DAWKI I JEDNOSTKI PROMIENIOWANIA

Dawka jest miarą energii przekazanej przez promieniowanie jednostce masy absorbenta (pochłaniacza). W zależności od sposobu, w jaki będziemy ten przekaz energii opisywać wyróżniamy kilka rodzajów dawek.

Dawka ekspozycyjna (X) jest miarą jonizacji masy powietrza w warunkach znormalizowanych. Ponieważ jonizacja polega na wytwarzaniu ładunków elektrycznych, jednostką tego rodzaju dawki będzie kulomb na kilogram [C/kg]. Określenie tej dawki pozwala na przewidywanie dawki pochłoniętej przy znanych warunkach napromieniowania i ocenę narażenia. Pojęcie dawki ekspozycyjnej odnosi się tylko do promieniowania X i gamma.

Dawka pochłonięta (D) jest miarą energii przekazanej przez promieniowanie jednostce masy. Jednostką jest Gy (grej).

Ponieważ poszczególne rodzaje promieniowania różnią się gęstością jonizacji na swej drodze w pochłaniaczu, przy czym gęstość jonizacji zależna jest od tzw. liniowego przekazu energii (LET od ang. Linear Energy Transfer), dlatego też wywierają odmienny  skutek w odniesieniu do napromieniowanych przez nie tkanek. Dla ułatwienia porównywania tych skutków wprowadzono pojęcie względnej skuteczności biologicznej (RBE od ang. Relative Biological Effectivness), będącej miarą skuteczności jakiegoś promieniowania w porównaniu ze skutecznością standardowych promieni X o energii 250 keV, dla których przyjęto arbitralnie wartość RBE=1. Wartość RBE otrzymuje się dzieląc dawkę promieniowania odniesienia, wywołującą określony efekt biologiczny (np. śmierć 50% komórek), przez dawkę innego promieniowania, wywołującą taki sam efekt. Wartość RBE w dużym stopniu zależy od rodzaju tkanki, od mierzonego efektu biologicznego oraz od wielkości stosowanych dawek. Współczynnik RBE definiuje się więc dla określonego rodzaju promieniowania o danej energii, działającego na konkretny układ w dobrze określonych warunkach.

W tej sytuacji zdecydowano, iż współczynnik ten będzie służył badaniom radiobiologicznym, natomiast w ochronie radiologicznej wprowadzono prostszy parametr, tzw. współczynnik jakości promieniowania (QF od ang. Quality Factor), który obecnie występuje jako wagowy współczynnik promieniowania  (w_R).

Tabela przedstawia wartości wagowego czynnika promieniowania:

W oparciu o wartość współczynnika RBE i wielkość dawki pochłoniętej wyznacza się wartość dawki równoważnej (H) będącej miarą działania promieniowania na organizmy żywe.

 H = W · D

 gdzie współczynnik W równy jest RBE lub w_R w zależności od celu, któremu ma służyć obliczany równoważnik dawki.

 Jednostką równoważnika dawki jest siwert.

Aby uwzględnić różnice w reakcji tkanek na promieniowanie i ich odmienność w pochłanianiu różnych rodzajów promieniowania wprowadzono czynniki wagowe w_T  i pojęcie dawki efektywnej, która ponadto musi uwzględniać dawkę równoważną. Jeśli całe ciało zostaje napromieniowane dawką jednostkową czynniki w_T mówią, jaki ułamek całości dawki stał się udziałem poszczególnej tkanki.

W obliczaniu dawki efektywnej dla jednego narządu i jednego rodzaju promieniowania posługujemy się wzorem 

E = D · w_R · w_T .

 Tak więc np. dla wywołanej cząstkami alfa dawki 10 mGy pochłoniętej w skórze dawka efektywna jest obliczana następująco:  E = 10 · 20 · 0,01 = 2 mSv. W bardziej złożonych sytuacjach obliczenia wymagają większej finezji.

 Pod hasłem warunki napromieniowania rozumiemy przede wszystkim:

1. moc dawki
2. sposób frakcjonowania dawki
3. masę napromienianych tkanek
4. napromienianie narządów krytycznych
5. natlenowanie tkanek

• Mocą dawki pochłoniętej nazywamy stosunek dawki pochłoniętej do czasu w jakim była podana (Gy/h, mGy/min, itp.). Analogicznie określamy moc równoważnika dawki (mSv/y, mSv/h, ...). Jednorazowe napromieniowanie jakąś dawką przyniesie inny skutek niż rozłożenie tej dawki na kilka dni, tygodni, miesięcy lub lat. Niekorzystne zmiany wywołane małymi mocami dawek mogą być naprawione, o ile natężenie ich występowania nie przekracza możliwości obronnych komórki. Przy małej mocy dawki jest czas na naprawę przed następnym „uderzeniem” w komórkę.
  
  

•  Organizm jest w stanie łatwiej tolerować dużą dawkę sumaryczną rozłożoną na więcej frakcji, niż naświetlanie kilkoma relatywnie dużymi dawkami. W radioterapii tak dobiera się dawkę sumaryczną, poszczególne dawki frakcjonowane i odstępy między naświetleniami, aby proporcja prawdopodobieństwa miejscowego wyleczenia do prawdopodobieństwa wystąpienia powikłań była najbardziej korzystna.
  
  

• Napromieniowanie dużej masy tkanek przyniesie bardziej wyraźne ogólnoustrojowe efekty niż skupienie całej energii promieniowania na izolowanej, małej części ciała (pomijamy części o szczególnym znaczeniu). Dotyczy to zarówno wykorzystania możliwości dobroczynnego działania promieniowania, jak np. w stosowanej dla zwiększenia odporności organizmu terapii poprzez naświetlanie całego ciała, jak również w przypadku szkód powodowanych przez zbyt duże dawki promieniowania. W uszkodzonych tkankach powstają różne substancje działające niekorzystnie na cały organizm (np. histamina), a ich ilość jest wprost proporcjonalna do masy uszkodzonych tkanek.
  
  

• Osłonięcie lub napromieniowanie narządów szczególnie ważnych dla funkcjonowania organizmu, a jednocześnie szczególnie narażonych na uszkodzenie przy napromieniowaniu, może mieć kapitalne znaczenie dla ostatecznego wyniku napromieniowania (w przypadku dużych dawek – zwiększenia  lub zmniejszenia szansy przeżycia napromieniowanego osobnika).
  
  

• Bogate unaczynienie, a tym samym dobre zaopatrzenie tkanek w tlen, zwiększa ich promienioczułość. Nowotwory złośliwe mają ze swojej natury często bogate, choć patologiczne, unaczynienie. Większe niż fizjologiczne natlenowanie  napromieniowywanych tkanek można osiągnąć podając krew bogatą w tlen do tętnicy zaopatrującej dany narząd lub stosując perfuzję pozaustrojową, czyli „przełączając” go do zewnętrznego krwiobiegu. Sposoby te bywają wykorzystywane w radioterapii.
  

WRAŻLIWOŚĆ NA PROMIENIOWANIE

Osobnicza wrażliwość na promieniowanie u przedstawicieli tego samego gatunku jest dość zróżnicowana, a zmienia się również u pojedynczych osobników np. z wiekiem i odpowiednio do stanu ogólnego osoby napromienianej.

 Również wrażliwość gatunkowa jest bardzo zróżnicowana. Jest prawidłowością, że przedstawiciele niższych  grup taksonomicznych,  są bardziej odporni.

Dla opisu odporności na promieniowanie badanych populacji wprowadza się pojęcie dawki śmiertelnej (LD od ang. lethal dose lub zamiennie DL  od łac. dosis letalis). Wszystkie odmiany tej dawki zakładają jednorazowe napromieniowanie w krótkim czasie (do kilku godzin) całego ciała oraz brak pomocy medycznej po napromieniowaniu. Najbardziej przydatną dla porównań jest średnia dawka śmiertelna.