Samenvatting radioprotectie fysica (volledig) - geslaagd examen

Biologische effecten van ioniserende straling – fysica

Factoren die stralingseffecten beinvloeden
Tijdsschema van processen
1. Excitatie en ionisatie
2. Schade aan DNA (diffusie: waterradicalen)
3. Schade aan andere biologische moleculen (diffusie: waterradicalen)
4. Enzymatisch herstel van moleculaire schade (deels)
5. Fixatie van schade: directe en late effecten

Excitatie en ionisatie van DNA en intracellulair water gebeurt direct
Bij radiolyse van water ontstaan waterradicalen
 Zo ontstaan waterstofperoxiden: veroorzaakt deshydrogenatie bij
biologische moleculen
 Reactieproducten vd radiolyse diffunderen nr DNA

Tijdsfactoren
Naarmate dosis toeneemt, neemt bij acute bloodstelling aantal ellen dat
compleet herstelt sterk af
Dosistempo van blootstelling beinvloed in grote mate biologische effecten
 Voor eenzelfde totale dosis zal laag dosistempo (protractie) een
reductie met zich meebrengen

Biologische factoren
Grootte vd stralingseffecten: afh van stadium cel in celcyclus
 Stralingsgevoeligheid grootst bij mitose
 Stralingsgevoeligheid geringst op einde DNA synthese (late S)
Belangrijke fractie aan schade DNA is door radicalen
Cellen die zuurstof hebben, zullen grotere schade hebben in hypoxisch
medium (zuurstofeffect)

De niet-stochastische directe effecten
Dosis-respons verloop
Niet-stochastische/deterministische directe effecten
 Treden snel op na blootstelling (bij late: na j)
 Treden pas na overschrijden drempeldosis
 Frequntie vh optreden neemt toe met dosis volgens S-curve
 Ernst neemt toe met dosis

Voorbeelden
 Erytheem: 4Sv
 Droge epidermitis: 5Sv
 Exsudatieve epidermitis: 12Sv
 Weefselnecrose: 50Gy
 treden op na 3-4w

S-curve = interindividuele verschillen in radiosensitiviteit in populatie

,De stralingssyndromen na acute totale lichaamsblootstelling afv dosis
Dosis < 0,30 Sv
 Geen enkel direct waarneembaar symptoom
 Detecteerbaar via cytogenetische analyse van bloedstaal

0,30 Sv < dosis < 1 Sv
 Soms misselijk, braken, duizelig, hoofdpijn na enkele u
 Rontgenkater drempeldosis: 0,5 Sv
 Snel een geringe daling aantal lymfocyten
 Na 2w geringe daling neutrofielen en thrombo’s
 Depressie hematopoiese in beenmerg (drempel 0,5 Sv)

1 Sv < dosis < 2 Sv
 Intense misselijkheid, braken, duizelig, hoofdpijn binnen 6u
 Kan 24-48u aanhouden (kater)
 Snelle daling aantal lymfo’s
 Na enkele w leukopenie en thrombopenie
 Hematopoietisch syndroom met drempeldosis 1 Sv

2 Sv < dosis < 5 Sv
 Binnen eerste u misselijkheid en braken
 Intense asthenie en mogelijk koorts
 Snel lymfopenie, thrombopenie
 Snelle ziekenhuisopname en bp-transfusie nodig

5 Sv < dosis < 20 Sv
 Zeer ernstige aantasting beenmerg
 Depletie intestinaal epitheel: GI-syndroom
 Persistente diarree, dehydratie, hoge koorts
 Directe ziekenhuisopname

Dosis > 20 Sv
 Overlijden na enkele u tgv schade CZS
 Neurologische symptomen: verwarring, convulsies

Specifieke directe stralingseffecten optreden bij partiele bestraling met
dosiswaarden <5Sv
ZIE ANDERE SAMENVATTING

Effecten van ioniserende straling op embryo en foetus
Pre-implantatieperiode
 2w volgend op conceptie: effecten lethaal (al bij 0,1 Sv)
 Risico voor dood bij 0,5 Sv bedraagt 50%
 Blootstelling geven geen aanleiding tot abnormaliteiten bij
overlevenden

Periode van organogenese (3-8w)

,  Gevoelig voor lethale en teratogene effecten en groeivertraging
 Lethale effecten bij >2Sv
 Mortaliteit bij 5Sv bedraagt 90%
 Microcephalie + mentale retardatie
 Risico 40% per Sv zonder drempel in deze periode

Periode 8-25w na conceptie
 Zware mentale retardatie
 Meedt kritische periode: 8-15w na conceptie
 Risico op effect 40% per Sv zonder drempel
 Zware mentale retardatie met microcephalie
 Periode 16-25w na conceptie: risico ongeveer 4x geringer
 Eerste 7w na conceptie: weinig invloed op IQ score – ook bij 25 e w
 Kritische periode 8)15w: daling IQ met dosis (30 IQ punten per Sv)

Neoplasmen na utero in blootstelling
 Verhoogd risico op leukemie en andere kankers
 Toename risico op ontwikkeling kanker en leukemie tijdens
kindertijd 40%
 Kanker en leukemie na in utero blootstelling 6% per Sv uterusdosis
naar voor geschoven

Late effecten
Inleiding
Risico van lage dosis: vnl optreden kanker en leukemie
 Pas vanaf enkele j na blootstelling tot einde vh leven
 Horen tot late effecten

Life span study van overlevenden Hiroshima en Nagasaki
 Hoog dosistempo
 Studie toont bestaan aan van latentieperiode (paar j voor leukemie
 Incidentie- en mortaliteitsgegevens dienen als basis voor bepaling
stralingsrisico’s
-risico’s weergegeven door ERR (excess relative risk)
-risico’s ook absoluut weergegeven via aantal bijkomende gevallen
of overlijdens
 12% per Sv voor tot risico mbt mortaliteit tgv bolotstelling

Studies van populaties van patienten blootgesteld vr medische doeleinden
 Chronische blootstelling brengt reductie van risico’s met zich mee
vgl met acute blootstelling
 DDREF: dose-dose rate effectiveness factor (waarde 2)
 Totale mortaliteitsrisico 5% per Sv na blootstelling bij laag tempo
 Genetische effecten straling: 0,4% per Sv

Het LNT model

, ICRP = gezaghebbende commissie die normalen vr stralingsbescherming
op wereldschaal vastlegt
Als werkhypothese voor berekning risico’s bij lage dosis nemen ze als
dosis-respons gedrag voor optreden kanker en leukemie een lineaire
afhankelijkheid zonder drempeldosis (linear-no-threshold, LNT)
 Dosisrespons verloop vr mutagene effecten is lineair-kwadratisch
voor lage LET (x- en gamma)
 LET levert veilige risico-inschatting

Fysische basis van biologische stralingseffecten - fysica

Wisselwerking van X- en y-straling met materie
Interactie mechanismen
X- en y-straling: niet-direct ioniserende straling
Hun biologische effecten worden niet door directe interactie met weefsel
veroorzaakt, maar door geladen deeltjes (e- en positronen) geprod bij
wisselwerking met weefsel via 3 basismechanismen
Basismechanismen: foto-elektrisch effect, compton, paarvorming
 vernatw voor attenuatie X-stralenbundel in weefsel/afscherming

Foto-elektrisch effect
 E van X-straal of foton wordt totaal overgedragen op orbitaal
elektron van atoom van medium (foto-elektron)
 Foton verdwijnt
 Door E-overdracht verlaat orbitaal elektron eht atoom, dat
geioniseerd achterblijft
 Na effect zal vacature van foto-elektron op schillen opgevuld worden
door e- van hogere schillen met vrijstelling X-straling
Met weefsels van patient
 2° karakteristieke X-straling is van lage E dat ze compleet in patient
wordt geattenueerd
 Speelt geen rol bij beeldvorming
 Biologische effecten van X-straling veroorzaakt door foto-elektron
als direct ioniserend deeltje
Waarschijnlijkheid van optreden effect: sterk af van aantal p+ of Z-
waarde atoomkern
Waarschijnlijkheid van effect neemt af met toenemend E van X-straling
Waarschijnlijkheid is OE met E tot de 3de-4de macht

 combi 2- en E-afhankelijkheid van foto-elektrisch effect is oorzaak van
grote efficientie van lood als afschermingsmateriaal voor X-straling

Comptonverstrooiing
 Foton gedraagt zich als deeltje dat botsing uitvoert met orbitaal e-
 Invallend foton geeft fractie van zijn E af aan e- van elektronenwolk