Dosimetriske størrelser innen strålevern Strålebiologi akutte vevsreaksjoner Tor Wøhni

Transkript

1 Dosimetriske størrelser innen strålevern Strålebiologi akutte vevsreaksjoner Tor Wøhni Radiologiske modaliteter 26.aug. 2009

2 Absorbert dose Ren fysisk størrelse, absorbert stråleenergi per massenhet : J/kg [Gy] Kan referere seg til alle medium: luft, vann, vev, pepper med mer Brukes innen stråleterapi, der terapidosene angis i Gy. Absorbert dose henspiller på den fysiske definerte størrelsen, mens dose ofte brukes generelt om en viss mengde stråling.

3 Ekvivalent dose Ekvivalent dose= WR Absorbert dose WR = strålingsvektfaktor (ubenevnt) = 1 for røntgen, gamma og elektroner = 2,5 20 for nøytroner = 2 for protoner = 20 for alfapartikler Enheten er fortsatt J/kg, men heter nå Sv (Sievert) Ekvivalent dose brukes bare innen strålevern, og refererer seg kun til vev. Dosegrenser gis i termer av ekvivalent dose. Strålingsvektfaktoren gjenspeiler strålingens evne til å indusere kreft ved små stråledoser.

4 Effektiv dose Effektiv dose E E = W T ekvivalent dose til angitte organer. w T - vevsvektfaktor = 0,08 for gonadene = 0,12 for benmarg, tykktarm, lunger, mage, bryst = 0,04 for blære, lever, spiserør, skjoldbruskkjertel = 0,01 for hud, ben overflater,hjerne, spyttkjertler = 0,12 remainder Vevsvektfaktorene angir de ulike vevs relative følsomhet i forhold til kreftinduksjon (gonadevektfaktor angir risiko for arveskader.) Summen av organvektfakrorene er 1,0.

5 Effektiv dose II Effektiv dose beregnes ved å ta ekvivalent dose (msv) til hvert enkelt organ, multiplisere med tilhørende organvektfaktor og summere. Resultatet blir en slags gjennomsnittlig helkroppsdose. Effektiv dose - begrepet kan brukes til å sammenlikne strålebidrag fra svært ulike kilder. Dersom lunger har fått en dose på 2 msv og thyreoidea har fått en dose på 1 msv, så vil den effektive helkroppsdosen være (2x 0.12)+(1x0.04)=0.28 msv

6 Ulike strålebidrag i termer av Effektiv dose Strålekilde Beskrivelse Variabelt område msv/år Middel msv/år Radon Lungeeksponering Ekstern gamma Naturlig radioakt. i omg U- 238, Th-232 0,2-3,0 0,55 Intern aktivitet Naturlige nuklider i kroppen, K-40 0,3-2,0 0,37 Kosmisk Stråling fra verdensrommet 0,3-0,4 0,33 Totalt: Medisinsk diagnostikk: Tjernobyl 1. året: 3,2 msv/år 1,1 msv/år 0,2 msv/år

7 Ionisasjoner Strålingen overføre energi til et makromolekyl (DNA, protein) som dermed blir ionisert. Fører til ulike typer DNAskader.

8 Definisjoner linear energy transfer (LET); beskriver hvor tett ionisasjonene skjer i det bestrålte materiale. Man snakker gjerne om høy-let stråling (alfapartikler, nøytronstråling) og lav-let stråling (røntgen- og gamma-stråling)

9 Ekvivalent dose Forskjellig tetthet av ionisasjoner

10 Kromosomskade Stråling kan gi synlig kromosom-skade Skaden er synlig ved lysmikroskopi Ringstrukturer er karakteristiske indikatorer på kromosomskade Ulike metoder for biologisk dosimetri.

11 Virkning på celler Bestråling av celler kan føre f til: celledød cellens arveanlegg, DNA, skades cellen repareres cellens funksjoner endres/forstyrres cellen lever videre uten skader

12 Hva fører slike skader til i kroppen vår? Tilstrekkelig celledød Tilstrekkelig genetisk skade Strålingssyndromet Cancer

13 Akutte virkninger Når stor dose mottas over kort tid Opptrer etter kort tid dager- uker Skyldes omfattende celledød i organ(er), har terskelverdi Celler mest følsomme under delingsfasen -mest utsatt; bloddannende vev, tarm Omfang avhenger av dose, tid, bestrålt område Dyreforsøk: Bestråling av rotter

14 Strålingssyndromet Organ affisert/ Syndrom Symptomer Dose Nervesystemet CNS or Cerebrovascular Syndrome G.I. tractus Gastrointestinal Syndrome Blodceller / benmarg Benmargs-svikt Hud Erythema Ovarier/ Testikler Sjokk, alvorlig kvalme, desorientert, kramper, coma Kvalme, brekninger, diare, dehydrering Frysninger, tretthet, blødninger, sårdannelser, infeksjoner, anemi Svie/ infeksjon, hudavfall, håravfall Sterilitet 100 Sievert 10 Sievert 3-8 Sievert 1 Sievert 0,6-0.8 Sievert/ 2,5-6 Sievert

15 Deterministiske effekter = vevsreaksjoner Terskelverdier Organ/vev og effekt Testikler forbigående sterilitet varig sterilitet Total ekvivalent dose gitt på en gang (Sv) 0,15 3,5-6,0 Ovarier sterilitet 2,5-6,0 Øyelinser målbar forandring synlig sløring (cataract) Rød benmarg undertrykking av dannelsen av røde blodlegemer 0,5-2,0 5,0 0,5

16 Helkroppsbestråling Dose (Sv) Symptom Prognose 0,5-1 Føle seg dårlig, kvalme, svak forandring i blodbilde Meget god diare, blodskader infeksjonsfare God sirkulasjonssvikt, blødninger, infeksjoner, erythem ~ 50% død sjokk > Bevisstløshet, ukoord. bevegelser Høy dødelighet -dager- 100 % død -timer- Helkroppsdoser over 1 Sievert Vevsreaksjoner!

17 Dødelig dose LD50/60 LD50/60 er dosen som gir 50 % dødelighet i løpet av 60 dager. Ved helkroppsbestråling vil LD50/60 typisk være : 4 Gy ved akuttbestråling. 6 Gy ved fraksjonert bestråling som 0,2 Gy / time 8 Gy dersom dosen leveres over et tidsrom på en måned.

18 Kilder på avveie Mange eksempler på at radioaktive kilder er kommet på avveie pga dårlig administrativ kontroll, og dermed forårsaket helseskade og forurensninger. (Goiania, Brasil 1987 : GBq Cs-137 (kategori 1) 1000 mennesker bestrålt. 250 kontaminert 4 døde, 3500 kubikkm radioaktivt avfall mennesker ble kontrollert

19 Source 137 CsCl (caesium chloride) 50.9 TBq (1375 Ci) main gamma: 0.66 MeV main beta: 1.17 MeV T 1/2 =30 years

20 Accident description

21 Medical aspects Goiana accident 250 persons exposed 50 persons WB exposure or local radiation injury 14 bone marrow depression 28 local radiation injury 8 ARS 4 died

22 Treatment of haematological syndrome 8 ARS patients with estimated doses Gy Gy 2 >6 Gy received GM-CSF therapy Four patients died: two of hemorrhage and two of t sepsis from Klebsiella infection Two patients who received high doses (7.0 and 5.5 Gy) and exhibited bone marrow depression but were not treated with GM-CSF spontaneously recovered and survived

23 Dose assessment by cytogenetic dosimetry Re-estimated dose through cytogenetics (Gy) Number of individuals < Total 129