NOTIUNI DE DOZIMETRIA RADIATIILOR. RADIOIZOTOPI UTILIZATI IN MEDICINA

Cum putem masura radioactivitatea? Radiatia ionizanta nu poate fi vazuta, auzita sau simtita. Ea poate fi insa masurata, folosind diferite tipuri de instrumente. Masurand cantitatea de radiatie, oamenii pot detecta sursele de radiatie si pot lua masurile necesare pentru evitarea efectelor acestora. Cantitatea de radiatie emisa de un material radioactiv se masoara in unitati de activitate: Bequerel (Bq). 1 Bq inseamna o dezintegrare pe secunda. De exemplu, corpul uman are o radioactivitate medie de aprox. 120 Bq per kilogram.

1 Bq = 1 dezintegrare/ secunda

Pe masura ce radiatia trece prin material, inclusiv prin tesuturi vii, ea interactioneaza cu atomii, transferand o parte din energia sa. Energia pierduta de radiatia ionizanta este absorbita de materialul sau tesutul viu pe care il traverseaza. Energia cedata unei anumite cantitati de tesut se numeste doza absorbita si se exprima in Gray (Gy). 1 Gy este echivalentul a 1 Joule/kilogram.1Gy = 1J/Kg

Radiatiile au capacitati diferite de a produce defecte tesuturilor. Pentru a lua in considerare acest lucru, doza absorbita se multiplica cu un factor f, obtinandu-se astfel doza echivalenta. Doza echivalenta se exprima in Sievert (Sv). (Alta unitate de masura pentru doza echivalenta este rem-ul; 1 Sv=100 rem). Prin urmare: 1 Sv = f x Gyf = 1 pentru radiatii beta si gamaf = 20 pentru radiatii alfa Unele organe sunt mai sensibile la radiatii decat altele. Acest fapt este luat in considerare printr-un factor de risc specific, obtinandu-se doza efectiva; doza echivalenta este ponderata cu factorul de risc specific pentru a se obtine doza efectiva, exprimata in Sievert (Sv) sau miliSievert (mSv).

Instrumente de masura a radiatiilor Un instrument tipic pentru detectarea radiatiilor este tubul Geiger-Muller. Acesta este un tub de sticla sau metal care contine un gaz la presiune joasa si doi electrozi. La trecerea prin tub a radiatiei ionizante, gazul din acesta se ionizeaza, provocand o descarcare intre cei doi electrozi - un puls electric.

Detectorul Geiger-Mller este constituit din doi electrozi: catodul cilindric, construit din metal, sticl metalizat sau grafitat, si anodul , un fir metalic subire (de obicei din wolfram, cu diametrul de 0,1-0,2 mm), situat pe axa cilindrului. Prin caracteristica unui detector Geiger-Mller se nelege graficul care exprim dependena vitezei de numrare n a detectorului de tensiunea aplicat acestuia, n condiiile unui flux constant de particule ajunse la detector (viteza de numrare se noteaz cu n i se d n impulsuri pe minut).

Exist mai multe tipuri de detectoare Geiger-Mller: - cu gaze inerte i vapori organici - sau gaze inerte i halogeni ntre electrozii detectorului Geiger-Mller se aplic tensiune electric continu. Ptrunznd n volumul sensibil al detectorului, radiaia nuclear interacioneaz cu atomii gazului, pe care i ionizeaz, crend astfel un anumit numr de perechi de ioni pozitivi i electroni. Ionii pozitivi sunt atrai de catod. Ca rezultat n circuitul detectorului ia natere un impuls electric de scurt durat care se anuleaz atunci cnd toi electronii ajung la anod.

Un alt tip de detector, detectorul cu scintilatie , foloseste un material care, atunci cand este lovit de radiatia ionizanta, devine fluorescent sau emite instantaneu un puls luminos; un detector sensibil la lumina inregistreaza intensitatea radiatiei prin cantitatea de lumina emisa de materialul fluorescent. Substante fluorescente folosite: fosfuri, iodura de sodiu,naftalen, antracen. Detectarea si amplificarea scintilatiilor este apoi preluata de un fotomultiplicator.

Pentru a masura cantitatea de radiatie primita, personalul medical si cel din domeniul nuclear poarta adesea ecusoane cu film. Aceste ecusoane folosesc un film care prin expunere la radiatii produce o imagine. Developarea filmului arata expunerea cumulata la radiatii.Dozimetrele electronice digitale cu citire direct i praguri de alarmare, modelele DOSIMAN i DOSICARD, dotate cu un detector tip diod cu siliciu compensat n energie, sunt destinate msurrii echivalentului de doz individual Hp(10) i a debitului acestuia, H'p(10), n cazul iradierii externe cu fotoni (radiaii X i ) avnd energia cuprins ntre 50 KeV i 2 MeV.

Efectele radiatiilor Radiatia ionizanta poate determina modificari chimice la nivelul celulelor vii. Daca doza de radiatie este mica sau persoana o primeste de-a lungul unei perioade indelungate de timp, organismul poate in general sa repare sau sa inlocuiasca celulele afectate, fara a se inregistra efecte negative asupra sanatatii.

Expunerea la nivele ridicate de radiatii poate provoca: Efecte deterministe, care sunt efecte biologice pe termen scurt, ce apar de obicei in urma unui incident specific (inrosiri si/sau arsuri ale pielii, boala de iradiere). Aceste efecte apar doar daca se atinge un nivel de prag al dozei incasate. Simptomele apar cu atat mai repede si sunt cu atat mai severe cu cat doza de radiatie a fost mai mare.

Efecte stocastice, care sunt efecte biologice intarziate, a caror probabilitate de aparitie depinde de doza totala incasata si de obicei apar dupa un timp (mai multi ani sau chiar zeci de ani) dupa un incident sau o expunere cumulativa. Acestea se manifesta prin cresterea riscului de cancer si boli ereditare.

Contaminarea radioactiva si expunerea la radiatii Este necesar a se face distinctia intre contaminare radioactiva si expunere la radiatii.

Contaminarea radioactiva apare atunci cand materialul radioactiv se depune pe sau intr-un obiect sau persoana. Materialele radioactive eliberate in mediu pot produce contaminarea aerului, suprafetelor, solului, plantelor, oamenilor sau a animalelor. O persoana este contaminata daca are material radioactiv pe ea (contaminare externa) sau in interiorul corpului (contaminare interna). Expunerea la radiatii- Materialele radioactive elibereaza o forma de energie care se deplaseaza sub forma de unde sau particule. Aceasta energie poarta numele de radiatie. Cand o persoana este expusa la radiatii, energia ii penetreaza corpul. De exemplu, cand o persoana face o radiografie cu raze X, ea este expusa la radiatii (dar nu este contaminata).

Izotopi stabili: in natura exista 275 de izotopi stabili.Durata lor de Injumatatire este foarte mare, in cazul H fiind de 1066 ani.

Izotopi naturali si artificialiDintre izotopii naturali, 50 sunt radioactivi, dezintegrndu-se in timp. In urma acestui proces, izotopul radioactiv trece intr-un izotop stabil. De exemplu, tritiul (3H), trece, in urma emisiei unui electron, in 3He. Elementele ce prezinta radioactivitate naturala sunt cele de la poloniu (Z=84) la uraniu (Z=92). Elementele transuranice cu numere atomice cuprinse intre 92 si 109 sunt obtinute artificial si sunt de asemeni radioactive. Pe lnga elementele grele, exista si elemente usoare (cu numar atomic mai mic de 83) care prezinta izotopi radioactivi. Este vorba de 40K, 50Va, s.a.

Izotopi artificialiIzotopii radioactivi se pot obtine si pe cale artificiala, prin iradierea unor elemente cu particule . Frecvent izotopii astfel obtinuti se noteaza cu un asterisc, pentru a evidentia provenienta lor artificial:

Exemplu Acest izotop se obtine prin iradierea izotopului 25Mg. Numarul izotopilor artificiali radioizotopi este mult mai mare dect al izotopilor radioactivi naturali

Izotopi artificiali

Variatia in timp a activitatiiPentru orice sursa radioactiva, viteza cu care se emit radiatiile descreste continuu, definindu-se durata de injumatatire ca perioada de timp in care viteza emisiilor radioactive se reduce la jumatate.Variatia in timp a activitatii unui element radioactiv este prezentata in figura alaturata.

UTILIZARI ALE IZOTOPILOR RADIOACTIVIIn medicina:diagnosticare si chirurgie;radioterapie a cancerului;reducerea durerilor in cancerul osos;sterilizarea instrumentelor medicale;aplicatii medicale si dentare ale razelor X;diagnosticare prin rezonanta magnetica;depistare radioscopica a tumorilor;

In biologie si protectia mediului:investigarea cailor de raspndire a agentilor poluanti;urmarire a animalelor in habitatul natural;cercetari in cresterea plantelor.In procesele industriale:polimerizarea materialelor plastice;masuratori ale proceselor de curgere;testari nedistructive ale calitatii componentelor metalice;testarea densitatii in producerea de uleiuri.In procese de asigurare a securitatii:detectoare de fum;sterilizarea alimentelor;eradicarea daunatorilor;semnalizare in cladiri.

UTILIZARI ALE IZOTOPILOR STABILIUtilizarea de molecule marcate cu radioizotopi permite observarea transformarilor lor in reactii chimice sau biologice. In acest scop se pot folosi si izotopi care nu sunt radioactivi. Un exemplu il constituie mecanismul reactiei de hidroliza a esterilor, care a putut fi stabilit doar prin folosirea in locul apei obisnuite a apei marcate .

S-a constatat ca la sfrsitul reactiei izotopul 18O se regaseste integral in molecula de acid, ceea ce indica faptul ca reactia are loc dupa mecanismul I, si nu dupa mecanismul II cum se credea initial.

Radioizotopi in tratarea cancerului.Implantarea de surse radioactive se practica in cazul tumorilor usor accesibile sau de mici dimensiuni. Se utilizeaza radiumul sau radonul, sau izotopi radioactivi ai cesiului, cobaltului, aurului, iridiumului si tantalului. Aceste elemente, ce emit radiatii , sunt inglobate etans in tuburi de sticla sau metal pentru a usura inserarea in organism. Implanturile pot fi temporare sau permanente. Doza de radiatie este redusa continuu ceea ce ofera celulelor sanatoase timpul de a se reface in urma afectarii lor de catre radiatii in timpul distrugerii celulelor bolnave. Avantajul acestei metode il constituie stricta localizare a actiunii la zona bolnava, fara a afecta zone sanatoase.Radiatiile externe trebuie sa penetreze tesuturile pentru a ajunge la tumori, ceea ce face ca tesuturi normale sa fie afectate, dar cresterile rapide de celule bolnave sunt mai usor stopate. Tratamentul presupune 10 - 20 sedinte de iradiere, pe durata a cteva luni. Acest gen de terapie este frecvent utilizat in asociere cu indepartarea chirurgicala a tumorilor. Avantajul fata de metoda implantului de substante radioactive este ca pot fi tratate tumori greu accesibile.

Medicina de diagnostic: PETPET (positron emission tomography), ce utilizeaza radioizotopi ce emit pozitroni. O imagine tomografica a creierului este prezentat si un tomograf.

RADIOFARMACEUTICE PET18F- Fluorodeoxiglucoza

Utilizarea 18F FDG (Fig. 2) pentru vizualizarea esuturilor mari consumatoare de glucoz a transformat oncologia nuclear n cea mai inportant metod pentru depistarea i evaluarea evolutiv a esutului tumoral.

(FDG) este un analog al glucozei, i, deci, ptrunde n celul n acelai mod ca i glucoza. Odat ajuns n celul, FDG este fosforilat i se acumuleaz intracelular, nefiind catabolizat. Absena gruparii OH in poziia 2 determina o blocare enzimatic cu acumulare de 18F FDG intracelular (sub forma de FDG-6-PO4), n platou (proporional cu intensitatea glicolizei) - fenomen cunoscut sub numele de trapping . Regiunile n care exist o captare crescut a radiofarmaceuticului corespund, deci, zonelor cu metabolism glucidic ridicat (fig.3).

Fluorodeoxiglucoza

Fig. 2. Structura 18F-FDG, n comparaie cu D-glucoza i 2-deoxi-D-glucozaFig. 3. Imagine PET cu 18F FDG: neoplasm pulmonar primar (lob superior stng) cumetastaze (paratraheal i n lobul hepatic stng)

Imagini CT, PET (18FFDG), i PET-CT normale (seciuni coronale)

Neoplasm pulmonar drept cu metastaz ganglionar (sgeile roii)Rezult c PET i CT prezint avantaje complementare, iar combinarea acestora crete potenialul de localizare a leziunilor i reduce dificultile de interpretare a imaginilor obinute prin PET.

In medicina de diagnostic, a carei aparitie dateaza din mijlocul deceniului al saptelea al acestui secol, radioizotopii se administreaza pentru localizarea organului intern care trebuie studiat. Un detector extern produce imagini a distributiei interne a radioactivitatii, care depinde de comportarea biologica a izotopului administrat si de modul in care func]ioneaza organul sub investigatie. Pentru aceasta radiatiile emise sunt transformate in impulsuri electrice care sunt modulate, amplificate si procesate de un computer care produce o imagine spatiala a organului. Echipamente de data recenta pot produce sectiuni transversale ale organului studiat. Se obtin in acest mod harti ale distributiei functiilor in organism sau intr-un anumit organ intern. Tipic in acest sens este utilizarea iodului radioactiv (131I) pentru studiul functiilor glandei tiroide.

Sterilizarea prin iradiereSterilizarea cu radiatii ionizante consta in expunerea produsului ce se doreste a fi sterilizat intr-un camp de radiatii ionizante (radiatii gamma sau electroni accelerati), pentru o perioada de timp bine determinata. Efectele radiatiei ionizante (in particular efectul biocid) pot fi caracterizate prin marimea fizica denumita doza absorbita (D), care exprima cantitatea de energie absorbita in unitatea de volum a materialului iradiat. D=dE/dm .Unitatea de masura a dozei absorbite in Sistemul International se numeste Grey - simbol Gy; se utilizeaza inca si unitatea tolerata rad, 1Gy=100 rad. Doza de sterilizare este doza necesara pentru a asigura sterilitatea unui produs la un coeficient de securitate (SAL) dat.

SterilizarePentru fiecare tip de microorganism se poate stabili o doza care reduce numarul de germeni de 10 ori: D10. Acest parametru caracterizeaza "radiosensibilitatea" unui microorganism. Cu cat D10 este mai mic, cu atat microorganismul este mai radiosensibil. In figura 1 sunt prezentate curbele de biocidare pentru cateva microorganisme, iar in tabelul 2 sunt date valorile D10 pentru cateva alte microorganisme.

SterilizareCerintele pentru aplicarea sterilizarii cu radiatii ionizante a furniturilor medicale sunt specificate in standardul european EN 552. Acesta accepta doua moduri de abordare in stabilirea dozei de sterilizare bazate pe: cunoasterea numarului si radiosensibilitatii populatiei microbiene prezente pe sau in dispozitivul medical utilizarea unei doze minime de 25 kGy