ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ

Transcript

1 Α ΜΕΡΟΣ ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΚΑΡΔΑΜΑΚΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΘΕΡΑΠΕΥΤΙΚΗΣ ΟΓΚΟΛΟΓΙΑΣ ΙΑΤΡΙΚΟΥ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ

2 Ιοντίζουσα ακτινοβολία

3 Ορισμός Η ιον(τ)ίζουσα ακτινοβολία είναι ακτινοβολία υψηλής ενέργειας προκαλεί ιον(τ)ισμό, να φορτίσει δηλαδή την ύλη διώχνοντας ηλεκτρόνια από τα άτομα δημιουργώντας ιόντα σπάει τους δεσμούς των χημικών ενώσεων

4 Οι φυσικές πηγές ιοντίζουσας ακτινοβολίας [ατμόσφαιρα υπέδαφος] μας ακτινοβολούν συνεχώς με ιοντίζουσα ακτινοβολία [90% της δόσης που λαμβάνουμε] Ανθρωπογενείς ή τεχνικές πηγές ιοντίζουσας ακτινοβολίας [ιατρικές εφαρμογές πυρηνικά εργοστάσια στρατιωτικές εφαρμογές]

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΡΧΕΣ ΑΚΤΙΝΟΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗ

6 Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΩΝ «ΑΚΤΙΝΩΝ Χ»

7 Δημόκριτος [ πχ] Πίστευε ότι η ύλη αποτελείτο από αδιάσπαστα, αόρατα στοιχεία, τα άτομα.

8 Wilhelm Conrad Roentgen ( ) Βραβείο Nobel Φυσικής το 1901

9 Η πρώτη ακτινογραφία: Το χέρι της κυρίας Roentgen ή του ανατόμου A. von Koelliker (Ιανουάριος 1896)

10 Ακτινολογική συσκευή, 1897

11 Σύγχρονες ακτινολογικές συσκευές

12 ΠΑΡΕΝΕΡΓΕΙΕΣ Αγγλική εφημερίδα αναφέρει το θάνατο του Dr Ironside Bruce το 1921, σε ηλικία 44 ετών από απλαστική αναιμία. Ήταν από τους ιδρυτές της Ακτινολογικής Εταιρείας της Αγγλίας και της Επιτροπής Ακτινοπροστασίας

13 Παρενέργειες - Η συνειδητοποίηση των κινδύνων

14 ΡΑΔΙΟΪΣΟΤΟΠΑ

15 Henri Becquerel ( )

16 Marie Curie ( )

17 ΑΚΤΙΝΟΘΕΡΑΠΕΙΑ

18 Leopold Freund,

19 Ακτινοθεραπεία το Άγνοια κανόνων ακτινοπροστασίας

20 Σύγχρονη μονάδα κοβαλτίου

21 Σύγχρονος γραμμικός επιταχυντής

22 ΑΚΤΙΝΟΒΙΟΛΟΓΙΑ

23 Ακτινοβιολογία Ετυμολογία της λέξης Radius λατινικά = ακτίνα Βίος ελληνικά = ζωή Λόγος ελληνικά = επιστήμη Πηγή Mosby's Medical Dictionary, 8th edition, 2009, Elsevier

24 Ορισμός Η ακτινοβιολογία είναι κλάδος των φυσικών επιστημών και μελετά τις επιδράσεις της ιοντίζουσας ακτινοβολίας στο κύτταρο, στους ιστούς, στα όργανα και στο ανθρώπινο σώμα [The branch of biology that studies the effects of radiation on living organisms] Τα αποτελέσματα της ακτινοβιολογικής έρευνας υποστηρίζουν όλες τις εφαρμογές των ιοντιζουσών ακτινοβολιών ιατρικές και μη ιατρικές (βιομηχανία, διαστημικά ταξίδια, άμυνα)

25 Η πρώτη καμπύλη επιβίωσης κυττάρων θηλαστικών μετα από έκθεση σε αυξανόμενες δόσεις ακτινοβολίας (Puck & Marcus, 1956)

26 Μοριακή βιολογία: γονίδιο Α-Τ Γονίδιο αταξίας τηλεαγγειεκτασίας Χρωμοσωμιακή αστάθεια Ακτινοευαισθησία Προδιάθεση για καρκίνο μαστού Μετάλλαξη στο γονίδιο απώλεια της ΑΤΜ πρωτεΐνης [αναγνωρίζει βλάβη DNA, ενεργοποιεί μηχανισμούς επιδιόρθωσης]

27 Πως μελετάμε τα ακτινοβιολογικά φαινόμενα (και την καρκινογένεση) στο Eργαστήριο

28 Υποδομή και υλικά Πηγή ιοντίζουσας ακτινοβολίας Κύτταρα (κυρίως κυτταρικές σειρές) Πειραματόζωα

29 Πηγή ακτίνων Χ Κύτταρα

30

31

32

33

34 ΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΑΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ

35 Ιοντίζουσα ακτινοβολία Ηλεκτρομαγνητική Ακτίνες Χ, ακτίνες γ «Ποιοτικά» ομοιάζουν, διαφέρουν στον τρόπο παραγωγής τους Τις φανταζόμαστε είτε σαν σύμπλεγμα ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων ή σαν θύλακες ενέργειας (φωτόνια) στη κβαντική θεωρία Ιοντίζουσες μη ιοντίζουσες: διαφέρουν στο μέγεθος της ενέργειας των θυλάκων Σωματιδιακή Ηλεκτρόνια, πρωτόνια, σωματίδια α, ουδετερόνια κτλ

36 Στάδια δράσης της ακτινοβολίας Τα σημαντικότερα στάδια αλληλεπίδρασης της ακτινοβολίας με το βιολογικό υλικό είναι: Φυσικό στάδιο Φυσικο-χημικό στάδιο Χημικό στάδιο Βιολογικό στάδιο

37 Χημικό στάδιο Οι ελεύθερες ρίζες αντιδρούν είτε με το «βιολογικό» υπόστρωμα ή μεταξύ τους με αποτέλεσμα την δημιουργία «ακόμα πιο» δραστικών ελεύθερων ριζών (ΟΗ. )

38 Βιολογικό στάδιο Οι ελεύθερες ρίζες προκαλούν βλάβη σε κυτταρικούς στόχους, όπως DNA, RNA Ένζυμα Μεμβράνη

39 ΕΜΜΕΣΗ ΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΑΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ [ΑΚΤΙΝΕΣ Χ] ΜΕ ΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΥΠΟΣΤΡΩΜΑΤΑ

40 Βασική γνώση Η ιοντίζουσα ακτινοβολία (ΙΑ) απορροφάται από το ενδο- και εξω-κυττάριο νερό και προκαλεί διέγερση / ιοντισμό των μορίων του Παραγωγή ελευθέρων ριζών Οι ελεύθερες ρίζες είναι ουδέτερα άτομα ή μόρια που φέρουν ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο

41 Ραδιόλυση του ύδατος

42 Βλάβη του DNA Α = ανέπαφο Β = σπάσιμο μονής αλυσίδας Γ = σπάσιμο και των δύο κλώνων της αλυσίδας Δ = σπάσιμο και των δύο κλώνων στο ίδιο μέρος (διπλόκλωνο)

43 Χρωμοσωμιακές ανωμαλίες Αλλαγή και απώλεια γενετικού υλικού Οι πιο σοβαρές ανωμαλίες οδηγούν σε κυτταρικό θάνατο. Κάποιες κληρονομούνται

44 Πρακτική εφαρμογή ΤΟ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΔΟΣΙΜΕΤΡΟ [ΒΙΟΔΕΙΚΤΗΣ]

45 Βιολογικό δοσίμετρο (α)

46 Βιολογικό δοσίμετρο (β)

47 Βιολογικό δοσίμετρο (γ) Πυρηνικό ατύχημα Καρυότυπος λεμφοκυττάρων Πιο συχνή βλάβη: ΔΙΠΛΟ ΣΠΑΣΙΜΟ ΑΛΥΣΙΔΑΣ Συχνή χρωμοσωμική ανωμαλία: ΑΣΤΑΘΕΣ ΔΙΚΕΝΤΡΙΚΟ «Ελάχιστη» δόση = 0.25 Gy

48 ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΚΥΤΤΑΡΙΚΩΝ ΒΛΑΒΩΝ

49 Είδη κυτταρικών βλαβών Θανατηφόρες Υπο-θανατηφόρες Δυνητικά θανατηφόρες

50 Θανατηφόρες Δεν μπορούν να επιδιορθωθούν, οδηγώντας το κύτταρο στο θάνατο

51 Υπο-θανατηφόρες Βλάβες στο κύτταρο οι οποίες δεν είναι επαρκείς σε αριθμό ή δεν είναι αρκετά σοβαρές για να το σκοτώσουν Δεν είναι επαρκής ο αριθμός των χτυπημάτων που δέχθηκε ο στόχος (θεωρία του στόχου) Σε χαμηλές δόσεις το ποσοστό τους είναι αυξημένο και το κύτταρο μπορεί να επιβιώσει επιδιορθώνοντας τη βλάβη

52 Δυνητικά θανατηφόρες βλάβες Μπορούν να γίνουν θανατηφόρες μετά από αδυναμία σωστής επιδιόρθωσης DNA ή απελευθέρωσης ενζύμων ή βλάβης των μεμβρανών

53 Επιδιόρθωση του DNA Τα κύτταρα διαθέτουν συγκεκριμένους, ενζυμικούς επιδιορθωτικούς μηχανισμούς που ενεργοποιούνται μόλις διαπιστώσουν βλάβη του DNA (ιδιαίτερα το σπάσιμο των δύο αλυσίδων) Ανακριβής επιδιόρθωση θραύσης της μιας έλικας δυνατόν να οδηγήσει σε μετάλλαξη Ο χρόνος επιδιόρθωσης διαρκεί περίπου 4 5 ώρες

54 Κύρια είδη κυτταρικού θανάτου Αναπαραγωγικός ή μιτωτικός θάνατος ή μιτωτική καταστροφή (;) Θάνατος κατά τη μεσόφαση ή προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος (απόπτωση) ή σιωπηλός θάνατος Θάνατος λόγω γήρανσης