Jacek Stankowski,gr.17
Promieniowanie UV i jego wpływ na organizm.
Promieniowanie ultrafioletowe - promieniowanie elektromagnetyczne (świetlne) o częstotliwościach pomiędzy zakresem światła widzialnego (światło, fale elektromagnetyczne) a promieniowaniem rentgenowskim: odpowiada długości fali od 390 do ok. 10 nm (granica pomiędzy promieniowaniem ultrafioletowym a rentgenowskim jest umowna), dzieli się na ultrafiolet tzw. bliski (390-190 nm) i daleki (190-10 nm).
Ultrafioletowe promieniowanie, choć niewidzialne, ma silne działanie fotochemiczne - przy długości fali poniżej 300 nm wywołuje już jonizację i jest zabójcze dla organizmów żywych. Znaczne ilości promieniowania ultrafioletowego emituje Słońce - Ziemię chroni przed nim warstwa ozonowa, pochłaniająca promieniowanie ultrafioletowe o długości fali poniżej 285 nm, a także powietrze, które pochłania całkowicie promieniowanie ultrafioletowe w zakresie ultrafioletu dalekiego.
WPŁYW PROMIENIOWANIA ULTRAFIOLETOWEGO NA SKÓRĘ ZDROWĄ
Promieniowanie słoneczne jest promieniowaniem elektromagnetycznym, mieszczącym się w zakresie od 290 do 400 nm. Obejmuje ono promieniowanie podczerwone, światło widzialne oraz promieniowanie ultrafioletowe (UV). To ostatnie dzieli się na trzy główne zakresy o różnych efektach biologicznych:
UVC,
UVB,
UVA.
UVC jest promieniowaniem o najkrótszej długości fali, tj. do 290 nm. Ma najwyższą energię, jest silnie rumieniotwórcze, ale jest prawie całkowicie pochłaniane przez warstwę ozonową atmosfery i w normalnych warunkach nie dociera na powierzchnię Ziemi.
Promieniowanie UVB o długości fali od 290 do 320 nm ma bardzo silne właściwości rumieniotwórcze, wzmaga syntezę barwnika skóry i jest odpowiedzialne za oparzenia skóry.
UVA jest promieniowaniem o długości 320-400 nm, jest mniej rumieniogenne, ale za to bardziej barwnikotwórcze od UVB. Ilość UVA docierająca do powierzchni ziemi jest znacznie większa niż UVB. Wysokie dawki UVA mogą wzmacniać odczyny rumieniowe i zwiększać niekorzystne efekty biologiczne promieniowania UVB.
Efekt działania promieniowania ultrafioletowego na skórę człowieka zależy od takich czynników jak: położenie geograficzne, zanieczyszczenie środowiska (zmniejszenie stężenia ozonu w stratosferze) oraz pora roku i dnia. Duże znaczenie odgrywa również zawód, tryb życia, wiek, a także sposób ubierania się. Skutki biologiczne działania promieniowania ultrafioletowego na skórę obserwuje się bezpośrednio i wkrótce po naświetlaniu, lub też mogą one być odległe w czasie.
Bezpośrednią odpowiedzią skóry na promieniowanie UV jest rumień, opalenizna i pogrubienie skóry. Najbardziej znanym, bezpośrednim efektem biologicznego działania promieni UV jest rumień posłoneczny. Należy podkreślić, iż każda postać rumienia jest oparzeniem, czyli zjawiskiem niekorzystnym dla skóry. Jak już wspomniano, w warunkach fizjologicznych rumień jest wynikiem działania głównie promieni UVB. Jednakże długie promienie UV w odpowiednio dużej dawce mogą wpływać na nasilenie reakcji rumieniowej, wywołanej przez promienie rumieniotwórcze.
\ Odległe niekorzystne zjawiska skumulowanego działania promieniowania słonecznego polegają na szybszym starzeniu się skóry i stymulacji rozwoju jej nowotworów. Długotrwała ekspozycja na UV może powodować wiele niekorzystnych zmian wyglądu skóry, jej struktury i funkcji. Całość tych zmian określa się jako starzenie skóry spowodowane światłem, czyli "photoaging". Skóra narażona na przewlekłe działanie promieni słonecznych staje się szorstka, pogrubiała, nieelastyczna. Tworzą się głębokie zmarszczki i bruzdy oraz trwałe przebarwienia. Szczególnie nasilone zmiany związane z długotrwałą ekspozycją na światło słoneczne można zaobserwować w obrębie odsłoniętej skóry karku u ludzi, którzy ze względów zawodowych przebywają przez długi okres czasu na powietrzu (rolnicy, marynarze). Winę za proces posłonecznego starzenia się skóry przypisywano początkowo głównie promieniowaniu UVB. Obecnie uważa się że w procesie tym istotną rolę odgrywają również promienie UVA, które oddziałują nie tylko na komórki naskórka, ale wnikają też głębiej, docierają do skóry właściwej, powodując niekontrolowane modyfikacje w naskórku, uszkadzają włókna kolagenenowe w skórze właściwej oraz osłabiają mechanizmy odpornościowe.
Światło słoneczne odgrywa także zasadniczą rolę w rozwoju nowotworów skóry. Proces nowotworzenia jest z jednej strony wynikiem mutagennego działania UV na komórki naskórka, z drugiej ma związek ze swoistą immunosupresją, umożliwiającą progresję nowotworów. W tym miejscu należy również przypomnieć, że promieniowanie UV jest najsilniejszym aktywatorem wolnych rodników. Jednym z najbardziej niebezpiecznych działań tych cząsteczek jest destrukcja materiału genetycznego komórki. Efektem końcowym tej agresji może być mutagenność, a w efekcie powstanie nowotworu. Nie ma zgodności, czy w procesie tym istotniejszą rolę odgrywa długotrwała ekspozycja, czy ostre nasłonecznienia, prowadzące do oparzeń słonecznych. Wiadomo, że ostre oparzeniowe odczyny posłoneczne mogą prowokować występowanie w obrębie skóry znamion barwnikowych. Liczne znamiona barwnikowe są z kolei czynnikiem ryzyka rozwoju czerniaka złośliwego. Badania epidemiologiczne w populacji białej wskazują na stały wzrost zachorowań na czerniaka skóry. Chociaż trudno wykazać bezpośredni związek pomiędzy działaniem promieni UV a czerniakiem, obecnie powszechnie panuje pogląd, że istotnym czynnikiem ryzyka w tym nowotworze są oparzenia słoneczne, zwłaszcza we wczesnym dzieciństwie.
Fototypy skóry:
Według skali Fitzpatricka rozróżnia się sześć podstawowych fototypów skóry. Podziału dokonano w oparciu o reakcję skóry podczas pierwszych 30 minut ekspozycji na promieniowanie ultrafioletowe. W Europie najczęściej stykamy się z fototypami I - IV, które obejmują ludzi rasy białej (kaukaskiej). Typ piąty to Indianie, Arabowie, rasy mongoidalne, zaś typ szósty występuje u rasy czarnej. Aby rozpoznać właściwie fototyp skóry, trzeba znać jego cechy charakterystyczne.
Typ I (celtycki)
Cechy charakterystyczne:
· bardzo jasna, mlecznobiała skóra, często pokryta piegami, wrażliwa i delikatna;
· włosy rude lub jasny blond;
· oczy jasne, niebieskie lub zielone.
Skóra zawsze ulega oparzeniu pod wpływem promieniowania ultrafioletowego (zarówno UVA, jak i UVB) i prawie nigdy się nie opala.
Osoby z fototypem I nie mogą korzystać z solarium. Przebywając na słońcu powinny stosować kosmetyki z wysokimi filtrami przeciwsłonecznymi, tzw. blokerami. Rodzaj zastosowanego kosmetyku jest oczywiście uzależniony od pory roku, regionu, stopnia nasłonecznienia, czyli indeksu UV. Czas własnej ochrony na słońcu latem, w strefie umiarkowanej (czyli czas pierwszej kąpieli słonecznej, podczas której nie ulega się oparzeniu) wynosi dla fototypu I od 5 do 10 minut.
Do typu celtyckiego należą również albinosi, czyli osoby dotknięte bielactwem i całkowicie pozbawione pigmentu w skórze, we włosach, rzęsach, tęczówkach oczu.
Typ II (europejski jasny)
O osobach z tym fototypem często mówi się: typ nordycki. Cechy charakterystyczne:
· skóra biała i wrażliwa, z możliwością występowania piegów oraz przebarwień i znamion;
· włosy jasno- lub ciemnoblond;
· oczy niebieskie, szare, zielone.
Skóra łatwo ulega oparzeniu i bardzo słabo się opala. Czas własnej ochrony na słońcu latem, w strefie umiarkowanej: od 10 do 20 minut. Przy opalaniu na słońcu trzeba korzystać z kosmetyków o wysokim SPF, zaczynając od bardzo wysokich współczynników ochrony i stopniowo je zmniejszając. W korzystaniu z solarium wskazana jest duża ostrożność. Nie zaleca się lamp mocniejszych niż o mocy 100W i lamp o wysokiej procentowej zawartości UVB, jak również opalaczy twarzy, wykorzystujących lampy wysokociśnieniowe. Bardziej wskazane są opalacze twarzy z lampami tzw. spaghetti o mocy 35W. Czas sesji w solarium waha się od 7 do 11 minut.
Typ III (europejski ciemny)
Niektórzy wyróżniają w obrębie tego fototypu dwie podkategorie: A i B. Kategoria A - cechy charakterystyczne:
· skóra jasna, uzyskująca jasny odcień opalenizny, czasem skłonna do oparzeń;
· włosy ciemnoblond;
· oczy ciemnoniebieskie, szare.
Kategoria B - cechy charakterystyczne:
· jasna skóra, lecz o nieco ciemniejszym odcieniu, uzyskująca ciemną opaleniznę w odcieniu od koloru złota aż do brązu, ze sporadycznie występującymi oparzeniami;
· włosy brązowe, szatyni;
· oczy szare i brązowe.
Czas własnej ochrony osób z fototypem III na słońcu latem, w strefie umiarkowanej: od 20 do 30 minut. Osoby objęte kategorią A podczas opalania w solarium mogą korzystać z urządzeń wyposażonych w lampy 100W o współczynniku procentowym UVB 1,7 proc. i bardzo ostrożnie z solariów wyposażonych w lampy o mocy 160W i wysokociśnieniowe opalacze twarzy - raczej nie przez całą sesję opalającą. Osoby z fototypem z kategorii B mogą opalać się z wykorzystaniem tych lamp podczas całej sesji opalającej w solarium. Czas sesji w solarium waha się od 11 do 15 minut.
Typ IV (śródziemnomorski)
· skora śniada, oliwkowa lub jasnobrązowa;
· ciemne włosy;
· ciemnobrązowe oczy.
Skóra łatwo się opala na ciemny kolor, bardzo rzadko ulęga oparzeniom słonecznym. Czas własnej ochrony na słońcu latem, w strefie umiarkowanej: ok.45 minut. Czas opalania w solarium: od 12 do 20 minut.
Typ V
Właściwy dla ras mongoidalnych, Indian, Arabów, osób rasy mieszanej: mulatów, metysów. Włosy czarne, skóra śniada, brązowa, oczy ciemne. Prawie nie występuje zagrożenie oparzeniem słonecznym, pigmentacja skóry jest stała.
Typ VI
Charakterystyczny dla rasy czarnej - ciemnobrązowa skóra, czarne włosy, ciemne oczy. Nigdy nie występuje ryzyko oparzenia słonecznego, pigmentacja skóry jest stała.
Klasyfikacja fototypów uświadamia nam pewne fakty oczywiste, podstawowe: że nie wszyscy tak samo reagujemy na promieniowanie ultrafioletowe i że nie wszyscy możemy się opalać. Dzięki klasyfikacji na fototypy łatwiej można zdecydować, czy i jak długo powinniśmy się opalać.
W laboratorium badana jest skóra "dziewicza", która nie była wcześniej poddana ekspozycji na promieniowanie ultrafioletowe. Podczas testu sprawdza się wielkość dawki promieniowania, która powoduje zaczerwienienie skóry po upływie 8-24 godzin. Im większa dawka jest potrzebna do wywołania rumienia, z tym wyższym typem skóry mamy do czynienia. Na podstawie właśnie takich badań opracowano kwestionariusz, w którym przedstawiono cechy charakterystyczne poszczególnych typów skóry (patrz tabela). Wyróżnikami są takie właściwości, jak kolor oczu, włosów, obecność piegów, historia oparzeń słonecznych w dzieciństwie, reakcja skóry na zetknięcie się z promieniowaniem ultrafioletowym i sposób, w jaki się opala na słońcu.
Nowotwory skóry
Łagodne nowotwory łącznotkankowe
Włókniaki
Włókniaki dzielą się na:
· miękkie - są nowotworem o charakterze wrodzonym, jednakże może pojawić się w rozmaitym wieku
· twarde -są w istocie odczynem włóknistym , występującym niezależnie od wieku
Objawy i przebieg
Włókniaki miękkie są guzami lub guzkami workowato zwisającymi. Są na ogół liczne, barwy skóry lub nieco ciemniejsze, brunatnawe. Umiejscawiają się szczególnie często na szyi i karku. Utrzymują się przez całe życie, nie wykazując skłonności do samoistnego ustępowania.
Włókniaki twarde są zwykle pojedyncze, drobniejsze, są usadowione w skórze, która ma barwę prawidłową. Najczęściej umiejscowione są na kończynach. Charakterystyczny wygląd ma Histiocytoma - jest to typ włoniaka twardego (w badaniu mikroskopowym przewarzają elementy komórkowe nad włóknistymi) - jest to zwykle rubinowoczerwony twardy guzek.
Bliznowiec
Jest to guz złożony z tkanki łącznej włóknistej , powstający bądź w miejscu urazów , bądź bez uchwytnych przyczyn . Podłożem jest istnienie skłonności osobniczej . Czynnikami wywołującymi mogą być urazy.
Objawy i przebieg
Są to twarde guzy włókniste, o kształcie podłóżnym lub nieregularnym, często z wypustkami.
Należy je odróżnić do blizn przerosłych które zawsze ograniczają się do występowania tylko w miejscach uprzedniego urazu i nie wykraczają poza jego obręb.
Stany przedrakowe
Stany przednowotworowe to zmiany skórne, z których częściej rozwijają się nowotwory. Zaliczamy do nich:
· zmiany związane z działaniem światła słonecznego (rogowacenie słoneczne, czyli rogowacenie starcze i skóra pergaminowa i barwnikowa)
· rogowacenie chemiczne (np. arsenowe , dziegciowe)
· rogowacenie białe w obrębie błon śluzowych i połśluzówek jamy ustnej oraz narządów płciowych.
Rogowacenie słoneczne (starcze)
Są to przylegające ściśle do skóry nawarstwienia hiperkeratotyczne, często na podłożu skóry uszkodzonej działaniem promieni słonecznych lub skóry starczej, umiejscowione głównie na twarzy oraz w innych okolicach odsłoniętych.
Etiopatogeneza
Czynnikami wywołującymi są przewlekłe naświetlenia promieniami słonecznymi.
Objawy i przebieg
Żółtawobrunatne nawarstwienia rogowe maja suchą nierówną powierzchnię, leżą w poziomie skóry otaczającej lub są tylko nieznacznie wyniosłe, tak że są lepiej wyczuwalne dotykiem aniżeli widoczne. Po usunięciu mas rogowych ulega odsłonięciu lekko krwawiąca, obnażona powierzchnia. Zmiany są często liczne i rozsiane na czole, w okolicy skroniowej, w skórze głowy u osób łysych, na małżowinach usznych, rzadziej na grzbietach rąk, przedramionach i podudziach. Okres trwania jest wieloletni. Rogowacenie może być punktem wyjścia raków kolczastokomórkowych lub podstawnokomórkowych.
Na początku rozwoju nowotwór wykazuje
· powiększenie się wykwitu
· pojawienie się nacieczenia
· skłonność do powstawania nadżerek lub powierzchniowego rozpadu i niewielkiego krwawienia, nawet przy lekkim zadrapaniu .
Róg skórny
Jest to twór rogowaty rozmaitego kształtu, o nieznacznie nacieczonej podstawie, stanowiący szczególna odmianę rogowacenia starczego. Jest wyodrębniony z tego powodu, że może występować również u dzieci, ale nie jest u nich stanem przedrakowym.
Skóra pergaminowa i barwnikowa
Jest to bardzo rzadkie schorzenie , występujące rodzinnie głównie w przypadku pokrewieństwa rodziców , cechuje się wybitną nadwrażliwością na światło słoneczne . Związane z tym zmiany skórne w miejscach odsłoniętych są typu plam soczewicowatych i piegowatych , odbarwień , zaników i tekeangiktazji . W ich obrębie rozwijają się różnego typu nowotwory .
Rogowacenie białe (leukoplakia)
Są to białe plamy o gładkiej lub nieco brodawkującej powierzchni , umiejscowione w obrębie błon śluzowych i półśluzówek jamy ustnej lub narządów płciowych . Czynnikiem prowokującym w jamie ustnej jest stałe drażnienie.
Objawy i przebieg.
Białawe plamy lub smugi zgrubiałego nabłonka o opalizującym odcieniu wykazują niewielkie stwardnienie podstawy i zaznaczone bruzdowanie powierzchni.
Najczęstszym umiejscowieniem są:
· jama ustna, policzki w pobliżu kątków ust i linii zgryzu, język, czerwień wargowa
· błony śluzowe sromy u kobiet rowek zażołędny i wewnętrzna powierzchnia napletka u mężczyzn.
Leukoplakia może być punktem wyjścia raków.
Raki in situ
Rogowiak kolczystokomórkowy
Jest to guz rzekomorakowy, cechujący się wzrostem i samoistnym ustępowaniem .
Guz rozwija się z mieszka włosowego.
Rogowiak ma charakter kopulastego guza , nie różniącego się barwą od skóry otaczajacej lub o odcieniu perlistym. W części środkowej występuje charakterystyczne kraterowate wgłębienie, wypełnione masami rogowymi. Najczęstszym umiejscowieniem jest twarz. Guzki zwykłe pojedyncze.
Choroba Bowena
Są to pojedyncze lub mnogie ogniska, dobrze odgraniczone od skóry zdrowej, barwy brunanawej, o hiperkeratotycznej lub gładkiej powierzchni.
Objawy i przebieg
Ogniska wykazują duże różnice obrazu morfologicznego. Szerząc się pełzakowato przybierają często nieregularne kształty. Umiejscowienie - są częstsze na kończynach i tułowiu, utrzymują się trwale. W części przypadków przechodzą w raki kolczystokomórkowe.
Nowotwory złośliwe skóry
Raki skóry
Raki skóry są nowotworami nabłonkowymi, które dzielą się na 2 główne grupy:
· raki podstawnokomórkowe
· raki kolczystokomórkowe
ponadto w obrebie skóry obserwujemy nowotwory wywodzące się ze struktur gruczołów apokrynowych - choroba Pageta
Rak podstawnokomórkowy
Jest to najczęstsza postać nowotworów skóry , o stosunkowo niewielkiej i tylko miejscowej złośliwości oraz powolnym wzroście . Na ogół nie daje przerzutów .Czynnikami wyzwalającymi mogą być promienie słoneczne, rak podstawnokomórkowy rozwija się bądź ze stawów przedrakowych, bądź w skórze uprzednio nie zmienionej.
W zależności od cech klinicznych wyróżnia się odmiany:
· powierzchniowy - jest to bardzo powierzchniowa odmiana, o szczególnie przewlekłym przebiegu
· guzkowy - jest to najczęstsza postać , nowotwór ma charakter niezapalnego guzka otoczonego perlowatym wałem
· wrzodziejący - wykazuje nacieczoną, twarda podstawę, może głęboko drążyć, niszcząc mięśnie kości
· twardzinopodobny - jest barwy porcelanowej, zazwyczaj nie ulega rozpadowi
· torbielowy - są to małe, przezroczyste guzki, najczęściej zlokalizowane na powiekach
Rak kolczystokomórkowy
Jest to nowotwór skory o znacznie większej złośliwości, o skłonności do wzrostu naciekającego, dając przerzuty, głównie do węzłów chłonnych.
Nowotwór ten jest znacznie rzadszy niż rak podstawnokomórkowy. Punktem wyjścia są najczęściej stany przedrakowe.
Czynnikami prowokującymi są:
· drażnienia mechaniczne
· środki chemiczne
· przewlekłe działanie promieni słonecznych
Objawy i przebieg
Zmiany skórne cechują się naciekiem podstawy i często wałowatymi, wywiniętymi brzegami, ale bez perłowatego wału, charaktertstycznego dla raka podstawnokomórkowego
W zależności od cech klinicznych wyróżnia się:
· wrzodziejaca - w której występują głęboko drażniące owrzodzenia o twardych wałowatych i nacieczonych brzegach
· brodawkującą - w której zmiany są przerosłe, jednak naciekanie w głąb jest mniejsze w odmianie wrzodziejącej
Częstość przerzutów jest oceniana na 2.5 - 50% w zależności od stopnia złośliwości , głębokości wzrostu inwazyjnego i umiejscowienia raka .
Choroba Pageta
Jest to rak śródnaskórkowy, występujący najczęściej w obrębie brodawki sutkowej lub znacznie rzadziej w okolicy narządów płciowych i odbytu. Zmiany powstają z gruczołów apokrynowych.
Zmiany w obrębie brodawki sutkowej mają charakter ognisk rumienowo - złuszczających , dobrze odgraniczonych od otoczenia, zwykle jednostronnych, o powolnym, obwodowym wzroście
Fotostarzenie skóry
Skóra poddana działaniu słońca staje się zgrubiała, szorstka i przesuszona, poza tym dochodzi też do zniszczń włókien kolagenu i elastyny oraz powstawania nieprawidłowo zbudowanych komórek. Kwasy alfa-hyfroksylowe w wyższych stężeniach mają wpływ na naskórek i na głębiej położoną warstwę skóry czyli skórę właściwą. Dzięki temu zwiększają one produkcję glikozaminoglikanów (są to składniki naturalnie występujące w skórze, które są odpowiedzialne za wiązanie wilgoci w skórze), włókien kolagenu i elastyny. Takie zabiegi z bardzo wysokimi stężeniami kwasów są polecane zarówno w przypadku dojrzałych cer, gdyż znacznie poprawiają stan skóry, mają bowiem wpływ na skórę właściwą, zmniejszają zmarszczki powierzchniowe, zwiększają elastyczność skóry, wygładzają naskórek, pomagają rozjaśnić przebarwienia i drobne blizny, poprawiają stan skóry z objawami "fotostarzenia", jak również w przypadku cer trądzikowych, pomagają bowiem m.in.usuwać drobne blizny potrądzikowe. W produktach kosmetycznych stosuje się najczęściej 5 typów kwasów alfa-hydroksylowych:
kwas glikolowy (hydroksyoctowy) otrzymywany z soku trzciny cukrowej,
kwas mlekowy (alfa-hydroksypropionowy) powstaje podczas fermentacji cukru mlekowego i innych cukrów, występuje w kwaśnym mleku, żurach, kiszonych warzywach i owocach,
kwas jabłkowy (hydroksyetanodikarboksylowy) występujący w wielu owocach,
kwas cytrynowy (2-hydroksypropano-1,2,3-trikarboksylowy), który występuje w owocach np. w cytrynach, ananasach,
kwas winowy (dihydroksybursztynowy) wystepujący w winogronach i winie.
ABSROPCJA PPROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO W TKANKACH
DAWKI PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO: EKSPOZYCYJNA I ABSORPCYJNA
PORÓWNANIE ODDZIAŁYWANIA Z MATERIĄ RÓŻNYCH RODZAJÓW PROMIENIOWANIA, LINIOWE PRZENOSZENIE ENERGII LET, ZASIĘG
DOZYMETRIA
Działanie promieniowania jonizującego na materię jest uzależnione od rodzaju i energii tego promieniowania, od rodzaju napromieniowywanej substancji i od innych czynników.
DAWKA POCHŁONIĘTA = ABSORPCYJNA
Da = ΔE/Δm
liczbowo równa energii ΔE przekazywanej przez promieniowanie jonizujące jednostce masy Δm dowolnej substancji
wielkość najbardziej uniwersalna - dotyczy każdego rodzaju promieniowania i każdego ośrodka, w którym rozchodzi się promieniowanie
jednostka w układzie SI - Grej: Gy = J/kg
jednostka pozaukładowa - rad: 1rad = 0,01Gy = 1 cGy (centygrej)
moc dawki pochłoniętej: Pa = ΔDa/Δt [Gy/s]
bezpośrednia metoda pomiaru:
metoda kalorymetryczna, która polega na oznaczeniu wzrostu temperatury substancji napromieniowanej w kalorymetrze (nie znajduje zastosowania w pomiarach dawek pochłoniętych przez organizmy żywe)
określenie ilości energii zaabsorbowanej często nie jest możliwe, w związku z czym do ilościowej oceny promieniowania stosowana jest dawka ekspozycyjna
DAWKA EKSPOZYCYJNA
De = ΔQ/Δm
ΔQ- suma ładunków elektrycznych wszystkich jonów jednego znaku, wytworzonych przez promieniowanie w masie powietrza Δm przy zachowaniu tzw. równowagi elektronowej (=>wszystkie jony dodatnie i elektrony uwolnione w elemencie objętości powietrza są całkowicie w nim zatrzymane)
jest miarą jonizacji powietrza zachodzącej pod wpływem promieniowania rentgenowskiego lub γ
jednostka podstawowa: C/kg -> co odpowiada dawce promieniowania, która w 1 kg suchego powietrza wywołuje jonizację dającą ładunek 1 C jonów jednego znaku
jednostka pozaukładowa (stosowana dawniej) - rentgen: 1R = 2,58 x 10-4 C/kg (1 rentgen charakteryzuje takie promieniowanie rentgenowskie lub gamma, jakie w 1 kg suchego powietrza w warunkach normalnych wytwarza w efekcie jonizacji 1,61 x 1015 par jonów)
dawkę ekspozycyjną mierzy się często za pomocą komory jonizacyjnej
dawka ekspozycyjna a aktywność:
pomiędzy aktywnością próbki radioaktywnej emitującej promieniowanie gamma i dawką ekspozycyjną istnieje zależność, która w przypadku punktowego źródła promieniowania ma następującą postać:
De = Kγ A t/r2
Kγ - współczynnik proporcjonalności tzw. stała ekspozycyjna
A - aktywność próbki t - czas r - odległość
moc dawki ekspozycyjnej definiuje się jako iloraz przyrostu dawki przez wartość czasu, w którym następuje przyrost
Pe = ΔDe/Δt [C/kg s] lub [R/s]
dawka ekspozyjna może być stosunkowo łatwo i precyzyjnie zmierzona doświadczalnie, lecz dotyczy ona tylko promieniowania elektromagnetycznego (X oraz γ) i tylko powietrza
znaczenie dawki ekspozycyjnej:
pomiar jonizacji powietrza jest przeważnie podstawą określenia dawki pochłoniętej, gdy bezpośredni pomiar Da w tkankach lub innych substancjach jest bardzo trudny lub niemożliwy
* przykład (w celu wyjaśnienia różnicy pojęciowej między Da i De):
Jeśli organizm ludzki lub jego część umieści się w jednorodnym polu promieniowania rentgenowskiego, dawka ekspozycyjna może być taka sama dla kości i tkanek miękkich, natomiast dawka pochłonięta (absorpcyjna) dla kości może być znacznie większa.
Można ją obliczyć znając wartość dawki ekspozycyjnej w danym punkcie pola promieniowania i stosunku masowych współczynników pochłaniania wybranej tkanki i powietrza.
dawka ekspozycyjna nie pozwala na prawidłowe przewidywanie biologicznych skutków promieniowania: takie same dawki promieniowania różnych rodzajów mogą powodować skutki różniące się między sobą nawet kilkudziesięciokrotnie
współczynnik jakości Q:
uwzględnia skuteczność biologiczną różnych rodzajów promieniowania
jego wartość wyraża stosunek pochłoniętych dawek porównywanych rodzajów promieniowania, dających jednakowy skutek biologiczny (przy identycznych warunkach napromieniowania) => jest bezwymiarowy
zależy od LET - liniowej zdolności hamowania cząstek jonizujących w substancji, czyli od stosunku straty energii ΔE na drodze Δx toru cząstki do tej drogi
przyjmuje wartości od 1 do 20
dla poszczególnych rodzajów promieniowania pzryjmuje się przybliżone wartości Q:
* promieniowanie rentgenowskie, gamma, elektrony Q = 1
* neutrony i protony o nieznanej energii Q = 10
* cząstki α i cząstki o wielokrotnym ładunku i o nieznanej energii Q = 20
równoważnik dawki:
H = D Q N
D - wielkość dawki pochłoniętej danego rodzaju promieniowania
N - bezwymiarowy iloczyn tzw. współczynników modyfikujących (biologiczną skuteczność promieniowania) - można przyjąć: N = 1
określa implikację biologiczne spowodowane ekspozycją na promieniowanie przy małych wartościach dawek pochłoniętych
jednostka w układzie SI: sievert Sv = J/kg
również używana - rem (otrzymywana gdy D wyrażona w radach)
1 Sv = 100 rem
dawka półletalna 50/30 (LD50/30) - miara szkodliwości promieniowania
wyraża ona dawkę promieniowania, przy której 50% populacji napromieniowanych organizmów ginie w ciągu 30 dni od napromieniowania
dawka graniczna - największa dopuszczalna dawka promieniowana uważana za bezpieczną
3 różne postaci:
gdy napromieniowany jest pojedynczy organ z zewnątrz -> równoważnik dawki H
cały organizm promieniowaniem z zewnątrz -> elektryczny równoważnik dawki HT= ΣwT HT (wT - współczynnik wagowy danej tkanki /narządu; HT - średni równoważnik dawki)
gdy organizm napromieniowany promieniowaniem pochodzącym ze źródła, które znajduje się wewnątrz organizmu (wchłonięcie izotopu długożyciowego) -> elektryczny równoważnik dawki obciążającej
dawkę graniczną określa się dla osób:
* zatrudnionych w warunkach narażenia na promieniowanie jonizujące
* zamieszkałych lub przebywających w sąsiedztwie źródeł promieniowania, obiektów jądrowych oraz narażonych na wpływ promieniowania z powodu stosowania przedmiotów powszechnego użytku emitujących promieniowanie
- dawka graniczna nie uwzględnia tła naturalnego ani medycznego narażenia pacjentów
PORÓWNANIE ODDZIAŁYWANIA Z MATERIĄ RÓŻNYCH RODZAJÓW PROMIENIOWANIA
Promieniowanie jonizujące :
fale elektromagnetyczne - promieniowanie rentgenowskie i γ
korpuskularne - cząstki α i β pochodzące z rozpadu promieniotwórczego
(inne cząstki : protony i neutrony -> poprzez reakcje wtórne)
produkty absorpcji promieniowania korpuskularnego to:
elektrony i zjonizowane atomy oraz promieniowanie elektromagnetyczne i ciepło
pochłanianie promieniowania przez ośrodek uzależnione jest od własności promieniowania (od masy, energii i ładunku cząstek) i od właściwości ośrodka (przede wszystkim od jego gęstości)
porównanie własności jonizacyjnych cząstek α i β oraz kwantów γ o zbliżonej energii
liczba par jonów wytwarzanych na drodze 1 cm w powietrzu przez:
* cząstka α - rząd wielkości 104
* cząstka β - 102
* kwanty γ - 1
porównanie zasięgów, jakie uzyskują w tym samym ośrodku:
α - najmniejszy zasięg, ponieważ ich energia jest szybko zużywana na wytwarzanie jonów na swej drodze ( zasięg np. 8,1 cm)
β - większy
γ - największy (zasięg w tych samych warunkach : dziesiątki, setki metrów)
jeśli substancją hamującą jest ośrodek o n-razy większej gęstości od powietrza to liczba par jonów utworzonych na drodze 1 cm jest około n-razy większa, a zasięg n-razy krótszy
porównanie zasięgów np.:
α - zasięg w powietrzu - 3 cm w H2O - 1 μm
β - w powietrzu - 10 m w H2O - 1 cm
porównanie ochrony przed promieniowaniem (na podstawie praw kalkulowania promieniowania):
α - kartka papieru
β - cienka warstwa szkła, glinu, mosiądzu
γ - osłony ołowiane ( o grubości co najmniej kilku cm)
porównanie zachowania się cząstek w absorbencie:
α - porusza się po torach prostoliniowych, ponieważ oddziałuje przede wszystkim z elektronami, których masa jest kilka tysięcy razy mniejsza od masy cząstek α
β - przechodząc przez materię traci energię (podobnie jak cząstka α) w wyniku jonizacji i pobudzenia napotkanych elektronów, ale w przeciwieństwie do niej może utracić znaczną część swojej energii za jednym razem przez zderzenie z elektronem, ponieważ ich masy spoczynkowe są równe (cząstki β są elektronami)
dlatego też tor cząstki β w substancji jest zygzakowaty
zderzenie szybko poruszającej się cząstki β z jądrem atomu może spowodować jej gwałtowne zahamowanie i wysłanie kwantu promieniowania rentgenowskiego (promieniowania hamowania)
γ - traci w ośrodku absorpcyjnym swoją energię głównie w wyniku 3 procesów
efektu fotoelektrycznego
efektu Comptona
efektu tworzenia par pozyton - elektron
NEUTRONY
w odróżnieniu od cząstek naładowanych, tracą swą energię kinetyczną na drodze zderzeń (sprężystych lub niesprężystych) z jądrami atomowymi
przy zderzeniach sprężystych - cała energia oddawana przez neutron zwiększa jedynie energię kinetyczną jądra (najwięcej energii tracą w zderzeniach z jądrami wodoru, bo identyczne masy)
przy zderzeniach niesprężystych - część energii kinetycznej pochłaniana jest przez jądro, które ulega wzbudzeniu (wracając do stanu podstawowego wypromieniowuje kwant γ; przy wysokich energiach neutronów może dodatkowo wyemitować neutron z jądra)
spowolnione neutrony mogą zostać pochłonięte przez jądra (przy czym wypromieniowywany jest kwant γ, może też dojść do zamiany neutronu w proton
LINIOWE PRZENOSZENIE ENERGII LET (Linear Energy Transfer)
(LINIOWA ZDOLNOŚĆ HAMOWANIA)
za jej pomocą wyraża się straty energii cząstek jonizujących przy przechodzeniu przez substancje
jest to stonuek straty energii dE na drodze dx do tej drogi:
LET = dE/dx
dla promieniowania korpuskularnego LET określona jest przez wzór Bethego - Blocha (jego forma uproszczona):
-dE/dx = (B/v2)*ρ*(Z/A)
B - wielkość zależna m.in. od ilości ładunków elementarnych niesionych przez cząstkę promieniowania
v - prędkość cząstki jonizującej
ρ - gęstość absorbującego ośrodka
Z - liczba atomowa
A - liczba masowa
dla określonego rodzaju promieniowania (określone B i v) absorpcja energii jest proporcjonalna do gęstości pochłaniającego ośrodka
absorpcja energii gwałtownie rośnie w miarę spadku prędkości cząstki, czyli na końcu toru przebywanego prze nią w ośrodku pochłaniającym
ZASIĘG
zależność zasięg - energia dla cząstek ciężkich można otrzymać odpowiednio przekształcając wzór Bethego - Blocha (wersja pełna)
relacje zasięg - energia dla elektronów zostały otrzymane głównie na drodze empirycznej; okazało się, że dla elektronów powyżej 5keV zależność tę można opisać prostym wzorem:
R = AEm A,m- stałe zależne od ośrodka