1) Absorpce záření, RBÚ, LET, působení záření na buňku, radiomimetika

- čím větší energie, tím je záření tvrdší, pronikavější, má kratší vlnovou délku, větší frekvence

Známe dva druhy záření:
1) elektromagnetické - šíří se prostorem
foton - částice bez náboje, vyvolává ionizaci NEPŘÍMO
X - vzniká v rentgence a urychlovači částic
gama - vzniká vnitrojadernou přeměnou prvků

2) korpuskulární - proud rychle letících jader, elementárních částic (jádra nebo částic), neutrony
- je to záření PŘÍMO ionizující, částice s nábojem / bez náboje
zdroj záření - přírodní x umělý
- přírodní = kosmické záření
- umělý - diagnostické a radiologické přístroje, jaderná energetika

- při průchodu hmotou se absorbuje, dojde k excitaci (vzbuzení). je dodána E, která je vyšší než vazebná a elektron je uvolněn
- absorbuje se v ozařovaném objektu - účinností

1) FOTOEFEKT
- přenos energie fotonu na hmotu, malý foton reaguje s prostorem tak, že předá energii oběhovému elektronu a sám zanikne
- tento elektron mající E od fotonu se uvolní a je odražen z atomu, pokračuje určitým směrem a může dále ionizovat prostředí - vzniká sekundární ionizace - biologický účinek
2) COMPTONŮV EFEKT
- foton dopadá na atom, předá část energie elektronu, který vylétne (= comptonův elektron) a může dále ionizovat okolí (sekundární ionizace) a zbylá energie (foton) letí jiným směrem (má vždy DELŠÍ vlnovou délku)
3) ELEKTRON-POZITRONOVÉ PÁRY - ionizace vysokoenergetickým fotonem, pozitron reaguje s elektronem za vzniku anihilačního záření. Anihiluje = zmizí z povrchu zemského. Anihilační záření (2 fotony letící od sebe) je detekováno (E = 511keV)
4) JADERNÝ FOTOEFEKT - vysokoenergetický foton nad 10MeV je absorbován jádrem a dojde k fotodisociaci - uvolnění protonů a neutronů

LET (LPE) - lineární přenos energie

- průměrná energie ionizující částice uvolněná na jednotce její dráhy
- je spotřebována na excitaci a ionizaci. Na jednu ionizaci je třeba vždy stejné množství energie (cca 34keV) bez ohledu na druh ion. záření
- se stoupajícím LET stoupá hustota excitace a ionizace. Pomalu letící částice vykazují vyšší hustotu ionizace než částice s vyšší energií
- jednotka keV/mikrometr (energie na jednotku dráhy)
- rozlišujeme IZ o vysokém a nízkém LET

RBÚ - relativní biologická účinnost

- je faktor, který vyjadřuje poměr biologické účinnosti jednoho druhu záření k jinému druhu záření
- pokud není vyjádřen referenční druh záření, považuje se za něj záření X o 250keV
- má-li záření x RBÚ = 20, znamená to, že stejná dávka záření má 20x vyšší biologickou účinnost než záření X (250keV).. = 20x menší dávka záření X způsobí stejný biologický efekt jako dávka záření X 250keV
- se stoupající hustotou LET stoupá RBÚ

Kyslíkový efekt

- přítomnost kyslíku zvyšuje vznik radikálů a brání reparativním pochodům v buňce
- normální tkáň je dostatečně zásobena kyslíkem
- nádorové buňky - ty, které jsou vzdálené od kapilár - jsou kyslíkem zásobeny nedostatečně => jsou méně citlivé na záření
- zvýšíme-li kyslíkové zásobení (např. přetlakem O2) dojde ke zvýšenému efektu záření v anoxických buňkách
- záření o vysokém LET většinou přímo letálně poškozuje buňky, takže nepotřebuje přítomnost O2
- při stoupajícím LET klesá kyslíkový efekt => záření o vysokém LET je nezávislé na kyslíkovém efektu

Výhody IZ o vysokém LET

• lepší rozložení hloubkové dávky (výjimku tvoří neutrony)
• vyšší RBÚ
• nižší kyslíkový efekt

Nižší kyslíkový efekt znamená:

• nezávislost na přítomnosti kyslíku
• nezávislost na frakcionaci
• nezávislost na radiosenzibilitujících látkách
• menší diferenciace radiobiolog. účinku v různých fázích buněčného cyklu

Chemické změny po ozáření

• přímým mechanismem - poškození molekul ionizací nebo excitací
• nepřímým mechanismem - daná molekula (DNA) není ozářena přímo, ale je poškozena toxickými procesy

Biochemické změny
- mění strukturu důležitých makromolekul - porucha fce
- změny DNA: molekulární vazby, intramolekulární - neplní fce, poškození vodíkových vazeb, zlomy - vzniknou menší molekuly
Biologické změny - při ztrátě fce
- bílkoviny - po ozáření nastává změna až koagulace, nejcitlivější je bílkovina obsahující SH (sulfidické) skupinu za přítomnosti O2
- nukleární kys. - přerušení vodíkových můstků, vznikají nové vazby a buňka nemůže plnit svou fci
- zlom: jednoduchý - kontinuita v místě 1 vlákna (snaží se repanovat) x dvojitý - porucha fce
- enzymy - po ozáření dojde k anihilaci (ztrátě fce), v buňce jsou enzymy uloženy v enzymech - po ozáření dojde k jeho poruchám

Z radiobiologického hlediska je důležité v jaké fázi se buňka nachází při ozáření
Nejcitlivější za IZ je fáze G2 (klidová fáze), začátek fáze M (z mateřské buňky vznikají 2 dceřinné buňky), přechod mezi fází G1 a S (G1 vytváří se z RNA, probíhá syntéza bílkovin, S - zdvojí se množství DNA)
- necitlivá je buňka v G0 fázi (klidová fáze)

4 základní poškození buňky vedoucí ke smrti

• 1) náhlá smrt - radiační porucha vyvolaná zářením o vysokém LET, dojde k destrukci jádra, nerovnováha iontů
• 2) zastavení mitózy - zástava buněčného dělení, zpomalí nebo úplně zastaví G2, 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

Zvýšení účinku záření na buňku - radiomimetika

• 1) anihilační látky - cyklofosfamin, ifosfamin (?)
  - naváží se na DNA na nuklidovou bázi guaninu, vytváří se zlomy a DNA se stává nekomplementární
• 2) antracylin - protinádorová antibiotika - adrianycin
  - naváže se mezi řetězec DNA a vyvolá jednoduchý nebo dvojný zlom
• 3) vinalkaloidy - jsou rostlinného původu - česnek, barvínek
  - porušení mitozy, brání tvorbě mikrotubulů dělícího vřeténka
• 4) antibiotika = proti životu jákekoli dělící se buňky
  - léčba je spojena s řadou nežádoucích účinků - zvracení, vypádávání vlasů, toxické na ledviny a srdce, periferní nervy
• 5) hormony - již se od nich opouští
  - nevýhoda: působí v celém organismu, ohrožená krvetvorba
  - výhoda: nevybere si pouze nádorovou tkáň, která se dělí

Konkomitantní chemoterapie a radioterapie
- podáváním současně získáme velký efekt na léčbu nádoru, ale velmi to zatěžuje organismus
- vyšší letální účinek a zničení, vyšší citlivost buněk v S fázi či hypoxické, potlačuje opravy po ozáření
- ničí nádorové buňky tím, že ubydou, zmenší se tlak na cévy uvnitř nádoru, zlepší se zásobení O2, buňky jsou pak citlivější, slučují se i nežádoucí účinky

zpracovala / upravila Eliška Schmiedová, 2004