Biologiczne skutki

działania

promieniowania

Czynniki fizyczne i biologiczne

wpływające na następstwa

napromieniowania

• wielkość dawki promieniowania;
• moc dawki promieniowania
• rozmiar napromienionego obszaru ciała
• rodzaj i energia promieniowa;
• wiek w chwili ekspozycji;
• rzadkie choroby lub predyspozycje genetyczne
• różnice we wrażliwości poszczególnych tkanek i

narządów na indukcję nowotworów popromiennych

• frakcjonowanie dawki
• natlenowanie tkanek

Reguła Bergonie i

Triboudeau

„Wrażliwość komórek na promieniowanie

jest wprost proporcjonalna do ich

aktywności proliferacyjnej i odwrotnie

do stopnia ich zróżnicowania”

• najbardziej wrażliwe: szpik i tkanka

limfatyczna, komórki płciowe i

nabłonka jelit

• mniej wrażliwe: komórki nerwowe,

erytrocyty i komórki mięśniowe

MITIOZA

 stadium

syntezy DNA

 stadium poprzedzające

właściwy podział

podwojonej komórki

Bardzo poważne

uszkodzenia komórek

Oddziaływanie promieniowania

jonizującego z żywą tkanką

1.

Stadium fizyczne

• etap pochłaniania energii przez

struktury komórkowe

• etap oddziaływania elektrycznego

– Wzbudzenie

– Jonizacja

Oddziaływanie promieniowanie:

• bezpośrednie działanie

promieniowania

• pośrednie działanie promieniowania

Oddziaływanie promieniowania

jonizującego z żywą tkanką

2. Stadium fizyko-chemiczne

• wzbudzone cząsteczki

• zjonizowane cząsteczki

 radioliza

wolne rodniki

• rodnik wodorowy (H*)

• rodnik

wodorotlenowy (OH*)

• rodnik

wodoronadtlenkowy ( HO

2

*)

 łączenie

z podobnymi

rodnikami

 atakowanie

trwałych

cząsteczek komórki

Oddziaływanie promieniowania

jonizującego z żywą tkanką

3. Stadium chemiczne

Największe uszkodzenia w tkankach wywołać

może rodnik wodorotlenowy OH*

Oddziaływanie promieniowania

jonizującego z żywą tkanką

4. Stadium biologiczne

• zaburzenia funkcjonalne (często bardzo

opóźnione w czasie) -----> zmiany kliniczne

Czas trwania stadium biologicznego

jest uzależniony od wrażliwości
organizmu na promieniowanie jonizujące
oraz od ilości zaabsorbowanej energii

Skutki działania

promieniowania jonizującego

brak reakcji

przejściowe zmiany czynnościowe

lub morfologiczne

zmiany trwałe

nekroza lub apoptoza

Nekroza

Apoptoza

Wpływ promieniowania

jonizującego na składniki

komórkowe

1 Gy

40 pęknięć

podwójnoniciowych

1000 pęknięć

jednoniciowych

1.

2.

3.

Mutacje

Mutacja - nagła, skokowa, bezkierunkowa,

dziedzicząca się lub nie dziedzicząca, zmiana w
materiale genetycznym organizmu

• mutacja punktowa - zmiana pojedynczego

nukleotydu w DNA lub RNA

– substytucja (podstawienie)
– delecja (pominięcie)
– insercja (addycja)

• mutacja chromosomowa - zaburzenie polegające

na zmianie struktury lub liczby chromosomów

– śmierć lub poważne defekty fizjologiczne
– komórki rozrodcze – zmiany dziedziczne
– komórki somatyczne - zmiany dotyczące wyłącznie nosiciela

Substytucja

Aminokwas

Zasady

DNA

Zmiana pojedynczego

nukleotydu

Nieprawidłowy aminokwas

Białko

Pierwotna sekwencja DNA

Delecja

Pierwotna sekwencja DNA

Zasady

DNA

Aminokwas

Delecja pojedynczego

nukleotydu

Nieprawidłowa sekwencja aminokwasowa

Pierwotna sekwencja DNA

Zasady

DNA

Aminokwas

Insercja pojedynczego

nukleotydu

Nieprawidłowa sekwencja aminokwasów

Insercja

Dwa pęknięcia

chromosomowe

Centromer

Fragment

acentryczny

Translokacja

Mutacja chromosomowa

Klasyfikacja następstw działania

promieniowania jonizującego

1. Efekty niestochastyczne =

efekty wczesne

• większy efekt niestochastyczny 

większa wartość pochłoniętej dawki
promieniowania

• przykłady:

– ostry zespół popromienny
– lokalne zmiany martwicze skóry i innych

narządów

– uszkodzenia zarodka i płodu

Klasyfikacja następstw działania

promieniowania jonizującego

2. Efekty stochastyczne = efekty

odległe

• większa wartość pochłoniętej dawki

promieniowania  większe

prawdopodobieństwo wystąpienia
efektu stochastycznego

– efekty o charakterze somatycznym –

dotyczą osób napromieniowanych

– modyfikacja komórek rozrodczych – są

dziedziczone

Hipoteza liniowej, bezprogowej

zależności dawka-skutek i hormeza

radiacyjna

Hipoteza liniowej,

bezprogowej

zależności

dawka-skutek

Zależność dawka-skutek

dla nowotworów –

od 0,2 do 2 Sv

Hipoteza liniowej, bezprogowej

zależności dawka-skutek i hormeza

radiacyjna

Uogólniony model odpowiedzi
organizmu na promieniowanie,
a także na inne naturalne czynniki
fizyczne i chemiczne

Hormeza radiacyjna

zjawisko pożytecznego działania małych

dawek promieniowania

Hip.

o lin

iowy

m, b

ezpr

ogow

ym d

ziała

niu p

rom

ienio

wan

ia

Model hormetycznego

działania małych

dawek promieniowania

Dawki

od 0,01 do 0,1 Sv

Korzystne działanie

promieniowania

elektromagnetycznego –

przykłady

Roczna śmiertelność na raka w USA/ 100 000 mieszkańców

w latach 1950 – 1967

Naturalne pochodzenie [mSv/y]

Średnia

W

sk

a

źn

ik

1.

Korzystne działanie

promieniowania

elektromagnetycznego –

przykłady

Wiek (dni)

Pr

ze

ży

w

a

ln

o

ść

(

%

)

2.

Przeżywalność myszy MRL-lpr/lpr napromienianych (137-Cs) przez 5 tygodni

z mocą dawki 0,35 lub 1,2 mGy/godz w porównaniu z grupą kontrolną (K. Sakai)

Korzystne działanie

promieniowania

elektromagnetycznego –

przykłady

Napromieniowane myszy

Mysz, które nie zostały poddane działaniu promieniowania

Wygląd myszy po 90 dniach: napromienionych (moc dawki 0,70 mGy/godz)

i nie poddanych napromienieniu

2.

Korzystne działanie

promieniowania

elektromagnetycznego –

przykłady

Dni po wstrzyknięciu metylocholantrenu (MD)

Z

a

p

a

d

a

ln

o

ść

n

a

r

a

ka

s

kó

ry

(

%

)

Nie poddawane

napromieniowaniu

Zapadalność na indukowanego metylocholantrenem (MC) raka skóry u myszy
nienapromienianych i eksponowanych na promieniowanie γ o małej mocy dawek

2.

Korzystne działanie

promieniowania

elektromagnetycznego –

przykłady

Generalnie rozwój nowotworów u myszy poddanych
działaniu małych dawek promieniowania rentgenowskiego
wykazuje na zmniejszającą się liczbę raków w stosunku
do grupy kontrolnej

Rozwój nowotworów u myszy poddanych działaniu małych dawek

promieniowania rentgenowskiego

2.

Korzystne działanie

promieniowania

elektromagnetycznego –

przykłady

Napromieniowanie całego ciała lub połowy ciała małymi
dawkami przyniosło pozytywne skutki
w eksperymentalnym leczeniu nowotworów

W obszarach o podwyższonym poziomie promieniowania
naturalnego nie obserwuje się zwiększenia zapadalności
na choroby nowotworowe i inne

Chorzy na białaczkę

Przeżywalność 50%

po 2 latach

Chorzy na białaczkę

po 2 latach

Przeżywalność 84%

3.

4.

Korzystne działanie

promieniowania

elektromagnetycznego –

przykłady

Śmiertelność na 1000 pracowników przemysłu nuklearnego w porównaniu

z grupą kontrolną

5.

Korzystne działanie

promieniowania

elektromagnetycznego –

przykłady

Śmiertelność na raka płuc wśród kanadyjskich pacjentów

chorych na gruźlicę w zależności od otrzymanej dawki

6.

Efekty popromienne u ludzi –

grupa badana

1. mieszkańcy Hiroszimy i Nagasaki
2. mieszkańcy Wysp Marshalla
3. osoby leczone promieniami X z powodu zesztywniającego

zapalenia stawów kręgosłupa

4. kobiety poddawane radioterapii z powodu raka szyjki macicy,

raka sutka

5. osoby otrzymujące jod promieniotwórczy
6. pacjenci napromienieni z powodu grzybicy
7. dzieci napromienione w czasie życia płodowego
8. osoby narażone zawodowo na działanie promieniowania

jonizującego

9. osoby zamieszkałe w pobliżu zakładów energetyki jądrowej
10. osoby napromieniowane w wyniku awarii reaktora w

Czarnobylu

Choroba popromienna

Ogólna nazwa chorobowych zmian
ogólnoustrojowych powodowanych przez
promieniowanie jonizujące oddziałujące na
całe (lub prawie całe) ciało

• Przyczyny:

– ekspozycja na nadmierne dawki promieniowania
– pochłonięcie źródeł promieniowania

• Typy:

– ostra choroba popromienna
– przewlekła choroba popromienna

Ostra choroba

popromienna

• Krótszy okres utajenia (od kilku do

kilkudziesięciu godzin)  cięższy przebieg
choroby

• Postacie:
1. Postać subkliniczna
2. Postać hematologiczna
3. Postać jelitowa
4. Postać mózgowa
5. Postać enzymatyczna

Postać subkliniczna

 Dawka

– 0,5 Gy - 2 Gy

 Objawy

– ogólne osłabienie
– limfopenia

 Przyczyna

– spadek aktywności narządów limfatycznych

 Śmiertelność

– 0 %

Postać hematologiczna

 Dawka

– 2 Gy - 4 Gy

 Objawy

– ogólne osłabienie
– limfopenia
– niedokrwistość
– obniżenie odporności ustroju

 Przyczyna

– spadek aktywności szpiku

 Śmiertelność

– do 25 % chorych

Postać jelitowa

 Dawka

– 4 Gy - 8 Gy

 Objawy

– objawy ze strony układu pokarmowego: wymioty, krwawe biegunki,

nudności

– skaza krwotoczna
– zaburzenia gospodarki wodno-elektrolitowej z obrzękami błony śluzowej
– ciężkie uszkodzenia - rozległy zanik gruczołów błony śluzowej

 Przyczyna

– popromienne uszkodzenie nabłonka przewodu pokarmowego z

pojawieniem się owrzodzeń

 Śmiertelność

– 50-100 %
– rokowanie zależy od czasu pojawienia się: biegunki, nudności, wymiotów
– objawy wczesne i ciągłe  przeżycie niemożliwe

Postać mózgowa

 Dawka

– 8 Gy - 50 Gy

 Objawy

– drgawki
– utrata przytomności wkrótce po napromieniowaniu
– nudności i wymioty
– wzrost temperatury ciała do 38-40°C
– obrzęk ślinianek
– zapalenie śluzówki jamy ustnej
– zapalenie trzustki
– bardzo szybkie wypadanie włosów

 Przyczyna

– uszkodzenie przewodnictwa nerwowego

 Śmiertelność

– 100 %

Postać enzymatyczna

 Dawka

– powyżej 50 Gy

 Objawy

– utrata przytomności
– prawie natychmiastowa śmierć "pod promieniami"

 Przyczyna

– zablokowanie aktywności enzymatycznej (Rozerwanie wiązań

chemicznych białek enzymatycznych przez kwanty promieniowania

)

 Śmiertelność

– 100 %

 Odnotowane przypadki:

– 24 lipca 1964 Wood River, w stanie Rhode Island, dawka 100 Sv 

śmierć po 49 h

– 30 grudnia 1958 Los Alamos, w stanie Nowy Meksyk, dawka 60-180

Sv  śmierć po 36 h

Przewlekła choroba

popromienna

Odległe skutki jednorazowego

napromieniowania, bądź skutki będące

efektem długotrwałego narażenia na

powtarzające się dawki promieniowania

• Przykłady:

– zwiększona zapadalność na nowotwory

złośliwe

– zaburzenia hormonalne

– bezpłodność

– uszkodzenia genomu komórek płciowych

Zespół skórny

• od 6 do 48 godzin po ekspozycji 

niewielkie zaczerwienienie skóry

• od 6 do 14 dni po ekspozycji 

długotrwały rumień skórny (czerwony
 ciemnoczerwony  szkarłatny)

• przewlekłe zmiany skórne 

obrzmienie skóry  przewlekłe,
nawracające owrzodzenia  od 2 do
30 lat – rak skóry

Zmiany w układzie

oddechowym

 beztemperaturowy przebieg
 suchy długotrwale utrzymujący się kaszel 

zespół płucno-sercowy  skrócenie życia

Ciąża a promieniowanie

Wpływ promieniowanie na płód

• stadium blastuli  zniszczenie zarodka
• 3 tydzień ciąży  działanie teratogenne
• 22 do 35 tydzień ciąży  wady kończyn
• 22 do 40 tydzień ciąży  wady wzroku
• 17 do 40 tydzień ciąży  wady serca

Częstotliwość występowania aberracji u ludzi w zależności

od dawki na podstawie danych z Hiroszimy

26,4 %

35,8 %

46,0 %

65,0 %

Narządy rozrodcze

• Mężczyźni

– dawka: 100 remów

• powrót spermatogenezy po 1 roku
• liczba plemników wraca do normy po 3 latach

• Kobiety

– skutki napromieniowania dużo groźniejsze

niż u mężczyzn

– dawka: 170 remów

• trwała niepłodność

Nowotwory popromienne

• Białaczki
• Nowotwory skóry
• Nowotwory tarczycy
• Rak gruczołu piersiowego
• Rak płuc
• Mięsak kościopochodny

Wpływ promieniowania

podczerwonego na organizm

człowieka

•Reakcje termiczne
•O skutkach oddziaływania

decydują:

 natężenie napromieniowania
 długość fali
 czas ekspozycji

Termiczne działanie

promieniowania podczerwonego

na skórę

Stopień oddziaływania IR:

•zdolność skóry do odbijania

promieniowania

•zdolność skóry do

pochłaniania promieniowania

Skutki oddziaływania różnych

rodzajów IR na skórę

1. Promieniowanie z pasma IR-C
• absorpcja IR-C w powierzchniowych warstwach skóry

(prawie całkowita)

• skutki:

– przegrzanie skóry

– oparzenie skóry

– rumień cieplny

2. Promieniowanie z pasma IR-A
• absorpcja IR-A w głębszych warstwach skóry
• skutki:

– zwiększone obciążenie cieplne organizmu
– rumień cieplny (po dłuższym czasie ekspozycji)

3. Mechanizmy obronne

Naskórek

Skóra

właściwa

Tkanka

podskórna

IR-C

IR-A

Efekt stymulujący promieniowania

podczerwonego

1. Procesy biologiczne:

•

aktywacja procesów energetycznych

•

aktywacja procesów syntezy

•

aktywacja systemu odpornościowego

2. Leczenie:
•

leczenie chorób skórnych: egzema, wysypka, rany skóry

•

leczenie chorób stawów, artretyzmu, reumatyzmu

•

dolegliwości laryngologiczne

•

przyspieszone gojenie się ran

•

zmniejszenie bólu

Wpływ promieniowania

podczerwonego na układ wzroku

1. Rogówka
• najsilniej pochłania promieniowanie podczerwone

– IR-C – całkowicie
– IR-B – częściowo

• aktywacja receptorów bólu - ≥ 47 °C

2. Soczewka
• przede wszystkim promieniowanie z pasma IR-A
• absorpcja promieniowania  przegrzanie soczewki (brak

naczyń krwionośnych)

– bezpośrednia absorpcja promieniowania przez soczewkę
– pośrednie przekazywanie ciepła soczewce przez tęczówkę

• skutki: zmętnienie soczewki (ZAĆMA)

Wpływ promieniowania

podczerwonego na układ wzroku

3. Siatkówka
• zmiany najbardziej niebezpieczne  plamka żółta

– uszkodzenia niewielkie  odnowa funkcji widzenia na skutek:

• odrastania zewnętrznych części fotoreceptorów

• migracji komórek do miejsc uszkodzenia

• uszkodzenia termiczne są wynikiem gównie denaturacji białek

oraz hamowania enzymów komórkowych

4. Pozostałe części oka
• zapalenie tęczówek
• zapalenie spojówek
• wysuszenie powiek
• wysuszenie rogówek
• zapalenie brzegówpowiek

Oddziaływanie promieniowania

ultrafioletowego na organizm

człowieka

1. Ryzyko pojawienia się zmian patologicznych:

•

ilość pochłoniętej energii promieniowania UV

•

wielkość i czas ekspozycji

•

właściwości tkanek poddanych napromieniowaniu

2. UV  DNA

1. absorpcja kwantu UV

2. wzbudzenie elektronu

3a. rozproszenie energii stanu wzbudzonego

3b. reakcja z innymi molekułami

•

stabilne fotoprodukty (głównie dimer tymidynowy (tyminowo-
tyminowy))

•

niestabilne produkty pośrednie (wolne rodniki)

Wpływ UV na skórę człowieka –

rola ochronna skóry

1.

Promieniowanie UVB – w niewielkim
stopniu dociera do skóry właściwej

2.

Promieniowanie UVA – penetruje
głębsze warstwy skóry

3.

Wpływ zależy od:

• grubości naskórka (grubości warstwy

rogowej)

• zawartość melaniny

Fizjologiczna reakcja skóry na

stres radiacyjny

UVA indukuje w naskórku i w skórze więcej zmian niż UVB

1. Zaczerwienienie powierzchni skóry sympton oparzenia
• absorpcja kwantów promieniowania UV przez chromofory

zlokalizowane w obrębie skóry (aminokwasy, zasady
pirymidynowe)

• reakcja wtórna na niszczenie przez UV komórek naskórka

2. Zmiany pigmentacyjne w postaci opalenizny

• opalenizna natychmiastowa:

 powodowana fotoutlenieniem melaniny

 nietrwała

 uwarunkowana głównie oddziaływaniem UVA

• opalenizna opóźniona:

 związana z produkcją nowej melaniny

 trwała

 uwarunkowana głównie oddziaływaniem UVB

Wpływ promieniowanie UV na

oczy

1. Stany zapalne spojówki i rogówki

2. Uszkodzenie rogówki

3. Zaćma fotochemiczna  nadfiolet

z zakresu powyżej 290 nm

Narażenie ostre i

przewlekłe

1. Narażenie ostre
• skóra

– opalenizna  przy niższych natężeniach
– odczyn zapalny skóry o różnym nasileniu  przy wyższych natężeniach

• oko

– zapalenie rogówki
– zapalenie spojówki

2. Narażenie przewlekłe
• rak skóry
• łagodne nieprawidłowości melanocytów
• przewlekłe uszkodzenia keratocytów, naczyń krwionośnych i tkanki

włóknistej

• zaćma

Korzystne działanie

promieniowanie UV

1.

Działanie przeciwkrzywicze

2. Korzystny wpływ na skórę

•

lepsze ukrwienie

•

większa elastyczność

•

szybsze gojenie się ran i owrzodzeń

Promieniowanie

widzialne

1. Termiczne lub fotochemiczne

uszkodzenia i schorzenia siatkówki
oka

• najgroźniejsze promieniowanie o

długościach fal z zakresu 420 ÷ 455 nm

• t < 10 s  uszkodzenia termiczne
• t > 10 s  uszkodzenia fotochemiczne

2. Oparzenia skóry

Literatura

• Aniołczyk H.: „Pola elektromagnetyczne. Źródła – oddziaływanie – ochrona” –

Oficyna Wydawnicza Instytutu Medycyny Pracy im. prof. Jerzego Nofera, Łódź,
2000

• Byczewska Z. i Dawydzik L.: „Medycyna pracy w praktyce lekarskiej” –

Oficyna Wydawnicza Instytutu Medycyny Pracy im. prof. Jerzego Nofera, Łódź,
1999

• http://www.if.pw.edu.pl/~rafix/ochrona%20radiologiczna.htm
• http://www.ciop.pl
• http://astrophysics.fic.uni.lodz.pl
• http://astrophysics.fic.uni.lodz.pl/medtech/pakiet15/pkt_15_41.html
• http://www.carbon14.pl/~Andrzej/MBM/Wyklad10.pdf
• http://www.ipj.gov.pl/pl/szkolenia/ej/14.pdf
• Indulski J.A.: „Higiena pracy. Zagrożenia fizyczne i biologiczne. Działania

ochronne”, tom II – Oficyna Wydawnicza Instytutu Medycyny Pracy im. prof.
Jerzego Nofera, Łódź, 1999

• Kolek Z.: „Oddziaływanie promieniowania optycznego na człowieka: korzystny

wpływ i zagrożenia” – Prace Instytutu Elektrotechniki, zeszyt 228, 2006

• Nowicki W.: „Kwadrans na zastanowienie” - Ten Świat – Biuletyn Polskiego Klubu

Ekologicznego, Okręg Wielkopolska, 1(60), 24-27, 2006, ISSN 1231-2495

Dziękuję za

uwagę