Dawka skuteczna i ekwiwalentna a ryzyko radiacyjne Dariusz Kluszczyński
W języku potocznym słowo ryzyko oznacza możliwość niepowodzenia, porażki, straty lub przedsięwzięcie, czyn, którego wynik jest niepewny, wątpliwy. W statystyce, natomiast, słowo ryzyko jest równoważne prawdopodobieństwu. Możliwość wystąpienia skutków pozytywnych dla człowieka określana jest prawdopodobieństwem (np. prawdopodobieństwo wygranej), natomiast skutki negatywne takie, jak np. prawdopodobieństwo wypadku komunikacyjnego, śmierci określane jest słowem ryzyko. 2
Deterministyczne (ostre) efekty mogą powstać tylko wtedy, gdy dawki są znacząco wysokie, jak to zdarza się w czasie wypadków. Mają one charakter progowy. Stochastyczne efekty (nowotwory i choroby dziedziczne) mogą być spowodowane przez uszkodzenie tylko jednej komórki. Zwiększenie dawki prowadzi do wzrostu liczby uszkadzanych komórek, co z kolei powoduje wzrost prawdopodobieństwa rozwinięcia się choroby nowotworowej. 3
2006 2.4 2.4 1980 0.05 0.05 0.4 0.53 1.5 tło naturalne medycyna CT med. nukl. diag. rtg radiol. zabieg. inne 0.3 0.8 średnia dawka dla mieszkańca USA 4
efekty deterministyczne częstość występowania efektu efekty stochastyczne dawka dawka 5
Zależność efekt - dawka E = αd + βd 2 6
małe dawki < 100 msv? 7
Współczynnik efektywności dawki, mocy dawki D D D DDREF = D D D DDREF = 1 2 8
BEIR VII 9
10
11
12
Stochastyczne efekty działania promieniowania jonizującego w najprostszym przypadku opisują takie pojęcia jak: ryzyko względne (RR) zdefiniowane jako RR = O/E, gdzie O oznacza liczbę nowotworów obserwowanych w badanej populacji, a E oznacza liczbę nowotworów oczekiwanych w tej populacji, gdyby populacja ta nie była narażona; ryzyko dodatkowe (ER) zdefiniowane jako ER = O - E. 13
Dodatkowe ryzyko względne ERR 14
15
16
Napromieniowane populacje: ludzie napromieniowani w czasie wybuchów jądrowych ludzie napromieniowani w czasie awarii jądrowych i innych wypadków radiacyjnych pacjenci eksponowani w trakcie medycznych procedur ludzie eksponowani na promieniowanie naturalne pracownicy zawodowo narażeni na promieniowanie 17
Limity wykrywalności w radioepidemiologii DAWKA EFEKTYWNA [msv] 104 OBSZAR WYKRYWALNOŚCI Teoretyczny limit wykrywalności ze względów statystycznych (90% przedział ufności) 103 102 101 100 DAWKI CZARNOBYLSKIE OBSZAR BRAKU WYKRYWALNOŚCI 10-1 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 Liczba osób w badaniach oraz w grupie kontrolnej 1011 18
Cohen ecologic study Health Physics Volume 77 Number 3 September 1999 19
Przykład nowotwór piersi ERR = f ( D) g (β) BEIR V f ( D) = α1 D g (β) = { e e ( ) ( ) ( ) ( ) β1+β2 ln β2 ln T T +β3 ln2 20 20 T 2 T +β3 ln +β4 ( E 15) 20 20 ERR = α D e κ ln( A) dla E 15 dla E >15 } D dawka T czas od ekspozycji E wiek w czasie ekspozycji A osiągnięty wiek UNSCEAR 2006 20
Założenia do obliczeń dawka na 1 badanie: 4,5 mgy (0,2 msv) wartości maksymalne badanie wykonywane co 2 lata, a mianowicie w wieku: 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 60, 62, 64, 66, 68 lat przyjęto modele ryzyka opisane w BEIR V przyjęto rozkład spontanicznej umieralności na nowotwory piersi dla roku 2009 21
Nowotwór piersi 22
grupy wiekowe liczba nowotworów śmiertelnych UNSCEAR 2006 BEIR V spontan. (2009) BEIR V / spontan. [%] 50 69 9 16 2400 0,4 40 69 24 28 2800 0,8 40 49 14 13 400 3,6 23
białaczki (C91-C94) f d =0,243 d 0, 271d 2 { exp 4, 885 I T 15 2, 380 I 15 T 25 dla E 20 g β = exp 2, 367 I T 25 1, 638 I 25 T 30 dla E 20 gdzie: E jest wiekiem w czasie ekspozycji, T jest czasem jaki upłynął od momentu ekspozycji, funkcja I(T 15) oznacza, że I=1 dla T 15 i 0 w przeciwnym przypadku Model ten nie zawiera elementów różnicujących płeć osoby narażonej. Charakterystyczną cechą tego modelu jest zasadnicza różnica w wielkości ryzyka dla osób napromieniowanych przed 20-tym rokiem życia i potem 24
25 współczynnik umieralności na 100.000 osób,
układ oddechowy (C30-C34) f d =0,636 d T g β =exp 1, 437 ln 0, 711 I S 20 gdzie: T oznacza czas jaki upłynął od ekspozycji, I(S)=1 dla kobiet i 0 dla mężczyzn Ujemny współczynnik w eksponencie wskazuje na zmniejszanie ERR z czasem o czynnik 5 w okresie pomiędzy 10 a 30 lat od ekspozycji. W przypadku kobiet ERR jest ok. 2 razy większy niż dla mężczyzn. Wiąże się to z mniejszą dla kobiet śmiertelnością naturalną na te nowotwory. 26
27
układ pokarmowy (C15-C26) f d =0,809d g β =exp 0, 553 I S σ E { 0 dla E 25 σ E = 0,198 E 25 dla 25 E 35 1, 98 dla E 35 gdzie: E jest wiekiem w czasie ekspozycji, I(S)=1 dla kobiet i 0 dla mężczyzn 28
29
Wnioski Analiza współczynników dodatkowego ryzyka względnego (ERR) dla trzech grup nowotworów: białaczka (C91-C94), układu oddechowy (C30-C34) oraz układu pokarmowego (C15-C26) wskazuje na relatywnie wysoką wartość ERR, która wynosi maksymalnie 0,81. Biorąc pod uwagę ryzyko dodatkowe (ER), życiowe ryzyko śmierci dla popromiennej białaczki (10 msv/rok) wyniesie ok. 1 10-5. W przypadku pozostałych grup nowotworów ERR wynosi: 0,38 i 0,17 dla kobiet i mężczyzn dla nowotworów układu oddechowego oraz 0,17 i 0,12 dla kobiet i mężczyzn dla nowotworów układu pokarmowego. 30
31
Rok 2011 Ludność Polski Liczba ofiar śmiertelnych wypadków komunikacyjnych Roczne ryzyko śmierci w wypadku komunikacyjnym 38.501.000 4.189 11 x 10-5 Mały Rocznik Statystyczny Polski 2012 32
Ryzyko śmierci (na 100.000 osób, w roku 1999) Nowotwory Wszystkie Pęcherz moczowy Jama ustna i gardło Pęcherzyk żółciowy Chłoniak ziarniczy Jelito Nerka Krtań Białaczka Płuco Czerniak skóry Szpiczak mnogi Chłoniak nieziarniczy Przełyk Trzustka Odbytnica Żołądek Tarczyca Pierś Spontaniczne 229,52 7,78 4,66 5,75 1,08 24,74 5,66 4,14 6,21 48,51 2,38 2,07 3,50 3,65 9,79 9,00 17,84 0,79 24,64 dla 10 msv min średnia 1,33 <0 0,05 max 0,13 0,01 0,08 0,14 0,23 0,35 0,39 0,002 0,02 0,07 0,001 0,03 0,06 0,01 0,004 0,14 0,04 0,01 0,32 0,09 0,02 0,52 Na niebiesko dane o zachorowalności 33
Nie udało się wykazać indukcji przez promieniowanie jonizujące następujących nowotworów złośliwych: raka szyjki i trzonu macicy gruczołu krokowego chłoniaków złośliwych przewlekłej białaczki limfatycznej 34
Źródło: http://www.newswise.com/articles/view/529077/ na podstawie American Institute of Physics. Średnia dawka na osobę z tytułu narażenia medycznego wzrosła 5,9 raza, z 0,54 msv w 1980 r. do 3,2 msv w roku 2006. W tym samym okresie dawka kolektywna wzrosła 7,5 raza, z 124.000 Sv do 930.000 Sv. Liczba badań CT wykonana w USA wzrosła w ciągu ostatnich 14 lat z 18,3 miliona w 1993 r. do 62 milionów badań w 2006 r. W roku 2006 badania CT stanowiły 12% wszystkich medycznych procedur radiologicznych wykonanych w USA i jednocześnie stanowiły 45% dawki kolektywnej z tytułu ekspozycji medycznej. Obecnie badania te są tak szybkie i łatwe do przeprowadzenia, że powinniśmy być pewni, że wykonywane są one tylko wtedy, gdy jest to rzeczywiście niezbędne. Większość lekarzy ma niewielką wiedzę na temat ryzyka związanego ze zwiększoną ekspozycją medyczną. Korzyści wynikające ze stosowania medycznych procedur radiologicznych zdecydowanie przewyższają ewentualne ryzyko. 35
36
37
38
Benefits of Medical Radiation Exposures Pat Zanzonico, PhD, and Michael G. Stabin, PhD, CHP Conclusion These four examples above are only representative examples from the literature. The analysis could be extended to other studies and agents. But the conclusion is immediately clear the use of radiation in medicine saves hundreds to thousands of lives every year, while the entirely theoretical risks predicted by the LNT model are orders of magnitude smaller. 39
Czynnik Procent wszystkich chorób nowotworowych estymator zakres palenie tytoniu 31 29-33 napoje alkoholowe 5 3-7 dieta 35 20-60 naturalne hormony 15 10-20 infekcje 10 5-15 praca zawodowa 3 2-6 lekarstwa 1 0.5-2 promieniowanie e-m 8 5-10 prom. joniz. (głównie tło naturalne) 4.5 ultrafiolet 2.5 niskie częstości e-m <1 produkty przemysłowe <1 <1-2 zanieczyszczenia 2 <1-4 inne?? 40