1 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj Mieke Blaauw

Transcriptie

1 1 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Mieke Blaauw

2 2 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj Atoombouw en verval 4,5 Wisselwerking van straling met materie en afscherming 6-9 Röntgentoestellen, ingekapselde bronnen 10 Grootheden en eenheden 11 Effecten en risico s van straling 12 Detectie van straling 13 Algemene regelgeving Regelgeving ingekapselde bronnen, toestellen en open bronnen Praktische stralingsbescherming Risico-analyse en dosisberekening in praktijk

3 3 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Inleiding Ioniserende straling: hoge stralingsenergie Energie afgegeven aan elektronen van materie 7 3 Li M L K ionisaties veroorzaken stralingsschade elektron proton neutron

4 4 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Stralingsschade directe schade door ionisatie: beschadiging van biomoleculen (koolhydraat, eiwit, vet, DNA,...) indirecte schade: belangrijkste bijdrage! weefsel bestaat voor 70-90% uit water (H 2 O) ioniserende straling vormt vrije radicalen H en OH Vrije radicalen zijn erg reactief: veroorzaken schade aan biomoleculen zoals DNA

5 5 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 DNA Ionisaties kunnen stralingsschade veroorzaken Schade aan cellen en moleculen waaronder DNA

6 6 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 DNA Celkern met DNA De cel Alle cellen bevatten dezelfde genetische informatie (Verschillende expressie verschillende soorten cellen)

7 7 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 DNA DNA is de drager van de erfelijke informatie Genetische code bestaat uit 4 bouwstenen (basen) Adenine A Guanine G Vaste combinaties: baseparen (A+T, C+G) Cytosine C Thymine T Dubbele helix

8 8 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 DNA DNA is verdeeld over chromosomen mens: 23 paren 46 chromosomen Chromosomen bevatten genen Genen coderen voor eiwitten chromosomenpaar

9 9 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 In de cel: van DNA naar eiwit Elke cel heeft DNA nodig om eiwitten te maken Elke lichaamscel heeft allerlei eiwitten nodig: Voor de bouw of het herstel van je lichaamscellen Enzymen zijn verantwoordelijk voor de stofwisseling Hormonen zorgen voor de communicatie tussen cellen en hun omgeving Eiwitten voor reparatie en vorming van nieuw DNA Vorming van nieuwe cellen door celdeling Etc.

10 10 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 In de cel: van DNA naar eiwit Elke soort cel maakt eigen set eiwitten uit het DNA veel soorten cellen: spieren, botten, bloed, darmcellen, huid enz. DNA eiwit

11 11 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Stralingsschade Breuk aan zijkant DNA helix Verlies of verandering van DNA basen Enkelstrengs Breuk Dubbelstrengs Breuk α- deeltje Gevolg: DNA functioneert niet goed

12 12 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Beperking van stralingsschade DNA-reparatie door DNA-reparatie enzymen (eiwitten) Dubbelstrengs DNA- breuken moeilijk te repareren! Checkpoints in celcyclus: celcyclus wordt onderbroken bij detectie van DNA-schade DNA replicatie Mitose Celdeling: Vorming van nieuwe cellen

13 13 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Beperking van stralingsschade Antioxidanten (bijv. Vitamine C) neutraliseren schadelijke vrije radicalen (H en OH) Geprogrammeerde celdood (Apoptose) Opruimen van beschadigde cellen of Opruimen ongecontroleerd delende cellen (Bcl-2 en p53 zijn belangrijke eiwitten voor apoptose)

14 14 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Effecten op de mens X (C/kg) D (Gy) Menselijk lichaam H: Equivalente dosis = D x W R (Sv) H (T) maat voor schade aan menselijk weefsel E: Effectieve dosis = H x W T (Sv) maat voor gezondheidsrisico E(50): Effectieve volgdosis = A x e(50) (Sv) bij inwendige besmetting maat voor gezondheidsrisico, gesommeerd over 50 jaar

15 15 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Effecten op de mens DNA is meest gevoelig als nieuw DNA wordt gevormd (DNA-replicatie) tijdens celdeling: Celdeling DNA replicatie 2 nieuwe cellen

16 16 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Effecten op de mens Bij celdeling: DNA wordt gesplitst, nieuwe basen worden ingebouwd: DNA-replicatie Meest stralingsgevoelig: snel delende cellen Delende cel heeft minder tijd voor reparatie - Beenmerg, milt, darmepitheel, maar ook tumorcellen (radiotherapie) - Kinderen zijn gevoeliger voor straling dan volwassenen Minst stralingsgevoelig: gedifferentieerde en functionele cellen die zich weinig delen - Spieren, zenuwcellen, hersenen

17 17 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Effecten op de mens Somatische effecten De schade komt tot uitdrukking in de bestraalde generatie Schadelijke weefselreactie Kansgebonden effect Acute effecten < enkele maanden Late effecten Na jaren Laat effect Na jaren Genetische effecten De schade komt tot uitdrukking bij het nageslacht Kansgebonden effect

18 18 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Effecten op de mens tijdschaal proces s absorptie van stralingsenergie s beschadiging molecuul door vrije radicalen H en OH minuten - uren dagen dagen - weken maanden - jaren reparatie van DNA-schade, hersensyndroom celdood, darmsyndroom meer acute effecten, beenmergsyndroom, huidsyndroom late effecten, kanker generaties genetische schade bij nakomelingen

19 19 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Effecten op de mens Somatische effecten De schade komt tot uitdrukking in de bestraalde generatie Schadelijke weefselreactie Kansgebonden effect Acute effecten < enkele maanden Late effecten Na jaren Laat effect Na jaren Genetische effecten De schade komt tot uitdrukking bij het nageslacht

20 Ernst van het effect 20 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Schadelijke weefselreacties (of deterministisch effect, of niet-kansgebonden effect) Alleen boven een bepaalde drempel- dosis Kans Treedt op als veel cellen van een orgaan of weefsel beschadigd zijn Hoe hoger de dosis hoe ernstiger het effect acuut of laat effect

21 21 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Schadelijke weefselreacties Drempel- dosis bij eenmalige bestraling D(Gy), gamma-straling, effect waarneembaar in 1% van de gevallen (Gezondheidsraad 2007) Dosis Effect Mortaliteit 0,15 Gy tijdelijke steriliteit (man) 0,25 Gy tijdelijk minder wittte bloedlichaampjes (afweer) 0,65 Gy afname vruchtbaarheid vrouw 1 Gy staar in oog (cataract) 3 Gy roodheid huid (erytheem) 1 Gy beenmergsyndroom dagen 6 Gy darmsyndroom 6 9 dagen Gy hersensyndroom binnen 2 dagen Bij totale lichaamsbestraling (W T = 1) van ca. 3-5 Gy overlijdt 50 % van personen

22 geaccumuleerde dosis (Gy) 22 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Schadelijke weefselreacties 100 Staar bij patiënten die een behandeling met radiotherapie hebben ondergaan 10 0 < p < totale bestralingstijd (d) Drempeldosis is hoger wanneer de dosis over langere tijd verdeeld wordt Tussentijds herstel mogelijk Kans op schadelijke weefselreacties neemt af

23 23 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Schadelijke weefselreactie Darmsyndroom Dosis total body of buikholte met > 10 Gy binnen korte tijd Aanmaak nieuwe darmvlokken stopt Sterk verminderde opname van water, mineralen en voedingsstoffen Diarree en braken, overlijden door uitdroging. Lichte vormen te behandelen, mits celdeling weer op gang komt. > 6 Gy: ook effect op bloedvormend weefsel

24 24 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Schadelijke weefselreactie Beenmergsyndroom bloedvormend weefsel Bij dosis ca. 3-5 Gy ineens overlijdt 50 % van personen Binnen 1 tot 2 dagen aantasting Immuunsysteem en vorming bloedplaatjes (nodig voor stolling) Verminderde weerstand tegen infecties, Na 7 tot 10 dagen bloedingen Herstel mogelijk na transfusie of beenmerg transplantatie.

25 25 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Schadelijke weefselreactie Vlak na de ontdekking van röntgenstraling in 1895 en natuurlijke radioactiviteit in 1896: medische toepassingen, zoals het gebruik van röntgenstraling voor ontharing! Vrij snel kwam aan het licht dat deze toepassing niet zonder gevaar was Het eerste gevolg van overbestraling is erytheem (roodheid) na enkele uren. Huidsyndroom Zeer ernstige, moeilijk te behandelen brandwonden Foto rechts: lichaamsdosis : 4,5 Gy (Na uitgebreide plastische chirurgie) Gilam, Iran, juli 1996 Gila m,

26 26 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Effecten op de mens Somatische effecten De schade komt tot uitdrukking in de bestraalde generatie Schadelijke weefselreactie Kansgebonden effect Acute effecten < enkele maanden Late effecten Na jaren Laat effect Na jaren Genetische effecten De schade komt tot uitdrukking bij het nageslacht

27 27 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 (of stochastisch effect) Kansgebonden effecten Hoe hoger de dosis, hoe groter de kans op het van optreden van het effect (lethale kanker) Kans GEEN drempel-dosis Ernst hangt NIET af van de dosis: alles-of-niets effect Ernst Treedt pas op na lange latentieperiode : Laat effect

28 relatief risico op kanker 28 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Kansgebonden effecten: latentietijd minimaal 3 tot 5 jaar voor leukemie minimaal 10 jaar voor overige vormen van kanker overige vormen van kanker leukemie jaren na blootstelling

29 29 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Effecten: Kansgebonden effecten Tumorinductie Genetische effecten in het nageslacht Zeer lange latentietijd begint met DNA-schade: DNA mutatie (bijvoorbeeld Insertie en deletie (stukken DNA ontbreken of teveel) of puntmutatie (1 base verkeerd) Mutatie van DNA door straling

30 30 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Kansgebonden effecten Genen Twee typen genen van belang in ontwikkeling van kanker: Proto-oncogenen bevorderen ongeremde celgroei Tumor-suppressorgenen remmen de groei Mutaties in deze genen kunnen kanker bevorderen (Mutaties kunnen ook aangeboren zijn)

31 31 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Kansgebonden effecten Proto-oncogen te actief: tumorsupressor-gen te weinig actief: kanker kanker N-ras neuroblastoma NF-1 zenuwweefsel leukemie myeoïde leukemie Ki-ras long, eierstokken NF-2 hersenen darm, alvleesklier c-myc lymfeweefsel p-53 verschillende soorten kanker borst, maag, long BRCA-1 borst, eierstokken Bcl-2 lymfeweefsel BRCA-2 borst Bcl-1 borst, hoofd, hals VHL nier p53 : cruciaal tumorsupressor-gen: DNA-reparatie, celcyclus-arrest, apoptose

32 32 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Kansgebonden effecten nageslacht Somatische effecten De schade komt tot uitdrukking in de bestraalde generatie Schadelijke weefselreactie Kansgebonden effect Acute effecten < enkele maanden Late effecten Na jaren Laat effect Na jaren Genetische effecten De schade komt tot uitdrukking bij het nageslacht Kansgebonden effect

33 33 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Kansgebonden effecten nageslacht Effect mogelijk als er stralingsschade is in de geslachtscellen van de ouders voordat er sprake is van een zwangerschap Elk stadium in de vorming van de geslachtscellen heeft zijn eigen gevoeligheid voor stralingsschade rijpende eicellen en zaadcellen meest kwetsbaar Risico van erfelijke afwijkingen (teratogeen effect) is waarschijnlijk veel kleiner dan tot nu toe gedacht (Gonadendosis op latere leeftijd heeft geen genetische consequenties meer.)

34 34 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Schadelijke weefselreacties - Effecten op het ongeboren kind week 1-2 : pré-implantatiefase alles-of-niets-effect: spontane abortus mogelijk week 2-8 : vorming van organen (organogenese) stralingsschade kan leiden tot misvormingen week 8-15 : ontwikkeling van de hersenen stralingsschade kan leiden tot vermindering van IQ week : voltooiing van de ontwikkeling stralingsschade kan leiden tot groeiachterstand risico voor ongeboren kind ongeveer gelijk aan dat voor jong kind Kansgebonden effecten - risico voor ongeboren kind ongeveer gelijk aan dat voor jong kind

35 35 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Risicogetal van stralingsschade Kansgebonden effecten risicofactor risicofactor = 5% per sievert Afgeleid uit epidemiologisch onderzoek onder de overlevenden van de atoombommen op Hiroshima en Nagasaki; ABCC (Atomic Bomb Casualty Commission), thans RERF (Radiation Effect Research Foundation)

36 36 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Risico stralingsschade in perspectief beroepsrisico > 1 x 10-3 is onaanvaardbaar beroepsrisico < 1 x 10-4 is aanvaardbaar werkzaamheden overlijdenskans / jaar Gezondheidsraad lichte industrie 2 x 10-5 industrie 4 x 10-5 bouw 1 x 10-4 radiologisch werk (2 msv per jaar) 1 x 10-4 wegtransport 2 x 10-4 radiologisch werk (20 msv per jaar) 1 x 10-3 hoog risico natuurlijke straling (2 msv per jaar) 1 x 10-4 sigaretten (5 stuks per dag) 1 x 10-3

37 37 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Stralingsbelasting NL en USA

38 38 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Natuurlijke achtergrondstraling De natuurlijke achtergrondstraling niveaus zijn erg gevarieerd. Wereldwijd is de gemiddelde jaardosis 2.4 msv. De hoogste natuurlijke achtergrondstraling waarden zijn gemeten in: Ramsar (India): Guarapari (Brazilie): Karunagappaly (India): 260 msv/jaar. 70 msv/jaar 15 msv/jaar

39 39 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Comparison of radiation doses - includes doses detected on the trip from Earth to Mars by the RAD on the MSL ( ) NASA/JPL-Caltech/SwRI -

40 40 Radiobiologie TS VRS-D/MR vj 2018 Lethale dosis Bij de mens: 10 Gy is lethaal Eenmalige dosis, bij totale lichaamsbestraling Approximate lethal doses of radiation for plants and animals UNSCEAR?? Kakkerlak: 64 Gy (fruitvlieg: 640 Gy)