Y Học Hạt Nhân 2005 Chơng 7: An toàn phóng xạ trong y Tế Mục tiêu: 1. Hiểu đợc tác dụng của bức xạ ion hoá đối với con ngời để thận trọng và có ý thức tuân thủ triệt để mọi biện pháp an toàn phóng xạ khi tiếp xúc. 2. Hiểu đợc các loại liều lợng bức xạ và ý nghĩa của chúng. Nêu đợc các giới hạn liều trong an toàn phóng xạ. 3. Trình bày đợc các biện pháp đảm bảo an toàn phóng xạ cho nhân viên, cho bệnh nhân và môi trờng trong chẩn đoán và điều trị bệnh bằng phóng xạ. Sau khám phá ra hiện tợng phóng xạ của Bacquerel và việc tìm ra hai chất phóng xạ tự nhiên Radium và Polonium của ông bà Curie, bắt đầu một kỷ nguyên nghiên cứu và ứng dụng đồng vị phóng xạ trong y sinh học. Cho đến nay các chất phóng xạ và các nguồn bức xạ ion hoá đ đợc sử dụng rộng ri trong rất nhiều lĩnh vực: công nghiệp, nông nghiệp, y tế, sản xuất điện, nghiên cứu y sinh học Đặc biệt trong y tế, việc sử dụng bức xạ đ đem lại những hiệu quả vô cùng to lớn trong công tác chẩn đoán và điều trị. Những lợi ích của việc sử dụng bức xạ trong đời sống con ngời thực sự to lớn nhng không vì thế mà con ngời xem nhẹ những tác hại của chúng. Khi quy mô sử dụng bức xạ trong cuộc sống ngày càng tăng thì con ngời càng quan tâm nhiều hơn về những tác hại mà chúng có thể gây ra với chính họ và con cháu của họ. Từ những nghiên cứu trên động vật thực nghiệm, quan sát trên những nạn nhân bị chiếu xạ tai nạn, các bệnh nhân xạ trị và những ngời làm việc tiếp xúc với phóng xạ, những kiến thức về hiệu ứng sinh học của bức xạ ion hoá đ dần đợc tích lũy. Chính những kiến thức này làm cơ sở khoa học cho Uỷ ban quốc tế về an toàn bức xạ (International Commission on Radiological Protection - ICRP) đa ra các khuyến cáo có tính khoa học và thực tiễn về an toàn bức xạ. Trên cơ sở những khuyến cáo đó, các quốc gia sẽ tự đề ra các tiêu chuẩn, quy chế về an toàn bức xạ của mình cho phù hợp với tình hình kinh tế, x hội của mỗi nớc. Nhiệm vụ cơ bản của công tác an toàn phóng xạ là đảm bảo an toàn cho ngời sử dụng, ngời đợc sử dụng cũng nh đảm bảo sự trong sạch của môi trờng về mặt phóng xạ. Việc sử dụng bức xạ ion hoá trong cuộc sống chỉ thực sự là vấn đề nhân đạo khi con ngời quan tâm đến công tác an toàn phóng xạ. 1. các nguồn chiếu xạ khác nhau lên cơ thể con ngời Chúng ta đang sống trong một thế giới có bức xạ tự nhiên. Hầu hết các chất phóng xạ có đời sống dài đều sinh ra trớc khi có trái đất. Bức xạ có ở khắp nơi trong môi trờng đ tạo ra một phông (nền) phóng xạ tự nhiên nhất định. Mỗi ngời chúng ta dù nhiều hay ít hàng ngày đều bị chiếu bởi các nguồn phóng xạ tự nhiên và nhân tạo. Các nguồn chiếu xạ chính lên con ngời gồm có: 1.1. Chiếu xạ tự nhiên Các nguồn chiếu xạ tự nhiên chủ yếu: 1.1.1. Bức xạ vũ trụ: đến từ dải thiên hà và mặt trời nhng hầu hết bị cản lại bởi bầu khí quyển bao quanh trái đất, chỉ một phần nhỏ tới đợc trái đất. Liều chiếu do bức xạ vũ trụ thờng không đồng đều ở các vùng khác nhau trên trái đất mà phụ thuộc vào Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Y Học Hạt Nhân 2005 cao độ và vĩ độ. Trên đỉnh núi cao cờng độ phóng xạ lớn hơn nhiều so với mặt biển. Suất liều trung bình của bức xạ vũ trụ trên mặt nớc biển là 0,26 mSv/ năm. 1.1.2. Chiếu xạ nền đất: đợc tạo ra do trong đất đá có các chất phóng xạ mà chủ yếu là Radium, Thorium, Uranium và Kali - 40 Liều chiếu trung bình do bức xạ của nền đất gây ra cho mỗi cá thể vào khoảng 0,45 mSv/ năm. Một số vùng của ấn độ, Brazil, Trung Quốc chiếu xạ nền đất có thể lên tới 1,8-16 mSv/ năm. 1.1.3. Chiếu xạ không khí: Khí phóng xạ (thành phần chính là Radon) chủ yếu đợc tạo ra do phân r một số dòng phóng xạ tự nhiên có trong đất đá. Radon đợc sinh ra do phân r của Radi - 226. Trong nhà nồng độ khí Radon có thể lớn gấp nhiều lần so với ngoài trời. Khí phóng xạ khi thâm nhập vào cơ thể sẽ gây chiếu xạ ở phổi và đờng hô hấp. Liều trung bình do Radon tạo ra vào khoảng 2 mSv/ năm. 1.1.4. Chiếu xạ do thức ăn và nớc uống: đợc tạo ra do các chất phóng xạ tự nhiên thâm nhập vào cây cối và động vật. Trong thức ăn và nớc uống có chứa một lợng nhất định các chất phóng xạ nh Potassium, Radium, Thorium, 14 C, 40 K Liều chiếu do phần này thờng nhỏ, chỉ vào khoảng 0,1 mSv/ năm. Tổng liều bức xạ tự nhiên trung bình đối với một ngời vào khoảng 1 - 2 mSv/năm. Radon trong nhà tạo ra liều bổ sung từ 1 - 3 mSv. Loại trừ Radon, bức xạ tự nhiên không có hại đối với sức khoẻ con ngời. Nó là một phần của tự nhiên và các chất phóng xạ có trong cơ thể con ngời cũng là một phần của tạo hoá. 1.2. Chiếu xạ nhân tạo Các hoạt động của con ngời cũng tạo ra các chất phóng xạ đợc tìm thấy trong môi trờng và cơ thể. Các nguồn chính của chiếu xạ nhân tạo gồm: 1.2.1. Chiếc xạ với mục đích y học: Trên thực tế đây là nguồn quan trọng nhất của chiếu xạ nhân tạo. Cho đến nay đ hình thành đầy đủ 3 ngành của Y học bức xạ gồm: X quang chẩn đoán, Phóng xạ điều trị và Y học hạt nhân trong đó liều hàng đầu là do X quang chẩn đoán, tiếp đến là Phóng xạ điều trị và Y học hạt nhân. 1.2.2. Chiếu xạ do sử dụng bức xạ trong công nghiệp: - Sản xuất điện từ năng lợng hạt nhân: Do nhu cầu sử sụng điện ngày càng tăng cùng với sự cạn kiệt dần những nguồn năng lợng tự nhiên, việc sử dụng năng lợng hạt nhân để sản xuất điện đang phát triển và ngày càng có xu hớng mở rộng. - Các kỹ nghệ hạt nhân: Nguồn chiếu xạ chủ yếu là do các chất thải phóng xạ. 1.2.3. Chiếu xạ do sử dụng các sản phẩm tiêu dùng: Một số sản phẩm tiêu dùng cũng tạo ra một liều chiếu nhất định nh các máy thu phát truyền hình, các dụng cụ đo đếm phát quang tầm quan trọng của chúng không phải liều cao mà là tần số sử dụng. 1.2.4. Chiếu xạ nghề nghiệp: Chiếu xạ ở những ngời do công việc phải thờng xuyên tiếp xúc với các chất phóng xạ và các nguồn bức xạ ion hoá. 1.2.5. Tro bụi phóng xạ: đợc tạo nên chủ yếu là do các vụ nổ hạt nhân gồm các chất phân hạch và các sản phẩm phân hạch của chúng. Các tro bụi này tung lên khí quyển rồi rơi từ từ xuống mặt đất dới dạng các hạt nhỏ. Thời gian lu lại trong khí quyển của chúng có thể kéo dài vài năm đến vài chục năm sau, phụ thuộc vào các vụ nổ và điều kiện khí tợng thời tiết. 2. hiệu ứng sinh học của bức xạ ion hoá 2.1. Cơ chế tác dụng của bức xạ ion hoá Dới tác dụng của bức xạ ion hoá, trong tổ chức sống trải qua hai giai đoạn biến đổi: giai đoạn hoá lí và giai đoạn sinh học. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Y Học Hạt Nhân 2005 2.1.1. Giai đoạn hoá lí: Giai đoạn này thờng rất ngắn, chỉ xảy ra trong khoảng thời gian từ 10 -16 ữ 10 -13 giây. Trong giai đoạn này các phân tử sinh học chịu tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp của bức xạ ion hoá. - Tác dụng trực tiếp: Bức xạ ion hoá trực tiếp truyền năng lợng cho các phân tử sinh học (PTSH) gây tổn thơng chúng. - Tác dụng gián tiếp: Khi bức xạ ion hoá tác động lên các phân tử nớc gây phân ly nớc (xạ phân). Với sự hiện diện của ôxy, quá trình xạ phân đ tạo ra các ion (H + , OH - ), các gốc tự do (OH 0 , H 0 ), các hợp chất có khả năng ôxy hoá cao (HO 2 , H 2 O 2 ). Các sản phẩm này trực tiếp gây tổn thơng cho các PTSH. Những tổn thơng các PTSH trong giai đoạn này chủ yếu là các tổn thơng hoá sinh. 2.1.2. Giai đoạn sinh học: Những tổn thơng hoá sinh ở giai đoạn đầu nếu không đợc hồi phục sẽ dẫn đến những rối loạn về chuyển hoá, tiếp đến là những tổn thơng hình thái và chức năng. Kết quả cuối cùng là những hiệu ứng sinh học trên cơ thể sống đợc biểu hiện hết sức đa dạng và phong phú. Giai đoạn này có thể kéo dài từ vài giây đến vài chục năm sau chiếu xạ. 2.2. Các vấn đề liên quan đến hiệu ứng sinh học của bức xạ ion hoá Ngoài các yếu tố của bức xạ ảnh hởng trực tiếp đến hiệu ứng sinh học, một số yếu tố dới đây của cơ thể ngời có ảnh hởng đến kết quả của chiếu xạ. 2.2. 1. Diện tích chiếu: Mức tổn thơng sau chiếu xạ còn phụ thuộc rất nhiều vào diện tích chiếu, chiếu một phần (chiếu cục bộ) hay toàn bộ cơ thể. Liều tử vong khi bị chiếu toàn thân thờng thấp hơn nhiều so với chiếu cục bộ. ở ngời, nếu chiếu cục bộ liều 6 Gy chỉ làm đỏ da nhng lại là LD 50/30 ( liều gây tử vong 50% số cá thể bị chiếu trong vòng 30 ngày đầu sau chiếu xạ). 2.2.2. Hiệu ứng nhiệt độ: Giảm nhiệt độ sẽ làm giảm tác dụng của bức xạ ion hoá. Hiện tợng này đợc giải thích là khi nhiệt độ xuống thấp, tốc độ vận chuyển các gốc tự do đợc tạo nên do xạ phân các phân tử nớc tới các PTSH giảm, làm giảm số các PTSH bị tổn thơng do chiếu xạ. Hiệu ứng này rất có ý nghĩa trong thực tế. Để bảo quản các chế phẩm sinh học có gắn phóng xạ ngời ta đ hạ nhiệt độ đến mức đóng băng làm giảm cơ chế tác dụng gián tiếp của bức xạ. 2.2.3. Hiệu ứng ôxy: Độ nhạy cảm phóng xạ của sinh vật tăng lên theo áp suất ôxy, và ngợc lại khi áp suất ôxy giảm. Hiệu ứng ôxy tăng dần theo nồng độ ôxy ở điều kiện bình thờng (21%), sau đó có tăng cao hơn thì hiệu ứng này cũng không còn nữa. Vì vậy có thể coi ôxy nh tác nhân khuyếch đại liều chiếu. Hiệu ứng ôxy thể hiện rõ nét ở những bức xạ có khả năng ion hoá thấp. Với những bức xạ có khả năng ion hoá cao nh tia , proton hiệu ứng này biểu hiện rất ít hoặc không biểu hiện. 2.2.4. Hàm lợng nớc: Hàm lợng nớc càng lớn thì các gốc tự do đợc tạo ra càng nhiều, số các gốc tự do tác động lên phân tử sinh học càng tăng làm hiệu ứng sinh học cũng tăng lên. 2.2.5. Các chất bảo vệ: Qua nghiên cứu ngời ta thấy rằng có một số chất khi đa vào cơ thể bị chiếu có tác dụng làm giảm hiệu ứng của bức xạ ion hoá. Năm 1942, Deili là ngời đầu tiên Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Y Học Hạt Nhân 2005 nhận thấy thiourê có tác dụng chống phóng xạ. Sau đó một số chất khác nh cystein, MEA (mercaptoethylamin) cũng đợc chứng minh có tác dụng nh vậy. Ngày nay ngời ta còn tìm đợc nhiều chất có nguồn gốc từ động, thực vật cũng có tác dụng bảo vệ phóng xạ. Nhng đến nay cơ chế tác dụng của chúng vẫn cha đợc giải thích đầy đủ. 2. 3. Tổn thơng phóng xạ trên cơ thể sống: 2.3.1. Tổn thơng ở mức phân tử: Các phân tử sinh học (PTSH) thờng là các phân tử lớn (đại phân tử) có rất nhiều mối liên kết hoá học (Vd: PTSH có trọng lợng phân tử trên 100.000 sẽ có khoảng 10.000 mối liên kết hoá học). Tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp của bức xạ khó có thể làm đứt hết các mối liên kết hoá học hoặc làm phân li các PTSH mà thờng chỉ làm mất thuộc tính sinh học của chúng. 2 .3.2. Tổn thơng ở mức tế bào: Khi các phân tử sinh học bị tổn thơng thì chức năng và đời sống của tế bào cũng sẽ bị đe dọa. Khi bị chiếu, s ự thay đổi đặc tính của tế bào có thể xảy ra cả ở trong nhân và nguyên sinh chất. Sau chiếu xạ, tế bào có thể chết, ngừng phân chia hoặc có những thay đổi bất thờng trong chất liệu di truyền. Trên cùng một cơ thể, các tế bào khác nhau có độ nhạy cảm phóng xạ khác nhau. Năm 1902, hai nhà bác học ngời Pháp là Bergonie và Tribondeau bằng những nghiên cứu thực nghiệm đ đa ra định luật sau: Độ nhạy cảm của tế bào trớc bức xạ tỉ lệ thuận với khả năng sinh sản và tỉ lệ nghịch với mức độ biệt hoá của chúng. Nh vậy những tế bào non đang trởng thành (tế bào phôi), tế bào sinh sản nhanh, dễ phân chia (tế bào của cơ quan tạo máu, niêm mạc ruột, tinh hoàn, buồng trứng ) thờng có độ nhạy cảm phóng xạ cao. Tế bào ung th có khả năng sinh sản mạnh, tính biệt hoá kém nên cũng nhạy cảm cao hơn so với tế bào lành. Tuy nhiên trong một cơ thể không phải tất cả các tế bào đều tuân theo định luật trên, có một số trờng hợp ngoại lệ: tế bào thần kinh thuộc loại không phân chia, tính phân lập cao nhng lại rất nhạy cảm với phóng xạ, hoặc tế bào lympho không phân chia, biệt hoá hoàn toàn nhng cũng có độ nhạy cảm cao với phóng xạ. Định luật này có một ý nghĩa thực tiễn rất quan trọng. Trong công tác an toàn phóng xạ, để đảm bảo an toàn cho bệnh nhân, các xét nghiệm y học hạt nhân in vivo không chỉ định cho phụ nữ có thai hoặc phụ nữ đang cho con bú, hạn chế sử dụng cho trẻ em nếu không thực sự có nhu cầu cấp bách. Trong điều trị các khối u ác tính ngời ta đ tận dụng tính nhạy cảm cao với bức xạ của các tế bào ung th bằng việc dùng các nguồn bức xạ để chiếu ngoài (Teletherapy), áp sát mô bệnh (Brachytherapy) hoặc đa các chất phóng xạ vào tận mô bệnh (Curietherapy). 2.3.3 Biều hiện của các hiệu ứng sinh học do tác dụng của bức xạ: Tổn thơng do bức xạ lên cơ thể đợc thể hiện ở hai hiệu ứng sinh học chính: hiệu ứng xác định và hiệu ứng ngẫu biến a. Hiệu ứng xác định (Detrimental effect): xảy ra khi cơ thể bị chiếu xạ liều cao trên một diện tích rộng hoặc chiếu toàn thân. Hiệu ứng này đợc đặc trng bằng một liều ngỡng (Threshold dose), nghĩa là dới liều đó hiệu ứng này không xuất hiện, giai đoạn ẩn ngắn và mức độ tổn thơng phụ thuộc vào liều chiếu. Biểu hiện của các tổn thơng trên một số cơ quan: - Máu và cơ quan tạo máu: Mô lympho và tuỷ xơng là những tổ chức nhạy cảm cao với bức xạ. Biểu hiện lâm sàng là các triệu chứng xuất huyết, phù nề, thiếu máu. Trong xét nghiệm máu, số lợng lympho giảm sớm nhất, sau đó là bạch cầu hạt, tiểu cầu và Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Y Học Hạt Nhân 2005 hồng cầu. Xét nghiệm tuỷ xơng thấy giảm sinh sản cả 3 dòng, sớm nhất là dòng hồng cầu. - Hệ tiêu hoá: Chiếu xạ liều cao làm tổn thơng niêm mạc ống vị tràng có thể gây rối loạn tiết dịch, xuất huyết, loét, thủng ruột với các triệu chứng nh ỉa chảy, sút cân, nhiễm độc máu, giảm sức đề kháng của cơ thể. Những thay đổi trong hệ thống tiêu hoá thờng quyết định hậu quả của bệnh phóng xạ. - Da: Sau chiếu xạ liều cao thờng thấy xuất hiện các ban đỏ trên da, viêm da, xạm da. Các tổn thơng này có thể dẫn tới viêm loét, thoái hoá, hoại tử hoặc phát triển các khối u ác tính ở da. - Cơ quan sinh dục: Các tuyến sinh dục có độ nhạy cảm cao với bức xạ. Liều chiếu 1Gy lên cơ quan sinh dục nam có thể gây vô sinh tạm thời, liều 6 Gy gây vô sinh lâu dài ở cả nam và nữ. - Phôi thai: Những bất thờng có thể xuất hiện trong quá trình phát triển phôi và thai nhi khi ngời mẹ bị chiếu xạ trong thời gian mang thai, đặc biệt trong giai đoạn đầu. Các tổn thơng có thể là: sẩy thai, thai chết lu, quái thai, hoặc sinh ra những đứa trẻ bị dị tật bẩm sinh. Bảng 7.1: Đáp ứng liều - hiệu ứng sau chiếu xạ toàn thân Liều chiếu Hiệu ứng sau chiếu xạ 0,1 Gy Không có dấu hiệu tổn thơng trên lâm sàng. Tăng sai lạc nhiễm sắc thể có thể phát hiện đợc. Bạch cầu có thể giảm đến 20% nhng sẽ trở lại bình thờng trong một thời gian ngắn. 1 Gy Xuất hiện triệu chứng nhiễm xạ trong số 5 ữ 7% cá thể sau chiếu xạ với các biểu hiện nh buồn nôn, đau đầu. 2 - 3 Gy Xuất huyết dới da, nhiễm khuẩn, mất nớc. Giảm 50% số lợng cả hồng cầu và bạch cầu. Bệnh nhiễm xạ gặp ở hầu hết các đối tợng bị chiếu. Tử vong 10 ữ 30% số cá thể sau chiếu xạ. 3 - 5 Gy Bán xuất huyết, xuất huyết, nhiễm khuẩn, rụng lông, tóc. Giảm bạch cầu nghiêm trọng. Tử vong 50% số cá thể sau chiếu xạ. 6 Gy Tổn thơng đờng tiêu hoá, tuỷ xơng. Tỷ lệ hồng cầu và bạch cầu giảm nghiêm trọng, xuất huyết niêm mạc ruột, dạ dày. Tử vong trên 50% số cá thể bị chiếu, thậm chí cả những trờng hợp đợc điều trị tốt nhất. b. Hiệu ứng ngẫu biến (Stochastic effect): thờng xuất hiệu ở các mức liều thấp, không có ngỡng liều chiếu và xuất hiện sau chiếu xạ một thời gian dài. Hai hiệu ứng điển hình là: - Hiệu ứng gây ung th (Carcinogenesis): Bệnh ung th có thể xuất hiện sớm hoặc muộn sau chiếu xạ. Giai đoạn ung th tiềm tàng có thể kéo dài đến 30 năm, riêng bệnh máu trắng thì ngắn hơn (2 ữ 10 năm). Các bệnh ung th thờng gặp là ung th máu, ung th xơng, ung th da, ung th phổi. - Hiệu ứng gây biến đổi di truyền (Genetic effect): do phóng xạ làm tổn thơng tế bào sinh sản, gây biến đổi vật liệu di truyền. 2.4. Bệnh phóng xạ (bệnh nhiễm xạ) Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . cháu của họ. Từ những nghiên cứu trên động vật thực nghiệm, quan sát trên những nạn nhân bị chiếu xạ tai nạn, các bệnh nhân xạ trị và những ngời làm việc tiếp xúc với phóng xạ, những kiến thức. y sinh học Đặc biệt trong y tế, việc sử dụng bức xạ đ đem lại những hiệu quả vô cùng to lớn trong công tác chẩn đoán và điều trị. Những lợi ích của việc sử dụng bức xạ trong đời sống con ngời. lợng bức xạ và ý nghĩa của chúng. Nêu đợc các giới hạn liều trong an toàn phóng xạ. 3. Trình bày đợc các biện pháp đảm bảo an toàn phóng xạ cho nhân viên, cho bệnh nhân và môi trờng trong chẩn