BIOLOGI RADIASI

Seminar Radiologi Pertemuan Ke-2

1. AISYA ALIFIANI – 1601100900522. ASTRI IKA – 1601100900533. 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 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 RadiasiWhaite, 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 :

RADIOSENSITIVITAS ORGAN DAN JARINGAN

Respon dari sebuah organ dan jaringan terhadap paparan radiasi ditentukan :

Luka Radiasi

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 AirWhaite, 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 target di dalam

sel– Interaksi tidak

langsung• 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

• 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

Asam Nukleat

• Perubahan pada struktur sekunder/tersier putusnya rantai hidrogen/ikatan disulfide denaturasi

Protein

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 kromosom

• Kerusakannya tergantung pada tingkatan sel

• Pengamatan dilakukan pd sel darah limfosit

Efek Radiasi Bagi ManusiaPusat Pendidkan dan PelatihanBadan 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• Pengukuran ini

digunakan ketika mempertimbangkan dosis radiasi terhadap suatu populasi, ex: kecelakaan nuklir

• Collective dose = effective dose (E) x population

• SI unit : man-sievert (man-Sv)

Dosis rata-rata• Pengukuran dosis per

satuan waktu (ex: dose/hour)

• SI unit : microsievert/hour (µSv h -1)

From National Council on Radiation Protection and Measurements: NCRPReports 93, 1987; 94, 1987; 95, 1987; 100, 1989.

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

PekerjaanNuclear fuel CycleFalloutLain-lain

<0.01<0.01<0.01<0.01

Total Buatan 0.6

Total Natural dan Buatan

3.6

Recommendations on Annual Limits for Human Exposure to ionizing Radiotion

Recommedation NCPR ICRP

Occupational Dose Limit

Relative to stochastic effects 50 mSv annual effective dose limit and 10mSv][age(yr)] cumulativeeffective 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

Non occupational (public)Dose Limits

Relative to stochastic effects 50 mSv annual effective dose limit for infrequent exposure and 1 mSv annual effective dose limit forcontinuous 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 andextremities

Embryo-fetus 0.5mSv equivalent dose limit per month after pregnancy is known

2 mSv equivalent dose after pregnancy has been declered

Dosis efektif untuk pasien dewasa standarX-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

0.007-0.0140.016-0.026

2 dental intraoral films— using 70 kV, 200 mm fsd,rectangular collimationand E speed film— using 50 kV, 100 mm fsd, roundcollimation and D speed film

0.002

0.016

Terima Kasih