Bài giảng hiệu ứng sinh học bức xạ hạt nhân

Những ảnh hưởng của bức xạ hạt nhân tới con người/ Bức xạ ion hoá trực tiếp truyền năng lượng và gây nên quá trình kích thích và ion hoá của các phân tử sinh học dẫn đến tổn thương các phân tử đó...

Các hiệu ứng sinh học

Cục An toàn bức xạ và hạt nhân

MỤC TIÊU

1 Nắm bắt được các cơ chế tác

dụng của bức xạ lên cơ thể người,

2 Biết được các hiệu ứng sinh học

do bức xạ ion hóa

NỘI DUNG

1 Các cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng sinh

học của bức xạ

3 Các hiệu ứng sinh học bức xạ

1 Các cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa

Bức xạ ion hoá trực tiếp truyền năng lượng và gây nên quá trình kích thích và ion hoá của các phân tử sinh học dẫn đến tổn thương các phân tử đó

1 Các cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa

b Tác dụng gián tiếp

Bức xạ ion hoá tác dụng lên phân tử nước (chiếm 75% trong tổ chức sống) làm phân ly các phân tử nước tạo thành các ion H + , OH - ., các gốc tự do H 0 , OH 0 , , các hợp chất có khả năng ôxy hoá cao HO2, H2O2 ., chúng phản ứng với các phân tử sinh học và gây tổn thương Các tổn thương ở giai đoạn này chủ

Các giai đoạn biến đổi

a Giai đoạn hóa lý

Giai đoạn hóa lý thường rất ngắn, chỉ xảy ra trong khoảng thời gian 10-16 - 10-13

giây Trong giai đoạn này các phân tử sinh học cấu tạo nên tổ chức sống chịu tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp của bức

xạ ion hoá

Các giai đoạn biến đổi (tiếp)

b Giai đoạn sinh học

 Giai đoạn này có thể kéo dài vài giây đến vài

chục năm sau khi bị chiếu xạ.

 Những tổn thương hoá sinh ở giai đoạn đầu

nếu không được hồi phục sẽ dẫn đến những rối loạn về chuyển hoá, tiếp đến là các tổn thương về hình thái và chức năng của tế bào.

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng sinh

a Liều chiếu

 Liều chiếu là yếu tố quan trọng nhất quyết định tính chất và tổn thương sau chiếu xạ

 Liều càng lớn tổn thương càng nặng và xuất hiện càng sớm

b Suất liều chiếu

 Cùng với một liều hấp thụ như nhau, thời gian chiếu kéo dài sẽ làm giảm hiệu ứng sinh học của bức xạ Nguyên nhân được giải thích bởi khả năng tự hồi phục của cơ thể ở các mức liều khác nhau.

 Với suất liều nhỏ tốc độ phát triển tổn thương cân bằng với mức độ hồi phục của cơ thể.

 Tăng suất liều thì quá trình hồi phục giảm nên mức độ tổn thương tăng lên, hiệu ứng sinh học

sẽ tăng lên.

c Diện tích bị chiếu

 Mức độ tổn thương sau chiếu xạ phụ thuộc rất nhiều vào diện tích chiếu, chiếu một phần (chiếu cục bộ) hay toàn bộ cơ thể

 Liều tử vong khi chiếu xạ toàn thân thường thấp hơn nhiều so với chiếu cục bộ

d Hiệu ứng nhiệt độ

 Giảm nhiệt độ sẽ làm giảm tác dụng của bức xạ ion hoá, do khi nhiệt độ giảm tốc

độ di chuyển của các gốc tự do tới phân

tử sinh học giảm dẫn đến giảm số phân tử sinh học bị tổn thương

 Áp dụng trong thực tế: Bảo quản các chế phẩm sinh học có gắn phóng xạ ở nhiệt độ đóng băng để giảm cơ chế tác dụng gián tiếp của bức xạ

e Hiệu ứng ôxy

 Độ nhạy cảm phóng xạ của sinh vật tăng theo nồng độ ôxy, do khi đó lượng HO2, H2O2 tạo ra càng nhiều và làm tăng số phân tử sinh học bị tổn thương do phóng xạ.

kiện bình thường trong không khí (21%), sau đó

có tăng cao hơn thì tác dụng của hiệu ứng này cũng không tăng nữa.

f Hàm lượng nước

 Hàm lượng nước càng lớn thì các gốc tự

do được tạo ra càng nhiều, số các gốc tự

do tác động lên phân tử sinh học càng nhiều do đó hiệu ứng sinh học cũng tăng lên

3 Các hiệu ứng sinh học bức xạ

a Tổn thương ở mức phân tử

b Tổn thương ở mức tế bào

c Tổn thương ở mức toàn cơ thể

d Hiệu ứng tất nhiên và Hiệu ứng ngẫu

nhiên

a Tổn thương ở mức phân tử

 Khi chiếu xạ, năng lượng của chùm tia truyền trực tiếp hoặc gián tiếp cho các phân tử sinh học có thể phá vỡ mối liên kết hoá học hoặc phân ly các phân tử sinh học

 Tuy nhiên bức xạ ion hoá khó làm đứt hết các mối liên kết hoá học mà thường chỉ làm mất thuộc tính sinh học của các phân

tử sinh học

ĐỨT GÃY LIÊN KẾT TRONG DNA

b Tổn thương ở mức tế bào

 Khi bị chiếu xạ các đặc tính của tế bào có thể thay đổi ở cả trong nhân và nguyên sinh chất Nếu bị chiếu xạ bởi liều cao tế bào có thể bị phá huỷ hoàn toàn

Hệ quả các tổn thương tế bào do phóng xạ

 Tế bào chết do tổn thương nặng ở nhân

Hệ quả các tổn thương tế bào do phóng xạ

Tế bào chết

Tế bào hồi phục

Tế bào thay đổi

Mức độ nhạy cảm phóng xạ

 Các tế bào khác nhau có độ nhậy cảm phóng xạ khác nhau

• Các tế bào non đang trưởng thành (tế bào phôi),

• Tế bào sinh sản nhanh, dễ phân chia (tế bào cơ quan tạo máu, niêm mạc ruột, tinh hoàn, buồng trứng )

thường có độ nhạy cảm phóng xạ cao.

 Các tế bào thần kinh tuy thuộc loại không phân chia nhưng cũng rất nhạy cảm phóng xạ Tế bào limpho không phân chia nhưng cũng nhạy cảm phóng xạ.

c Tổn thương ở mức toàn cơ thể

i Các hiệu ứng sớm

ii Các hiệu ứng muộn

i Các hiệu ứng sớm

 Tổn thương sớm xuất hiện khi bị chiếu ở mức liều cao trong thời gian ngắn (chiếu toàn thân trên mức liều 500 mSv),

 Biểu hiện tổn thương sớm thường thấy trên một số cơ quan sau:

• Máu và cơ quan tạo máu,

• Hệ tiêu hoá,

Máu và cơ quan tạo máu

 Biểu hiện lâm sàng là các triệu chứng xuất huyết, phù nề, thiếu máu,

 Giảm limpho, bạch cầu hạt, tiểu cầu và hồng cầu,

 Xét nghiệm tuỷ xương thấy giảm cả 3 dòng, sớm nhất là dòng hồng cầu

Hệ tiêu hóa

 Biểu hiện lâm sàng là ỉa chảy, sút cân, nhiễm độc máu, giảm sức đề kháng cơ thể,

 Những thay đổi trong hệ thống tiêu hoá thường quyết định hậu quả bệnh phóng xạ

ii Các hiệu ứng muộn

Các hiệu ứng muộn được chia làm 2 loại

 Hiệu ứng sinh thể (somatic effects)

Giảm tuổi thọ, đục thuỷ tinh thể, tần suất xu t ất hiện bệnh ung thư cao hơn, thường là ung thư máu, ung thư da, ung thư xương, ung thư phổi,

 Hiệu ứng di truyền (hereditary effects)

Tăng tần suất xuất hiện các đột biến về di

d Hiệu ứng tất nhiên và Hiệu ứng ngẫu nhiên

Dưới tác động của bức xạ ion hoá cơ thể sống có thể bị ảnh hưởng bởi hai hiệu ứng:

 Hiệu ứng tất nhiên,

 Hiệu ứng ngẫu nhiên.

 Các hiệu ứng như vậy được gọi là các hiệu ứng

“tất nhiên” vì chúng chắc chắn xẩy ra nếu liều xạ vượt quá một mức ngưỡng nào đó.

Hiệu ứng tất nhiên (tiếp)

 Các hiệu ứng tất nhiên là kết quả của nhiều quá trình khác nhau, nhưng chủ yếu là do các tế bào

bị chết và chậm phân chia do chiếu xạ liều cao.

 Nếu liều đủ cao, nó có thể phá hỏng chức năng của tổ chức tế bào bị chiếu xạ Mức độ nghiêm trọng của hiệu ứng tất nhiên đối với từng cá thể

bị chiếu xạ sẽ tăng lên theo giá trị liều lớn hơn ngưỡng xẩy ra hiệu ứng.

HIỆU ỨNG TẤT NHIÊN

Các hiệu ứng tất nhiên xảy ra đối với da

Hiệu ứng

Ngưỡng liều

Phát ban đỏ sớm tạm thời 2 2-24 giờ 20

Phản ứng mẩn đỏ chính 6 1,5 tuần 60

Rụng lông/tóc tạm thời 3 3 tuần 30

Rụng lông/tóc vĩnh viễn 7 3 tuần 70

Tróc vảy da khô 14 4 tuần 140

Tróc vảy da ướt 18 4 tuần 180

Loét thứ phát 24 76 tuần 240

Bỏng bức xạ trong X-quang can thiệp

Bỏng bức xạ trong X-quang can thiệp

Hiệu ứng ngẫu nhiên

 Sự chiếu xạ cũng có thể gây ra các hiệu ứng tế bào (hiệu ứng soma) như bệnh ung thư xuất hiện trong một khoảng thời gian dài âm ỉ sau khi bị chiếu xạ và biểu hiện bệnh lý có thể được phát hiện trong cộng đồng dân cư,

 Hiệu ứng này có thể xẩy ra trong toàn bộ dải liều và không có ngưỡng

Hiệu ứng ngẫu nhiên (tiếp)

 Các hiệu ứng di truyền do bức xạ có thể xẩy ra đối với con người,

 Những hiệu ứng có khả năng phát hiện được theo triệu chứng bệnh lý như ung thư ác tính, hiệu ứng di truyền đều được gọi là "hiệu ứng ngẫu nhiên" do bản chất ngẫu nhiên của chúng

Hiệu ứng ngẫu nhiên (tiếp)

 Các hiệu ứng ngẫu nhiên có thể xảy ra nếu tế bào bị biến đổi do chiếu xạ chứ không bị giết chết,

 Các tế bào bị biến đổi này sau đó có thể kéo dài quá trình phát triển và gây ra ung thư,

 Cơ chế tự bảo vệ và tự hồi phục của cơ thể làm cho quá trình gây bệnh trở nên rất không chắc chắn khi bị chiếu ở mức liều thấp.

Hiệu ứng ngẫu nhiên (tiếp)

 Không có bằng chứng cho thấy tồn tại một mức ngưỡng liều thấp mà dưới đó ung thư không xẩy ra,

 Xác suất để xẩy ra ung thư sẽ cao hơn khi liều càng cao, nhưng tính nghiêm trọng của một bệnh ung thư nào đó do bức xạ gây ra thì hoàn toàn độc lập đối với liều

Hiệu ứng ngẫu nhiên (tiếp)

 Nếu tế bào bị bức xạ phá huỷ là tế bào phôi, mà chức năng của chúng là chuyển thông tin di truyền cho thế hệ sau thì dễ dàng hiểu rằng các hiệu ứng di truyền có thể phát triển ở thế hệ con cháu của cá thể

bị chiếu xạ,

 Khả năng xẩy ra hiệu ứng ngẫu nhiên được coi là tỷ lệ với mức liều chiếu mà không có ngưỡng

Hiệu ứng ngẫu nhiên (tiếp)

 Ngoài các hiệu ứng bệnh lý đã nêu trên, các hiệu ứng gây ảnh hưởng tới sức khỏe khác cũng có thể xẩy ra đối với trẻ sơ sinh nếu phôi hoặc bào thai bị chiếu xạ,

 Trong số các hiệu ứng này thì bệnh ung thư máu là có nguy cơ cao hơn cả, và ở các thời kỳ mang thai khác nhau, nếu bị chiếu xạ cao hơn các mức ngưỡng khác nhau thì có thể xẩy ra

Các bệnh muộn và ung thư sau khi chiếu chụp

X-quang và y học hạt nhân đối với bào thai

(mGy)

Xác suất gây bệnh trên lần xét nghiệm

X-quang quy ước

Các bệnh muộn và ung thư sau khi chiếu chụp

X-quang và y học hạt nhân đối với bào thai

(mGy)

Xác suất gây bệnh trên lần xét nghiệm

Chụp CT

Cột sống thắt lưng 2,4 1/24000 1/14000

Xác suất xảy ra các rủi ro cho trẻ em/liều xạ mà phôi hoặc

bào thai hấp thụ do chiếu xạ vào phôi hoặc bào thai

Thời gian sau khi thụ thai, nếu

Hai tuần đầu tiên rất nhỏ

từ tuần thứ 3 tới tuần thứ 8 có khả năng bị dị tật ở các cơ quan

từ tuần thứ 8 tới tuần thứ 15 xác suất tổn thương nặng về thần kinh là 1/2500

từ tuần thứ 16 tới tuần thứ 25 xác suất tổn thương nặng về thần kinh là 1/1000 trong toàn bộ thời gian mang thai xác suất bị ung thư ở tuổi thiếu niên là 1/50000

Biện pháp giảm thiểu

• Khi một người phụ nữ nghĩ rằng mình có thể đang mang thai thì phải khai báo với các bác

sỹ X-quang hoặc nữ y tá trước khi thực hiện sự chiếu chụp X-quang,

• Trước khi làm xét nghiệm X-quang, bác sỹ hoặc nhân viên chiếu chụp X-quang cần hỏi bệnh nhân nữ liệu họ có thai hay không

TỔNG KẾT

và gián tiếp,

xạ,

bào, toàn cơ thể,

tạo máu, hệ tiêu hóa, da) và hiệu ứng muộn,