RTU un LU starpaugstskolu maăistrantūras studiju modulis “Medic īnas fizika”L īgums 2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007
JONIZĒJOŠA STAROJUMA IEDARB ĪBAS EFEKTI
BIOLOĂISKĀJĀ OBJEKTĀ
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 2
JONIZĒJOŠA STAROJUMA IEDARBĪBAS EFEKTI BIOLOĂISKĀJĀ
OBJEKTĀ
• Laiks starp ėīmisko saišu bojājumu un bioloăisko efektu var sastādīt no stundām līdz gadiem, atkarībā no bojājuma veida
• Jonizējoša starojuma iedarbības efekti pēc attīstības laika sadalās uz:
agr īniem un vēlīniem
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 3
Jonizējoša starojuma iedarbības agrīnie efekti
• Agrīno reakciju pamatā ir organisma reakcijas uz šūnu bojāeju
• Šūnu bojāeja ar turpmāko šūnu skaita samazināšanos izraisa normālo audu bojājuma manifestāciju neilgi pēc apstarošanas (pirmā nedēĜa, mēnesis)
• Sekundārais šūnu bojāejas efekts ir kompensatori paaugstināta šūnu dalīšana, kura notiek gan normālos audos, gan audzējā
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 4
Jonizējoša starojuma iedarbības agrīnie efekti
• Šūnu bojāeja (agr īnie joniz ējoša starojuma efekti ), var notikt stundu līdz dienu laikā, kad bojāta šūna mēăina uzsākt dalīšanu
Šis efekts ir ātri reaăējošo audu reakciju attīstības pamatā, kad vienlaicīgi iet boja liels šūnu daudzums
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 5
Jonizējoša starojuma iedarbības vēlīnie efekti
• Vēlīno reakciju attīstības mehānismi līdz galam nav noskaidroti pat līdz šodienai
• Ilgus gadus vadoša teorija komplikāciju attīstībai bija šūnu teorija – cilmes šūnu bojāeja un to atjaunošanas spējas samazināšana
• Pašreiz eksistē viedoklis, ka paralēli ar šūnu mehānismu organisma notiek arī humorālasreakcijas – tika noteikti iekaisuma mediatoru un fibrogeno citokinu kaskādi kas iniciējas uzreiz pēc apstarošanas
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 6
Jonizējoša starojuma iedarbības vēlīnie efekti
• Humor ālas teorijas pamātā ir dažādu šūnu populāciju mijiedarbība, kuru izraisa citokinu (iekaisuma mediatori, kas izdala šūna) un augšanas faktoru ietekme
• Vēlīno komplikāciju attīstības patofizioloăiskie ceĜi dažādos audos atšėiras, bet eksistē daži kopēji mehānismi
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 7
Jonizējoša starojuma iedarbības vēlīnie efekti
• Ar jonizējošo starojumu izraisīts endotelija(asinsvadu iekšējais pārklājums) bojājums noved pie trombu veidošanās, kas savukārt palielina asinsvada permeabilitāti (caurlaidību) un intersticiālo (iekš audu) tūsku
• Šīs izmaiĦas var būt izraisītas gan taisnā ceĜā, gan ar iekaisuma mediatoriem, kurus ražo makrofagi (imūnsistēmas šūnas) vai specifiskās parenhimālas šūnas (iekšējo orgānu šūnas)
Jonizējoša starojuma iedarbības vēlīnie efekti
Attēlā shematiski parādīta šūnu-humorāla teorija komplikāciju attīstībai plaušās.
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 9
Jonizējoša starojuma iedarbības vēlīnie efekti
• Pēc apstarošanas veidojas vēlīnās normālo audu reakcijas (fibroze, ādas teleangiektāzijas, muguras smadzeĦu un asinsvadu bojājumi)
• Radiācijas kanceroăenēzes rezultātā pēc ilgāka laika var parādīties sekundārie audzēji
• Bioloăiskā fāze ilgst no dažām minūtēm līdz pat vairākiem gadiem pēc apstarošanas
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 10
Jonizējoša starojuma iedarbības efekti
• Lai izraisītu augsti diferencēto šūnu bojāeju (funkcionālā nāve) ir nepieciešama doza ap 100 Gy
• Lai izraisītu zemu diferencētas šūnas bojāeju (reproduktīvā nāve) ir nepieciešami tikai 2 Gy
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 11
Jonizējoša starojuma iedarbības vēlīnie efekti
• Vēža attīstība kanceroăenēzes rezultātā var būt aizkavēta uz gadiem (vēlīnie joniz ējošā starojuma efekti )
Ir pieradīts, ka jonizējošais starojums izraisa leikēmiju, un var būt par cēloĦi vairāku citu vēžu attīstībai tādos audos kā kauli, plaušas, āda, vairogdziedzeris un krūts
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 12
Jonizējoša starojuma iedarbības vēlīnie efekti
Vēlīnie jonizējošā starojuma efekti (izĦemot kanceroăenēzi):
• Vēlīnas audu reakcijas– tādus kā fibroze un citas reakcijas izraisītas ar
asinsvadu sklerozi un sekundāro nepietiekamību (vaskulāras reakcijas)
• Dzīves ilguma saīsināšana– pārsvarā mirstības vēža dēĜ
• Ăenētiskie bojājumi (mutācijas)– ko efekts var tikt izpausts tikai sekojošās paaudzēs
• Ietekme uz augĜi
RTU un LU starpaugstskolu maăistrantūras studiju modulis “Medic īnas fizika”L īgums 2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007
AR JONIZĒJOŠO STAROJUMU IZRAISĪTO BOJĀJUMU
KLASIFIK ĀCIJA
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 14
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu klasifikācija
Zīdītāju šūnu bojājumi, ko izraisa jonizējošais starojums iedalās trīs kategorijās:
– letālie boj ājumi – neatgriezeniskie, neatjaunojamie un noved pie šūnu bojāejas
– sublet ālie boj ājumi – var tikt atjaunoti dažu stundu laikā, ja šajā laikā netiks radīti papildus subletāli bojājumi, kas novedīs pie letāliem bojājumiem
– potenci āli let ālie boj ājumi – var tikt atjaunoti ar šūnu reparācijas mehānismiem, ja šūna aizkavējas interfāzē un nepāriet dalīšanās fāzē
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 15
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu klasifikācija
Somatiskie un ăenētiskie efekti
Jonizējošā starojuma ietekme uz cilvēku populāciju var tikt nosacīti sadalīta uz somatiskoun ăenētisko:
• Somatiskie efekti ir kaites, no kam apstarotie indivīdi cieš savas dzīves laikā– ar jonizējošo starojumu izraisīts vēzis
(kanceroăenēze), sterilitāte, acu lēcas necaurredzamība un dzīves ilguma saīsinājums
• Ăenētiskie vai p ārmantotie efekti ir ar jonizējošo starojumu izraisītas mutācijas indivīda gēnos un DNS, kas var izraisīt iedzimtus defektus pēctečos
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 16
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidiSomatiskie un ăenētiskie efekti
• Kanceroăenēze izpaužas kā vēlīns somatiskais efekts• Eksistējošie datu avoti par cilvēka kanceroăenēzi:
– Zema līmeĦa profesionāla apstarošana– Kodolbumbu sprādzienu izdzīvojošie Hirosimā un Nagasaki– Pacientu medicīniskā apstarošana:
• deformējošas spondiĜozes ārstēšana ar ortovoltāžasrentgenstarojumu
• vairogdziedzera slimību ārstēšana ar jonizējošo starojumu• staru terapija vēža ārstēšanai
– Personāla apstarošana medicīnisko procedūru laikā:• Pirmie ārsti-radiologi• Pirmie staru terapeiti, kas izmantoja kontakta terapiju (brahiterapiju)
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 17
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidi Stohastiskie un determenistiskie efekti
Jonizējoša starojuma kaitīgie efekti var būt iedalīti dīvas pamata kategorijas: stohastiskie un deterministiskie:– Stohastiskie efekti ir efekti ko paradīšanas
varbūtība pieaug ar jonizējošā starojuma dozu, bet šo efektu smaguma pakāpe ietekmētos indivīdos nav atkarīga no dozas (kanceroăenēze un ăenētiskie efekti)
• Efektiem, kas ir īsti stohastiskie un parādās viena šūna, sliekšĦa doza neeksistē
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 18
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidi Stohastiskie un determenistiskie efekti
– Deterministiskie (ne stohastiskie) efekti ir efekti, kuru smaguma pakāpe pieaug ar dozu, parasti virs sliekšĦa dozas, un kuri tiek izraisīti ar bojājumiem šūnu populācijā (piemēram orgānu disfunkcija, fibroze, acu lecas aptumšojums, asins ainas izmaiĦas, izmaiĦasspermatoăenēzē)
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 19
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidi
vēlīnās reakcijas agr īnās reakcijas
Joniz ējoš ā starojuma iedarb ība
Jonizējošā starojuma iedarbību uz normāliem audiem pēc reakcijas parādīšanās laika, attīstības mehānisma un sekām var iedalīt divās kategorijās: agrīnās reakcijas un vēlīnās reakcijas
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 20
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidi
Akūtie un vēlīnie audu un orgānu efekti
• Agrīnās reakcijas ir pārejošas, to pamatā ir organisma imūnsistēmas aizsargreakcijasuz šūnu bojāeju
• Pēc attīstības mehānisma agrīnās reakcijas atgādina iekaisuma procesu
• Agrīnās reakcijas parādās īsi pēc apstarošanas
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 21
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidi
Akūtie un vēlīnie audu un orgānu efekti
• Agrīnās reakcijas vairāk izpaužas ātri atjaunojošos audos, tādos kā: āda, kuĦăa-zarnu trakts, kaulu smadzenes
• Agrīno reakciju smaguma pakāpe ir atkarīga no jonizējošā starojuma dozas lieluma
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 22
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidi
Akūtie un vēlīnie audu un orgānu efekti
• Akūtām reakcijām ir raksturīgas:– iekaisums– tūska
– epiteliālo un hemopoetisko (asinsradošo) šūnu bojāeja
– asiĦošana
– ādas eritēma (apsārtums)
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 23
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidi
Akūtie un vēlīnie audu un orgānu efekti
• Vēlīnās reakcijas var parādīties visos normālajos audos – gan ātri, gan lēni atjaunojošajos (plaušas, muguras smadzenes, galvas smadzenes, nieres)
• Vēlīnās reakcijas var parādīties pēc dažām dienām vai pat gadiem pēc apstarošanas
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 24
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidi
Akūtie un vēlīnie audu un orgānu efekti
• Vēlīnās reakcijas ir neatgriezeniskas (hroniskās)
• Kā atsevišėu apakšgrupu var izdalīt vēlīnās reakcijas, kas attīstās pēc īpaši smagām agrīnām staru reakcijām: sekojošas vēlīnās reakcijas
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 25
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidi
Akūtie un vēlīnie audu un orgānu efekti
• Vēlīno reakciju piemēri ir:– Fibroze– Atrofija
– Izčūlojumi– Stenoze
– Zarnu obstrukcijas
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 26
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidi
Akūtie un vēlīnie audu un orgānu efekti
• Vēlīno reakciju attīstības mehānismi līdz galam nav noskaidroti pat līdz mūsdienām
• Ilgus gadus viena no vadošām teorijām reakciju attīstībai bija šūnu teorija – cilmes šūnu bojāeja un to atjaunošanās spēju samazināšanās
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 27
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidi
Akūtie un vēlīnie audu un orgānu efekti
• Pašreiz pastāv viedoklis, ka paralēli šūnu mehānismiem, organismā notiek arī humorālasreakcijas – tika noteiktas iekaisuma mediatoru un citokīnu kaskādes, kas iniciējas uzreiz pēc apstarošanas
• Šīs teorijas pamatā ir dažādu šūnu populāciju mijiedarbība, kuru izraisa citokīnu un augšanas faktoru ietekme – humorālā teorija
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 28
Jonizējoša starojuma efekti uz cilvēka organismu
• Organisma atbildes reakcija uz jonizējošā starojuma iedarbību ir atkarīga no vairākiem faktoriem, bet pati galvenie ir:– Jonizējošā starojuma doza– Relatīvais ėermeĦa daĜas apjoms kas saĦem
jonizējošā starojuma dozu
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 29
Jonizējoša starojuma efekti uz cilvēka organismu
• 100 Gy uz visu ėermeni: nāve 6 stundu laikā (centrālas nervu sistēmas bojājumi)
• 10 Gy uz visu ėermeĦi: nāve 3 dienu laikā – bez ārstēšanas (kuĦăa-zarnu trakta bojājumu dēĜ)
• 2 Gy uz visu ėermeni: nāve 2 nedēĜu laikā – bez ārstēšanas (hemopoētiskās sistēmas bojājuma dēĜ)
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 30
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidsVisa ėermeĦa apstarošana
• Organisma reakcija uz akūto visa ėermeĦa apstarošanu izpaužas kā kombinētā reakcija no visiem audiem un orgānu sistēmām
• Ja kopēja doza uz visu ėermeĦi pārsniedza 1 Gy, attīstās akūtas reakcijas kas var tikt aprakstītas ar specifisko radi ācijas sindromu :– 1 Gy < Doza < 10 Gy kaulu smadzeĦu sindroms– 10 Gy < Doza < 100 Gy kuĦăa zarnu trakta sindroms– Doza > 100 Gy centrālas nervu sistēmas (CNS)
sindroms
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 31
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidsVisa ėermeĦa apstarošana
• Eksistējošie datu avoti par cilvēku specifiskiem radiācijas sindromiem:– Nelaimes gadījumi rūpniecībā un pētnieciskās
laboratorijās– Apstarošana ar radioaktīviem nokrišĦiem pēc
kodolieroču izmēăinājumiem– Nelaimes gadījums ČernobiĜa atomelektrostacijā– Cilvēku apstarošana ar augstām jonizējošā starojuma
dozām Hirosimā un Nagasaki– Cilvēku medicīniskā apstarošana ,izmantojot visa ėermeĦa apstarošanu (TBI - Total Body Irradiation)
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 32
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidsAugĜa apstarošana
• Starp apaugĜošanu un dzimšanu embrijs (auglis) iziet četras attīstības pamata stadijas:– Preimplantācija(dienas 1
līdz 10)– Organoăenēze (dienas 11
līdz 42)– Augšana un attīstība
(dienas 43 līdzpiedzimšanai)
ApaugĜošanas moments
Embrijs 3 dienas pēc apaugĜošanas
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 33
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidsEmbrija apstarošana
• Jonizējošais starojums ir zināms teratogēns (izraisa iedzimtus defektus)
• Jonizējošā starojuma ietekme uz embriju ir atkarīga no diviem faktoriem:– Doza embrijam– Attīstības stadija apstarošanas laikā
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 34
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidsEmbrija apstarošana
• Lai izvairītos no iespējamām iedzimtajām anomālijām (teratogēna efekta) pēc jonizējošā starojuma iedarbības, aborta iespējas ir jāapsver tikai, ja embrija doza pārsniedza 10 cGy
Radiobioloăijas un radioterapijas pamati2006/0250/VPD1/ESF/PIAA/06/APK/3.2.3.2./0079/0007 35
Ar jonizējošo starojumu izraisīto bojājumu veidsEmbrija apstarošana
• Pamata efekti uz embriju ko var izraisīt jonizējošais starojums:
• Aug Ĝa vai jaundzimuš ā nāve (prenat ālā vai neonat ālā nāve)
• Kropl ības• Augšanas un att īst ības aizkav ēšana• Iedzimtie defekti• Kancero ăenēze (vēža att īst ība)