RADIAČNÍ POŠKOZENÍ KREVNÍCH BUNĚK I. RNDr. Monika Pávková Goldbergová Mgr. Lukáš Pácal ÚPF Lékařská fakulta Masarykovy Univerzity v Brně

„Ionizující záření" primárním fyzikálním účinkem je ionizace z původně elektricky neutrálních atomů jsou vyráženy záporné elektrony - změna atomů v kladně nabité ionty. Účinky na: prvek ze stejných atomů - rekombinují uvolněné elektrony s kladnými ionty za vzniku stejných atomů. Chemické změny - žádné nebo nevýznamné (př. vznik atomárního kyslíku a ozonu při ozařování plynného kyslíku). sloučeninu, zvláště složitou organickou látku - ionizované atomy se uvolňují z chemických vazeb, disociace molekul, vznikají vysoce reaktivní radikály. Chemické změny a reakce.

Základní veličiny Míra fyzikálně-chemických účinků záření na látku - úměrná koncentraci iontů vzniklých v daném objemu látky. Koncentrace iontů - úměrná energii záření v daném objemu látky absorbované. Absorbovaná dávka D - energie ionizujícího záření absorbovaná v daném místě ozařované látky na jednotku hmotnosti. D = DE / Dm , DE - střední energie ionizujícího záření absorbovaná objemovým elementem látky, Dm - hmotnost objemového elementu. Jednotkou absorbované dávky je 1J /1kg = 1Gray

Z hlediska biologických účinků se ionizujícího záření dělí podle hustoty ionizace: - řídce ionizující - záření X, gama, beta. - hustě ionizující - záření alfa, neutronové záření, protonové záření. Jakostní faktor Q ("relativní biologická účinnost") - kolikrát je daný druh záření biologicky účinnější než záření fotonové - X nebo gama (za základ se bere rentgenové záření o energii 200keV). Dávkový ekvivalent (ekvivalentní dávka) v uvažované tkáni je dán součinem absorbované dávky D v daném místě a jakostního faktoru Q: H = Q . D . Jednotkou dávkového ekvivalentu je 1 Sievert [Sv].

Mechanismy účinku záření na živou tkáň Fyzikální stadium Při interakci kvanta ionizujícího záření s hmotou je energie záření předávána elektronům v atomech za vzniku ionizace a excitace Fyzikálně-chemické stádium Sekundární fyzikálně-chemické procesy interakce iontů s molekulami – disociace molekul a vznik volných radikálů Chemické stádium Vzniklé ionty, radikály, excitované atomy a další produkty reagují s biologicky důležitými organickými molekulami a mění jejich složení a funkci. Biologické stádium Molekulární změny v biologicky důležitých látkách (v DNA, enzymech, proteinech) - funkční a morfologické změny v buňkách, orgánech i v organismu jako celku.

Zásahová teorie "přímého účinku" poškození důležité části buňky, především jádra, nastává při přímém zásahu kvantem záření dochází k lokální absorpci energie, ionizaci a následné chemické změně zasažené struktury mechanismus má pouze druhořadý význam, pravděpodobnost takových "přímých zásahů" je poměrně nízká citlivost živé tkáně k záření by byla podstatně menší než se pozoruje.

Radikálová teorie "nepřímého účinku" každý organismus je složen především z vody, v níž jsou rozptýleny biologicky aktivní látky. Interakce záření s živou tkání - především na molekulách vody. Vlivem ionizace dochází k radiolýze vody - vznikají velmi reaktivní volné radikály H, OH a produkty schopné oxidace (H2O2, HO2). Reaktivní zplodiny napadají organické molekuly biologicky důležitých látek a chemicky je pozměňují či destruují.

Biochemické změny: mění strukturu důležitých makromolekul - porucha funkce Biologické změny: bílkoviny - po ozáření nastává změna až koagulace, nejcitlivější je bílkovina obsahující SH (sulfidickou) skupinu za přítomnosti O2 nukleové kyseliny - přerušení vodíkových můstků, vznikají nové vazby a buňka nemůže plnit svou funkci - zlom: jednoduchý - kontinuita v místě 1 vlákna (reparace) x dvojitý - porucha funkce enzymy - po ozáření dojde k anihilaci - ztrátě funkce - buněčné membrány - změny vlastností vedoucí k poškození a zániku buněk, a k poškození tkání a orgánů.

Fáze buněčného cyklu Nejcitlivější na IZ je fáze G2 (klidová fáze), začátek fáze M (z mateřské buňky vznikají 2 dceřinné buňky), přechod mezi fází G1 a S (G1 vytváří se z RNA, probíhá syntéza bílkovin, S - zdvojí se množství DNA) Necitlivá je buňka v G0 fázi (klidová fáze)

4 základní poškození buňky vedoucí ke smrti 1) náhlá smrt - dojde k destrukci jádra, nerovnováze iontů 2) zastavení mitózy - zástava buněčného dělení, zpomalí nebo úplně zastaví G2, M 3) zástava syntézy DNA - brzdí tvorbu DNA, vznik chromozomů a dělení buňky 4) poškození genetického materiálu - změní genetickou výbavu nebo vznikají méně činné buňky

Stochastické účinky I při malých dávkách - určitá pravděpodobnost, že poškození se nepodaří opravit a vzniknou pozdní trvalé následky genetického nebo nádorového charakteru. následky jsou zcela náhodné, individuální a nepředvídatelné závažnost postižení a průběh onemocnění nejsou závislé na výši dávky pravděpodobnost výskytu závisí na absorbované dávce, a to lineárně stochastické účinky jsou bezprahové - mohou být vyvolány i velmi malými dávkami

Deterministické účinky Při vysokých dávkách záření je vysoký počet poškozených molekul biologicky aktivních látek - organismus není schopen je zcela opravit – část buněk hyne - nemoc z ozáření Poškození tkáně je přímo úměrné dávce záření Poškození je předvídatelné Projeví se po dosažení prahové dávky - (s rostoucí dávkou roste jednak pravděpodobnost vzniku poškození, jednak se u daného jedince zvyšuje závažnost poškození).

Účinky ionizujícího záření na člověka stochastické: - zhoubné nádory - genetické změny nestochastické: - akutní nemoc z ozáření - akutní lokalizované poškození - poškození plodu in utero - pozdní nenádorová poškození

Křivka přežití

Časový průběh Časné účinky ozáření - během krátké doby po jednorázovém ozáření větší dávkou zánik významné části buněk ozářené tkáně účinky deterministické pravidlo: čím vyšší je dávka, tím dříve nastupují účinky a tím jsou též závažnější.

Akutní nemoc z ozáření (akutní postradiační syndrom) jednorázové ozáření celého těla (či jeho větší části) dávkami většími než 0,7Gy. Klinický průběh závisí na velikosti dávky. Při dávkách od cca 3 do 8Gy vzniká krevní (dřeňová, hematologická) forma - poškození orgánů krvetvorby.

Hemopoetický syndrom po dávkách 0,7-10 Gy prodromy: anorexie, nauzea, meningeální dráždění, zarudnutí kůže a spojivek (mizí do 36 hod) období latence (1-2 týdny) známky porušené obranyschopnosti a krvácivé projevy - sepse, krvácení, poškození sliznic fáze rekonvalescence 4.-8. týden (úprava do roka)

Hematologické změny u pacientů po dávce 4.3 Gy

Prognóza V kostní dřeni zachovány ostrůvky funkčních kmenových buněk krvetvorby - postupná regeneraci po 6-8 týdnech. Při dávkách kolem 10Gy - buňky krvetvorby zpravidla nevratně zničeny = dávka je smrtelná (kostní dřeň úspěšně nahradit transplantací).

Gastrointestinální syndrom po dávce vyšší než 10Gy způsobený zničením buněk střevní výstelky prodromy: anorexie, nauzea, zvracení latence 3-7 dní závažné poruchy hospodaření organismu s tekutinami a minerály - úporné zvracení, průjmy, známky dehydratace (dány úvodní toxémií z nekróz tkání a pokračující atrofie střevní sliznice) zmenšení plazmatického volumu, oběhové selhání terminálně - nekrózy střevní sliznice, masivní ztráty plazmy do střeva, smrt při přežití - s odstupem 2-3 týdnů - hemopoetický syndrom

Neurovaskulární syndrom po dávce na úrovních desítek Gy ( 50 Gy) zánik většího množství nervových buněk, následnými poruchami orientace a koordinace krátká prodromální fáze (nauzea, zvracení) rychlý nástup letargie, apatie, ataxie, záchvaty (grand mal) rezistentní hypotenze, arytmie, šok bezvědomím a smrtí v rozmezí 24-48 hod .

Akutní radiační dermatitida Při ozáření kůže dávkami nad 3Gy – dermatitida 1.stupně: - erytém (zrudnutí) kůže a ztráta ochlupení při dávkách nad 10Gy - dermatitida 2.stupně: - puchýře a vředy na kůži, vedoucí k nekróze (dermatitis 3.stupně). Radiační dermatitidy - doprovázeny degenerativními změnami kůže a obtížně se hojí.

Další účinky Radiační záněty Poškození fertility Poškození embrya a plodu

Pozdní účinky mohou se projevit po letech až desítkách let od ozáření. vznikají buď jako deterministické účinky po dlouhodobé či opakované expozici menšími dávkami záření (nenádorová pozdní poškození), nebo jako stochastické účinky (nádorová a genetická postižení).

Chronická radiační dermatitida - rentgenologové, kteří prováděli skiaskopická rentgenová vyšetření bez dostatečné ochrany. Zákal oční čočky (katarakta) - po ozáření očí dávkami vyššími než cca 4-8 Gy. Zhoubné nádory - nejzávažnější pozdní somatickými účinky Genetické změny - postižením potomstva ozářených osob na základě mutací v zárodečných buňkách.

Praktikum Potkani kontrolní a dvě skupiny ozářených dávkou 4Gy (3 dny po ozáření – nejhlubší deprese 20 dnů po ozáření – regenerace) odběr krve ze srdeční komory odběr a zvážení sleziny stanovení počtu erytrocytů, leukocytů a trombocytů stanovení množství hemoglobinu stanovení hematokritu Nátěry (periferní, stanovení retikulocytů)