРИРУЕТСЯ (восстанавливается) ДНК

14

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

15 ДНК-лигаза сшивает разрыв

ДНК-лигаза сшивает разрыв

Репарация завершено.

ДНК репарирована без потери генетической информации

Измененное основание

Энзим гликозилаза обнаруживает нарушение и выщепляет поврежденные основания

Эндонуклеаза надрезает нити ДНК и выщепляет оставшийся сахар

ДНК-полимераза заполняет образовавшуюся брешь, но разрыв остается

15

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

16 Репарация

Репарация

Организм человека содержит около 1014 клеток. Поглощенная доза в 1 мГр в год (из естественных источников) будет производить около 1016 ионизаций, то есть 100 ионизаций на клетку. Если предположить, что масса ДНК составляет 1% от массы клетки, то результатом будет одна ионизация в ДНК-молекуле в каждой клетке тела каждый год.

16

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

17 … Порядки величин

… Порядки величин

999 из 1000 повреждений восстановлены 999 из 1000 поврежденных клеток погибает (не главная проблема, так как миллионы клеток умирают каждый день в каждом человеке) многие клетки могут жить с повреждением (могут быть мутированными)

17

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

18 Гибель клетки Радиочувствительность

Гибель клетки Радиочувствительность

Радиочувствительность (РЧ) = Вероятность повреждения клетки, ткани или органа в результате облучения на единицу дозы. Бергонье и Трибондо (1906): "законы радиочувствительности": РЧ будет больше, если клетка: Имеет продолжительную фазу митоза. Менее дифференцирована.

18

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

19 Радиочувствительность

Радиочувствительность

Высокая РЧ

Средняя РЧ

Низкая РЧ

Костный мозг Селезенка Тимус Лимфатические узлы Гонады Хрусталики глаз Лимфоциты (исключение из законов РЧ )

Кожа Мезодермальные органы (печень, сердце, легкие ...)

Мышцы Кости Нервная система

19

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

20 Биологические эффекты на клеточном уровне

Биологические эффекты на клеточном уровне

Экспоненциальный

Возможные механизмы клеточной смерти: Физическая смерть Функциональная смерть Смерть во время интерфазы Митотические задержки Репродуктивная смерть

Dq

D0

Клеточные эффекты ионизирующего излучения изучаются используя кривые выживаемости клеток

Доза

N = мишени

% Выживаемости клеток (полу логарифмическая шкала)

100%

(Предел)

(Радиочувствительность)

20

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

21 Факторы, влияющие на радиочувствительность

Факторы, влияющие на радиочувствительность

? Лпэ

? Лпэ

Физические ЛПЭ (линейная передача энергии): ? РЧ Мощность дозы: ? РЧ Температура ? РЧ Химические Увеличение РЧ: КИСЛОРОД, цитотоксические препараты. Снижение РЧ: СЕРА (цистеамин ...) Биологические Фаза клеточного цикла: ? РЧ: G2, M ? РЧ: S Репарация повреждений (суб-летальные повреждения могут быть восстановлены, например при фракционированной дозе)

% Выживших клеток

G0

M

G2

G1

S

21

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

22 Выживаемость клеток Качествo излучения

Выживаемость клеток Качествo излучения

Низкая ЛПЭ

Выжившая доля

Низкая ЛПЭ

Высокая ЛПЭ

Высокая ЛПЭ

Поглощенная доза

ЛПЭ (линейная передача энергии) - количество энергии (МэВ), которую частицы теряют во время прохождения определенного расстояния (м) в материале.

22

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

23 Схема ионизации

Схема ионизации

Adapted from Marco Zaider (2000)

23

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

24 Биологические эффекты

Биологические эффекты

Детерминированные эффекты

Стохастические эффекты

Прямые эффекты

Косвенные эффекты

Репарация

Первичное повреждение

Гибель клетки

Изменение клетки

Повреждение органа

Соматические клетки

Эмбриональная клетка

Смерть организма

Рак Лейкоз

Наследственные эффекты

24

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

25 Продолжительность событий, ведущих к радиационным эффектам

Продолжительность событий, ведущих к радиационным эффектам

Физические взаимодействия

Физико-химические взаимодействия

Биологическая реакция

Медицинские последствия

Аккумуляция энергии Возбуждение/ионизация Начальные треки частиц Формирование радикалов Диффузия, химические реакции Начальное повреждение ДНК 1мс Разрыв ДНК/ повреждение основания 1секунда Процесс репарации Фиксация повреждений 1 час Смерть клеток 1 день Мутации/преобразования/аберрации Пролиферация поврежденных клеток 1 год Стимуляция/завершение Тератогенез Рак 100 лет Наследственные эффекты

ВРЕМЯ (сек)

25

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

26 Часть 1. Биологические эффекты

Часть 1. Биологические эффекты

1.2. Детерминированные эффекты

27 Последствия гибели клеток

Последствия гибели клеток

Вероятность смерти

100%

Доза (мЗв)

D

27

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

28 Детерминированные эффекты

Детерминированные эффекты

Пороговая

Доза

Величина эффекта

Частота

Поглощенная доза

Более радиорезистентный

Более радиочувствительный

Диагностический

Порог

28

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

29 Пороговые дозы для детерминированных эффектов

Пороговые дозы для детерминированных эффектов

Катаракта хрусталика глаза 2-10 Гр Необратимое бесплодие мужчины 3.5-6 Гр женщины 2.5-6 Гр Временное бесплодие мужчины 0.15 Гр женщины 0.6 Гр

29

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

30 К вопросу о пороговых дозах

К вопросу о пороговых дозах

Пороговые дозы зависят от режима облучения: одна высокая доза - наиболее эффективна фракционирование значительно увеличивает порог дозы в большинстве случаев уменьшение мощности дозы увеличивает порог в большинстве случаев Пороговые дозы могут отличаться для разных лиц

30

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

31 Соматические эффекты

Соматические эффекты

Эффекты могут быть морфологическими и / или функциональными Факторы: Какой Орган Какая Доза Эффекты Немедленные (как правило, обратимый): < 6 месяцев, например: воспаление, кровотечение. Отсроченные (как правило, необратимый): > 6 месяцев, например: атрофия, склероз, фиброз. Критерии дозы < 1 Гр: НИЗКАЯ ДОЗА 1-10 Гр: СРЕДНЯЯ ДОЗА > 10 Гр: ВЫСОКАЯ ДОЗА Регенерация - это замещение оригинальной тканью, в то время как Репарация - это замещение соединительной тканью.

31

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

32 Воздействие на кожу

Воздействие на кожу

Согласно РЧ законам (Бергонье и Трибондо), наиболее РЧ клетками являются клетки из базального слоя эпидермиса. Эффекты: Эритема: 1-24 часа после облучения около 3-5 Гр Аллопеция: 5 Гр обратимая; 20 Гр необратимая. Пигментация: Реверсивная, появится через 8 дней после облучения Сухая или влажная десквамация: переходит в эпидермальную гипоплазию (доза около 20 Гр). Отсроченные эффекты: телеангиэктазия, фиброз.

Базальный слой клеток, высоко митотический, некоторые из клеток содержат меланин, отвечающий за пигментацию.

Гистологический вид кожи

32

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

From “Atlas de Histologia...”. J. Boya

33 Воздействие на кожу

Воздействие на кожу

Повреждение

Пороговая доза для кожи (Зв)

Недели до начала

Ранняя эритема

Ранняя эритема

Повреждение кожи от длительного рентгеновского облучения

Временная эпиляция

Основная эритема

Постоянная эпиляция

Сухая десквамация

Инвазивный фиброз

Атрофия кожи

Телеангиэктазия

Влажная десквамация

Поздняя эритема

Некроз кожи

Вторичное образование язв

33

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

34 Воздействие на кожу

Воздействие на кожу

При работе с неэкранированными шприцами и пробирками, содержащими радиоактивный материал, пороговая доза облучения кожи для эритемы будет достигнута за короткое время. Пример: мощность дозы на поверхности флакона содержащего 30 ГБк Tc99m имеет порядок 2 Гр / ч Это означает, что пороговая доза будет достигнута после 2 ч облучения. Это соответствует 36 с каждый рабочий день в году

34

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

35 Воздействие на кожу

Воздействие на кожу

Пример После экстравазальноео введения 500 МБк Tc99m радиофармпрепарата, локальная поглощенная доза в месте инъекции может достигнуть 5-20 Гр!

35

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

36 Воздействие на глаза

Воздействие на глаза

Хрусталик глаза очень радиочувствителен (РЧ). Коагуляция белков происходит при дозах превышающих 2 Гр. 2 основных эффекта:

0.5-2.0

> 0.1

Нарушение зрения (катаракта)

5.0

> 0.15

Гистологическое строение глаза:

Хрусталик глаза очень РЧ, более того, они окружены кубовидными клетками с высокой РЧ

Эффект

Зв одно короткое воздействие

Зв / год в течение многих лет

Обнаруживаемые помутнения

36

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

From “Atlas de Histologia...”. J. Boya

37 Повреждение глаз

Повреждение глаз

1 = помутнение в задней субкапсулярной катаракте

2 = перинуклеарная точка непрозрачности

37

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

38 Реакция всего тела: взрослые

Реакция всего тела: взрослые

Синдром острого облучения (Острая лучевая болезнь)

Синдром хронического облучения

Клиническое облучение всего тела или части Механизм: нейровегетативные расстройства Ощущение слабости Довольно часто при фракционированной лучевой терапии

Время выживания

CNS

Доза

1-10 Гр

10-50 Гр

> 50 Гр

Смертельная доза 50 / 30

BMS (костно-мозговая)

GIS (желудочно-кишечная)

(Центральная нервная система)

38

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

39 Летальная доза 50 / 30

Летальная доза 50 / 30

Это выражение эффекта облучения как процент смертельных исходов в зависимости от времени. Оно означает: «Доза, которая бы привела к смерти 50% населения в течение 30 дней". Её величина для людей составляет около 2-3 Гр облучения всего тела.

39

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

40 Облучение всего тела

Облучение всего тела

Поглощенная доза (Гр)

Синдром

Симптомы

1-10

Костномозговой

Лейкопения, тромбопения, кровотечение, инфекции

10-50

Желудочно-кишечный

Диарея, лихорадка, электролитический дисбаланс

>50

Неврологи-ческий

Судороги, дрожь, атаксия, сонливость, нарушение зрения, кома

40

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

41 Облучение всего тела

Облучение всего тела

Поглощенная доза (Гр)

Терапия

Прогноз

Летальность

1-10

Симптоматическая Переливание лейкоцитов и тромбоцитов. Трансплантация костного мозга Факторы, стимулирующие рост

От отлично до неопределен-ности

0-90%

90-100%

10-50

Паллиативная

Очень плохо

100%

>50

Безнадёжно

Симптоматическая

41

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

42 Часть 1. Биологические эффекты

Часть 1. Биологические эффекты

1.3. Стохастические эффекты

43 Стохастические эффекты ионизирующего излучения

Стохастические эффекты ионизирующего излучения

Лейкоз в Японии на 100,000

43

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

44 Стохастические эффекты ионизирующего излучения

Стохастические эффекты ионизирующего излучения

Медицинские последствия Чернобыльской аварии 1800 детей с диагнозом рака щитовидной железы (1998)

44

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

45 Стохастические эффекты ионизирующего излучения

Стохастические эффекты ионизирующего излучения

45

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

46 Генетические Эффекты

Генетические Эффекты

10 20 30 40 Поглощенная доза (Гр)

Частота (%)

10 5 0

46

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

47 Генетические Эффекты

Генетические Эффекты

Ионизирующее излучение, как известно, является причиной наследственных мутаций во многих растениях и животных НО интенсивные исследования 70000 потомков, переживших атомные бомбы, не показали увеличение врожденных аномалий, рака, хромосомных аберраций в циркулирующих лимфоцитах или мутационные изменения белков крови.

Neel et al. Am. J. Hum. Genet. 1990, 46:1053-1072

47

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

48 Часть 1. Биологические эффекты

Часть 1. Биологические эффекты

1.4. Влияние радиации на эмбрион и плод

49 Чувствительность раннего зародыша

Чувствительность раннего зародыша

До начала 1980-х, ранний зародыш считался очень чувствительным к радиации - хотя никто не знал, насколько чувствительным. На самом деле: органогенез начинается через 3-5 недель после зачатия В период до органогенеза высокое радиационное воздействие может привести к повреждению имплантата. Низкие дозы могут не приводить к каким-либо наблюдаемым эффектам.

49

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

50 Частота пренатальной и неонатальной смертности и нарушений

Частота пренатальной и неонатальной смертности и нарушений

Hall, Radiobiology for the Radiologist pg 365

50

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

51 Предимплантация

Предимплантация

51

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

52 Предимплантационный этап (до 10 дней)

Предимплантационный этап (до 10 дней)

Только летальный эффект: «все или ничего» Эмбрион содержит лишь несколько клеток, которые не являются специФИЧНЫМИ Если слишком много клеток повреждены -эмбрион рассасывается Если только несколько убитых, остальные плюрипотентные клетки заменяют потери клеток в течение нескольких клеточных делений У жертв атомных бомбардировок - высокая частота как нормальных родов, так и самопроизвольных абортов

52

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

53 53

53

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

54 Опасность облучения плода

Опасность облучения плода

Существует опасность облучения во время беременности, которая зависит от стадии беременности и поглощенной дозы Опасность облучения является наиболее серьезной во время органогенеза и впериод раннего развития плода; она несколько меньше во 2-ом триместре и еще меньше в третьем триместре

Наибольшая опастность

Меньшая

Наименьшая

54

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

55 Радиационные пороки развития

Радиационные пороки развития

Пороки развития имеют пороговую дозу 100-200 мГр или выше и, как правило, связаны с центральной нервной системой Дозы на плод в 100 мГр не достигаются даже при проведении 3-х тазовых КТ или 20 обычных диагностических рентгеновских исследований Эти уровни могут быть достигнуты при рентгеноскопических интервенционных процедурах таза и при лучевой терапии

55

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

56 Воздействие на центральную нервную систему

Воздействие на центральную нервную систему

На 8-25 неделях после зачатия, ЦНС особенно чувствительна к радиации Доза на плод выше 100 мГр может привести к некоторому снижению IQ (коэффициент интеллекта) Дозы на плод в диапазоне от 1000 мГр может привести к тяжелой умственной отсталости особенно на 8-15 неделях и в меньшей степени на 16-25 неделях

56

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

57 Гетеротопическое серое вещество (стрелки) вблизи желудочков у

Гетеротопическое серое вещество (стрелки) вблизи желудочков у

умственно отсталых людей, возникающие в результате высокой дозы внутриутробного радиационного облучения

57

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

58 Влияние на эмбрион и плод

Влияние на эмбрион и плод

58

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

59 Влияние на эмбрион и плод

Влияние на эмбрион и плод

Возраст

Порог для летального эффекта (мГр)

Порог для пороков развития (мГр)

1 день

100

Не влияет

14 дней

250

-

18 дней

500

250

20 дней

>500

250

50 дней

>1000

500

50 дней до рождения

>1000

>500

59

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

60 Лейкоз и Рак

Лейкоз и Рак

Было показано, что радиация приводит к увеличению риска лейкемии и многих видов рака у взрослых и детей Считается, что на протяжении большей части беременности, эмбрион / плод имеет примерно тот же риск канцерогенных эффектов, что и дети

60

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

61 Лейкоз и Рак

Лейкоз и Рак

Фетальная дозой 10мГр может приводить к увеличению относительного риска до 1.4 (т.е. будет на 40% больше, чем нормальная частота) Индивидуальный риск, однако, достаточно мал. Риск рака в возрасте 0-15 лет приводит примерно к 1 избыточной смерти на 1700 детей, "внутриутробно" подвергшихся облучению дозой 10 мГр

61

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

62 Часть 1. Биологические эффекты

Часть 1. Биологические эффекты

1.5. Оценка риска

63 Оценка риска

Оценка риска

Риск = вероятность эффекта Могут рассматриваться различные эффекты - нужно внимательно смотреть на то, что определяется как «эффект». Например, смертность связанная с раком щитовидной железы не совпадает с заболеваемостью раком щитовидной железы!!!! Риск зачастую оценивают для высоких доз, а затем экстраполируют до низких доз

63

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

64 ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ИЗ: Хиросима и Нагасаки Заболевания:

ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ИЗ: Хиросима и Нагасаки Заболевания:

анкилозирующий спондилоартрит рак шейки матки туберкулез мастит стригущий лишай расширение тимуса тиреотоксикоз гемангиомы и другие еще могут проявиться Чернобыль Река Теча Семипалатинск Невада ……..

64

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

65 Группы населения использованые в докладах НКДАР

Группы населения использованые в докладах НКДАР

Характеристика

Пережившие атомную бомбу

Спондилит

Рак шейки матки

Количество

Возраст при облучении

23,0 г

7,6 г

28,8 г

Средняя доза

0,24 Гр

1,9 Гр

Диапазон доз

0,01 – 6,0 Гр

0 – 8,06 Гр

Неоднородный

Мгновенный / всего тела

Хронический / частичный

Тип облучения

Средняя продолжительность наблюдения

Фракционированный / частичный

65

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

66 Как использовать эпидемиологические данные для оценки радиационных

Как использовать эпидемиологические данные для оценки радиационных

рисков при малых дозах?

66

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

67 Кривая зависимости эффекта от дозы

Кривая зависимости эффекта от дозы

Хиросима Нагасаки

Частота лейкоза (случаи/1 миллион)

Эквивалентная доза (мЗв)

67

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

68 Смертность переживших атомные бомбардировки

Смертность переживших атомные бомбардировки

Кривая зависимости от дозы для Солидного Рака Зависимость дозы линейна примерно до 3 Зв с наклоном 0,37 ERR/Зв Повышенный риск в течении жизни на Зв для тех, кто подвергся облучению в возрасте 30 лет оценивается в 0,10 и 0,14 для мужчин и женщин соответственно Было показано, что «самая низкая доза, при которой происходит статистически значимое превышение риска» равна 50 мЗв

Pierce DA et al, Rad Res 1996; 146:1-27

68

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

69 Последние данные из когорты Хиросимы и Нагасаки Дополнительные годы

Последние данные из когорты Хиросимы и Нагасаки Дополнительные годы

1986-1990 В настоящее время в живых осталось 10 500 выживших с DS86-дозиметрией из общего числа населения 86 572, которые были облучены 44% умерли к концу 1990 года. Данные неполные потому, что смерти в первые пять лет не были включены. 7 827 умерли от рака, что соответствует 420 избыточным смертям от рака. Избыточные 1945-1950 1950-90 (1986-90) Лейкемия ? 87 (3) Солидный рак ? 335 (88) ------------------------------------------------------------------- 420 Риск для детей / риск для взрослых = 1,4 – 1,7

69

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

70 Радиационные риски

Радиационные риски

Линейно-квадратичная модель

Наблюдения

Поглощенная доза

Вероятность смертельного рака

Детерминированные эффекты

70

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

71 Что происходит на низко-дозовом конце кривой

Что происходит на низко-дозовом конце кривой

Линейная экстраполяция Пороговая доза Более низкий риск на единицу дозы для малых доз Более высокий риск на единицу дозы для малых доз

71

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

72 P = A*D + B*D2 P - вероятность индукции рака

P = A*D + B*D2 P - вероятность индукции рака

Фактор А/B называется КЭДМД (коэффициент эффективности дозы и мощности дозы, DDREF). МКРЗ приняла КЭДМД = 2.0 для излучения с низкой ЛПЭ, низких доз и низких мощностей дозы.

Низкие дозы: <0.2 Гр(Зв) Низкие мощности дозы: < 0.1 Гр(Зв)/час (МКРЗ) 0.1 Гр(Зв)/день (НКРЗ Англии)

72

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

73 Эпидемиологические данные

Эпидемиологические данные

Линейная Беспороговая Гипотеза (ЛНГ): эффект уменьшается при низких дозах и мощностях в 2 раза - в общем согласуется с данными

Доза (мГр)

Смерть от рака/год/1M людей

Природные смертности от рака

Дополнительные смерти от рака из-за облучения

73

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

74 Рак

Рак

Начало предварительная стадия рака промоция рост обнаружение метастаз

Скрытый (латентный) период период болезни смерть уменьшение лет жизни

Ликвидация и репарация

74

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

75 Канцерогенные эффекты

Канцерогенные эффекты

Наблюдения за пережившими атомные бомбардировки показала: риск лейкемии достиг пика через 10 лет после облучения рак щитовидной железы был первым выявленным солидным раком заболеваемость раком молочной железы была выше у молодых женщин, чем у пожилых женщин другие виды рака, с латентным периодом до 30 лет, включали рак легких, желудка, толстой кишки, мочевого пузыря и пищевода

Shimizu et al JAMA 1990, 264:601-604

75

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

76 Динамика заболеваний раком со времени атомной бомбардировки

Динамика заболеваний раком со времени атомной бомбардировки

Другие виды рака

Лейкемия

Время после облучения (лет)

76

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

77 Изменение видов возникающих заболеваний раком со времен атомной бомбы

Изменение видов возникающих заболеваний раком со времен атомной бомбы

Латентный период Период ожидаемого роста Период наблюдаемого роста

77

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

78 Модели прогноза

Модели прогноза

Предсказание заболеваемости на период оставшейся жизни, сравнение абсолютных и относительных моделей риска

Частота заболевания

Частота заболевания

Абсолютный риск

Относительный риск

0 xo xo+l 90 0 xo xo+l 90

Частота заболевания после облучения

Спонтанная заболеваемость

ICRP 60

78

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

79 Радиационные риски

Радиационные риски

Эффект

Население

Период облучения

Вероятность

Наследственные заболевания

Все население

В течение жизни

1 %/Зв (все поколения)

Смертельный рак

Работающее население

В течение жизни

5 %/Зв

Смертельный рак

Работающее население

Возраст 18-65

4 %/Зв

Ущерб здоровью

Все население

В течение жизни

7,3 %/Зв

Ущерб здоровью

Работающее население

Возраст 18-65

5,6 %/Зв

79

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

80 Риск (%/Зв) заболевания раком в зависимости от пола и возраста на

Риск (%/Зв) заболевания раком в зависимости от пола и возраста на

момент облучения

20 15 10 5 0

Мужской Женский

0 10 20 30 40 50 60 70 80 (возраст на момент облучения)

80

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

81 В течение жизни риск смерти от радиационно-индуцированного рака = 5%

В течение жизни риск смерти от радиационно-индуцированного рака = 5%

на зиверт

НКДАР ООН недавно (2000) уточнил риск развития рака в результате облучения. Для населения всех возрастов и обоих полов, в течение жизни риск смерти от радиационно-индуцированного рака после острой дозы 1000 мЗв составляет около 9% для мужчин и 13% для женщин или 11% в среднем. Применяя КЭДМД (DDREF) равный 2, эти данные подтверждают оценки МКРЗ сделанные 10 лет назад.

81

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

82 Эффекты при низких дозах

Эффекты при низких дозах

В последнем пожизненном исследовании жителей Хиросимы и Нагасаки (1986-1990), LSS доклад 12, (Pierce и др.., 1996) обнаружили, что номинальные оценки рисков (5% на Зв) применимы для малых доз вплоть до примерно 50 мЗв. Для рака у детей, вызванного облучением плода, было обнаружены, очень похожие оценки риска (6% на Зв), которые применимы к дозам 10 мЗв (Doll и Wakeford, 1997). Ожидается, что оценки риска и неопределенности, связанные с ними, правомерны при низких дозах.

82

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

83 Неопределенности оценки риска смертельного заболевания раком (5% в Зв)

Неопределенности оценки риска смертельного заболевания раком (5% в Зв)

Распределение вероятностей коэффициента риска в течение жизни. 90%-ый доверительный интервал показан стрелками (5% следует понимать как диапазон 1% - 9%).

Диаграмма частоты Показаны 100 000 испытаний

Вероятность

0.027

0.020

0.013

0.007

0.000

0.00

2.75

5.50

8.25

11.0

Коэффициент риска в течение жизни (%/Зв)

8.84

1.20

NCRP, 1997

83

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

84 Неопределенности оценки риска развития смертельной рака

Неопределенности оценки риска развития смертельной рака

Диаграмма чувствительности неопределенности оценки риска к влиянию различных факторов (ля население всех возрастов) From NCRP, 1997

84

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

85 Радиационные риски - эмбрион и плода

Радиационные риски - эмбрион и плода

Пороговая доза детерминированных эффектов 50-100 мЗв Умственная отсталость 40% / Зв Рак и лейкоз в возрасте до 10 лет 2% / Зв в течение жизни 15% / Зв Наследственные заболевания 1% / Зв

85

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

86 Типы эффектов после облучения в утробе матери

Типы эффектов после облучения в утробе матери

0.06

86

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

87 Радиационные риски для эмбриона и плода

Радиационные риски для эмбриона и плода

Другие причины 3? 10-3 4? 10-2 7? 10-3 1? 10-3 0.2 Данные из Швеции 1992

87

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

88 Самопроизвольный аборт > 15% Частота генетических аномалий 4-10%

Самопроизвольный аборт > 15% Частота генетических аномалий 4-10%

Задержка внутриутробного развития 4% Частота серьезных пороков 2-4%

Риски для беременных женщин не подвергавшихся медицинскому облучению

88

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

89 Вероятность рождения здоровых детей в зависимости от дозы облучения

Вероятность рождения здоровых детей в зависимости от дозы облучения

89

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

90 Примерная доза на все тело плода (мГр) в результате общих процедур

Примерная доза на все тело плода (мГр) в результате общих процедур

ядерной медицины, проведенных в начале или в конце беременности

90

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

91 Дозы и риски от лучевой диагностики в утробе матери

Дозы и риски от лучевой диагностики в утробе матери

Облучение Средняя доза Наследственная Смертельный плода (мГр) болезнь рак к 14 годам Рентген Живот 2.6 6.2 10-5 7.7 10-5 Бариевая клизма 16 3.9 10-4 4.8 10-4 Пища с барием 2.8 6.7 10-5 8.4 10-5 Внутривенная урография 3.2 7.7 10-5 9.6 10-5 Поясничный отдел позвоночника 3.2 7.6 10-5 9.5 10-5 Таз 1.7 4.0 10-5 5.1 10-5 Компьютерная томография Живот 8.0 1.9 10-4 2.4 10-4 Поясничный отдел позвоночника 2.4 5.7 10-5 7.1 10-5 Таз 25 6.1 10-4 7.7 10-4 Ядерная медицина Tc остеосцинтиграфия 3.3 7.9 10-4 1.0 10-4 Tc сцинтиграфия мозга 4.3 1.0 10-5 1.3 10-4

91

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

92 Комментарии по поводу плода/ эмбриона

Комментарии по поводу плода/ эмбриона

Плод / эмбрион является более чувствительным к ионизирующей радиации, чем взрослый человек Увеличение частоты спонтанных абортов в первые дни после зачатия Увеличение заболеваемости: Умственная отсталость Микроцефалия (малый размер головы), особенно при облучении в 8-15 недель после зачатия Пороки развития: скелетные, замедленный рост, генитальный Более высокий риск рака (особенно лейкемии) И в детстве, и позднее в жизни

92

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

93 Шкала облучения

Шкала облучения

Типичная процедура радио-терапии

Остеосцинтиграфия

Компьютерная томография

Годовой Фон

Смерть от рака/год/1Mлн. людей

Доза (мГр)

Спонтанная смертность от рака

Дополнительные смерти от рака из-за излучения

93

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

94 Пример расчета риска

Пример расчета риска

Предположим Риск 0,05 на Зв 1000 человек подвергаются до 5 мЗв / год в течение 20 лет Ожидаемые дополнительные смерти от рака: 0.05 [рак / Зв] x0.005 [Зв / год] x20 [лет] x1000 [людей] = 5 дополнительных смертей от рака из-за излучения (5 / 1000) Население в целом: 23% (230/1000) всех смертей - от рака (на этом фоне трудно определить 5 дополнительных вызванных радиацией) Расчеты становятся более сложными при учёте индивидуального облучения органов и тканей по сравнению с общим облучением тела

94

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

95 Радиационный риск в рентгеновских обследованиях

Радиационный риск в рентгеновских обследованиях

Обследование Доза в коже Эффективная доза Риск (мГр) (мГр) (%) Урография 30 8 0.04 Поясничный отдел позвоночника 40 5 0.025 Живот 10 2.5 0.013 Грудь 2 0.25 0.0013 Конечности 3 0.025 0.00013

95

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

96 Радиационный риск в ядерной медицине

Радиационный риск в ядерной медицине

Обследование Радиофармпрепарат Эффективная доза Риск (мЗв) (%) Сердце Tl-201 хлорид 23 0.12 Кость Tc-99m MDP 3.6 0.018 Щитовидная железа Tc-99m пертехнетат 1.1 0.006 Легкие Tc-99m MAA 0.9 0.005 Почечный клиренс Cr-51 EDTA 0.01 0.00005

96

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

97 Средний годовой риск смерти в Великобритании от промышленных аварий и

Средний годовой риск смерти в Великобритании от промышленных аварий и

от рака вызванного работой с радиацией

Добыча угля

Добыча нефти и газа

Строительство

Радиация (1,5 мЗв / год)

Вся промышленность

Химическое производство

Из

Из

Из

Из

Из

Из

Из

Все услуги

Из

From L Collins 2000

Металлургическая промышленность

Эти цифры можно сравнить с оценкой 1 из 17000 соответствующей 1,5 мЗв / год полученных работниками имеющими дело с радиацией

97

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

98 Средняя смертность в 1989 (10-6/год) Торговля 40 Производство 60

Средняя смертность в 1989 (10-6/год) Торговля 40 Производство 60

Обслуживание 40 Правительство 90 Транспорт / utilities 240 Строительство 320 Сельское хозяйство 400 Шахты / карьеры 430

Сравнение рисков для человека, работающего с излучением, с рисками в других сферах деятельности

Безопасные отрасли промышленности. Эквивалентно 2 мЗв / год (100 мЗв в течение всей жизни)

Эквивалентно максимально допустимому профессиональному облучению (20 мЗв / год или 1000 мЗв в течение всей жизни)

98

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

99 Риск

Риск

Следующая деятельность, сопоставима с риском смерти 1 / 1000000

10 дней работы в отделении ядерной медицины выкуривание 1,4 сигареты 2 дня жизни в загрязненном городе 6 мин путешествия в каноэ 1,5 мин альпинизма 480 км поездки в автомобиле 1600 км полета на самолете 2 месяца жизни вместе с курильщиком распитие 30 банок содовых напитков

99

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

100 Риск

Риск

Мужчина не состоящий в браке 3500 дней Курящий человек 2250 дней Женщина не состоящая в браке 1600 дней 30% избыточного веса 1300 дней Рак 980 дней Строительные работы 300 дней Автомобильная авария 207 дней Несчастный случай дома 95 дней Административная работа 30 дней Радиологическое обследование 6 дней

Ожидаемое сокращение продолжительности жизни

100

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

101 Вопросы

Вопросы

101

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

102 Обсуждение

Обсуждение

Женщина была направлена на остеосцинтиграфию. После прохождения обследования выяснилось, что она беременна на самом раннем этапе. Она очень обеспокоена и хочет сделать аборт. Обсудите, что делать.

102

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

103 Обсуждение

Обсуждение

Фракционирование дозы приводит к: повышенной радиационной чувствительности по отношению к фотонам? сниженной радиочувствительности по отношению к фотонам? сниженной радиочувствительности по отношению к тяжелым заряженным частицам? повышенной радиационной чувствительности по отношению к тяжелым заряженным частицам?

103

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

104 Обсуждение

Обсуждение

Пациент (радиобиолог) хочет знать какой радиационный риск он получит при обследовании мозгового кровотока (1000 МБк 99mTc). Что ответить?

104

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

105 Где получить более подробную информацию

Где получить более подробную информацию

Другие лекции Часть 2 Радиационная физика Дополнительные материалы WHO/IAEA. Manual on Radiation Protection in Hospital and General Practice. Volume 1. Basic requirements (draft manuscript) ICRP publications (41, 60, 84) UNSCEAR reports ALPEN E.L Radiation Biophysics. Academic Press, 1998 RUSSEL, J.G.B., Diagnostic radiation, pregnancy and termination, Br. J. Radiol. 62 733 (1989) 92-3.

105

Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

«Радиационная защита в ядерной медицине»
http://900igr.net/prezentacija/obg/radiatsionnaja-zaschita-v-jadernoj-meditsine-162064.html
cсылка на страницу
Урок

ОБЖ

59 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по ОБЖ > Радиация > Радиационная защита в ядерной медицине