BIOLOGI RADIASI Seminar Radiologi Pertemuan Ke-2 1. 2. 3.
AISYA ALIFIANI – 160110090052 ASTRI IKA – 160110090053 NITA HIDAYANTI – 160110090054
Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Padjadjaran 2013
Pendahuluan • Ilmu tentang efek ionisasi radiasi dalam sistem kehidupan (White&Pharoah) • Efek biologi ini secara umum terbagi dua : – Efek Deterministik – Efek Stokastik
Efek Biologi Efek Deterministik
• Efek somatik deterministik
Efek Stokastik
• Efek somatik stokastik • Efek genetik stokastik
•Efek Somatik terbagi lagi menjadi : • Efek akut / imediat muncul tak lama kemudian setelah paparan (eksposur) • Efek kronis / long-term muncul setelah jangka waktu yang panjang (periode laten ; 20 thn atau lebih) contoh : leukemia
Efek akut dari Biologi Radiasi Whaite, Eric.2003.Essentials of Dental Radiography&Radiology.
Efek Deterministik • Terjadi karena adanya kematian sel paparan radiasi sebagian atau seluruh tubuh • Ciri-ciri : – Memiliki dosis ambang – Keparahan respon sebanding dengan dosis radiasi – Terjadi hanya pada individu yang terpapar
• Contoh : – Terapi radiasi pada oral
• Efek somatik deterministik : – Efek kerusakan pada tubuh manusia dosis spesifik tinggi radiasi – Contoh : kulit kemerahan dan katarak
Efek Stokastik • Terjadi jika sel yang terkena paparan radiasi pengion mengalami modifikasi • Ciri-ciri : – – – –
Tidak memiliki dosis ambang Bersifat random Probabilitas kejadian bergantung dosis Dapat terjadi pada individu terpapar dan turunannya
• Contoh : – Radiation-induced cancer
Efek Stokastik contd. • Efek somatik stokastik : – – – –
Efek yang berkembang ; random Mungkin terjadi tubuh terekspos oleh bbrp dosis radiasi << dosis radiasi kecil kemungkinan kerusakan sel Contoh : leukemia dan beberapa tumor
• Efek genetik stokastik : – Mutasi pada gen atau kromosom – Radiasi pada organ reproduksi kerusakan DNA dari sperma atau sel telur kelainan kongenital
RADIOSENSITIVITAS SEL • Respon dari sebuah sel terhadap paparan radiasi ditentukan :
Aktifitas mitotik
Diferensiasi sel
Metabolisme sel
RADIOSENSITIVITAS ORGAN DAN JARINGAN Respon dari sebuah organ dan jaringan terhadap paparan radiasi ditentukan :
Dosis Kadar Dosis Oksigen Linear energy transfer
Luka Radiasi Radiografi diagnostik Melewati pasien dan mengenai dental film sinar X
Diserap oleh jaringan tubuh
Mekanisme luka radiasi Ionisasi
Pembentukan radikal bebas
Ionisasi •
• •
•
Ionisasi adalah peristiwa lepasnya elektron dari orbitnya karena ditarik atau ditolak oleh radiasi partikel bermuatan. Elektron yang lepas elektron bebas ; sisa atomnya menjadi ion positif Energi kinetik dari beberapa elektron mengakibatkan ionisasi lebih lanjut perubahan kimia di dalam sel kerusakan biologis Ionisasi mungkin berdampak : – Sedikit : perubahan kimia tidak mengubah molekul sensitif – Dalam : fungsi sel struktur penting (DNA)
Pembentukan Radikal Bebas • Sinar X menyebabkan kerusakan sel secara primer hingga pembentukan radikal bebas. • Pembentukan radikal bebas terjadi ketika suatu photon sinar X mengionisasi air, komponen primer dari sel hidup. • Suatu radikal bebas adalah suatu atom netral atau molekul yang ada dengan sebuah elektron, tidak berpasangan pada lapisan yang paling luar, sangat reaktif dan tidak stabil; waktu hidup radikal bebas sekitar 10-10 detik.
Mekanisme Radiolisis Air Whaite, Eric.2003.Essentials of Dental Radiography&Radiology.
Radikal Bebas contd. • Untuk mencapai stabilitas : (1)Mengkombinasi ulang tanpa menyebabkan perubahan pada molekul, (2)Berkombinasi dengan radikal bebas lain dan menyebabkan kerusakan, (3)Berkombinasi dengan molekul biasa dan membentuk toxin (misalnya hydrogen proxide)
Interaksi Radiasi pada Materi Biologi • Dua teori digunakan untuk menggambarkan bagaimana radiasi berdampak pada materi biologi : – Interaksi langsung • Spesifik dalam sel
– Interaksi langsung
target
di
tidak
• Sel hasil ionisasi air atau molekul lain di dalam sel
Interaksi Langsung • Photon sinar X langsung mengenai asam deoksiribonukeida (DNA) dari sel. • Luka langsung dari terpaparnya radiasi ionisasi jarang terjadi; >> photon sinar X dapat melalui sel dan menyebabkan kerusakan yang kecil atau tidak ada kerusakan.
Interaksi Tidak Langsung • Photon sinar X diserap dalam sel dan menyebabkan pembentukan toksin, yang nantinya merusak sel. • Misalnya, ketika photon sinar X diserap oleh air di dalam sel,akibatnya terjadi pembentukan radikal bebas. Radikal bebas berkombinasi membentuk toxin (misalnya H2O2), yang menyebabkan disfungsi seluler dan kerusakan biologi. • Luka tidak langsung ini diakibatkan karena radikal bebas yang berkombinasi dan membentuk toxin, bukan karena terkenanya langsung oleh photon sinar X. • Kemungkinan terjadi pembentukan radikal bebas dan luka tidak langsung sangat besar karena sel terdiri dari 80% air.
Interaksi Radiasi dgn DNA Asam Nukleat
• Putusnya salah satu untai DNA (single strand break) mutasi • Putusnya kedua untai DNA (double strand break) kematian sel dan karsinogenik • Change or loss of a base • Cross-linking of DNA strands within the helix to other DNA strands / protein • Disruption of hydrogen bonds between DNA strands
Protein
• Perubahan pada struktur sekunder/tersier putusnya rantai hidrogen/ikatan disulfide denaturasi
Interaksi Radiasi dengan Sel • Radiasi ionisasi dapat mempengaruhi inti sel, sitoplasma, dan keseluruhan sel. • Sel nukleus >>> sensitif terhadap radiasi daripada sitoplasma. • Kerusakan terhadap nukleus mempengaruhi kromosom yang berisi DNA menghasilkan gangguan divisi sel gangguan fungsi sel atau kematian sel.
Interaksi Radiasi dengan Sel contd. • Respon dari sebuah sel terhadap paparan radiasi ditentukan oleh yang berikut ini: – Aktivitas mitotik – Diferensiasi sel – Metabolisme sel
• Sel yang radiosensitif : sel darah, sel reproduktif tidak matang, dan sel tulang muda. • Sel yang paling sensitif terhadap radiasi : sel limfosit kecil. • Sel radioresisten : sel tulang, otot, dan saraf.
Aberasi Kromosom • Digunakan secara luas sbg biomarker akibat paparan radiasi berlebih • Diamati saat sel terradiasi mitosis DNA membentuk Mitosis kromosom • Kerusakannya tergantung pada tingkatan sel • Pengamatan dilakukan pd sel darah limfosit
G1
S
G2
Efek Radiasi Bagi Manusia Pusat Pendidkan dan Pelatihan Badan Tenaga Nuklir Nasional
Interaksi Radiasi dengan Jaringan dan Organ • Seperti pada sel, jaringan dan organ bervariasi dalam sensitifitas terhadap radiasi. • Organ radiosensitif : sel radiosensitif dan termasuk jaringan limfoid, sumsum tulang, testis, dan intestin. • Organ dan jaringan radioresisten : kelenjar ludah, ginjal, dan hati. • Organ kritis dental radiografi panoramik : – – – –
Kulit Kelenjar tiroid Lensa mata Sumsum tulang
High
Intermediate
Low
Organ limfoid
Vaskularisasi
Lensa mata
Sumsum tulang
Kartilago
Eritrosit dewasa
Testis
Tulang
Sel otot
Intestine
Kelenjar ludah
neuron
Membran mukus
Paru-paru
Ginjal liver
Tingkatan Relatif Radiosensitivitas pada Organ (White&Pharoah)
Dosis Radiasi • Istilah : – Dosis serap radiasi (D) – Dosis ekivalen (H) – Dosis efektif (E) – Dosis kolektif – Dose rate
Dosis serap radiasi (D) • Jumlah energi yang diserap dari sinar radiasi per satuan masa jaringan • Satuan SI : rad • Satuan lama : Gray (Gy) = joules/kg • 1 Gray = 100 rad
Dosis ekivalen (H) • Ukuran yang memungkinkan perbedaan keefektifan radiobiologi dari berbagai jenis radiasi • Memperhitungkan faktor bobot radiasi (Wr) • Satuan lama : rem • Satuan SI : Sievert (Sv) milisievert (mSv) (x10-3) mikrosievert (µSv) (x10-6) Ex: X-rays, gamma rays and beta particles WR = 1 • Equivalent dose (H) = radiation-absorbed dose (D) X radiation weighting factor (WR)
Dosis efektif (E) • Ukuran yang memungkinkan dosis dari pemeriksaan yang berbeda dari berbagai bagian tubuh dibandingkan • Memperhitungkan faktor bobot jaringan (Wt) • Effective dose (E) = equivalent dose (H) X tissue weighting factor (WT) • SI unit : Sievert (Sv) • subunit : millisievert (mSv) • Ketika istilah dosis digunakan, artinya dosis efektif
Dosis kolektif Dosis rata-rata • Pengukuran ini • Pengukuran dosis per digunakan ketika satuan waktu (ex: mempertimbangkan dose/hour) dosis radiasi terhadap • SI unit : suatu populasi, ex: microsievert/hour kecelakaan nuklir -1) (µSv h • Collective dose = effective dose (E) x population • SI unit : man-sievert (man-Sv)
Macam Paparan
Dosis
Natural
83 %
Eksternal : Cosmic
0.27
Terestrial
0.28
Internal : Radon
2.00
Lain-lain
0.4
Total Natural
3.00
Buatan
17 %
Medis : X-Ray Diagnosis
0.39
Perawatan nuklir
0.14
Produk Rumah tangga
0.1
Pekerjaan Nuclear fuel Cycle Fallout Lain-lain
<0.01 <0.01 <0.01 <0.01
Total Buatan
0.6
Total Natural dan Buatan
3.6
From National Council on Radiation Protection and Measurements: NCRP Reports 93, 1987; 94, 1987; 95, 1987; 100, 1989.
Recommendations on Annual Limits for Human Exposure to ionizing Radiotion Recommedation
NCPR
ICRP
Relative to stochastic effects
50 mSv annual effective dose limit and 10mSv][age(yr)] cumulative effective dose limit
50 mSv annual effective dose limit and 100 mSv in 5 yr cumulative effective dose limit
Relative to deterministic effects
150 mSv annual equivalent dose limit to lens of eye and 500 mSv annual equivalent dose limit to skin and extremitas
150 mSv equivalent dose limit to lent of eye and 500 mSv annual equivalent dose limit to skin and extremities
Relative to stochastic effects
50 mSv annual effective dose limit for infrequent exposure and 1 mSv annual effective dose limit for continuous explosure
1 msv annual effective dose limit and, if highter, not to exceed annual average of 1 mSv over 5 yr
Relative to deterministic effects
5 mSv annual equivalent dose limit lents of eye, skin and extremities
15 mSv annual equivalent dose to lent of eye and 50 mSv equivalent dose limit to lent of eye, skin and extremities
Embryo-fetus
0.5mSv equivalent dose limit per month after pregnancy is known
2 mSv equivalent dose after pregnancy has been declered
Occupational Dose Limit
Non occupational (public) Dose Limits
Dosis efektif untuk pasien dewasa standar X-ray examination
Dosis efektif (mSV)
CT chest
8.0
CT head
2.0
Barium swallow
1.5
Barium enema
7.0
Lumbar spine (AP)
0.7
Skull (PA)
0.03
Skull (Lat)
0.01
Chest (PA)
0.02
Chest (Lat)
0.04
Dental panoramic tomograph — excluding the salivary glands — including the salivary glands
0.007-0.014 0.016-0.026
2 dental intraoral films — using 70 kV, 200 mm fsd, rectangular collimation and E speed film — using 50 kV, 100 mm fsd, round collimation and D speed film
0.002
0.016
Terima Kasih
