Strålings biologiske virkninger Ioniserende stråling kan forårsage to typer af skader på mennesker: • deterministiske skader (akutte) • celledød (somatisk) • stokastiske skader (sene) • fejlreparerede.

Download Report

Transcript Strålings biologiske virkninger Ioniserende stråling kan forårsage to typer af skader på mennesker: • deterministiske skader (akutte) • celledød (somatisk) • stokastiske skader (sene) • fejlreparerede.

Strålings biologiske virkninger
Ioniserende stråling kan forårsage to
typer af skader på mennesker:
• deterministiske skader (akutte)
• celledød (somatisk)
• stokastiske skader (sene)
• fejlreparerede DNA-molekyler i
vævsceller (somatisk)
• fejlreparerede DNA-molekyler i
kønsceller (genetisk)
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Typer af biologiske skader
Bestråling
Bestrålet individ
Efterkommere af
bestrålet individ
Somatiske skader
Genet iske skader
Stokastiske skader
Deterministiske skader
Stokastiske skader
Optræder kun med
en vis sandsynlighed
Optræder kun over
en vis dosisstørrelse
Optræder kun med
en vis sandsynlighed
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
DNA-molekylet
sukkermolekyle
nukleotid
4 typer nukleotider
Purinbaser:
Adenin (A)
Guanin (G)
Pyrimidinbaser:
Cytosin (C)
Thymin (T)
fosfatmolekyle
osv.
osv.
osv.
osv.
et gen består af ca. 1000 nukleotidpar
ca. 3109 nukleotidpar
i hver cellekerne
ca. 25.000 gener i
cellerne, hvoraf ca.
15.000 er kendte
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Kromosom- og genmutation
Kromosom-aberration
(dobbelt-hit symmetrisk kromosom-udveksling)
Metafase
Anafase
Genmutation
Gen efter bestråling
Gen før bestråling
C
A
T
G
C
A
T
G
T
A
A
T
G
C
C G
T A
A
A
T G
C
C
A
A
T
T
G
C
A
T
G
T
A
A
T
G C
C
G
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
T
A
C
G
G
C
A
T
Deterministiske skader
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Erfaringsmateriale - deterministiske skader
• strålingsuheld (incl. kritikalitetsuheld)
• atombombesprængningerne over Hiroshima
og Nagasaki
• strålingsterapi
• Tjernobyl-ulykken
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Respons - deterministiske skader
• Tærskeldosis under hvilken en skade ikke viser sig klinisk
• Alvorligheden af en skade vokser med voksende dosis
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Respons - deterministiske skader
Alvorlighed af skade (%)
100
80
60
40
tж rskeldosis
20
0
0
LD50: dosis ved hvilken 50%
udviser den givne skade
Organdosis
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Tærskeldoser og deterministiske skader
Organ
Tærskel (Gy)
Skadetype
Tidspunkt
Hele kroppen
0.5
1
opkast
død
første dag
1 - 2 måneder
Lunger
6
død
2 - 12 måneder
Huden
3
hudrødmen
1 - 3 uger
Thyroidea
5
underaktivitet
af thyroidea
ét til flere år
Øjelinser
2
stær
Gonader
2 - 3
permanent
sterilitet
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
6 mdr. til flere
år
uger
Dosisrespons for knoglemarvsyndromet
Sandsynlighed for dшd, R(D)
1.0
Ingen behandling
0.8
Understшttende behandling
0.6
LD50  4 Gy
LD50  6 Gy
0.4
0.2
0
0
2
4
6
8
10
12
Absorberet helkropsdosis, D (Gy)
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
14
Goiânia-ulykken i 1987
Forladt radioterapi-klinik i Goiânia - Brasilien
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Goiânia-ulykken i 1987
Afskærmning med kilde
Beam åbning
Strålingsterapianlæg
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Goiânia-ulykken i 1987
137Cs
strålingskilde
kilde-vindue
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Goiânia-ulykken i 1987
• Ulykken skete den 13.9.1987 i Goiânia, Brasilien
• Kildestyrken var 51 TBq
137Cs
(51 mmø  48 mm)
• 4 personer døde som følge af bestrålingen (6-årig
pige, 38-årig kvinde, 18-årig mand og 22-årig mand)
• Helkropsdoser på 4.5 - 6 Gy til de afdøde
• Ekstern og intern kontamination af 249 personer
• 20 personer behøvede hospitalsbehandling, heraf 19
for hudskader (“-forbrændinger”)
• 112.000 personer blev moniteret for kontamination
• Total affaldsmængde 3.500 m3
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Goiânia-ulykken i 1987
Monitering for
radioaktiv forurening
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Goiânia-ulykken i 1987
Skrothandlerens hus under nedrivning
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Goiânia-ulykken i 1987
Pakning af radioaktivt affald
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Goiânia-ulykken i 1987
Temporær oplagringsplads for radioaktivt affald - 1994
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Goiânia-ulykken i 1987
Strålingsskade på låret fra en del af kilden båret i
bukselomme. Strålingsdosis større end 5 Gy
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Stokastiske skader
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Erfaringsmateriale - stokastiske skader
• atombombesprængningerne over Hiroshima
og Nagasaki
• medicinsk strålingsdiagnostik og -terapi
• erhvervsmæssig strålingsudsættelse
• omegnsbestråling (fallout og udledninger)
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Årsager til kræft
Ioniserende stråling
? ? ?
Ikke-ioniserende stråling
Fødevarer
Kemikalier
Cancer
Alkohol
Arvelighed
Virus
Forurening
Stress Rygning
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Respons, R(D)
Dosisrespons - lineær ekstrapolation
2 - 10 gange lavere hж ldning
end ved lineж r ekstrapolation
fra hшje doser med hшj dosishastighed til lave doser med
lav dosishastighed
lineж r ekstrapolation
Dobs
mulig dosisrespons
Absorberet dosis, D
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Hiroshima-Nagasaki ‘Life Span Study’
Dosis
[Sv]
Antal
personer
< 0,005
Faste tumorer
Leukæmi
Observeret
Antal
Estimeret
ekstra
Observeret
antal
Estimeret
ekstra
36.459
3.013
 42
73
9
0,005 – 0,1
32.849
2.795
85
59
3
0,1 – 0,2
5.467
504
18
11
0
0,2 – 0,5
6.308
632
77
27
15
0,5 – 1,0
3.202
336
73
23
16
1,0 – 2,0
1.608
215
84
26
22
> 2,0
679
83
39
30
28
Total
86.572
7.578
334
249
87
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Respons - stokastiske skader
• Sandsynligheden for en skade vokser med voksende dosis
• Alvorligheden af en skade er uafhængig af dosis størrelse
• Ingen tærskeldosis
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
ba
gg
ru
nd
sh
yp
pig
he
d
Sandsynlighed for senskader
Strålings biologiske virkninger – dødelig cancer
0
0
hж ldning: 0.0044 % pr. mSv
sis:
r. еr
o
p
d
v
s
S
еr
nd
m
.
u
r
r
4
p
g
.
bag
mSv
it: 2
n
0
s
1
m
:
e
genn forhшjet
еr
.
r
k
s
p
i
typ
mSv
0
0
1
hшj:
Dosis over baggrundsdosis
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Risiko for stokastiske strålingsskader
Livstidsrisiko (pr. Sv)
Skadetype
Total befolkning
Erhvervsbefolkning
Dødelig cancer
0.044
0.034
Ikke-dødelig cancer
0.016
0.011
Total cancer
0.060
0.045
0.005
0.004
0.065
0.049
Genetiske skader
Total stokastisk
*)
*)
Risiko i to efterfølgende generationer
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Cancerrisiko som funktion af alder
Livstidsrisiko, r(T) [pr. Sv]
0.20
BEIR V
0.15
UNSCEAR 2000
0.10
0.05
0
0
20
40
60
80
Alder pе bestrеlingstidspunkt, T (еr)
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
100
Strålings biologiske virkninger - cancerdødsfald
En erhvervsmæssigt beskæftiget med radioaktive
stoffer har over 10 år modtaget en dosis (ud
over dosis fra baggrundsstrålingen) på 50 mSv.
Hvor stor er sandsynligheden for, at denne dosis
giver anledning til et senere kræftdødsfald?
Sandsynlighed = 0,0034% pr. mSv  50 mSv = 0,17%
Sandsynlighed fra alle påvirkninger: 22 - 25% (livstid)
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Risikoperspektiv - stråling og cigaretrygning
Rcigaret
3000 lungekræft pr. år

7,3  10 9 cigaretter pr. år
 4  10  7 lungekræft pr. cigaret
Rstråling  0,044 kræftdødsf ald pr. Sv
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Risikoperspektiv - stråling og cigaretrygning
Risiko ækv 
Rcigaret
Rstråling
4  10  7 lungekræft pr. cigaret

0,044 kræftdødsf ald pr. Sv
 10  5 Sv pr. cigaret
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Risikoperspektiv - stråling og cigaretrygning
• 10 cigaretter pr. dag: 3650 cigaretter pr. år
• gennemsnitlig årlig risiko: 3650  105  0.044 
2 pr. 1000 pr. år
• livstidsrisiko: 2 pr. 1000 pr. år  50 år  1 pr. 10
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011
Risikoperspektiv - stråling og cigaretrygning
Ækvivalent strålingsrisiko ved rygning af en
pakke cigaretter pr. dag i 60 år:
• et gennemsnitligt levetidstab på 1500 dage
• en effektiv dosis på 70 mSv pr. år
• en effektiv livstidsdosis på 4000 mSv
Danmarks Fysik- og Kemilærerforening den 12. maj 2011