International Atomic Energy Agency РАДИАЦИОННАЯ ЗАЩИТА В ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЕ Часть 1: Биологические эффекты ионизирующего излучения. - презентация

1 International Atomic Energy Agency РАДИАЦИОННАЯ ЗАЩИТА В ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЕ Часть 1: Биологические эффекты ионизирующего излучения

2 Nuclear Medicine Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения 2 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

3 Nuclear Medicine 3 СОДЕРЖАНИЕ Основные понятия, клеточные эффекты Детерминированные эффекты Стохастические эффекты Влияние на эмбрион и плод Оценка риска Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

4 International Atomic Energy Agency Часть 1. Биологические эффекты 1.1. Основные понятия

5 Nuclear Medicine 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) Ранние наблюдения воздействия ионизирующего излучения Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

6 Nuclear Medicine 6 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. Последствия радиационного облучения Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

7 Nuclear Medicine 7 Хромосомы Радиационное излучение воздействует на основу жизни - клетку Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

8 Nuclear Medicine 8 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

9 Nuclear Medicine 9 Критическая мишень: ДНК Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

10 Nuclear Medicine 10 Взаимодействие ионизирующего излучения с ДНК ПРЯМОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ КОСВЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ФОТОН Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения ФОТОН

11 Nuclear Medicine 11 Повреждение ДНК Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

12 Nuclear Medicine 12 излучение попадает в ядро клетки! Без изменений Мутация ДНК Облучение клетки Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

13 Nuclear Medicine 13 Мутация ДНК Клетка выживает, но мутирует Рак? Гибель клетки Мутация устранена Нежизнеспособная клетка Жизнеспособная клетка Результаты облучения клетки Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

14 Nuclear Medicine 14 Как РЕПАРИРУЕТСЯ (восстанавливается) ДНК ? Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

15 Nuclear Medicine 15 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 ДНК-лигаза сшивает разрыв. Репарация завершено. ДНК репарирована без потери генетической информации Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

16 Nuclear Medicine 16 Репарация Организм человека содержит около клеток. Поглощенная доза в 1 мГр в год (из естественных источников) будет производить около 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. Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

17 Nuclear Medicine 17 … 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) Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

18 Nuclear Medicine 18 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. Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

19 Nuclear Medicine 19 РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ Высокая РЧСредняя РЧНизкая 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 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

20 Nuclear Medicine 20 Биологические эффекты на клеточном уровне Возможные механизмы клеточной смерти: Физическая смерть Функциональная смерть Смерть во время интерфазы Митотические задержки Репродуктивная смерть Клеточные эффекты ионизирующего излучения изучаются используя кривые выживаемости клеток % Выживаемости клеток (полу логарифмическая шкала) Доза n = мишени DqDq D0D0 (Предел) (Радиочувствительность) 100% Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

21 Nuclear Medicine 21 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: G 2, M РЧ: S Репарация повреждений (суб-летальные повреждения могут быть восстановлены, например при фракционированной дозе) G1 S G2 M G0 ЛПЭ % выживших клеток Факторы, влияющие на радиочувствительность Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

22 Nuclear Medicine 22 Низкая ЛПЭ Высокая ЛПЭ Низкая ЛПЭ Поглощенная доза Выжившая доля ЛПЭ (линейная передача энергии) - количество энергии (МэВ), которую частицы теряют во время прохождения определенного расстояния (м) в материале. Выживаемость клеток Качествo излучения Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

23 Nuclear Medicine 23 Adapted from Marco Zaider (2000) СХЕМА ИОНИЗАЦИИ Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

24 Nuclear Medicine 24 Прямые эффекты Косвенные эффекты Гибель клетки Первичное повреждение Изменение клетки Повреждение органа Соматические клетки Эмбриональная клетка Наследственные эффекты Рак Лейкоз Смерть организма Репарация Детерминированные эффекты Стохастические эффекты БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

25 Nuclear Medicine 25 Продолжительность событий, ведущих к радиационным эффектам Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения 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)

26 International Atomic Energy Agency Часть 1. Биологические эффекты 1.2. Детерминированные эффекты

27 Nuclear Medicine 27 ПОСЛЕДСТВИЯ ГИБЕЛИ КЛЕТОК Доза (мЗв) Вероятность смерти D 100% Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

28 Nuclear Medicine ЧАСТОТА ПОГЛОЩЕННАЯ ДОЗА ВЕЛИЧИНА ЭФФЕКТА Диагностический порог Пороговая доза Более радиочувствительный Более радиорезистентный Детерминированные эффекты Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

29 Nuclear Medicine 29 Катаракта хрусталика глаза 2-10 Гр Необратимое бесплодие мужчины Гр женщины Гр Временное бесплодие мужчины 0.15 Гр женщины 0.6 Гр доза Величина эффекта предел Пороговые дозы для детерминированных эффектов Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

30 Nuclear Medicine 30 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 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

31 Nuclear Medicine 31 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. Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

32 Nuclear Medicine 32 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. Дерма Эпидермис Гистологический вид кожи Базальный слой клеток, высоко митотический, некоторые из клеток содержат меланин, отвечающий за пигментацию. From Atlas de Histologia.... J. Boya Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

33 Nuclear Medicine 33 Воздействие на кожу Повреждение кожи от длительного рентгеновского облучения Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения Повреждение Пороговая доза для кожи (Зв) Ранняя эритема Недели до начала Временная эпиляция Ранняя эритема Основная эритема Постоянная эпиляция Сухая десквамация Поздняя эритема Инвазивный фиброз Атрофия кожи Телеангиэктазия Некроз кожи Вторичное образование язв Влажная десквамация

34 Nuclear Medicine 34 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 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

35 Nuclear Medicine 35 Воздействие на кожу Пример После экстравазальноео введения 500 МБк Tc99m радиофармпрепарата, локальная поглощенная доза в месте инъекции может достигнуть 5-20 Гр! Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

36 Nuclear Medicine 36 Воздействие на глаза Хрусталик глаза очень радиочувствителен (РЧ). Коагуляция белков происходит при дозах превышающих 2 Гр. 2 основных эффекта: From Atlas de Histologia.... J. Boya Гистологическое строение глаза: Хрусталик глаза очень РЧ, более того, они окружены кубовидными клетками с высокой РЧ > Нарушение зрения (катаракта) > Обнаруживаемые помутнения Зв / год в течение многих лет Зв одно короткое воздействие Эффект Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

37 Nuclear Medicine 37 Повреждение глаз Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения 1 = помутнение в задней субкапсулярной катаракте 2 = перинуклеарная точка непрозрачности

38 Nuclear Medicine 38 Реакция всего тела: взрослые Синдром острого облучения (Острая лучевая болезнь) Синдром хронического облучения Время выживания Доза Шаги: 1.Начальный 2.Латентность 3.Проявление Смертельная доза 50 / 30 BMS (костно- мозговая) GIS (желудочно- кишечная) CNS (центральная нервная система) 1-10 Гр Гр > 50 Гр Клиническое облучение всего тела или части Механизм: нейровегетативные расстройства Ощущение слабости Довольно часто при фракционированной лучевой терапии Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

39 Nuclear Medicine 39 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. Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

40 Nuclear Medicine 40 Облучение всего тела Поглощенная доза (Гр) СиндромСимптомы 1-10Костномозгов ой Лейкопения, тромбопения, кровотечение, инфекции 10-50Желудочно- кишечный Диарея, лихорадка, электролитический дисбаланс >50Неврологи- ческий Судороги, дрожь, атаксия, сонливость, нарушение зрения, кома Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

41 Nuclear Medicine 41 Облучение всего тела Поглощенная доза (Гр) ТерапияПрогноз 1-10Симптоматическа я Переливание лейкоцитов и тромбоцитов. Трансплантация костного мозга Факторы, стимулирующие рост От отлично до неопределен- ности 10-50ПаллиативнаяОчень плохо >50 Симптоматическая Безнадёжно Летальность 0-90% % 100% Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

42 International Atomic Energy Agency Часть 1. Биологические эффекты 1.3. Стохастические эффекты

43 Nuclear Medicine 43 СТОХАСТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения Лейкоз в Японии на 100,000

44 Nuclear Medicine 44 СТОХАСТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ Медицинские последствия Чернобыльской аварии 1800 детей с диагнозом рака щитовидной железы (1998) Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

45 Nuclear Medicine 45 СТОХАСТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

46 Nuclear Medicine 46 Частота (%) Поглощенная доза (Гр) Генетические Эффекты Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

47 Nuclear Medicine 47 Генетические Эффекты Ионизирующее излучение, как известно, является причиной наследственных мутаций во многих растениях и животных НО интенсивные исследования 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: Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

48 International Atomic Energy Agency Часть 1. Биологические эффекты 1.4. Влияние радиации на эмбрион и плод

49 Nuclear Medicine 49 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. Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

50 Nuclear Medicine 50 Частота пренатальной и неонатальной смертности и нарушений Hall, Radiobiology for the Radiologist pg 365 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

51 Nuclear Medicine 51 ПРЕДИМПЛАНТАЦИЯ Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

52 Nuclear Medicine 52 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 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

53 Nuclear Medicine 53 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

54 Nuclear Medicine 54 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 Меньшая Наименьшая Наибольшая опастность Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

55 Nuclear Medicine 55 Радиационные пороки развития Пороки развития имеют пороговую дозу 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 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

56 Nuclear Medicine 56 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 неделях Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

57 Nuclear Medicine 57 Гетеротопическое серое вещество (стрелки) вблизи желудочков у умственно отсталых людей, возникающие в результате высокой дозы внутриутробного радиационного облучения Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

58 Nuclear Medicine 58 Влияние на эмбрион и плод Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

59 Nuclear Medicine 59 ВозрастПорог для летального эффекта (мГр) Порог для пороков развития (мГр) 1 день100Не влияет 14 дней дней дней> дней> дней до рождения >1000>500 Влияние на эмбрион и плод Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

60 Nuclear Medicine 60 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 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

61 Nuclear Medicine 61 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 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

62 International Atomic Energy Agency Часть 1. Биологические эффекты 1.5. Оценка риска

63 Nuclear Medicine 63 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 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

64 Nuclear Medicine 64 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 …….. Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

65 Nuclear Medicine 65 Группы населения использованые в докладах НКДАР Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения ХарактеристикаПережившие атомную бомбу Количество СпондилитРак шейки матки Возраст при облучении 0,01 – 6,0 Гр 0,24 Гр 28,8 г 0 – 8,06 Гр 1,9 Гр 23,0 г7,6 г Неоднородный Диапазон доз Средняя продолжительность наблюдения Хронический / частичный Средняя доза Тип облучения Мгновенный / всего тела Фракционированный / частичный

66 Nuclear Medicine 66 Как использовать эпидемиологические данные для оценки радиационных рисков при малых дозах? Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

67 Nuclear Medicine 67 Кривая зависимости эффекта от дозы Частота лейкоза (случаи/1 миллион) Эквивалентная доза (мЗв) Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения Хиросима Нагасаки

68 Nuclear Medicine 68 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 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

69 Nuclear Medicine 69 Последние данные из когорты Хиросимы и Нагасаки Дополнительные годы В настоящее время в живых осталось выживших с DS86- дозиметрией из общего числа населения , которые были облучены 44% умерли к концу 1990 года. Данные неполные потому, что смерти в первые пять лет не были включены умерли от рака, что соответствует 420 избыточным смертям от рака. Избыточные ( ) Лейкемия ? 87 (3) Солидный рак ? 335 (88) Риск для детей / риск для взрослых = 1,4 – 1,7 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

70 Nuclear Medicine 70 РАДИАЦИОННЫЕ РИСКИ Линейно-квадратичная модель Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения Наблюдения Вероятность смертельного рака Поглощенная доза Детерминированные эффекты

71 Nuclear Medicine 71 Что происходит на низко-дозовом конце кривой? a)Линейная экстраполяция b)Пороговая доза c)Более низкий риск на единицу дозы для малых доз d)Более высокий риск на единицу дозы для малых доз Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

72 Nuclear Medicine 72 Низкие дозы:

73 Nuclear Medicine 73 Эпидемиологические данные Линейная Беспороговая Гипотеза (ЛНГ): эффект уменьшается при низких дозах и мощностях в 2 раза - в общем согласуется с данными Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения Природные смертности от рака Дополнительные смерти от рака из-за облучения Доза (мГр) Смерть от рака/год/1M людей

74 Nuclear Medicine 74 РАК начало предварительная стадия рака промоция рост обнаружение метастаз Ликвидация и репарация Скрытый (латентный) период период болезни смерть уменьшение лет жизни Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

75 Nuclear Medicine 75 Канцерогенные эффекты Наблюдения за переживши ми 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: Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

76 Nuclear Medicine 76 Динамика заболева ний раком со времени атомной бомб ардировки Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения лейкемия другие виды рака время после облучения (лет)

77 Nuclear Medicine 77 Изменение видов возникающих заболеваний раком со времен атомной бомбы Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения Латентный период Период ожидаемого роста Период наблюдаемого роста

78 Nuclear Medicine 78 ICRP 60 Модели прогноза Предсказание заболеваемости на период оставшейся жизни, сравнение абсолютных и относительных моделей риска Абсолютный рискОтносительный риск Частота заболевания 0 xo xo+l 90 Частота заболевания после облучения Спонтанная заболеваемость Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

79 Nuclear Medicine 79 РАДИАЦИОННЫЕ РИСКИ ЭффектНаселениеПериод 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 %/Зв Ущерб здоровью Все население в течение жизни 7,3 %/Зв Ущерб здоровью Работающее население Возраст ,6 %/Зв Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

80 Nuclear Medicine (возраст на момент облучения) Мужской Женский Риск (%/Зв) заболевания раком в зависимости от пола и возраста на момент облучения Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

81 Nuclear Medicine 81 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. В течение жизни риск смерти от радиационно-индуцированного рака = 5% на зиверт Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

82 Nuclear Medicine 82 В последнем пожизненном исследовании жителей Хиросимы и Нагасаки ( ), 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. ЭФФЕКТЫ ПРИ НИЗКИХ ДОЗАХ Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

83 Nuclear Medicine 83 NCRP, 1997 Распределение вероятностей коэффициента риска в течение жизни. 90%-ый доверительный интервал показан стрелками (5% следует понимать как диапазон 1% - 9%). Неопределенности оценки риска смертельного заболевания раком (5% в Зв) Коэффициент риска в течение жизни (%/Зв) Диаграмма частоты Показаны испытаний Вероятность Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

84 Nuclear Medicine 84 Диаграмма чувствительности неопределенности оценки риска к влиянию различных факторов (ля население всех возрастов) From NCRP, 1997 Неопределенности оценки риска развития смертельной рака Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

85 Nuclear Medicine 85 Пороговая доза детерминированных эффектов мЗв Умственная отсталость40% / Зв Рак и лейкоз в возрасте до 10 лет 2% / Зв в течение жизни15% / Зв Наследственные заболевания 1% / Зв Радиационные риски - эмбрион и плода Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

86 Nuclear Medicine 86 Время после Эффект Нормальная заболеваемость зачатия в живых новорожденных Первые три недели Нет детерминированных или стохастических эффектов - в живых новорожденных детях С 3-й по 8-й Вероятность пороков развития недели органов а (1 из 17) С 8-й по 25-й Вероятность тяжелой умственной 5 x недели отсталостью b (1 в 200) С 4-й недели и Рак в детстве или во взрослом 1 x в течении всей жизни c (1 из 1000) беременности a Детерминированный эффект. Порог ~ 0,1 Гр b 30 единиц IQ сдвиг: 8-15 недели;

87 Nuclear Medicine 87 Радиационные риски для эмбриона и плода Другие причины Данные из Швеции 1992 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

88 Nuclear Medicine 88 Риски для беременных женщин не подвергавшихся медицинскому облучению Самопроизвольный аборт > 15% Частота генетических аномалий 4-10% Задержка внутриутробного развития 4% Частота серьезных пороков 2-4% Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

89 Nuclear Medicine 89 Вероятность рождения здоровых детей в зависимости от дозы облучения Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

90 Nuclear Medicine 90 Примерная доза на все тело плода (мГр) в результате общих процедур ядерной медицины, проведенных в начале или в конце беременности ПроцедураАктивность (МБк) В начале 9 месяцев Tc-99m О стеосцинтиграфия СЦГ легких Печень, коллоид СЦГ щитовидной жел. Почки, ДТПА Эритроциты I-123 накопление в щитовидной железе I-131 накопление в щитовидной железе Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

91 Nuclear Medicine 91 Дозы и риски от лучевой диагностики в утробе матери Облучение Средняя доза Наследственная Смертельный плода (мГр) болезнь рак к 14 годам Рентген Живот Бариевая клизма Пища с барием Внутривенная урография Поясничный отдел позвоночника Таз Компьютерная томография Живот Поясничный отдел позвоночника Таз Ядерная медицина Tc остеосцинтиграфия Tc сцинтиграфия мозга Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

92 Nuclear Medicine 92 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 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

93 Nuclear Medicine 93 Шкала облучения Годовой Фон Компьютерная томография Остеосцинтиграфия Типичная процедура радио- терапии Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения Спонтанная смертность от рака Дополнительные смерти от рака из-за излучения Доза (мГр) Смерть от рака/год/1Mлн. людей

94 Nuclear Medicine 94 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 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

95 Nuclear Medicine 95 Обследование Доза в коже Эффективная доза Риск (мГр) (мГр) (%) Урография Поясничный отдел позвоночника Живот Грудь Конечности РАДИАЦИОННЫЙ РИСК В РЕНТГЕНОВСКИХ ОБСЛЕДОВАНИЯХ Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

96 Nuclear Medicine 96 Обследование Радиофармпрепарат Эффективная доза Риск (мЗв) (%) Сердце Tl-201 хлорид Кость Tc-99m MDP Щитовидная железа Tc-99m пертехнетат Легкие Tc-99m MAA Почечный клиренс Cr-51 EDTA РАДИАЦИОННЫЙ РИСК В ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЕ Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

97 Nuclear Medicine 97 Средний годовой риск смерти в Великобритании от промышленных аварий и от рака вызванного работой с радиацией From L Collins 2000 Эти цифры можно сравнить с оценкой 1 из соответствующей 1,5 мЗв / год полученных работниками имеющими дело с радиацией Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения из

98 Nuclear Medicine 98 Сравнение рисков для человека, работающего с излучением, с рисками в других сферах деятельности Средняя смертность в 1989 (10 -6 /год) Торговля40 Производство60 Обслуживание40 Правительство90 Транспорт / utilities240 Строительство 320 Сельское хозяйство400 Шахты / карьеры 430 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) Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

99 Nuclear Medicine 99 Следующая деятельность, сопоставима с риском смерти 1 / 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 РИСК Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

100 Nuclear Medicine 100 Ожидаемое сокращение продолжительности жизни Мужчина не состоящий в браке 3500 дней Курящий человек2250 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 РИСК Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

101 Nuclear Medicine 101 Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

102 Nuclear Medicine 102 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. Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

103 Nuclear Medicine 103 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? Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

104 Nuclear Medicine 104 ОБСУЖДЕНИЕ Пациент (радиобиолог) хочет знать какой радиационный риск он получит при обследовании мозгового кровотока (1000 МБк 99mTc). Что ответить? Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения

105 Nuclear Medicine 105 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 (1989) Часть 1. Биологические эффекты ионизирующего излучения