Transcript BIOLOGISCHE EFFECTEN

BIOLOGISCHE
EFFECTEN
Tijdslijn
• 8 november 1895 Röntgen straling (onbekend x-ray)
laat materiaal “oplichten”
• Begin 1896 fluoroscoop ontwikkelt door Thomas
Edison
• Maart 1896 eerste geval van ooglensschade (cataract)
• 10 april 1896 eerste geval van haaruitval (epilatie)
• 18 april 1896 eerste geval van huiddefecten
• Juli 1896 beschermende werking loodglas voor ogen
• November 1896 brandwonden door straling
Tijdslijn (vervolg)
• 1898 Aluminium filtratie beschreven
• 1898 Loden behuizing en collimeren van de bundel
• 1903 Stralingsbescherming voorgesteld
• 1904 Eerste stralingsdode beschreven
• 1905 Voorstel voor eenheid van stralingsdosis
• 1907 Mutaties door straling in kikkers aangetoond
Tijdslijn (vervolg)
• 1912 Concept van halfwaarde dikte overeengekomen
• 1915 Britse Rontgen Society accepteert
beschermingsmaatregelen
• 1920 Eerste internationale “radioprotection committee”
• 1921 Brits memorandum over bescherming
• 1922 USA memorandum over bescherming
• 1925 voorstel over tolerantie dosis
• 1927 genetisch effect van x-rays aangetoond
1 mSv = 100 mRem
20 mSv/j
NCRPadvies
1 mSv/j
Vraag
1. Ioniserende straling is gevaarlijk; waar zijn we feitelijk „bang‟
voor?
Antwoord:
Stochastische effecten:
Kanker als manifestatie van stralingsschade
Schade aan DNA met als gevolg een
verhoogde kans op kanker
•
•
•
•
Weefsel-reacties (deterministische effecten):
„Verbranding‟ van de huid
Staarvorming
Orgaanfunctieverlies
Dood
•
•
•
•
Indeling stralingsschade
ioniserende straling
DNA-schade
'celdood'
Weefselreacties
vroeg (acuut)
laat (chronisch)
herstel
mutatie
stochastische
effecten
genetisch
somatisch
volwassen
foetaal
(teratogeen)
DNA-schade
schade aan DNA (desoxyribosenucleïnezuur):
“directe” schade (ionisatie), 1/3 deel
indirecte schade (ionisatie) via radicalen, 2/3 deel
typen DNA-schade:
enkelstrengsbreuk (± 1000 per Gy)
dubbelstrengsbreuk (± 40 per Gy)
crosslinking (inter-/intrachain)
schade aan base (deletie, additie, substitutie)
Vraag
3.Hoe zit dat nu met die radicalen? Hoe ontstaan die
en wat doen ze dan?
Antwoord:
Radicalen ontstaan wanneer fotonen „botsen‟ met
(baan)elektronen, waarbij zo‟n elektron verwijderd
wordt (foto-elektrisch effect, Compton effect);
er resteert dan een restmolecuul met een
„ongepaard‟ elektron, b.v. een OH-radicaal;
deze zijn zeer reactief
•
DNA-repair
DNA herstel (repair):
herstel van DNA-breuk: end-joining/recombinatie,
excisie; gebeurt in enkele minuten
schade aan base: base excision repair (BER)
gebeurt in enkele uren tot dagen
schade aan nucleotide (door UV): nucleotide
excision repair; gebeurt in enkele uren tot dagen
DNA herstelmechanismen zijn altijd actief binnen een cel omdat schade aan
DNA continu plaatsvindt, vnl. door het gewone celmetabolisme; hierbij worden
veel radicalen gevormd
Vraag
4.Welke (f)actoren zijn van invloed op het uiteindelijke
biologische effect c.q. biologische schade?
Antwoord:
Soort en energie stralingsdeeltje (foton)
Dosistempo
Stralingsgevoeligheid van cellen/weefsels
•
•
•
stralingsweegfactor
HT = WR * DT
stralingsweegfactoren WR (ICRP, 1991):
fotonen, alle energieën
1
elektronen, alle energieën
1
neutronen
5-20
protonen
5
-deeltjes
20
voor stralingsbescherming bij röntgen geldt: Sv = Gy
Vraag
5. Wat maakt dat sommige cellen/weefsels stralingsgevoeliger
zijn dan andere?
Antwoord:
Genetische samenstelling (proto-oncogenen,
tumorsuppressorgenen, DNA-repairsysteem)
•
•
Fysiologische parameters:
Doorbloeding (zuurstofvoorziening)
Temperatuur
Hormoonhuishouding
Delingsactiviteit cellen
Concentratie radicaalvangers (glutathion, cysteamine,
vitamine C, E)
•
•
•
•
•
E = WT * H T
Weefselweegfactoren WT
Orgaan
blaas
borst
botoppervlak
dikke darm
hersenen
huid
ever
longen
maag
rood beenmerg
schildklier
slokdarm
speekselklieren
gonaden
rest
totaal
WT
(ICRP, 1991)
0,05
0,05
0,01
0,12
0,01
0,05
0,12
0,12
0,12
0,05
0,05
0,20
0,05
WT
(ICRP 103)
0,04
0,12
0,01
0,12
0,01
0,01
0,04
0,12
0,12
0,12
0,04
0,04
0,01
0,08
0,12
Overlijdensrisico*
1
1
0,999
0,058
0,041
0,174
0,168
0,229
0,096
0,061
0,022
0,15
*extra rel. sterfterisico aan kanker bij 1 Sv (ICRP,1991)
UMC St Radboud
Vraag
6.Is het toegestaan voor de risicoberekeningen de
opgelopen stralingsdoses bij elkaar op te tellen?
Antwoord:
Ja, maar alleen bij stochastische effecten.
We gaan er voor stralingsbeschermingsdoeleinden
vanuit dat de kankerincidentie lineair toeneemt met de
stralingsdosis
Kwantificering van stralingsrisico’s
•
•
•
welk effect?
waar en bij wie?
bij welke dosis?
Stochastisch versus weefselreactie (1)
welk effect?
Stochastisch:
Kanker als manifestatie van stralingsschade
Schade aan DNA met als gevolg een
verhoogde kans op kanker
•
•
Weefselreactie
„Verbranding‟ van de huid
Staarvorming
Orgaanfunctieverlies
Dood
•
•
•
•
Kwantificering van stralingsrisico's
Stochastisch versus weefselreactie (2)
waar en bij wie?
Weefselreactie
directe schade aan weefsel
en organen
directe schade aan
ongeboren kind:
teratogene effecten
stochastisch
kans op kanker
schade aan het nageslacht:
genetische effecten
Kwantificering van stralingsrisico's
1945
Life Span Study (1)
• gegevens Hiroshima en Nagasaki
•
•
1950 – 1990
86.572 bestraalde personen
0 – 5 Gy
intussen 38.100 overleden
• controlegroep op 2,5 – 10 km afstand
Kwantificering van stralingsrisico's
Life Span Study (2)
solide tumoren
leukemie
86 572 mensen
7578
249
controle groep
7244
162
334
87
extra
Kwantificering van stralingsrisico's
Life Span Study (3)
lifespan studie 1950-1990 atoombomslachtoffers Japan
(Pierce, 1996)
cohort: 86.572 personen
extra doden ten gevolge van kanker:
solide tumoren: 334 doden
leukemie: 87
kans op kanker:
ICRP, 1991:
bevolking:
5% per Sv
werkers:
4% per Sv
Kwantificering van stralingsrisico's
Life Span Study (4)
Kwantificering van stralingsrisico's
Life Span Study (5)
Leukemie risico
Hoogst begin 50-er jaren
Daarna langzame afname
Na 30-35 jaar weer terug op normale niveau
•
•
•
Solide tumoren
Toename pas later waargenomen (latentietijd >10 jaar)
•
Kwantificering van stralingsrisico's
Risicogetallen in % per Sv
uit LSS, voor lage dosis
werkers
burgers
4,0
5,0
niet-fatale kanker
1,0
0,8
genetische effecten
0,8
1,3
totaal
5,6
7,3
fatale kanker
Kwantificering van stralingsrisico's
Overige bronnen
• Research
• Tsjernobyl en andere ongelukken
• Radiotherapie
• Werkpraktijk
(proefdieren, radiobiologie)
(o.a. radiologie)
Drielandenstudie
• 95.000 werkers uit UK, VS, Canada
• gemiddelde cumulatieve dosis 40 mSv
• sterfte kans lager dan bevolking
Healthy worker effect
• tot 400 mSv geen verhoging
• spreekt LSS niet tegen
Kwantificering van stralingsrisico's
Stochastische stralingseffecten bij radiologen:
hormese?
100 years of observation on British radiologists: mortality from cancer
and other causes 1897-1997; Berrington, 2001:
inschrijving 1897-1920:
inschrijving 1921-1954:
inschrijving 1955-1979:
extra mortaliteit: 1,45 (+45%) effectieve dosis: 1000 mSv/jaar
extra mortaliteit: 0,90 (-10%) effectieve dosis: <5 mSv/jaar
extra mortaliteit: 0,61 (-39%) effectieve dosis: <0,5 mSv/jaar
Decreased cancer mortality of British radiologists; Daunt, 2002
Radiation increased the longevity of British radiologists; Cameron, 2002
Kwantificering van stralingsrisico's
Genetische effecten
• dosis voor bevruchting
• mutageen effect
Kwantificering van stralingsrisico's
Genetische effecten
= erfelijke afwijkingen
• eerste en latere generaties
• niet aangetoond bij mensen
(Hiroshima en Nagasaki)
• wel bij onderzoek aan proefdieren
•
•
bananenvliegjes (jaren 50)
muizen
Kwantificering van stralingsrisico's
Genetische effecten
UNSCEAR
Verdubbelingsdosis: 5 Gy
extrapolatie uit proefdiergegevens
•
ICRP
Risicogetallen ICRP-60 (1990)
1·10-2 per Sv (1%)
•
•
Kwantificering van stralingsrisico's
Teratogene effecten
• dosis na bevruchting: prenatale bestraling
• ontwikkelingsstoornissen
Kwantificering van stralingsrisico's
Teratogene effecten
weken na zwangerschap
1
implantatie
3-8
orgaanontwikkeling
(organogenese)
8-25
aanleg grote hersenen
verlaging IQ
Kwantificering van stralingsrisico's
Effecten prenatale bestraling (ICRP 60)
weken effect
drempel /
risico
normale incidentie
0-3
geen in levendgeborenen
0
3-8
misvorming organen
drempel 0,1 Gy
1 op 17
8-15
verlaging IQ
1 op 200
mentale retardatie
drempel 0,1 Gy
30 IQ-punten/Gy
0,4 per Gy
16-25
verlaging IQ
mentale retardatie
drempel 0,1 Gy
0,1 per Gy
4-40
kanker
2,5·10-2 / Gy
Kwantificering van stralingsrisico's
1 op 1000
Deterministische effecten, total body
deterministische effecten,
bijvoorbeeld bij Chernobyl slachtoffers:
stralingssyndroom:
datum: 26 april 1986
vrijgekomen activiteit: 8x1018 Bq (200 milj. Ci)
stralingsziekte
ca. 1Gy
beenmergsyndroom
2-10 Gy
huidsyndroom
6-10 Gy
41 personen: < 2,1 Gy
(0 overleden)
maag-darmsyndroom
5-20 Gy
50 personen: 2,2 – 4,1 Gy
(1 overleden)
CZS-syndroom
>50 Gy
22 personen: 4,2 – 6,4 Gy
(7 overleden)
LD50
3-10 Gy
21 personen: 6,5 – 16 Gy
(20 overleden)
600 emergency workers (hulpverlening,
brandweer) waarvan 134 acute stralingsziekte:
Kwantificering van stralingsrisico's
Deterministische effecten, huid
effect
tijdschaal
drempeldosis (Gy)
acuut
tijdelijk erytheem
uren
dieper erytheem
2-4 weken
tijdelijke ontharing
3 weken
3-5
permanente ontharing
3 weken
7
natte desquamatie
maand
20
geprotaheerd
6-8
Kwantificering van stralingsrisico's
50-60
Deterministische effecten, huid, voorbeelden
erytheem
desquamatie
Kwantificering van stralingsrisico's
Andere voorbeelden
Tijdelijke epilatie na
neuro-interventie
1x 6,6 Gy
1x 1,7 Gy
Chronische radiodermatitis
2 procedures
11 – 15 Gy per procedure
21 maanden na 3
coronaire interventies,
zonder nabehandeling
Totaal 15 – 20 Gy
Drempeldoses voor gevoeligste organen
weefsel en effect
enkel
geprotaheerd aanhoudend
testes
tijdelijke steriliteit
permanente steriliteit
•
•
0,15 Gy
3,5 – 6 Gy
-
0,4 Gy/j
2,0 Gy/j
eierstokken
permanente steriliteit
•
2,5 – 6 Gy
6 Gy
> 0,2 Gy/j
ooglens
waarneembare schade
cataract
•
•
0,5 – 2 Gy
5 Gy
5 Gy
> 8 Gy
>0,1 Gy/j
> 0,15 Gy/j
beenmerg
onderdrukking
bloedcelvorming
0,5 Gy
-
> 0,4 Gy/j
•
Kwantificering van stralingsrisico's
Casus oog (Vano et al, 1998)
• Interventieradioloog
• Intensief gebruik van opstelling met boventafelbuis
Drempeldosis
Drempeldosis lensafwijkingen:
ICRP, 1990 en 2000:
acute dosis: 0,5 - 2 Sv
chronisch: 5 Sv
Klein et al, 1993: 0,2 Gy
•
•
-
Dosislimiet ooglens:
• Nu nog:150 mSv/jaar
Even terug naar de casus
Hoe hoog was de oogdosis naar schatting?
Minimaal 5 Gy cumulatief
Ooglensdosis bij interventieradiologie
Auteur
Dosis per procedure
(mSv)
Type procedure
Bor et al (2006)
0,086 (oog)
neurointerventies
Vano et al (1998)
1 – 2 (oog, berekend)
diverse
Zorzetto et al (1997)
0,05 (kraag)
angiografie hart
Williams (1997)
0,05 – 0,14 (nek)
vaatonderzoek lever
Steffino et al (1996)
0,215 – 0,370 (schildklier)
angiografie hart
Karppinen et al (1995)
0,43 (voorhoofd, oog)
angiografie hart
Marshall et al (1995)
0,014 (oog)
angiografie hersenen
Pratt en Shaw (1993)
0,008 – 0,113 (voorhoofd)
hartcatheterisatie
Calkins et al (1991)
0,28 (linker oog)
0,20 (schildklier)
hartcatheterisatie
Interventieradiologie verdient extra aandacht !
Stochastisch versus weefselreactie
bij welke dosis?
Weefselreactie
wel drempeldosis
ernst neemt toe met dosis
Stochastisch
geen drempeldosis
ernst is onafhankelijk van dosis
Kwantificering van stralingsrisico's
Veel of weinig straling?
effect
dosis
ontvangen in
LD50
10 Sv
korte tijd
voelbare schade
1 Sv
korte tijd
aantoonbare schade
200msv
korte tijd
dosislimiet
20 mSv
per jaar
natuurlijke straling
2 mSv
per jaar
Kwantificering van stralingsrisico's
Deterministische effecten, huid
1915
1990
Dit willen we voorkomen
Kwantificering van stralingsrisico's