Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Εμφιετζόγλου Δημήτριος, Καθηγητής, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων
Αστρακάς Λουκάς, Καθηγητής, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων
Κυριακού Ιωάννα, Επίκουρη Καθηγήτρια, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων
Περίληψη:
Υπόβαθρο: Μια ευρεία γκάμα ραδιονουκλιδίων που χρησιμοποιούνται στην διαγνωστική πυρηνική ιατρική, αποδιεγείρονται μέσω των φυσικών φαινομένων της αρπαγής ηλεκτρονίου (Electron Capture, EC) ή/και της εσωτερικής μετατροπής (Internal Conversion, IC). Το διεγερμένο άτομο στην συνέχεια υφίσταται αποδιέγερση και δύναται να εκπέμψει ηλεκτρόνια Auger εξαιρετικά χαμηλών ενεργειών. Σήμερα, η Διεθνής Επιτροπή Ραδιολογικής Προστασίας (International Commission on Radiological Protection, ICRP), για τον υπολογισμό της Ισοδύναμης Δόσης, προτείνει σταθερή τιμή για τον παράγοντα βαρύτητας ακτινοβολίας w_R=1 ανεξαρτήτως της ενέργειας του ηλεκτρονίου. Ως αποτέλεσμα, πειραματικά ευρήματα έχουν αναδείξει μεταβαλλόμενη τιμή του RBE για ραδιονουκλίδια που εκπέμπουν ηλεκτρόνια Auger ανάλογα με την ενδοκυτταρική τοποθεσία αποδιέγερσης του ραδιονουκλιδίου. Συγκεκριμένα, αποτελέσματα υψηλού-LET ακτινοβολίας (RBE>1) έχουν παρατηρηθεί όταν τα ραδιονουκλίδια είναι δεσμευμένα στο DNA, ενώ φαινόμενα χαμηλού-LET ακτινοβολίας (RBE~1) έχουν παρατηρηθεί όταν τα ραδιονουκλίδια είναι συγκεντρωμένα στο κυτταρόπλασμα και η αποδιέγερση τους συμβαίνει σε αυτό. Πρόσφατα, για ραδιονουκλίδια που είναι δεσμευμένα στην κυτταρική μεμβράνη έχει βρεθεί ότι μπορεί να είναι πιο ραδιοτοξικά από ότι στο κυτταρόπλασμα. Η παραπάνω ασυμφωνία μεταξύ του πειραματικού RBE και της προτεινόμενης τιμής w_R=1 από την ICRP, συνιστά πρόκληση στον υπολογισμό της Ισοδύναμης Δόσης κατά την χρήση αυτών των ραδιονουκλιδίων αλλά και του αντίστοιχου στοχαστικού ρίσκου που πηγάζει από αυτή.
Σκοπός: Στα πλαίσια αυτής της εργασίας γίνεται χρήση του Παράγοντα Ποιότητας της ακτινοβολίας (Quality Factor, Q) και προτείνεται μια απλή, αναλυτική και πρακτική μέθοδος για τον υπολογισμό του εντός του πλαισίου της ICRP. Ο νέος πλέον Q υπολογίζεται από την στάθμιση του ως προς την συνεισφορά του κάθε ηλεκτρονίου στην συνολική απορροφούμενη δόση D, και έχει τη μορφή της μέσης τιμής \bar{Q}. Στη συνέχεια γίνεται χρήση του μοντέλου για τον υπολογισμό του \bar{Q} για τα ραδιονουκλίδια Ga-67, Tc-99m, In-111, I-123, I-125, Tl-201 τα οποία είναι εκπομπή ηλεκτρονίων Auger, για διαφορετικές ενδοκυτταρικές τοποθεσίες, δηλαδή, δεσμευμένα στο DNA, κατανεμημένα στο κυτταρόπλασμα (Cy) ή δεσμευμένα στην κυτταρική μεμβράνη (CS).
Μεθοδολογία: Για τον προσδιορισμό της εξάρτησης του Q από την ενέργεια του ηλεκτρονίου Auger χρησιμοποιείται η σχέση Q-LET όπως προτείνεται στη Δημοσίευση 60 της ICRP. Οι τιμές του LET υπολογίζονται σε όλο το φάσμα των ηλεκτρονίων Auger (ήτοι 10 eV – 300 keV) συνδυάζοντας την σχέση του Bethe για το electronic stopping power (>1 keV) και διαφόρων χαμηλοενεργειακών μοντέλων. Ο νέος \bar{Q} για κάθε ραδιονουκλίδιο υπολογίζεται, ως το σταθμισμένο άθροισμα ανάλογα με τη συνεισφορά στην απορροφούμενη δόση του κάθε ηλεκτρονίου το οποίο τα κατηγοριοποιείται ως “stopper”, “crosser” ή ως συνδυασμός των δύο περιπτώσεων αναλόγως της ενδοκυτταρικής τοποθεσίας του ραδιονουκλιδίου.
Αποτελέσματα: Παρόλο, που ο παράγοντας ποιότητας Q αποτελεί αποκλειστική ιδιότητα του τύπου της ακτινοβολίας, η τιμής του νέου σταθμισμένου ως προς τη δόση \bar{Q} ποικίλει ανάλογα την ενδοκυτταρική τοποθεσία αποδιέγερσης του ραδιονουκλιδίου. Αναλόγως με τον συγκεκριμένο συνδυασμό ραδιονουκλιδίου και μοντέλου LET η τιμή του \bar{Q_{DNA}} βρέθηκε να κυμαίνεται μεταξύ 1.8 και 7.9, του \bar{Q_{Cy}} μεταξύ 1.0 και 1.4 και του \bar{Q_{CS}} μεταξύ 1.6 και 5.3. Ωστόσο, όταν υπολογίζεται η μέση τιμή ως προς όλα τα εξεταζόμενα μοντέλα LET για το κάθε ραδιονουκλίδιο, ο \bar{Q_{DNA}} κυμαίνεται μεταξύ 3.3 και 4.2, ο\ \bar{Q_{Cy}} μεταξύ 1.0 και 1.2 και ο \bar{Q_{CS}} μεταξύ 2.9 και 4.0.
Συμπεράσματα: Τα αποτελέσματα του προτεινόμενου μοντέλου είναι συμφωνία με την πειραματικώς παρατηρούμενη τάση, προβλέποντας σημαντικά αυξημένη βιολογική αποτελεσματικότητα για ραδιονουκλίδια τα οποία είναι συνδεδεμένα με το DNA ή την κυτταρική μεμβράνη σε σύγκριση με το κυτταρόπλασμα. Η συγκεκριμένη μέθοδος αποτελεί μια απλή, πρακτική και αναλυτική προσέγγιση για τον υπολογισμό της Ισοδύναμης Δόσης και συνεπώς και του αντίστοιχου στοχαστικού ρίσκου που πηγάζει από την έκθεση σε ραδιονουκλίδια που είναι εκπομποί ηλεκτρονίων Auger, εφόσον η ενδοκυτταρική τοποθεσία αποδιέγερσης τους είναι προσδιορισμένη.
Λέξεις-κλειδιά:
Πυρηνική ιατρική, Παράγοντας ποιότητας, Ισοδύναμη Δόση, Σχετική Βιολογική Αποτελεσματικότητα
