RADIAN POKOZEN KREVNCH BUNK I RNDr Monika Pvkov

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 1 J /1 kg = 1 Gray

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 200 ke. V). 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 (H 2 O 2, HO 2). • 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 O 2 - 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 G 2 (klidová fáze), začátek fáze M (z mateřské buňky vznikají 2 dceřinné buňky), přechod mezi fází G 1 a S (G 1 vytváří se z RNA, probíhá syntéza bílkovin, S - zdvojí se množství DNA) • Necitlivá je buňka v G 0 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 G 2, 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, 7 Gy. • Klinický průběh závisí na velikosti dávky. • Při dávkách od cca 3 do 8 Gy 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 10 Gy - buňky krvetvorby zpravidla nevratně zničeny = dávka je smrtelná (kostní dřeň úspěšně nahradit transplantací).

Gastrointestinální syndrom • • • po dávce vyšší než 10 Gy 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 3 Gy – dermatitida 1. stupně: - erytém (zrudnutí) kůže a ztráta ochlupení • při dávkách nad 10 Gy - 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 4 Gy (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)