Bo Van Esser
Straling en veiligheid
H11: Basis van de radiobiologie
Radiobiologie bestudeert de effecten van verschillende soorten straling op biologische systemen
Effecten variëren sterk:
- Op cellulair niveau: ionisaties en DNA-breuken
- Op orgaanniveau: functiestoornissen van o.a. huid, longen en nieren
Er zijn:
- Vroege effecten (bv. huidroodheid, maagklachten na bestraling)
- Late effecten (bv. kanker en genetische schade die zelfs in volgende generaties kan
optreden)
11.1 De risico’s van ioniserende straling
Ioniserende straling kan atomen ioniseren door elektronen los te maken
- Hierdoor kunnen ionisaties en beschadigingen ontstaan in cellulaire moleculen en structuren
- Kritische structuren, essentieel voor celwerking, zijn extra gevoelig:
Schade aan de celkern is ernstiger dan aan het cytoplasma
DNA wordt beschouwd als de belangrijkste kritische substantie
DNA is zeer stralingsgevoelig:
- Kleine beschadigingen op cruciale plaatsen kunnen grote gevolgen hebben
- Niet elke beschadiging leidt echter tot celdood
Cellen beschikken over efficiënte DNA-herstelmechanismen:
- Zelfs bij bestraling met enkele gray overleeft ongeveer 50% van de cellen
Schade op moleculair of cellulair niveau kan leiden tot veranderingen in weefsels
en organen
11.2 Deterministische effecten
Deterministische (niet-kansgebonden) effecten ontstaan wanneer het verlies van cellen zo groot is
dat de functie van een weefsel of orgaan vermindert of verloren gaat
Deze effecten worden vooral veroorzaakt door celdood
Er bestaat een drempeldosis:
- Onder de drempel: geen of verwaarloosbaar functieverlies
- Boven de drempel: zeker effect, waarvan de ernst toeneemt met de dosis
1
,Bo Van Esser
Weefsels met continue celvernieuwing zijn het meest gevoelig:
- Slijmvliezen (maag, darm)
- Bloedvormend systeem
- Huid
Stralingssyndromen bij acute, hoge dosis (totale lichaamsbestraling):
1–3 Gy – Beenmergsyndroom
- Aantasting van het bloedvormend systeem
- Symptomen vanaf ±250 mSv
10–20 Gy – Maag-darmsyndroom
- Beschadiging van het maag-darmstelsel binnen enkele uren
>50 Gy – Centraal-zenuwstelselsyndroom
- Ernstige schade aan hersenen en zenuwen
- Zeldzaam, maar zeer dramatisch
Effecten op de huid:
- Vanaf ±2 Gy: roodheid en schilfering
- Hogere doses: dermatitis (chronische huidaandoening)
- Standaard röntgenonderzoeken blijven ruim onder deze drempel
- Interventionele en radiotherapeutische procedures kunnen de 2 Gy-grens overschrijden,
waardoor extra stralingsbescherming nodig is
11.2.1 Dosis voor de foetus
Bestraling van een foetus is een bijzondere vorm van deterministische effecten, omdat foetale
cellen zeer snel delen en daardoor uiterst stralingsgevoelig zijn
De prenatale ontwikkeling kent drie fasen met een verschillende gevoeligheid voor straling:
1) Pre-implantatiefase (0–15 dagen)
Periode van bevruchting tot innesteling
Alles-of-niets-effect:
o geen schade → normale ontwikkeling
o wel schade → geen innesteling en afsterven
2) Organogenese (tot 8 weken)
Ontwikkeling van organen
Meest kritische fase
Stralingsschade kan leiden tot teratogene effecten (misvormingen)
Mogelijke gevolgen:
o Groeiachterstand
o verminderde hersenontwikkeling
2
,Bo Van Esser
o mentale retardatie
o oogafwijkingen
Drempeldosis volgens ICRP: 50 mGy
3) Foetale fase (vanaf 8 weken tot geboorte)
Afgenomen stralingsgevoeligheid
Blootstelling kan
vooral groeiachterstand veroorzaken
- Naast deterministische effecten bestaat ook een
risico op stochastische effecten, maar dit
is meestal kleiner dan het deterministische risico
- De hoge gevoeligheid van de foetus verklaart
de strikte aandacht voor zwangerschap bij:
beroepsmatig blootgestelde personen
patiënten op afdelingen met ioniserende
straling
11.3 Stochastische effecten
Stochastische effecten zijn kansgebonden effecten:
- de kans op optreden neemt toe met de dosis
- de ernst van het effect is niet dosisafhankelijk
Er is geen drempeldosis
Kenmerken:
- Hoe hoger de dosis, hoe groter de kans op het effect per individu
- Het effect zelf (bv. kanker) is even ernstig, ongeacht de ontvangen dosis
- Eén enkel foton of elektron kan al een DNA-mutatie veroorzaken
Belangrijkste voorbeelden:
- Tumorinductie (kanker) – het belangrijkste stochastische effect
- Overerfbare effecten door DNA-schade in voortplantingscellen
Belang in de radiodiagnostiek:
Stochastische effecten vormen het grootste risico, omdat de gebruikte doses
meestal onder de drempel voor deterministische effecten blijven
Dosis–effectrelatie:
- Een duidelijk verband tussen straling en kanker is aangetoond voor doses > 500 mSv
- Geschat:
per 10 mSv → ~ 500 extra kankergevallen per miljoen mensen
per 1 Sv → ~ 5% extra kankerrisico
3
, Bo Van Esser
- Bij lagere doses (< 500 mSv) is een toename statistisch moeilijk aantoonbaar
Wetenschappelijke basis:
- Inzicht komt uit studies bij:
overlevenden van de atoombommen in Japan
radiotherapeutisch behandelde patiënten
diagnostisch blootgestelde personen
beroepsmatig blootgestelden
- Deze groepen kregen meestal hogere doses, waardoor
risico’s bij lage doses
worden geëxtrapoleerd
Modellen voor risico-inschatting:
- Lineair zonder drempel (LNT-model)
- Lineair met drempel
- Supralineair model (bystander-effect)
- Hormesis-theorie (verondersteld gunstig effect bij lage
doses)
Huidige consensus:
- Er is internationale overeenstemming over het LNT-model:
het risico op stochastische effecten neemt lineair toe met de dosis
er bestaat geen veilige drempeldosis
11.3.1 Genetische effecten
- Kleine DNA-beschadigingen in geslachtscellen kunnen in principe leiden tot erfelijke
afwijkingen
- Gemiddeld komen 6–9 misvormingen per 100 pasgeborenen voor, onafhankelijk van
straling
Onderzoek bij:
- kinderen van ouders die radiotherapie ondergingen
- overlevenden van Hiroshima en Nagasaki
toont geen toename van erfelijke afwijkingen
Het risico op overerfbare effecten door diagnostische stralingsdoses wordt daarom als zeer
klein ingeschat.
Overzicht effecten van ioniserende straling:
- Deterministische effecten
hebben een drempeldosis
ernst en kans nemen toe met de dosis
4
Straling en veiligheid
H11: Basis van de radiobiologie
Radiobiologie bestudeert de effecten van verschillende soorten straling op biologische systemen
Effecten variëren sterk:
- Op cellulair niveau: ionisaties en DNA-breuken
- Op orgaanniveau: functiestoornissen van o.a. huid, longen en nieren
Er zijn:
- Vroege effecten (bv. huidroodheid, maagklachten na bestraling)
- Late effecten (bv. kanker en genetische schade die zelfs in volgende generaties kan
optreden)
11.1 De risico’s van ioniserende straling
Ioniserende straling kan atomen ioniseren door elektronen los te maken
- Hierdoor kunnen ionisaties en beschadigingen ontstaan in cellulaire moleculen en structuren
- Kritische structuren, essentieel voor celwerking, zijn extra gevoelig:
Schade aan de celkern is ernstiger dan aan het cytoplasma
DNA wordt beschouwd als de belangrijkste kritische substantie
DNA is zeer stralingsgevoelig:
- Kleine beschadigingen op cruciale plaatsen kunnen grote gevolgen hebben
- Niet elke beschadiging leidt echter tot celdood
Cellen beschikken over efficiënte DNA-herstelmechanismen:
- Zelfs bij bestraling met enkele gray overleeft ongeveer 50% van de cellen
Schade op moleculair of cellulair niveau kan leiden tot veranderingen in weefsels
en organen
11.2 Deterministische effecten
Deterministische (niet-kansgebonden) effecten ontstaan wanneer het verlies van cellen zo groot is
dat de functie van een weefsel of orgaan vermindert of verloren gaat
Deze effecten worden vooral veroorzaakt door celdood
Er bestaat een drempeldosis:
- Onder de drempel: geen of verwaarloosbaar functieverlies
- Boven de drempel: zeker effect, waarvan de ernst toeneemt met de dosis
1
,Bo Van Esser
Weefsels met continue celvernieuwing zijn het meest gevoelig:
- Slijmvliezen (maag, darm)
- Bloedvormend systeem
- Huid
Stralingssyndromen bij acute, hoge dosis (totale lichaamsbestraling):
1–3 Gy – Beenmergsyndroom
- Aantasting van het bloedvormend systeem
- Symptomen vanaf ±250 mSv
10–20 Gy – Maag-darmsyndroom
- Beschadiging van het maag-darmstelsel binnen enkele uren
>50 Gy – Centraal-zenuwstelselsyndroom
- Ernstige schade aan hersenen en zenuwen
- Zeldzaam, maar zeer dramatisch
Effecten op de huid:
- Vanaf ±2 Gy: roodheid en schilfering
- Hogere doses: dermatitis (chronische huidaandoening)
- Standaard röntgenonderzoeken blijven ruim onder deze drempel
- Interventionele en radiotherapeutische procedures kunnen de 2 Gy-grens overschrijden,
waardoor extra stralingsbescherming nodig is
11.2.1 Dosis voor de foetus
Bestraling van een foetus is een bijzondere vorm van deterministische effecten, omdat foetale
cellen zeer snel delen en daardoor uiterst stralingsgevoelig zijn
De prenatale ontwikkeling kent drie fasen met een verschillende gevoeligheid voor straling:
1) Pre-implantatiefase (0–15 dagen)
Periode van bevruchting tot innesteling
Alles-of-niets-effect:
o geen schade → normale ontwikkeling
o wel schade → geen innesteling en afsterven
2) Organogenese (tot 8 weken)
Ontwikkeling van organen
Meest kritische fase
Stralingsschade kan leiden tot teratogene effecten (misvormingen)
Mogelijke gevolgen:
o Groeiachterstand
o verminderde hersenontwikkeling
2
,Bo Van Esser
o mentale retardatie
o oogafwijkingen
Drempeldosis volgens ICRP: 50 mGy
3) Foetale fase (vanaf 8 weken tot geboorte)
Afgenomen stralingsgevoeligheid
Blootstelling kan
vooral groeiachterstand veroorzaken
- Naast deterministische effecten bestaat ook een
risico op stochastische effecten, maar dit
is meestal kleiner dan het deterministische risico
- De hoge gevoeligheid van de foetus verklaart
de strikte aandacht voor zwangerschap bij:
beroepsmatig blootgestelde personen
patiënten op afdelingen met ioniserende
straling
11.3 Stochastische effecten
Stochastische effecten zijn kansgebonden effecten:
- de kans op optreden neemt toe met de dosis
- de ernst van het effect is niet dosisafhankelijk
Er is geen drempeldosis
Kenmerken:
- Hoe hoger de dosis, hoe groter de kans op het effect per individu
- Het effect zelf (bv. kanker) is even ernstig, ongeacht de ontvangen dosis
- Eén enkel foton of elektron kan al een DNA-mutatie veroorzaken
Belangrijkste voorbeelden:
- Tumorinductie (kanker) – het belangrijkste stochastische effect
- Overerfbare effecten door DNA-schade in voortplantingscellen
Belang in de radiodiagnostiek:
Stochastische effecten vormen het grootste risico, omdat de gebruikte doses
meestal onder de drempel voor deterministische effecten blijven
Dosis–effectrelatie:
- Een duidelijk verband tussen straling en kanker is aangetoond voor doses > 500 mSv
- Geschat:
per 10 mSv → ~ 500 extra kankergevallen per miljoen mensen
per 1 Sv → ~ 5% extra kankerrisico
3
, Bo Van Esser
- Bij lagere doses (< 500 mSv) is een toename statistisch moeilijk aantoonbaar
Wetenschappelijke basis:
- Inzicht komt uit studies bij:
overlevenden van de atoombommen in Japan
radiotherapeutisch behandelde patiënten
diagnostisch blootgestelde personen
beroepsmatig blootgestelden
- Deze groepen kregen meestal hogere doses, waardoor
risico’s bij lage doses
worden geëxtrapoleerd
Modellen voor risico-inschatting:
- Lineair zonder drempel (LNT-model)
- Lineair met drempel
- Supralineair model (bystander-effect)
- Hormesis-theorie (verondersteld gunstig effect bij lage
doses)
Huidige consensus:
- Er is internationale overeenstemming over het LNT-model:
het risico op stochastische effecten neemt lineair toe met de dosis
er bestaat geen veilige drempeldosis
11.3.1 Genetische effecten
- Kleine DNA-beschadigingen in geslachtscellen kunnen in principe leiden tot erfelijke
afwijkingen
- Gemiddeld komen 6–9 misvormingen per 100 pasgeborenen voor, onafhankelijk van
straling
Onderzoek bij:
- kinderen van ouders die radiotherapie ondergingen
- overlevenden van Hiroshima en Nagasaki
toont geen toename van erfelijke afwijkingen
Het risico op overerfbare effecten door diagnostische stralingsdoses wordt daarom als zeer
klein ingeschat.
Overzicht effecten van ioniserende straling:
- Deterministische effecten
hebben een drempeldosis
ernst en kans nemen toe met de dosis
4
