Strålebiologi - en introduksjon Dag Rune Olsen, Det Norske Radium-hospital, Universitetet i Oslo

Strålehygiene - en introduksjon Del I: Stråling og Samfunn Del II: Biologisk effekt og dens mekanismer Del III: Seneffekter etter bestråling Del IV: Prinsipper for praktisk strålevern

Del I: Stråling og Samfunn industri medisin miljø

Røntgen skader hjernen ! “Strålingsdoser som rutinemessig brukes ved røntgenundersøkelser av hodet hos barn, kan hemme den mentale utviklingen 3.000 barn som fikk såkalt jonisert stråling for å fjerne fødselsmerker på hodet mellom 1930 og 1950-tallet Selv svært lave strålingsdoser kan hemme barns intellektuelle utvikling. Barna hadde betydelig dårligere resultater på skolen enn jevnaldrende som ikke ble strålebehandlet.” http://www.nrk.no/nyheter/utenriks/3394018.html

Stråling og Samfunn Pionerene Marie Curie (1867 - 1934) Henri Becquerel (1852 - 1908) W. C. Røntgen (1845 - 1923)

Stråling og Samfunn Pionerene L. H. Gray (1905 - 1965); strålebiologiens store pionerer. Doseenheten ble ble oppkalt etter ham. Rolf M. Sievert (1896 - 1966) konstruerte det første ionisasjonskammer for dybdedosemålinger. Enhet for helkroppsdoser er oppkalt etter ham.

Stråling og Samfunn Er stråling farlig ? Gonader (kjønnskjertler) 0.20 Beinmarg (rød) 0.12 Lunger 0.12 Mage 0.12 Bryst 0.05 Skjoldbrukskjertel 0.05 Hud 0.01 ……… Tot. 1.00 ”sievert” = ”gray” · WR

Stråling og Samfunn Er stråling farlig ? Astronaut i 1 mnd. 10 mSv Røntgen CT av mage-tam 1,20 mSv Røntgen av rygg, bekken eller nyrer 1-5 mSv Røntgenbilde av lungene 0,1 mSv Reinsdyrmiddag der kjøttet inneholder 1.000 Bq/kg 0,003mSv

Stråling og Samfunn UNSCEAR ICRP Er stråling farlig ? FN's vitenskapelige strålekomité UNSCEAR ble dannet i 1955 med R.M. Sievert som den første formann. Komitéens oppgave er å samle inn og vurdere forskningsresultater innen stråling og helse fra hele verden. ICRP "International Commission on Radiological Protection" ble dannet i forbindelse med den andre internasjonale radiologkongress i Stokholm i 1928. Komitéen trekker oppretningslinjer for strålevern som blir fulgt av de fleste land der en har et nasjonalt strålevern.

Stråling og Samfunn Er stråling farlig ? Medisinsk bruk av stråling utgjør ca. 15% av vår kollektive årsdose

Stråling og Samfunn LD50-doser Er stråling farlig ? Hund 3.5 Gy Ape 6 Gy Menneske 2-6 Gy

Stråling og Samfunn Er stråling farlig ? Stråling lanseres av enkelte også som ’helbredende’ og helsefremmende

Stråling og Samfunn Er stråling farlig ? Det er uenighet i fagmiljøene om hvordan svært lave stråledoser påvirker oss Ulike modeller er foreslått; men ingen epidemiologiske data kan avklare debatten

Del II: Biologisk effekt og dens mekanismer ’strålehygiene baserer seg på kunnskap om mekanismene bak de biologiske effekter av ioniserende stråling’

Strålingseffekt og oksygen Watson & Crick’s modell av DNA Strålingseffekt er i første rekke knyttet til skader på DNA-molekylet

Biologisk effekt Den biologiske effekten av stråling oppstår idet stråling vekselvirker med DNA-molekylet og induserer skade i DNA-molekylet

Biologisk effekt Enkelttrådbrudd: brudd på en av de to DNA-trådene, forårsaket av strålingsvekselvirkning eller interaksjon med radikal

Biologisk effekt Dobbelttrådbrudd: samtidig brudd på begge de to DNA-trådene, og på samme nivå i molekylet.

Biologisk effekt Direkte effekt: vekselvirkning mellom stråling og materie direkte i DNA med der-påfølgende ionisasjon og trådbrudd. Denne prosessen er den mest dominerende ved for eksempel alfa-partikkelbestråling

Biologisk effekt Radikaler er ioner med uparret elektron i ytre skall, dette representerer en ustabil situasjon Radikaler er derfor svært reaktiv; d.v.s. de ’stjeler’ elektroner fra ander atomer og molekyler Radikaler har derfor samme effekt som ionisajon. Vannradiolyse: H2O+gOH+H

Biologisk effekt Indirekte effekt: vekselvirkning mellom stråling og vann gir radikaler som i interaksjon med DNA medfører tap av elektroner, med derpå- følgende trådbrudd. Denne prosessen er dominerende ved de strålekvaliteter vi benytter i konvensjonell stråle-terapi og diagnostikk.

Biologisk effekt Celler er utrustet med en rekke mekanismer for reparasjon av DNA skade forårsaket av stråling. Dette er mekanismer som trolig er et resultat av evolusjon under et strålingsmiljø. The Molecule of the Year !

Biologisk effekt Identifikasjon av stråleskade Isolering og fjerning av skade Syntese av komplementær tråd Innsetning av komplement  Restriksjons-enzymer Komplementær informasjon i motstående tråd Ligander

Biologisk effekt  Stråleskadet DNA Cellesyklus-arrest Reparasjon Celle-syklus-sjekk Mitose Mitotisk celledød Apoptose

Biologisk effekt Det relative antal over-levende celler avtar med økende stråledosen.

Stråleterapi ved kreft Stråleterapi utnytter de biologiske effekter av stråling til å drepe kreftceller, men kan også lede til bivirkninger. Tumor Normalvev Respons Dose

Stråleterapi ved kreft Kreftnytt 1/97, s.4-8 (Ref. EU-tall)

Del III: Seneffekter etter stråling

Seneffekter etter stråleterapi Både Marie Curie og hennes datter, som begge arbeidet med ioniserende stråling døde av leukemi Stråleindusert cancer er en alvorlig bivitkning etter stråleterapi

Seneffekter etter stråleterapi Stokastiske opptrer ved lave doser ingen klar dose-responssammenheng lang latenstid vanskelig å påvise grunnet ‘små tall’ Deterministiske opptrer ved høyere doser klar dose-respons- sammenheng kortere latenstid kjent eteologi

Seneffekter etter stråleterapi Akuttskader reversible inntrer etter 2uker-6mnd skyldes skader i celler med hurtig celledeling flere målceller involvert kommer ofte i bølger påvirkes av totaldose og tid Senskader irreversible inntrer etter 6mnd.- flere år skylder skader i celler med sen celledeling involverer ofte kun en målcelle bestemt av dose og dose per behandling

Seneffekter etter stråleterapi Frekvens, latenstid og grad av senskade avhenger av total dose dose pr. fraksjon alder bestrålt volum og vevsarkitektur andre sykdommer ….

Seneffekter etter stråleterapi Typer senskade: nekrose i hud fibrose osteoradionekrose ødem ... fibrose- dannelse pigmentering

Seneffekter etter stråleterapi Modne celler Stam- celler “precursor- celler” stråle- følsom levetid repopulasjon g

Seneffekter etter stråleterapi En av de mest alvorlige skader etter stråling er kreft

Seneffekter etter stråleterapi Kreft i ulike organer som følge av bestråling forløper ulikt avhengig av organ/vev.

Seneffekter etter stråleterapi Relativ risiko for kreftdød etter bombene i Japan i 1945. Dosen som er angitt er den akutte ekstradose de fikk som følge av bestråling.

Del III: Prinsipper for praktisk strålevern ’de tiltak man i verksetter for å redusere dosebelastningen til pasienter og arbeidstakere må være motivert i den risiko som en dosebelastning eventuelt medfører’

Radiation increased the longevity of British radiologists ”The most dramatic health results are seen in radiologists registered after 1955. Post-1955 radiologists experienced a 32% lower SMR (p<0.001) for deaths from all causes than that of all physicians and a SMR for non-cancer deaths 36% lower (p<0.001) than that of the other physicians. The SMR for cancer mortality was 29% lower (not significant) than that for all male physicians. This demonstrates a highly significant beneficial effect of radiation at moderate doses of radiation. These doses were probably considerably higher than the background dose in most of the world, as occupational exposure limits for most of this period were 5 cSv/y, although the doses received by the radiologists are not known. ” John R. Cameron

Risiko= ’sannsynlighet x konsekvens’ sannsynlighet forteller om hvor ofte en tilstand inntrer konsekvens sier noe om hvor alvorlig følgene av en tilstand er

Førende prinsipper ’Berettigelse og optimalisering’ ALARA: ’pasientdirektivet’ EURATOM Strålevernsloven av 2000 ALARA: As Low As Reasonable Achievable’

Strålevernloven Bruk av ioniserende stråling og krav til strålevern er regulert i Strålevernsloven av 12. Mai, 2000. Statens Strålevern

Strålevernloven Strålevernsloven av 12.mai 2000 "Formålet med denne loven er å forebygge skadelige virkninger av stråling på menneskers helse og bidra til vern av miljøet. Loven kommer til anvendelse på enhver tilvirkning, import, eksport, transport, overdragelse, besittelse, installasjon, bruk, håndtering og avfallsdisponering av strålekilder. Loven kommer videre til anvendelse på menneskelig aktivitet som medfører forhøyet naturlig ioniserende stråling fra omgivelsene. Loven gjelder også planlegging og beredskap mot uhell og ulykker. "

Strålevernloven Kapittel III. Særskilte bestemmelser om medisinsk strålebruk § 13. Berettigelse og optimalisering        Medisinsk strålebruk skal utføres i samsvar med medisinsk anerkjente og forsvarlige undersøkelses- og behandlingsmetoder, herunder ivaretagelse av strålevern.        Ved medisinsk strålebruk skal den faglig ansvarlige vurdere om bruken av stråling er berettiget. Ved vurderingen skal det blant annet tas hensyn til om nytteverdien overstiger den skadelige virkning strålingen kan ha. Det skal tas hensyn til den enkeltes nytte, samfunnets nytte og muligheten for å anvende alternative teknikker. Stråling skal unngås dersom man uten vesentlig ulempe kan oppnå samme resultat på annen måte, f.eks. ved bruk av andre metoder eller ved å fremskaffe resultater fra tidligere undersøkelser.       

Strålevernloven Kapittel III. Særskilte bestemmelser om medisinsk strålebruk § 13. Forts. Når stråling anvendes, skal den faglig ansvarlige for undersøkelsen eller behandlingen sikre at de stråledoser som gis, er så lave som med rimelighet kan oppnås, sett på bakgrunn av formålet med bestrålingen, tilgjengelig utstyr og ressurser, og lignende forhold.        Virksomheten skal jevnlig kontrollere at den beregnede stråledose er i samsvar med den som faktisk avgis. Dette gjelder ikke ved undersøkelse eller behandling som består i at radioaktive stoffer tilføres pasienten.        Departementet kan gi utfyllende forskrifter om krav til medisinsk strålebruk.

Strålevernloven Kapittel III. Særskilte bestemmelser om medisinsk strålebruk § 14. Plikt til å opplyse om strålevernmessige forholdsregler        Dersom det ved medisinsk strålebruk treffes stråleverntiltak som forutsetter en bestemt opptreden fra den person som blir undersøkt eller behandlet, skal den faglig ansvarlige eller den som er bemyndiget, opplyse hvordan vedkommende skal forholde seg for å ha full nytte av tiltakene. Det samme gjelder overfor ledsagere som bistår personen ved behandlingen eller undersøkelsen. Opplysninger som nevnt kan unnlates, dersom det ikke er grunn til å regne med at personen kan nyttiggjøre seg dem.   Tilføres pasienter radioaktive stoffer, skal den faglig ansvarlige opplyse om forholdsregler som bør iakttas for å verne andre personer mot stråling.       Departementet kan gi utfyllende forskrifter om plikten til å opplyse om strålevernmessige forholdsregler.

Enkle tiltak optimalt valg av kV, mAs, bruk av raster etc. innblending, riktig valg av projeksjon (redusert bestrålt volum) bruk adekvat skjerming (for eksempel gonade-skjerming) unngå unødig eksponering