Δόσεις στον Άνθρωπο από Φυσικές & Τεχνητές Πηγές Ιοντίζουσας Ακτινοβολίας

Transcript

1 ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΠΕ ΕΒΡΟΥ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ: «Η ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΤΗ ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΚΟΙΝΩΝΙΑ» Δόσεις στον Άνθρωπο από Φυσικές & Τεχνητές Πηγές Ιοντίζουσας Ακτινοβολίας Γιάννης Σεϊμένης Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, ΔΠΘ Αλεξανδρούπολη, 17 Μαρτίου 2016

2 Στόχοι Είδη ακτινοβολίας, διαφορά μεταξύ ιοντιζουσών και μη ιοντιζουσών ακτινοβολιών Δόση ιοντίζουσας ακτινοβολίας & βιολογικά αποτελέσματα Φυσικές & τεχνητές πηγές ιοντιζουσών ακτινοβολιών Ακτινοπροστασία και ενεχόμενος κίνδυνος από ιοντίζουσα ακτινοβολία

4 Ακτινοβολία =?

5 Η μυστηριώδης ακτινοβολία ΔΕΝ «φαίνεται» ΔΕΝ «μυρίζει» ΔΕΝ προκαλεί - με την πρώτη επαφή άμεσα συμπτώματα (πχ τσούξιμο, ζαλάδα, κλπ) Η ακτινοβολία ανιχνεύεται ΜΟΝΟ με ειδικά όργανα

6 Ακτινοβολία = Διάδοση ενέργειας με τη μορφή κυμάτων ή κινούμενων, υποατομικών σωματιδίων

7 Περίπου κοσμικά νετρόνια και άλλα δευτερογενή σωματίδια περνάνε από το σώμα μας κάθε ώρα Περίπου ραδιενεργά άτομα διασπώνται κάθε ώρα στους πνεύμονές μας Περίπου ραδιενεργά άτομα καλίου-40 και ουρανίου διασπώνται κάθε ώρα στο σώμα μας Περισσότερες από ακτίνες-γ περνάνε από το σώμα μας κάθε ώρα

8 Πηγές Ακτινοβόλησης ;

9 Κοσμική Ακτινοβολία

10 Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου

11 Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία

12 Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία

13 Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία στην Ιατρική (Διάγνωση & Θεραπεία)

14 Σωματιδιακή Ακτινοβολία στην Ιατρική (Διάγνωση & Θεραπεία)

15 Ηλεκτρομαγνητική (Η/Μ) Ακτινοβολία Η Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι διάδοση στον χώρο ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας υπό μορφή κυμάτων που ονομάζονται ηλεκτρομαγνητικά κύματα Τα ηλεκτρομαγνητικά (ΗΜ) κύματα είναι συγχρονισμένα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία τα οποία ταλαντώνονται σε κάθετα επίπεδα μεταξύ τους και κάθετα προς την διεύθυνση διάδοσης Διαδίδονται στο κενό με ταχύτητα ίση με την ταχύτητα του φωτός

16 Κλασική Θεωρία Παρ' όλο που η κλασική θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού ερμήνευσε ορισμένα φαινόμενα του φωτός (π.χ., συμβολή, περίθλαση, πόλωση) δεν κατόρθωσε να ερμηνεύσει κάποια άλλα φαινόμενα (ακτινοβολία μέλανος σώματος, φωτοηλεκτρικό φαινόμενο) που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση της φωτεινής ακτινοβολίας με την ύλη, λόγω του ότι υποστηρίζει ότι η ενέργειά των Η/Μ είναι ανεξάρτητη από τη συχνότητα και μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή Maxwell 1865, A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field

17 Κλασική Θεωρία Παρ' όλο που η κλασική θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού ερμήνευσε ορισμένα φαινόμενα του φωτός (π.χ., συμβολή, περίθλαση, πόλωση) δεν κατόρθωσε να ερμηνεύσει κάποια άλλα φαινόμενα (ακτινοβολία μέλανος σώματος, φωτοηλεκτρικό φαινόμενο) που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση της φωτεινής ακτινοβολίας με την ύλη, λόγω του ότι υποστηρίζει ότι η ενέργειά των Η/Μ είναι ανεξάρτητη από τη συχνότητα και μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή Χρειάστηκαν 2 βραβεία Nobel (Planck 1918, Einstein 1921)

18 Κυματοσωματιδιακός Δυϊσμός του Φωτός Το φως έχει και κυματικό και σωματιδιακό χαρακτήρα: αποτελείται από αδιαίρετα "πακέτα" που φέρουν ενέργεια και ορμή, τα φωτόνια ή κβάντα φωτός Οι βασικές σχέσεις που συνδέουν τα κυματικά χαρακτηριστικά του (συχνότητα (f), μήκος κύματος (λ)) με τα σωματιδιακά του χαρακτηριστικά (ενέργεια (E), ορμή (p)) είναι οι εξής: Ε=hf, p=h/λ για το φως Ε=pc και άρα λf=c (Η σχέση Ε=pc προκύπτει από τη γενική σχετικιστική σχέση ενέργειαςορμής, Ε 2 =p 2 c 2 +m 2 c 4, για σωμάτια χωρίς μάζα, m=0).

19 Κυματοσωματιδιακός Δυϊσμός του Φωτός Η Η/Μ Ακτινοβολία διαδίδεται (εκπέμπεται ή απορροφάται) με φωτόνια

20 Το Ηλεκτρομαγνητικό (Η/Μ) Φάσμα

21 Ιον(τ)ίζουσες ή μη ιον(τ)ίζουσες ακτινοβολίες Οι πρώτες προκαλούν ιον(τ)ισμό της ύλης ενώ οι δεύτερες όχι, ένα φαινόμενο το οποίο για να γίνει κατανοητό πρέπει να ανατρέξουμε στη δομή της ύλης

22 Άτομο η (-) ν π (+) π (+) η (-) ν π (+) η (-)

23 Σε ένα ατομικό σύστημα επιτρέπονται μόνο συγκεκριμένες καταστάσεις σταθερής ενέργειας που αντιστοιχούν σε κυκλικές τροχιές του ηλεκτρονίου γύρω από τον πυρήνα ώστε η στροφορμή του να είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της σταθεράς του Planck Η απορρόφηση και η εκπομπή ακτινοβολίας επιτρέπονται μόνο κατά τη μετάβαση του ηλεκτρονίου μεταξύ δύο τέτοιων επιτρεπόμενων καταστάσεων σταθερής ενέργειας Ατομικό πρότυπο Bohr για τα υδρογονοειδή άτομα Πρότυπο Bohr

24 Διέγερση Αν σε ένα άτομο προσφερθεί με κάποιο τρόπο ενέργεια τότε υπάρχει η πιθανότητα κάποιο ηλεκτρόνιο του να την απορροφήσει και να μεταπηδήσει σε τροχιά μεγαλύτερης ενέργειας (δηλ. σε τροχιά με μεγαλύτερη ακτίνα από το κέντρο του πυρήνα) η (-) π (+) ν ν π (+) π (+) η (-) η (-) Τώρα το άτομο είναι διεγερμένο διότι δεν βρίσκεται πλέον στην κατάσταση ελάχιστης ενέργειας με τα ηλεκτρόνια του όσο το δυνατό πλησιέστερα στον πυρήνα

25 Διέγερση Επειδή το άτομο δεν μπορεί να παραμείνει για αρκετό χρόνο στην κατάσταση αυτή, το ηλεκτρόνιο που απορρόφησε την ενέργεια θα επιστρέψει στην προηγούμενη τροχιά εκπέμποντας ταυτόχρονα την ενέργεια που απορρόφησε με τη μορφή ακτινοβολίας (φωτόνια) Χαρακτηριστική ακτινοβολία η (-) π (+) ν ν π (+) π (+) η (-) η (-) Η ακτινοβολία αυτή είναι διαφορετική από άτομο σε άτομο και είναι χαρακτηριστική του είδους του ατόμου: χαρακτηριστική ακτινοβολία (ανιχνεύοντας την ακτινοβολία αυτή μπορούμε να προσδιορίσουμε το είδος του ατόμου που την εξέπεμψε)

26 Ιον(τ)ισμός Η απορρόφηση ικανής ενέργειας από το e έχει ως αποτέλεσμα την απομάκρυνσή του από το άτομο Το άτομο εμφανίζει θετικό φορτίο: ιονισμός ή ιοντισμός Η ακτινοβολία η οποία παρείχε την απαραίτητη ενέργεια ονομάζεται ιοντίζουσα

27 Ιον(τ)ισμός Hλεκτρόνιο από υψηλότερη στοιβάδα καταλαμβάνει την κενή θέση στη χαμηλότερη στοιβάδα Ταυτόχρονα έχουμε εκπομπή χαρακτηριστικής ακτινοβολίας που αντιστοιχεί στη διαφορά ενέργειας των 2 στοιβάδων

28 Το Ηλεκτρομαγνητικό (Η/Μ) Φάσμα Θα εστιάσουμε στην επίδραση που έχει κάθε τμήμα του στα βιολογικά υλικά για να κατανοήσουμε εάν & πως το χρησιμοποιούμε στην ιατρική

29 Ραδιοκύματα & Μικροκύματα Μήκος κύματος: m Ιδιότητες σε σχέση με βιολογικά υλικά: Σχεδόν καμία απορρόφηση για μεγάλα μήκη κύματος (ο άνθρωπος είναι «διαφανής» για τη ραδιοφωνία) Για μικρά μήκη κύματος, τα φωτόνια έχουν ενέργεια που αντιστοιχεί σε Ε περιστροφής των μορίων και σημειώνεται περιορισμένη απορρόφηση

30 Υπέρυθρη Η/Μ Μήκος κύματος: μm Ιδιότητες σε σχέση με βιολογικά υλικά: Παράγεται κυρίως από μοριακές ταλαντώσεις και διεγέρσεις εξωτερικών e ατόμων Το μεγαλύτερο μέρος της ακτινοβολίας θερμών σωμάτων εμπίπτει σε αυτή την περιοχή για συνήθεις T Απορροφάται σημαντικά από την έμβια ύλη καθώς προκαλεί μοριακές ταλαντώσεις

31 Ορατή Η/Μ Μήκος κύματος: nm Ιδιότητες σε σχέση με βιολογικά υλικά: Παράγεται από διεγέρσεις εξωτερικών e ατόμων Μέρος της ακτινοβολίας πολύ θερμών σωμάτων (ήλιος) Απορροφάται έντονα από την ύλη

32 Υπεριώδη Η/Μ Μήκος κύματος: nm Ιδιότητες σε σχέση με βιολογικά υλικά: Παράγεται από διεγέρσεις εξωτερικών e ατόμων Αποτελεί μέρος της ακτινοβολίας πολύ θερμών σωμάτων όπως ο Ήλιος Απορροφάται εξαιρετικά έντονα από την έμβια ύλη & δεν διαπερνά την επιφάνειά της

33 «Μαλακές» ακτίνες Χ Μήκος κύματος: 10 nm pm Ιδιότητες σε σχέση με βιολογικά υλικά: Παράγονται από διεγέρσεις εσωτερικών e ατόμων Απορροφούνται έντονα από την ύλη & μπορεί να προκαλέσουν ιον(τ)ισμό: Ιοντίζουσα Ακτινοβολία

34 «Διαγνωστικές» ακτίνες Χ Μήκος κύματος: 100 pm - 10 pm Ιδιότητες σε σχέση με βιολογικά υλικά: Παράγονται από διεγέρσεις εσωτερικών e ατόμων και λυχνίες εκπομπής ακτίνων Χ Απορροφούνται σημαντικά από την ύλη & μπορεί να προκαλέσουν ιονισμό: Ιοντίζουσα Ακτινοβολία

35 «Θεραπευτικές» ακτίνες Χ & ακτίνες γ Μήκος κύματος: 10 pm fm Ιδιότητες σε σχέση με βιολογικά υλικά: Παράγονται από γραμμικούς επιταχυντές και διασπάσεις γ Απορροφούνται περιορισμένα από την ύλη & προκαλούν ιονισμό: Ιοντίζουσα Ακτινοβολία

36 Ιον(τ)ίζουσα Ακτινοβολία Ακτινοβολία που ιοντίζει την ύλη Ακτίνες Χ και Ακτίνες γ (Η/Μ Ακτινοβολία) Έμμεσα ιοντίζουσα ακτινοβολία μιας και παράγει δευτερογενή φορτισμένα σωμάτια (e) τα οποία μεταφέρουν ενέργεια στην ύλη μέσω περαιτέρω ιονισμών και διεγέρσεων Φορτισμένα σωματίδια Άμεσα ιοντίζουσα ακτινοβολία αφού, όταν τα σωματίδια έχουν επαρκή ενέργεια, αλληλεπιδρούν μέσω Η/Μ δυνάμεων (λόγω του φορτίου τους) με τους υποατομικούς φορείς (ηλεκτρόνια & πυρήνες)

37 Ιοντίζουσα Ακτινοβολία Ακτίνες Χ & Ακτίνες γ Φορτισμένα σωματίδια Πως παράγονται ;

38 ΑΚΤΙΝΕΣ Χ Οι «άγνωστες» ακτίνες που ανακάλυψε ο Wilhelm Roentgen το 1895 Tο πρώτο βραβείο Nobel για τη Φυσική (1901) Ακτινογραφία χειρός της συζύγου του Wilhlem Röntgen, που κυκλοφόρησε ο ίδιος σε συναδέλφους την 1/1/1896

39 Λυχνία Ακτίνων Χ Παραγωγή Διαγνωστικών Ακτίνων Χ

40 Γραμμικός Επιταχυντής Παραγωγή Θεραπευτικών Ακτίνων Χ

41 Ακτίνες γ Ο πυρήνας αποτελείται από θετικά φορτισμένα πρωτόνια και ουδέτερα νετρόνια: νουκλεόνια Ο πυρήνας είναι διαφορετικός στα στοιχεία/υλικά και καθορίζεται από το πλήθος των πρωτονίων Ατομικός αριθμός: Πλήθος Πρωτονίων Μαζικός αριθμός: Πλήθος πρωτονίων + Νετρονίων

42 Πυρηνική Σταθερότητα Όπως και στην περίπτωση των ατομικών ηλεκτρονίων έτσι και ο πυρήνας προσπαθεί να βρίσκεται στην κατάσταση ελάχιστης ενέργειας Έτσι η αναλογία πρωτονίων-νετρονίων σε έναν πυρήνα είναι αποτέλεσμα της ανάγκης για ελάχιστη ενέργεια η οποία προσφέρει σταθερότητα

43 Ασταθείς Πυρήνες Υπάρχουν περιπτώσεις πυρήνων στους οποίους το πλήθος και η αναλογία πρωτονίων-νετρονίων είναι τέτοια που η ενέργεια τους είναι μεγαλύτερη από την ελάχιστη που θα μπορούσαν να έχουν Οι πυρήνες αυτοί, «ψάχνουν» τρόπους να αποβάλουν την πλεονάζουσα ενέργεια και να μεταβούν σε κατάσταση ελάχιστης ενέργειας

44 Ασταθείς Πυρήνες Πυρήνες με μεγάλο αριθμό νουκλεονίων Οι πυρήνες αυτοί προκειμένου να έλθουν σε κατάσταση ελαχίστης ενέργειας διασπώνται σε 2 μικρότερους πυρήνες. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται πυρηνική σχάση

45 Ασταθείς Πυρήνες Πυρήνες με μικρό αριθμό νουκλεονίων Οι πυρήνες αυτοί προκειμένου να έλθουν σε κατάσταση ελαχίστης ενέργειας ενώνονται και σχηματίζουν έναν μεγαλύτερο πυρήνα. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται πυρηνική σύντηξη

46 Ραδιοϊσότοπα & Ραδιενέργεια Ισότοπα ονομάζονται τα άτομα που ενώ έχουν ίδιο αριθμό πρωτονίων (ατομικό αριθμό) έχουν διαφορετικό αριθμό νετρονίων (μαζικό αριθμό) Υπάρχουν φυσικά και τεχνητά (κατασκευασμένα από τον άνθρωπο) ισότοπα τα οποία προκειμένου να μεταβούν στην κατάσταση ελάχιστης ενέργειας εκπέμπουν διαφόρων ειδών ακτινοβολία η οποία ονομάζεται ραδιενέργεια Τα ισότοπα αυτά ονομάζονται ραδιοϊσότοπα ακριβώς λόγω της ικανότητας τους να εκπέμπουν ραδιενέργεια

47 Ραδιενέργεια To 1896 o Ηenri Becquerel ανακάλυψε ότι άλατα του ουρανίου εκπέμπουν αυθόρμητα ακτίνες με διεισδυτικότητα παρόμοια με αυτή των ακτίνων Χ. Ουσιαστικά ανακάλυψε τη ραδιενέργεια (Nobel Φυσικής 1903) Toν όρο αλλά και τη θεωρία της ραδιενέργειας επινόησε η Μarie Curie. Ανακάλυψε τεχνικές απομόνωσης ραδιοϊσοτόπων, τα στοιχεία πολώνιο και ράδιο και διεξήγαγε τις πρώτες μελέτες θεραπείας νεοπλασιών με ραδιοϊσότοπα. (Nobel Φυσικής 1903 & Nobel Xημείας 1911)

48 Ραδιενεργή Διάσπαση ΑΣΤΑΘΕΙΣ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΟΙ ΠΥΡΗΝΕΣ Ακτινοβολία - α Ακτινοβολία - γ Ακτινοβολία - β ΣΤΑΘΕΡΟΣ ΠΥΡΗΝΑΣ

49 Ραδιενεργή Διάσπαση Ακτινοβολία α : Σωματιδιακή ακτινοβολία που αποτελείται από 2 πρωτόνια και 2 νετρόνια (γυμνοί πυρήνες He) Ακτινοβολία β : Σωματιδιακή ακτινοβολία (Ηλεκτρόνιο = β- ή Ποζιτρόνιο = β+) Ακτινοβολία γ : Η/Μ ακτινοβολία (φωτόνια) ικανή να προκαλέσει ιοντισμό

50 Ραδιενεργή Διάσπαση

51 ΧΡΟΝΟΣ ΗΜΙΖΩΗΣ Τ1/2 Στοιχείο Χρόνος ημιζωής 99m Tc (τεχνήτιο) 6 ώρες 131 Ι (ιώδιο) 8 ημέρες 210 Po (πολώνιο) 138 ημέρες 60 Co (κοβάλτιο) 5,2 χρόνια 90 Sr (στρόντιο) 29,1 χρόνια 137 Cs (καίσιο) 30 χρόνια 226 Ra (ράδιο) 1600 χρόνια 14 C (άνθρακας) 5730 χρόνια 235 U (ουράνιο) 704 εκατομμύρια χρόνια Willard Libby Νοbel Χημείας 1960 Ραδιοχρονολόγηση Χρονολόγηση με C-14 για δείγματα ηλικίας μικρότερης των ετών

53 Η αρχή ήταν ωραία Wilhelm Conrad RΟΕΝTGΕΝ ( ): 1895

54 Όχι, όμως, και η συνέχεια Πρώτα δυσμενή αποτελέσματα Mihran Kassabian - Ακτινολόγος ( )

55 Πρώτη δημοσίευση (1925) Ατυχήματα & Βλάβες

56 Δόση & Βιολογικά Αποτελέσματα Οι ιοντίζουσες ακτινοβολίες προκαλούν βιολογικά αποτελέσματα στους έμβιους οργανισμούς Η έννοια της δόσης μας βοηθάει να συσχετίσουμε την «ποσότητα» της ακτινοβολίας με την ακτινική επιβάρυνση m Αν ένα υλικό μάζας m, ακτινοβοληθεί και απορροφήσει ενέργεια Ε τότε η απορροφημένη δόση D είναι: D = E/m (Gy = joule / kg)

57 Δόση & Βιολογικά Αποτελέσματα Σαν έννοια, η απορροφούμενη δόση εξαρτάται μόνο από την ενέργεια που απορρόφησε το υλικό Η ακτινική επιβάρυνση όμως εξαρτάται και από το είδος της ακτινοβολίας (φωτόνια, β, σωμάτια-α, νετρόνια κλπ) Ακτίνες-Χ Νετρόνια m 2 Gy 2 Gy m ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ

58 Δόση & Βιολογικά Αποτελέσματα Σαν έννοια, η απορροφούμενη δόση εξαρτάται μόνο από την ενέργεια που απορρόφησε το υλικό Η ακτινική επιβάρυνση εξαρτάται και από τον ακτινοβολούμενο ιστό (λόγω διαφορετικής ακτινοευαισθησίας) Ακτίνες-Χ Νετρόνια Ήπαρ 2 Gy 2 Gy Μαστός ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ

59 Χρησιμοποιείται στην ακτινοπροστασία για την εκτίμηση του δυνητικού κινδύνου Ενεργή Δόση (msv) Η Ενεργή δόση, Ε eff, σχετίζεται με τον ενεχόμενο συνολικό κίνδυνο για την υγεία, ανεξάρτητα από το είδος της ιοντίζουσας ακτινοβολίας, τις συνθήκες ακτινοβόλησης και την ακτινοβολούμενη περιοχή του ανθρωπίνου σώματος Κατάλληλο μέγεθος για την ποσοτικοποίηση της ακτινικής επιβάρυνσης από ιατρικές εκθέσεις (στο γενικό πληθυσμό και όχι σε ένα συγκεκριμένο άτομο)

60 Ενεργή Δόση & Βιολογικά Αποτελέσματα Για να έχετε μια αίσθηση των μεγεθών: Η ενεργή δόση που οδηγεί σε θάνατο του ανθρώπου είναι ~ 4 Sv (4000 msv) Ακτινογραφία θώρακος : 0,05 msv Ολόσωμη αξονική τομογραφία : 15 msv Σπινθηρογράφημα θυρεοειδούς : 50 msv H αντίστοιχη απορροφούμενη δόση (για X, γ) είναι 4 Gy (μεταφορά ενέργειας 4 J ανά 1 kg σωματικής μάζας) Το ποσό αυτό ενέργειας αντιστοιχεί περίπου σε 1 cal (τo ποσό αυτό ενέργειας μπορεί να ανεβάσει τη θερμοκρασία 1 kg Η 2 0 ~ 0,001 ο C) = 15 Cal = cal

61 Βιολογικά Αποτελέσματα Τα δυσμενή αποτελέσματα κατά την έκθεση βιολογικών ιστών σε ιοντίζουσα ακτινοβολία δεν οφείλονται στο ποσό της απορροφούμενης ενέργειας, που είναι σχετικά μικρό, αλλά στο μηχανισμό μετάδοσής της (ιοντισμός)

62 Βιολογικά Αποτελέσματα Άμεσα ή Ντετερμινιστικά ή Καθορισμένα Υπάρχει κατώφλι δόσης Η βλάβη εξαρτάται από τη δόση (η σφοδρότητα του αποτελέσματος αυξάνει με τη δόση) Θάνατος κυττάρων Καταστροφή οργάνων Έκπτωση συστημάτων Θάνατος οργανισμού

63 Βιολογικά Αποτελέσματα Στοχαστικά Είναι στατιστικής φύσης (υπόκεινται στην τυχαιότητα) Δεν έχουν κατώφλι δόσης, αλλά αυξάνεται η πιθανότητα εμφάνισης όταν αυξάνεται η δόση Η σοβαρότητα δεν εξαρτάται από τη δόση Καρκινογένεση & Λευχαιμία Γενετικές Βλάβες

64 Ενδοκυτταρική δράση ιοντίζουσας ακτινοβολίας Βιολογικά αποτελέσματα που οφείλονται στον ιοντισμό ατόμων σημαντικών βιοχημικών μορίων: Ενζυμικές και δομικές πρωτεϊνες RNA

65 Ο σημαντικότερος ενδοκυτταρικός στόχος είναι το DNA

66 Βλάβες στο DNA Θραύση της μίας (Single Strand Break) ή και των δύο (Double Strand Break) χρωμοσωμικών αλυσίδων (ελίκων)

67 Βλάβες στο DNA Τα κύτταρα διαθέτουν επαρκείς μηχανισμούς επιδιόρθωσης των μονών θραύσεων (SSB) έτσι ώστε αυτές να μην οδηγούν σε κυτταρικό θάνατο Οι διπλές θραύσεις (DSB) επιδιορθώνονται με μικρότερη ταχύτητα και αρχικά θεωρήθηκαν ως το κύριο αίτιο του κυτταρικού θανάτου Όμως ο αριθμός DSB ανά κύτταρο είναι, κατά μέσο όρο, μεγάλος για να επιτρέπει την ένα-προς-ένα αντιστοιχία με τον κυτταρικό θάνατο

68 Βλάβες στο DNA Θεωρείται, λοιπόν, ότι οι DSB αποτελούν τον πρόδρομο χρωμοσωμικών ανωμαλιών (μεταλλάξεων) οι οποίες είναι το αίτιο της πιθανής απενεργοποίησης του κυττάρου

69 Βιολογικά Αποτελέσματα Ακτινοβόλησης Κυττάρου Επιδιόρθωση Βλάβης Επιζόν κύτταρο Θάνατος κυττάρου Καθορισμένα αποτελέσματα Το κύτταρο επιζεί μεταλλαγμένο Στοχαστικά αποτελέσματα Οι DSB αποτελούν τον πρόδρομο χρωμοσωμικών ανωμαλιών (μεταλλάξεων)

71

72

73

74

75 ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Τμήμα ελέγχου ραδιενέργειας περιβάλλοντος στην ΕΕΑΕ Τηλεμετρικό δίκτυο ελέγχου ραδιενέργειας περιβάλλοντος στην Ελλάδα Συνολικά 31 σταθμοί μέτρησης i. 24 σταθμοί μέτρησης του ρυθμού ii. δόσης της ολικής-γ στον αέρα 4 σταθμοί μέτρησης ραδιενέργειας υδάτων στα ποτάμια τη Β. Ελλάδας iii. 3 ανιχνευτικά συστήματα ραδιενέργειας του αερολύματος (αεροζόλ) της ατμόσφαιρας

76 ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Το τηλεμετρικό δίκτυο χρησιμοποιείται για την συνεχή καταγραφή των μετρήσεων, αλλά και ως σύστημα συναγερμού σε περίπτωση υπέρβασης των προκαθορισμένων φυσιολογικών επιπέδων Για κάθε ένα από τα 3 επιμέρους συστήματα, κατάλληλο λογισμικό συλλέγει τις μετρήσεις / 10 και τις καταχωρεί σε βάση δεδομένων

77 ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ: Σταθμός Αλεξανδρούπολης Μετρήσεις ολικής γ στον αέρα

78 ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ: Σταθμός Αλεξανδρούπολης

79 Ραδόνιο Το ραδόνιο προέρχεται από τη διάσπαση του ραδίου (που ανήκει στην οικογένεια της ραδιενεργούς σειράς του U-238), το οποίο βρίσκεται στο έδαφος και στα πετρώματα της γης, καθώς και στα οικοδομικά υλικά τα προερχόμενα από αυτά Το ραδόνιο ως αδρανές αέριο εισέρχεται στον ατμοσφαιρικό αέρα όταν αυτό διαφύγει από το έδαφος και τα οικοδομικά υλικά

80

81 Ραδόνιο Από τι επηρεάζεται η συγκέντρωση του ραδονίου εντός των κτιρίων; Η συγκέντρωση του ραδονίου εντός των κτιρίων επηρεάζεται από πληθώρα παραγόντων οι κύριοι εκ των οποίων είναι: Ο ρυθμός εκροής ραδονίου από το έδαφος Το είδος θεμελίωσης της οικοδομής Το ύψος της κατοικίας Η εκροή ραδονίου από τα οικοδομικά υλικά Η διαφορά πίεσης στο εσωτερικό του κτιρίου και στο εξωτερικό περιβάλλον Ο εξαερισμός του σπιτιού

82 Ραδόνιο Γίνονται μετρήσεις της συγκέντρωσης του ραδονίου σε εσωτερικούς χώρους με τη χρήση δοσιμέτρων που βασίζονται στους ανιχνευτές ιχνών Oι παθητικοί ανιχνευτές ιχνών είναι μία από τις απλές και οικονομικές μεθόδους για ολοκληρωτικές μετρήσεις της συγκέντρωσης του ραδονίου στον εσωτερικό αέρα κατοικιών Τα δοσίμετρα (δοχεία με ανιχνευτή) τοποθετούνται για 1-12 μήνες σε ορισμένα σημεία της κατοικίας και στη συνέχεια επιστρέφονται στην ΕΕΑΕ, όπου μετά από κατάλληλη χημική επεξεργασία μετρώνται σε οπτικό μικροσκόπιο

83 Ραδόνιο Γίνονται μετρήσεις της συγκέντρωσης του ραδονίου σε εσωτερικούς χώρους με τη χρήση δοσιμέτρων που βασίζονται στους ανιχνευτές ιχνών Oι παθητικοί ανιχνευτές ιχνών είναι μία από τις απλές και οικονομικές μεθόδους για ολοκληρωτικές μετρήσεις της συγκέντρωσης του ραδονίου στον εσωτερικό αέρα κατοικιών Τα δοσίμετρα (δοχεία με ανιχνευτή) τοποθετούνται για 1-12 μήνες σε ορισμένα σημεία της κατοικίας και στη συνέχεια επιστρέφονται στην ΕΕΑΕ, όπου μετά από κατάλληλη χημική επεξεργασία μετρώνται σε οπτικό μικροσκόπιο

84 Μέση τιμή ενεργού δόσης από φυσικές πηγές

85

86 Ιατρικές Εφαρμογές ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΚΑ Ακτίνες Χ Ακτινογραφίες, Αξονική Τομογραφία, Ακτινοσκόπηση Φορητά α/γ, Φορητά C-Arm Αγγειογράφος, Στεφανιογράφος ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΙΑΤΡΙΚΗ Ακτίνες γ (Ραδιενέργεια) Σπινθηρογραφήματα (οστών, νεφρών, πνεύμονα, κτλ) ΑΚΤΙΝΟΘΕΡΑΠΕΙΑ Ακτίνες Χ, Ακτίνες γ, Ηλεκτρόνια, Πρωτόνια Γραμμικός Επιταχυντής, Μονάδα Κοβαλτίου, Κύκλοτρο Βραχυθεραπεία

87 Παρ όλα τα προφανή οφέλη που αποκομίζει ο άνθρωπος, η εφαρμογή των ιοντιζουσών ακτινοβολιών στην ιατρική συνεισφέρει όλο και περισσότερο στη συλλογική δόση 1980s S= person-sv Eus=3.6 msv Πηγή: NCRP Report 160, 2009 Κατανομή της αθροιστικής δόσης (S) στο σύνολο του πληθυσμού των ΗΠΑ ή, ισοδύναμα, κατανομή της μέσης ενεργούς δόσης (Eus) ανά κάτοικο των ΗΠΑ 2006 S= person-sv Eus=6.2 msv

88 Μας απασχολεί όλο και περισσότερο η ακτινική επιβάρυνση από εξετάσεις Αξονικής Τομογραφίας 1980s Πηγή: NCRP Report 160, 2009 Κατανομή της αθροιστικής δόσης (S) στο σύνολο του πληθυσμού των ΗΠΑ ή, ισοδύναμα, κατανομή της μέσης ενεργούς δόσης (Eus) ανά κάτοικο των ΗΠΑ 2006

89 Μας απασχολεί όλο και περισσότερο η ακτινική επιβάρυνση από εξετάσεις Αξονικής Τομογραφίας 1980s Πηγή: NCRP Report 160, 2009 Κατανομή της αθροιστικής δόσης (S) στο σύνολο του πληθυσμού των ΗΠΑ ή, ισοδύναμα, κατανομή της μέσης ενεργούς δόσης (Eus) ανά κάτοικο των ΗΠΑ 2006

90 Πλήθος εξετάσεων AT (ΗΠΑ, 2006) 62x10 6 εξετάσεις το x10 6 σε παιδιά (IMV CT Market Summary Report) Η αυξανόμενη έκθεση του πληθυσμού λόγω της ΑΤ μπορεί να αποτελέσει στο μέλλον παράγοντα κινδύνου της δημόσιας υγείας Brenner DJ and Hall EJ, N Engl J Med 2007, 357,

91 Στην Ελλάδα;

92 Στην Ελλάδα;

93 Στην Ελλάδα; Your claim that the country has no official guidelines governing the use of CT scans is not correct. CT scanners in Greece have been regularly monitored under strict guidelines since And diagnostic and therapeutic protocols in radiology were implemented in Nature Nov 28;503(7477):469. doi: /503469d. Greece's high CT scanning record. Seimenis I, Argentos S, Efstathopoulos S. Ιδιαιτερότητες: 1. Υπερσυνταγογράφηση ΑΤ λόγω του αναλογικά υψηλού αριθμού ιατρών της μη ύπαρξης (ως το 2012) ηλεκτρονικού συστήματος συνταγογράφησης 2. Υποκοστολόγηση ή μη κοστολόγηση εξετάσεων ΑΤ

95 Ακτινοπροστασία Κανόνες και διαδικασίες που έχουν ως στόχο την προστασία από την ιοντίζουσα ακτινοβολία

96 Ακτινοπροστασία Πρώτη δημοσίευση (1925) International Commission of Radiation Protection (ICRP) Ίδρυση : 1928 Έκδοση συστάσεων: 1966, 1973, 1977, 1991, 2007

97 To Σύστημα Ακτινοπροστασίας UNSCEAR Εργαστηριακή και κλινική έρευνα (π.χ. Hiroshima & Nagasaki, 1945), παρέχει τα επιστημονικά δεδομένα IAEA Standards

98 Μεταβολές παραγόντων κινδύνου για στοχαστικά αποτελέσματα (ΙCRP) Εκτιθέμενος πληθυσμός Κίνδυνος Καρκινογένεσης (% Sv -1 ) Κίνδυνος εμφάνισης κληρονομούμενων βλαβών (% Sv -1 ) Συνολικός κίνδυνος στοχαστικών αποτελεσμάτων (% Sv -1 ) Κοινό Εργαζόμενοι (ενήλικες y)

99 To Σύστημα Ακτινοπροστασίας Κανονισμός Ακτινοπροστασίας Κοινή Υπουργική Απόφαση υπ' αριθ. 1014(ΦΟΡ) 94 ΦΕΚ 216/Β/

100 Βασικές Αρχές Ακτινοπροστασίας (εργαζόμενοι / κοινό) Αιτιολόγηση Βελτιστοποίηση Όρια Δόσεων

101 Αιτιολόγηση Για να εφαρμοστεί μια πρακτική που προϋποθέτει έκθεση σε ακτινοβολία, πρέπει αυτή να προσφέρει καθαρό όφελος στον εκτιθέμενο ή στο κοινωνικό σύνολο κίνδυνος όφελος

102 Βελτιστοποίηση (ALARA) Για κάθε μεμονωμένη πηγή στα πλαίσια μιας πρακτικής, το μέγεθος των συνεπαγομένων δόσεων, ο αριθμός των εκτιθεμένων ατόμων και η πιθανότητα να προκύψουν μη αναμενόμενες εκθέσεις πρέπει να διατηρηθούν τόσο χαμηλά όσο είναι λογικά εφικτό λαμβάνοντας υπ όψη κοινωνικούς και οικονομικούς παράγοντες

103 Όρια Δόσεων Όρια δόσεων για σχεδιασμένες καταστάσεις έκθεσης Είδος Ορίου Επαγγελματική Κοινό Ετήσια Ενεργός δόση 20 msv ανά έτος σταθμισμένη σε περίοδο 5 ετών, 1 msv ανά έτος Ετήσια ισοδύναμη δόση σε: φακούς οφθαλμού δέρμα χέρια & πόδια 150 msv 500 msv 500 msv 15 msv 50 msv -

104 Όρια Δόσεων: Σχετίζονται με την αποδοχή κινδύνου

105 Όρια Δόσεων Συνολική Πιθανότητα Βλάβης (από καρκινογένεση): 5 % ανά 1 Sv σε όλη τη διάρκεια ζωής Τι σημαίνει 20 msv ανά έτος; Αν 1000 άτομα δέχονται 20 msv κάθε χρόνο για 50 χρόνια υπάρχει πιθανότητα 50 θάνατοι να οφείλονται στην έκθεση: Δηλαδή ένας θάνατος ανά έτος ανά 1000 άτομα Ετήσια πιθανότητα: Ρ = 1 / 1,000

106 Όρια Δόσεων Επαγγελματικός κίνδυνος στην Ελλάδα Ετήσια Δόση msv Αναμενόμενοι θάνατοι/έτος Επιτρεπόμενα όρια δόσεων / 1,000 Επεμβατική καρδιολογία 4.0* 1/ 5,000 Πυρηνικοί Ιατροί 2.0* 1/ 10,000 Έλληνες εργαζόμενοι με ΙΑ 0.6* 1/ 30,000 * Καταγραφείσα Μέση Ετήσια Δόση, στοιχεία ΕΕΑΕ

107 Όρια Δόσεων Επαγγελματικός κίνδυνος Θάνατοι / έτος Βιομηχανία πετρελαίου-αερίου 1 / 600 Λατομεία 1 / 3,000 Ανθρακωρυχεία 1 / 5,000 Σιδηρόδρομοι 1 / 6,000 Οικοδομή 1 / 7,000 Γεωργία 1 / 9,000 Χημική Βιομηχανία 1 / 12,000 Αυτοκινητοβιομηχανία 1 / 70,000 Βιομηχανία ρούχων 1 / 200,000 ΟΡΙΑ (1/1000) ΚΑΡΔΙΟΛΟΓΟΙ (1 / 5,000) ΠΥΡ. ΙΑΤΡΟΙ (1 / ) EΡΓΑΖΟΜΕΝΟΙ ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΑ (1 / )

108 Αρχές Ακτινοπροστασίας για Εξεταζόμενους στις Ιατρικές Εφαρμογές Αιτιολόγηση Βελτιστοποίηση Προσοχή Δεν υπάρχουν όρια δόσεων

109 Τρίπτυχο Ακτινοπροστασίας Χρόνος Απόσταση Θωράκιση

110 Τρόποι Ακτινοπροστασίας Α. Μείωση του χρόνου έκθεσης Ο μέγιστος ρυθμός δόσης που ανιχνεύθηκε μετά το ατύχημα ήταν 1 Sv/h Εάν εργαζόμενος παρέμενε σε εκείνο το σημείο για 60 min θα ελάμβανε συνολική δόση 1 Sv Eάν παρέμενε για 6 min θα ελάμβανε συνολική δόση 0.1 Sv

111 Τρόποι Ακτινοπροστασίας Β. Μείωση του απόστασης από την πηγή έκθεσης Ο ρυθμός δόσης μειώνεται με το τετράγωνο της απόστασης Απόσταση 1 m : 0.64 msv/h Απόσταση 1,5 m : 0.27 msv/h Απόσταση 2 m : 0.13 msv/h

112 Τρόποι Ακτινοπροστασίας Γ. Χρήση κατάλληλης θωράκισης Xωρίς Θωράκιση: 76 msv/h Με θωράκιση: 0,011 msv/h

113

114 Εξεταζόμενος δέχεται 12 msv από ΑΤ κοιλιάς-πυέλου. Πόσος είναι ο πρόσθετος κίνδυνος για καρκινογένεση; Sv 0.05 Sv -1 Ακτινικός κίνδυνος για καρκινογένεση= = 0.06 %

115 Ενεχόμενος Κίνδυνος από Ακτινολογικές Εξετάσεις (UNSCEAR 2000) Εξέταση Ενεργός δόση (msv) Κίνδυνος % CT άνω- κάτω κοιλίας CT θώρακος CT Πυέλου Πυελογραφία (i.v.) Θωρακική μοίρα Κάτω κοιλία Θώρακας Άκρα

116

117 Εκτίμηση Ακτινογενούς Κινδύνου από αεροπορικά ταξίδια Τυπική Τιμή Ενεργού Δόσης (msv) Τιμές Ισοδύναμου Χρόνου Ακτινοβολίας Υποβάθρου Τιμές πιθανότητας εμφάνισης θανατηφόρου καρκίνου Αθήνα Νέα Υόρκη εβδομάδες 1 ανά 200,000 Λονδίνο Νέα Υόρκη εβδομάδα 1 ανά 500,000 Λονδίνο - Σικάγο εβδομάδα 1 ανά 400,000

118 Συμπεράσματα

121 Πηγές ΕΕΑΕ ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» ΙCRP NCRP IAEA EΙΦ ΕΚΠΑ /Aktinovolies/Aktinovolies.htm