Tiểu luận An toàn bức xạ trong y tế EPU

Tương tác của bức xạ ion hóa với cơ thể con người, gây bởi các nguồn bức xạ bên ngoài cơ thể hoặc các chất phóng xạ bị nhiễm vào bên trong cơ thể đều gây các hiệu ứng sinh học có thể dẫn đến các triệu chứng bệnh lý về sau.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

TIỂU LUẬN

AN TOÀN BỨC XẠ TRONG Y TẾ HIỆU ỨNG SINH HỌC BỨC XẠ

Giáo viên hướng dẫn : ThS.NGUYỄN THỊ THỦY Sinh viên thực hiện : NGUYỄN HOÀNG NAM Chuyên ngành : THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ Y TẾ Lớp : D12TBDTYT

Hà Nội, 06 tháng 06 năm 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TIỂU LUẬN Môn : An toàn bức xạ trong y tế

Họ và tên : NGUYỄN HOÀNG NAM Khóa : D12 Lớp : D12-TBĐTYT Hệ đào tạo : Chính quy Msv : 1781510307

Ngành đào tạo : Thiết bị điện tử y tế

 Tên tiểu luận : Tìm hiểu về hiệu ứng sinh học bức xạ.

 Sự cần thiết : Giúp chúng ta hiểu rõ về nguy hiểm của

hiệu ứng sinh học bức xạ để có các biện pháp bảo đảm an toàn khi làm việc hoặc tiếp xúc với bức xạ.

 Mục tiêu : Đảm bảo an toàn đối với các hiệu ứng

sinh học bức xạ.

 Thời gian làm tiểu luận : Từ 4/6/2021 đến 10/6/2021

ngày nộp 10/6/2021

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

MỞ ĐẦU 4

NỘI DUNG TIỂU LUẬN 5

1 Cơ chế gây tổn thương của bức xạ ion hoá 5

1.1 Cơ chế gây tổn thương trực tiếp 5

1.2 Cơ chế gây tổn thương gián tiếp 6

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gây tổn thương của bức xạ 8

2.1 Liều chiếu 8

2.2 Suất liều chiếu 8

2.3 Diện tích phần cơ thể bị chiếu 9

2.4 Hiệu ứng nhiệt độ 9

2.5 Hiệu ứng ôxy 9

2.6 Hàm lượng nước 9

3 Các hiệu ứng sinh học của bức xạ 9

3.1 Các hiệu ứng xảy ra ở mức độ phân tử 9

3.2 Các hiệu ứng xảy ra ở mức độ nhiễm sắc thể DNA 10

3.3 Các hiệu ứng xảy ra ở mức độ tế bào 12

3.4 Các hiệu ứng xảy ra ở mức độ cơ thể 14

3.5 Hiệu ứng tất nhiên và hiệu ứng ngẫu nhiên 16

4 Giới hạn mức chiếu xạ 20

KẾT LUẬN VÀ MỞ RỘNG 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập tại Trường Đại học Điện Lực, em đã được cácthầy cô giáo giảng dạy tận tình, truyền đạt cho em những kiến thức rất bổ ích đểcho em có được những vốn kiến thức rất quan trong cho chuyên ngành Thiết bịđiện tử Y tế của em sau này Trên thực tế không có sự thành công nào mà khônggắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếpcủa người khác Em xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu nhà trường cùng quýthầy cô đã tận tâm giảng dạy cho em để giúp em hoàn thành tốt khóa học

Em xin kính chúc quý thầy cô ngày càng khỏe mạnh để phấn đấu đạtthành tích cao trong công tác giảng dạy Chúc Trường Đại học Điện Lực sẽ mãi

là niềm tin, nền tảng vững chắc cho nhiều thế hệ sinh viên với bước đường họctập, là đơn vị đào tạo đứng đầu trong ngành Điện nói chung và ngành Công nghệ

Kỹ thuật Điện tử Viễn thông nói riêng

MỞ ĐẦU

Tương tác của bức xạ ion hóa với cơ thể con người, gây bởi các nguồn bức xạ bên ngoài cơ thể hoặc các chất phóng xạ bị nhiễm vào bên trong cơ thểđều gây các hiệu ứng sinh học có thể dẫn đến các triệu chứng bệnh lý về sau Bản chất và mức trầm trọng của những triệu chứng này cũng như thời điểm chúng xuất hiện phụ thuộc vào liều lượng và tốc độ hấp thụ bức xạ Các thương tổn bức xạ có thể chia làm 2 loại: hiệu ứng soma gây thiệt hại thấy được trên chính người bị chiếu xạ và hiệu ứng di truyền gây các thiệt hại chỉ thấy được trên con cái của người bị chiếu xạ do các tế bào sinh sản của cơ quan sinh dục bị bức xạ làm thương tổn

NỘI DUNG TIỂU LUẬN

Một số bức xạ trong lĩnh vực ứng dụng năng lượng hạt nhân trong y tế,công nghiệp có năng lượng đủ lớn để gây ra sự ion hóa Sự ion hóa nguyên tửhay phân tử làm thay đổi tính chất hóa học hay sinh học của phân tử sinh học vàlàm tổn thương tới các phân tử này Tổn thương gây ra bởi bức xạ là hệ quả củacác tổn thương ở nhiều mức độ liên tục diễn ra trong cơ thể sống từ tổn thươngphân tử, tế bào, mô đến tổn thương các cơ quan và các hệ thống của cơ thể Hậuquả của các tổn thương này làm phát sinh những triệu chứng lâm sàng, các loạibênh tật và có thể dẫn đến tử vong Bên cạnh đó, trong các tế bào còn có quátrình tự phục hồi tổn thương Sự phục hồi này cũng diễn ra từ mức độ phân tử, tếbào, mô đến hồi phục các cơ quan và các hệ thống trong cơ thể

Tác động của bức xạ ion hóa lên cơ thể con người được phân chia thànhhai cơ chế: trực tiếp và gián tiếp

1 Cơ chế gây tổn thương của bức xạ ion hoá

1.1 Cơ chế gây tổn thương trực tiếp

Cơ chế này xảy ra khi bức xạ tương tác trực tiếp tới các nguyên tử trongphân tử DNA (phân tử mang thông tin di truyền mã hóa cho hoạt động sinhtrưởng, phát triển, chuyên hóa chức năng và sinh sản của các sinh vật)

Do vậy, những bức xạ với năng lượng đủ lớn khi đi vào cơ thể sẽ trực tiếplàm đứt gẫy các mối liên kết trong các gen, phá vỡ các tế bào, , làm sai lệch cấutrúc gen và nhiễm sắc thể, gây tổn thương đến chức năng hoặc hủy hoại hoàntoàn tế bào

Tác động trực tiếp này xảy ra với xác suất thấp do kích thước của phân tửnhỏ; Đường kính của phân tử DNA hình xoắn ốc chỉ khoảng 2 nm

Tóm lại, trong cơ chế này bức xạ ion hoá trực tiếp truyền năng lượng vàgây ion hoá các phân tử sinh học dẫn đến tổn thương các phân tử đó

1.2 Cơ chế gây tổn thương gián tiếp

Cơ thể người được cấu tạo từ nhiều loại tế bào, khối lượng nước chiếmkhoảng 70% khối lượng của tế bào Do đó khi bức xạ chiếu vào sẽ có xác suấttương tác với các phân tử nước nhiều hơn các phân tử DNA

Cơ chế tổn thương gián tiếp xảy ra khi bức xạ ion hóa các phân tử nướctạo ra các gốc tự do (có khả năng ôxi hóa cao), sau đó các gốc tự do này có thểkhuếch tán trong tế bào tấn công vào các phân tử DNA và gây tổn thương cácphân tử này

Hình 1 Quá trình ion hóa của bức xạCác giai đoạn của cơ chế tổn thương gián tiếp:

a Giai đoạn vật lý

Giai đoạn này kéo dài 10-16 giây, các tế bào hấp thụ năng lượng bức xạdẫn đến sự ion hóa các phân tử nước bên trong tế bào Quá trình này được thểhiện như sau:

b Giai đoạn hóa lý:

Giai đoạn này kéo dài 10-6, các ion H20+ phân ly: H+, OH-, H, OH Trongđó: các ion H+, OH- tồn tại khá lâu, khá nhiều trong nước thường và không gây

ra các phản ứng tiếp theo, các gốc tự do H, OH có một điện tử không bắt cặp và

có hoạt tính hóa học rất cao nên các gốc OH có thể kết hợp với nhau tạo thànhnước ôxi già H2O2

c Giai đoạn hóa học:

Giai đoạn này kéo dài vài giây, trong giai đoạn này các sản phẩm phảnứng tương tác với các phân tử hữu cơ quan trọng của tế bào Các gốc tự do vàcác tác nhân ôxi hóa có thể tự dính vào phân tử hoặc làm đứt gẫy các mối liênkết trong các phân tử

d Giai đoạn sinh học:

Giai đoạn này kéo dài từ vài chục phút đến vài chục năm với các triệuchứng cụ thể

Những thay đổi hóa học dẫn đến các thay đổi sinh học vì nó có thể ảnhhưởng đến các tế bào riêng lẻ theo các cách khác nhau:

- Giết chết tế bào trong thời gian ngắn

- Ngăn cản hoặc làm chậm trễ sự phân chia tế bào

- Thay đổi vĩnh viễn thông tin di truyền của tế bào và truyền cho tế bàocon cháu

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gây tổn thương của bức xạ

0.1 Gy Không có dấu hiệu tổn thương trên lâm sàng Tăng sai lệch

nhiễm sắc thể có thể phát hiện được

1 Gy Xuất hiện bệnh nhiễm xạ trong số 5-7% cá thể sau chiếu xạ.2-3 Gy Rụng lông, tóc, đục thủy tinh thể, giảm bạch cầu, xuất hiện ban

đỏ trên da Bênh nhiễm xạ gặp ở hầu hết các đối tượng bị chiếu

Tử vong 10-30% số cá thể sau chiếu xạ

3-5 Gy Giảm bạch cầu nghiêm trọng, ban, xuất huyết, nhiễm khuẩn,

rụng lông, tóc Tử vong 50% số cá thể sau chiếu xạ

6 Gy Vô sinh lâu dài ở cả nam và nữ Tử vong hơn 50% số cá thể bị

chiếu cả khi được điều trị tốt nhất

2.2 Suất liều chiếu

Suất liều chiếu cũng là một trong các tham số quan trọng quyết định đếnmức độ tổn thương của các cá thể sau khi bị chiếu xạ

Ví dụ: cùng một liều hấp thụ như nhau, thời gian chiếu kéo dài (suất liềuchiếu nhỏ) sẽ làm giảm quá trình gây tổn thương của bức xạ Nguyên nhân đượcgiải thích bởi khả năng tự hồi phục của các tế bào sau khi bị tổn thương theothời gian Với suất liều nhỏ tốc độ tổn thương cân bằng với mức độ hồi phục của

tế bào, khi đó các cá thể bị chiếu tiếp tục phát triển bình thường Với suất liềucao tốc độ tổn thương lớn hơn mức độ hồi phục của tế bào dẫn tới mức độ tổnthương tăng lên

2.3 Diện tích phần cơ thể 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 Ví dụ: với cùng một trườngchiếu, nếu diện tích bị chiếu càng lớn các tổn thương xảy ra sẽ càng lớn

Liều tử vong khi chiếu xạ toàn thân thường thấp hơn nhiều so với chiếucục bộ Chính vì vậy, giới hạn liều áp dụng cho toàn thân và cho từng bộ phậncục bộ trên cơ thể là rất khác nhau

2.4 Hiệu ứng nhiệt độ

Bên cạnh ba yếu tố quan trọng nêu trên, nhiệt độ cũng là một trong nhữngyếu tố góp phần ảnh hưởng đến hiệu ứng sinh học của bức xạ lên cơ thể sống.Nếu giảm nhiệt độ sẽ làm giảm tác dụng của bức xạ ion hoá, nguyên nhân do khinhiệt độ giảm tốc độ di chuyển và phạm vi dịch chuyển của các gốc tự do tớiphân 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 ion hóa

2.5 Hiệu ứng ôxy

Độ nhạy cảm phóng xạ của sinh vật tăng theo nồng độ ôxy, do khi đólượng HO2, H2O2 tạo ra càng nhiều và làm tăng số phân tử sinh học bị tổnthương do phóng xạ

2.6 Hàm lượng nước

Hàm lượng nước càng lớn thì các gốc tự do được tạo ra càng nhiều, số cácgốc tự do tác động lên phân tử sinh học càng nhiều do đó hiệu ứng sinh họccũng tăng lên

3 Các hiệu ứng sinh học của bức xạ

3.1 Các hiệu ứng xảy ra ở mức độ phân tử

Các tương tác của bức xạ ion hóa với cơ thể sống cũng giống như với môitrường vật chất không sống, đều là kích thích và ion hóa các nguyên tử Đặc

điểm của các phân tử sinh học là các phân tử lớn, thường có rất nhiều mối liênkết hóa học Khi bị chiếu xạ, năng lượng của chùm tia bức xạ truyền trực tiếphoặc gián tiếp vào các phân tử sinh học làm phá vỡ các mối liên kết hóa họchoặc phân li các phân tử sinh học Tuy nhiên, các bức xạ ion hóa thường khólàm đứt hết toàn bộ mối liên kết hóa học và do vậy thường chỉ làm mất thuộctính sinh học của các phân tử sinh học.

Hình 2 Phân tử có khả năng kháng virus HIV

3.2 Các hiệu ứng xảy ra ở mức độ nhiễm sắc thể DNA

Do tác dụng trực tiếp hay gián tiếp, DNA có thể chịu các tổn thương sau:

- Đứt một nhánh

- Đứt hai nhánh

- Tổn thương nhiễm sắc thể

- Tổn thương điểm nối giữa các phân tử trong DNA

- Tổn thương điểm nối giữa DNAvà protein

- Tổn thương bội (Bulky Lession): Thuộc loại tổn thương gây tử vong vàkhông phục hồi được

Hình 3: Mô tả sự đứt gãy liên kết trong phân tử DNANếu tổn thương do bức xạ gây nên trên DNA là đủ lớn, thì có thể quan sátthấy những rối loạn của nhiễm sắc thể.

Rối loạn nhiễm sắc thể xảy ra khi một đoạn dài của ADN bị thay đổi, nóbao gồm: nhân đôi, bị cắt bỏ, thêm vào một đoạn gen, chuyển đoạn gen sangnhiễm sắc thể khác

Những rối loạn nhiễm sắc thể rất tiêu biểu do tác dụng của bức xạ là sựhình thành nhiễm sắc thể hai tâm và nhiễm sắc thể vòng

Hình 4: a) Nhiễm sắc thể bình thường, b) trái đứt ở cuối, phải đứt mộtkhe, c) rối loạn nhiễm sắc thể: trái mất một khoảng giữa, phải mất ở cuối d) haiđoạn của nhánh này bị cắt và nối sang nhánh khách e) nhiễm sắc thể nối thànhvòng f) hai nhánh bị cắt nối thành vòng g) một cặp nhiễm sắc thể bình thường.h) Hai nhiễm sắc thể dính lại thành một đoạn nhiễm sắc thể hai tâm + hai đoạnđứt hỗn hợp i) Hai nhiễm sắc thể trao đổi các đoạn cho nhau Từ b – f: nộinhiễm sắc thể Trường hợp h và i: giữa các nhiễm sắc thể.

3.3 Các hiệu ứng xảy ra ở mức độ tế bào

Sự thay đổi đặc tính của tế bào có thể xảy ra trong nhân và nguyên sinhchất của chúng sau khi bị chiếu xạ Trong nhiều trường hợp người ta thấy thểtích tế bào tăng lên do có sự hình thành các khoảng trống trong nhân và trongnguyên sinh chất của chúng sau chiếu xạ

Nếu bị chiếu xạ liều cao tế bào có thể bị phá hủy hoàn toàn Các tổnthương phóng xạ lên tế bào có thể làm cho:

- Tế bào bị chết do tổn thương nặng ở nhân và nguyên sinh chất;

- Tế bào không chết nhưng không phân chia được;

- Tế bào không phân chia được nhưng nhiễm sắc thể tăng lên gấp đôi vàtrở thành tế bào khổng lồ;

- Tế bào vẫn phân chia thành hai tế bào mới nhưng có rối loạn trong cơchế di truyền.

Khi phân tử có số lượng trên 100000 sẽ có chừng 10000 liên kết hóa học.Cấu trúc như thế này làm cho các phân tử sinh học gần giống như các tinh thểnhỏ Quá trình ion hóa không nhất thiết làm đứt nhiều liên kết hóa học đến mứcphân hủy phân tử mà nhiều khi chỉ làm thay đổi phân tử ở mức làm mất thuộctính sinh học của chúng

Các nghiên cứu cho thấy không phải toàn bộ các tế bào cùng có độ nhạycảm bức xạ giống nhau mà chúng rất khác nhau Ví dụ: tế bào ở tay chân có khảnăng chịu đựng lớn nhất, trái lại những mô ở trạng thái phát triển mạnh kémchịu đựng nhất, tủy xương thuộc loại mô này, tủy xương sản sinh ra hồng cầunên một trong những triệu chứng đầu tiên của bệnh phóng xạ là hồng huyết cầu

bị giảm, các cơ quan sinh dục cũng thuộc loại này

Hình 5: Tế bào hồng cầuNói chung, các mô của trẻ em, người đang ở độ tuổi phát triển (<18) thìtia phóng xạ nguy hiểm hơn là đối với người có tuổi

Ví dụ: Một số tế bào có độ nhạy cảm với bức xạ cao như:

 Các tế bào non đang trưởng thành (tế bào phôi);

 Các tế bào sinh sản nhanh, dễ phân chia (tế bào cơ quan tạo máu, niêmmạc ruột, tinh hoàn, buồng trứng );

 Các tế bào thần kinh tuy thuộc loại ít phân chia nhưng cũng rất nhạycảm phóng xạ

3.4 Các hiệu ứng xảy ra ở mức độ cơ thể

Tùy theo loại bức xạ ion hóa, năng lượng bức xạ, thời gian chiếu, liềuchiếu, đối tượng chiếu mà xuất hiện các hiệu ứng khác nhau

Các hiệu ứng xảy ra ở mức độ cơ thể được chia làm hai loại theo thời gianbiểu hiện của các hiệu ứng này

Hiệu ứng sớm (cấp tính): Là hiệu ứng xảy ra khi các cá thể bị chiếu bởi mức

liều lớn (liều toàn thân khoảng > 500mSv) Các biểu hiện bệnh do bức xạ gây ra

sẽ xuất hiện sau khoảng thời gian ngắn Các biểu hiện đầu tiên xuất hiện tạinhững cơ quan có tế bào nhạy cảm với bức xạ như:

- Máu và cơ quan tạo máu:

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

 Giảm limpho, bạch cầu, tiểu cầu và hồng cầu (xét nghiệm tuỷ xươngcho thấy giảm cả 3 dòng, sớm nhất là dòng hồng cầu)

Các hiệu ứng muộn được chia làm 2 loại:

- Hiệu ứng sinh thể bao gồm:

o Giảm tuổi thọ: đối với liều chiếu thấp mức độ giảm tuổi thọ không

rõ ràng, chưa thu được những số liệu thống kê có ý nghĩa về giảmtuổi thọ;

o Ung thư phổi: thợ mỏ khai khác Urani hoặc thợ hầm có tỷ lệ ungthư phổi cao do tác động của khí Radon và các đồng vị phóng xạcủa nó;

o Bệnh máu trắng: bệnh máu trắng cấp tính và mãn tính xuất hiện ởtủy, mức liều chiếu tăng làm tăng tỷ suất của bệnh máu trắng;

o Ung thư xương: chủ yếu gây ra do nhiễm bẩn phóng xạ;

o Đục nhãn cầu mắt: nếu bị chiếu xạ quá liều cấp diễn và trường diễnđều có thể gây đục nhân mắt, các bộ phận khác của mắt cũng bị hại.Đặc trưng đục nhân mắt do bức xạ là lớp tế bào ở mặt phía sau củathủy tinh thể bị tổn thương tạo thành vùng mờ ngăn cản ánh sáng đivào mắt

- Hiệu ứng di truyền:

o Thông tin di truyền cần để tạo ra một cơ thể mới và giữ đúng chứcnăng của nòi giống được chứa trong nhiễm sắc thể của các tế bào ditruyền (tinh trùng và trứng) đơn vị thông tin trong nhiễm sắc thể lànhững gen Mỗi gen là một tổ hợp rất nhiều đại phân tử DNA.Trong đó các thông tin di truyền được mã hóa theo dãy chuỗi cácphân tử xác định

o Các thông tin di truyền bị tác động bởi nhiều tác nhân gây đột biến,trong đó bức xạ ion hóa là một tác nhân Chúng làm đứt gãy cácdãy gốc trong phân tử ADN Khi thông tin của tế bào di truyền bịbiến đổi thì thế hệ con cháu của người bị chiếu xạ sẽ có khuyết tật