Patofyziologie radiačního poškození Jednotky, měření, vznik záření Bezprostřední biologické účinky Účinky na organizmus: - nestochastické - stochastické Ionizující záření Radiační poškození vzniká účinkem ionizujícího záření. Co se týká jeho původu, ionizující záření vzniká: při radioaktivním rozpadu prvků, přichází z kosmického prostoru, je produkováno technickými zařízeními (např. RTG diagnostika, defektoskopie). Jednotky pro měření radiace: Zdroje záření Jednotkou aktivity je becquerel: 1 Bq = 1 rozpad/s Jednotkou absorbované dávky je gray: 1 Gy = 1 J/kg Jednotkou expozice je vzniklý náboj: 1 C/kg Jednotkou biologických účinků absorbované dávky je sievert: 1 Sv = 1 Gy * jakostní faktor Zdroje záření můžeme rozdělit také na: - přirozené (přirozená radioaktivita prostředí, kosmogenní záření) - umělé (RTG diagnostika, medicínské aplikace, technická zařízení, dříve také pokusy s jadernými výbuchy) Obě složky se v současné době podílejí na zátěži obyvatelstva zhruba po 50%.

Ozáření obyvatelstva z různých zdrojů Typy ionizujícího záření: ZDROJE Dávka (µsv/r) PŘÍRODNÍ ZDROJE Prostředí Kosmické záření 280 Záření zemské kůry 260 Vnitřní radioisotopy v těle 260 UMĚLÉ ZDROJE Prostředí Technolog. zvýšení (uhlí atd.) 40 Spad z jaderných výbuch 40 Jaderné elektrárny 3 Lékařství Diagnostika 780 Radioizotopy 140 Profesionální expozice 10 Spotřební zboží a další 50 fotony (γ-záření, RTG-záření, hranice je dána způsobem vzniku, energeticky se překrývají); záření α (jádra atomů helia); záření - (elektrony); neutrony (n); záření + (positrony); protony (p); těžké produkty (jádra prvků těžších než He). Vlastnosti ionizujícího záření Mimo tyto typy záření existují i jiné druhy vysoce energetických částic (například mezony, hyperony), které lze jednak vyrobit v urychlovačích, jednak se vyskytují v kosmickém záření. Pro úplnost je možné poznamenat, že dalším typem záření (bez biologického významu) jsou neutrina. Běžnými typy záření jsou pouze fotony (γ), β-, α a při štěpných reakcích neutrony. Typ Částice Dolet (cm) Ionizace (cm) Jak. faktor γ fotony olovo 10-1 -10 2 1 β - elektrony vzduch 10 1-10 3 10 1-10 2 1.7 β + positrony 10 1-10 2 1.7 n neutrony tepelné 3 rezonanční 2.5 střední beton 10 1 8 rychlé beton 10 2 10 p protony vzduch 10 0-10 2 10 3-10 4 10 α jádra helia vzduch 10 0-10 1 10 4-10 5 10 štěpné trosky vzduch 10-2 -10 0 10 4-10 6 20

Cesty radiace do organizmu: Princip působení záření Ozářením z vnějších zdrojů (neutrony, -záření) Kontaminací povrchu těla (radioizotopy) Dýchacími cestami (horké částice, Rn) Ingescí (radioizotopy) Pro běžnou populaci přichází v úvahu hlavně ozáření z vnějších zdrojů (diagnostika, technické zdroje) a Rn ze stavebních materiálů. Všechny typy pronikavého záření mají v zásadě stejný efekt - vyvolávají ionizaci. Vlivem ionizace vznikají radikály, které jsou chemicky vysoce aktivní. Působením radikálů dochází k poškození citlivých buněčných struktur. Tato poškození se často projeví až po delší době (např. při dělení buňky).

Časová odezva v biologických systémech Radikály Úrove Fyzikální jevy, ionizace Radikály, reaktivní molekuly Stabilní molekulární poškození Buňka Organizmus Lidská populace Časová škála 10-18 -10-12 s 10-12 -10-9 s 10-9 -10-0 s 10 1-10 5 s 10 4-10 9 s 10 8-10 10 s Vznikají rozbitím vazeb v bílkovinách, významné jsou hlavně: radikály vznikající rozbitím disulfidových vazeb z ostatních vazeb ty, při nichž vznikají kyslíkové radikály tyto radikály vedou následně k poškozením buněk Účinky na úrovni DNA Vlivem záření jsou porušeny řetězce DNA, buď jeden nebo oba. Jednovláknový zlom mohou opravit reparační enzymy, dvouvláknový zlom je prakticky neopravitelný. Zlomy se projeví nejčastěji při dělení buňky (neproliferující buňka je proto značně radiorezistentní). Poškození buňky proto může být po dlouhou dobu latentní.

Účinky ionizujícího záření NESTOCHASTICKÉ: - jsou důsledkem poškození velkého počtu buněk - projevují se jen při dávkách nad prahovou dávku - stupeň poškození roste s dávkou - většinou mají krátké latentní období STOCHASTICKÉ: - mohou být důsledkem postižení jediné buňky - mohou vzniknout i při nejmenších dávkách - s dávkou roste pravděpodobnost vzniku defektu - projevují se až po více (mnoha) letech Základní typy nestochastických účinků: Akutní nemoc z ozáření (sem je řazena i chronická forma): - krevní forma (1-5 Gy) - střevní forma (kolem 10 Gy) - nervová forma (asi kolem 100 Gy) Akutní lokalizované poškození: - radiační dermatitida - vyvolání neplodnosti (u mužů dočasné při 0.5 Gy, trvalé u obou pohlaví asi po 3 Gy) - poruchy jemného cévního zásobení Poškození plodu in utero Radiosenzitivita (davka LD 50 v Gy) pro RTG a γ-záření Druh Dávka Ovce 1.5-2 Člověk 2.5-3.5 Pes 2.5-3 Myši různých linií 5.5-12 Ptáci, hadi 8-20 Členovci 10-1000 Kvasinky 300-500 Rostliny 10-1500 Micrococcus radiodurens 10 5 Gy/den

Kritické tkáně Poškození plodu Pro přežití organizmu je rozhodující poškození rychle proliferujících tkání, tedy: krvetvorby (především kmenových buněk), buněk epitelů (hlavně zažívacího traktu); oproti tomu je většina somatických buněk velmi radiorezistetních, výjimku tvoři neurony. Pozdně se projevující nestochastické účinky: Stochastické účinky ionizujícího záření Nenádorová postižení vznikající důsledkem zhoršené kvality postižených tkání: - zákal oční čočky (při dávkách nad 1 Gy, projeví se po 1/2 roce až 2 letech) - chronická radiační dermatitida - zkrácení střední doby života (tento efekt není u člověka plně potvrzen) Tyto účinky se projevují: zhoubnými nádory genetickými změnami Především je nutné si uvědomit, že tyto účinky nejsou specifické, záření je jen jedním z více důvodů jejich vzniku. V jednotlivých případech proto nelze rozhodnout, zda bylo ionizující záření skutečnou příčinou příslušné patologie.

Hodnocení rizika stochastických účinků: Koeficienty rizika: počet dodatečných onemocnění při 10000 ozářených dávkou 1 Sv. Koeficienty rizika úmrtí: vznikají pronásobením koeficientu rizika a pravděpodobností úmrtí na příslušnou chorobu. Při genetických účincích je koeficient rizika posuzován dle rovnovážného stavu, nikoliv tedy v prvých generacích. Souhrnná profesionální expozice Koeficienty rizika úmrtí (10-4 Sv -1 ) Orgán nebo tká Účinek Riziko Mléčná žláza Plíce Kostní dřeň Kost Štítná žláza Zbytek těla zhoubný nádor zhoubný nádor leukémie osteosarkom zhoubný nádor zhoubný nádor 25 20 20 5 5 50 Somatické účinky celkem 125 Gonády genetické postižení 40 (pro 2 generace) Ozáření celého těla 165 Kůže (zvlášť) zhoubný nádor 1

Diagnostika Možnosti léčby u nestochastických účinků hlavně dle anamnézy, dále dle vyšetření diferenciálu a kostní dřeně; stochastické účinky nelze jednoznačně přiřadit důsledkům ozáření, identické změny mohou nastat také z mnoha dalších příčin (počet postižených lze odhadnout pouze statistickými metodami) Při akutní nemoci z ozáření: - podpora krvetvorného systému, - transplantace kostní dřeně, - významnou pomocí jsou antibiotika (nepůsobící útlumy krvetvorby) a bezinfekční prostředí. Malignity lze léčit standardními postupy.