Biológiai dózisfogalmak

Az elnyelt dózis megfelelő mennyiség annak jellemzésére, hogy különböző determinisztikus hatások milyen mértékű sugárterhelésnél lépnek fel, emiatt is alkalmazzák mind a klinikai gyakorlatban, mind a kísérleti sugárbiológiában. Ugyanakkor igaz az is, hogy a különböző szövetek, illetve a különböző típusú sugárzások esetén ugyanaz a dózis nem ugyanolyan mértékű hatást vált ki még akkor sem, ha a hatás olyan jól definiált, mint a besugárzást túlélt sejtek és a besugárzott sejtek hányada. Ez utóbbi mennyiség egyebek mellett a sugárterápia hatékonyságának is fontos jellemzője. Arra a célra, hogy a különböző sugárzások hatását kényelmesen össze lehessen hasonlítani, a relatív biológiai hatékonyság (RBE – Relative Biological Effectiveness) mennyiségét használjuk, amely az azonos körülmények között azonos biológiai hatást kiváltó, referenciaként használt fotonsugárzás és a vizsgált sugárzás elnyelt dózisainak hányadosa.

A sugárzás biológiai hatása esetén  több olyan tényező van, amely befolyásolja az adott elnyelt dózist. Ezek közül az egyik leglényegesebb a sugárzás lineáris energiaátadási tényezője (LET – Linear Energy Transfer), amely azt mutatja meg, hogy a sugárzás egységnyi úthosszon mekkora energiát ad át környezetének. Mértékegysége a keV/μm. A nagyobb LET-értékű, azaz sűrűn ionizáló sugárzások súlyosabb károsodást okoznak, mint a kis LET-értékű, azaz ritkán ionizáló sugárzások.

A daganatterápiában az DNS-re gyakorolt hatásokra összpontosítunk. Megállapíthatjuk, hogy a DNS-sérülések száma egyenesen arányos az elnyelt dózissal, és éppen ezért kézenfekvő feltevés, hogy a sztochasztikus hatások kockázata is arányos az elnyelt dózissal. Ugyanakkor a kockázat és az elnyelt dózis közötti arányossági tényezőszintén több tényezőtől függ, ezek közé tartozik a sugárzás lineáris energiaátadási tényezője is. A sugárbiológiai kísérletek azt mutatják, hogy a kettőslánctörések száma arányos az elnyelt dózissal. A LET-értéktől függ viszont az, hogy ezek a kettőslánctörések hogyan helyezkednek el egymáshoz képest. Az alfa-részecskék vagy még nehezebb ionok pályája jó közelítéssel egyenes a közegben, így a sejtben és a sejtmagban is. Ennek megfelelően ezen egyenes mentén ionizálnak, és így a kettőslánctörések is egy egyenes mentén helyezkednek el a sejtmagban. Ezzel szemben a fotonok az anyaggal való kölcsönhatás következtében szóródnak, így nem egy egyenes mentén ionizálnak. A LET-értékbeli különbség pedig azt eredményezi, hogy csak sok fotonnal való kölcsönhatás eredményez akkora dózist, mint amely egyetlen alfa-részecskétől származik. Így a sok foton által előidézett kettőslánctörések nagyjából véletlenszerűen helyezkednek el az egész sejtmagban. A kettőslánctörések száma tehát azonos, viszont alfa-részecskék esetén ezek a kettőslánctörések jóval közelebb vannak egymáshoz, ami miatt jóval nagyobb annak a valószínűsége, hogy a DNS-darabokat nem sikerül megfelelően összeilleszteni. Könnyen előfordulhat, hogy egy-egy DNS-szakasz kimarad, elvész. Emiatt az alfa-részecskék sokkal hatékonyabbak a sejtpusztítást illetően is, miközben mutációt is jóval többet okoznak.

A fentieknek megfelelően az első figyelembe veendő tényező a sugárzás fajtája. A sugárvédelemben sugárzási súlytényezőket alkalmazunk, amelyekkel azt kívánjuk leírni, hogy a különböző sugárzások mennyire veszélyesek a sztochasztikus hatások szempontjából. Ez jelentős részben a sugárzás LET-értékétől függ. Például azt feltételezzük, hogy az alfa-részecskékből származó adott elnyelt dózis ugyanabban a szövetben hússzor akkora kockázatot jelent, mint gamma-sugárzásból származó, és így az alfa-részecskék sugárzási súlytényezője (w_R) 20, a gamma-fotonoké pedig 1. A többi sugárzás esetén is adottak ezek az értékek, a neutronok esetén az energia függvényében. A sugárzási súlytényezőkkel, sugárfajtánként összegzett elnyelt dózist egyenértékdózisnak nevezzük.

 Az egyenértékdózis jele a H_T, mértékegysége pedig a sievert (Sv). Valójában ez is J/kg-ot takar, sőt sok esetben (ha w_R = 1) a számértéke is megegyezik az elnyelt dóziséval, azonban a két mértékegység az eltérő tartalmuk miatt nem cserélhető fel egymással.

A másik fontos tényező, amely befolyásolja a sztochasztikus hatások kockázatát, hogy melyik szövetet/szervet érte a sugárzás. Egyes szövetekre sokkal inkább jellemző a rosszindulatú elváltozás, mint másokra, amit a sugárvédelem szintén súlytényezőkkel, szöveti súlytényezőkkel vesz figyelembe (w_T), és a valóságban inkább szervekhez rendeljük őket, mint szövetekhez. A szöveti súlytényezőkkel összegzett egyenértékdózist effektív dózisnak nevezzük.

Az egyenértékdózis jele a H_E (vagy újabban E), mértékegysége pedig ugyancsak a sievert (Sv), akárcsak az egyenértékdózisé. Itt tehát még jobban oda kell figyelnünk, hogy mindig konkretizáljuk, melyik dózisfogalomról beszélünk.