Uloga sporta u izloženosti dijagnostičkom ionizirajućem zračenju – potencijalni negativni i pozitivni učinci Doktorski studij kineziologije Modul Biomedicina sporta i vježbanja Granica ljudske sposobnosti Dražen Lovrić

Indikacije za dijagnostičko oslikavanje U vrhunskom sportu gotovo svako „bolno stanje” mišića ili zgloba se tretira po principu „SADA I ODMAH”... Indikacije za dijagnostičko oslikavanje su „inače” kada: klinička dijagnoza nejasna te tip terapije ovisi o konačnoj dijagnozi, klinička dijagnoza očigledna, ali opseg ozljede i/ili komplikacije mogu utjecati na liječenje, liječenje nije uspjelo i razlozi nisu jasni (točnost dijagnoze?), potrebni objektivni dokazi za dokazivanje postojanja, progresije ili rješavanja bolesti, potrebne preoperativne lokalizacije ili informacije za planiranje operacije.

Radiološke dijagnostičke metode Dijagnostičke metode s ionizirajućim elektromagnetskim zračenjem (zračenje koje ima dovoljnu energiju da razbije neutralne molekule u električki nabijene čestice - ione) su radiografsko snimanje (RTG) i kompjuterizirana tomografija (CT). Dijagnostičke metode bez ionizirajućeg elektromagnetskog zračenja su ultrazvuk (UZV)* i magnetska rezonancija (MR)* * do sada nemaju poznatog štetnog djelovanja

Zaštita od zračenja računa se da od ukupne količine zračenja kojoj je izloženo pučanstvo na prirodne izvore radijacije otpada 49%, a na umjetne izvore oko 51%. Među umjetnim izvorima, najveće je zračenje pučanstva (80-99% čak!) od uporabe različitih dijagnostičkih rentgenskih uređaja.

Kozmičko zračenje Prirodni izvori

Umjetni izvori zračenja Zaštita od zračenja Umjetni izvori zračenja svi oni izvori koje je u bilo koje svrhe proizveo čovjek umjetni izvori zračenja dijele se na medicinske i nemedicinske: medicinski izvori zračenja su: dijagnostički i terapijski rentgenski uređaji, te radionuklidi u nuklearnoj medicini (dijagnostička i terapijska primjena) nemedicinski izvori: nuklearne elektrane, akceleratori, talog pokusnih nuklearnih eksplozija, katodne cijevi (u gospodarstvu, istraživačkim laboratorijima i kućanstvu)

Zračenje: Ionizirajuće: Neionizirajuće:

Ionizirajuće zračenje Ionizirajuće Neionizirajuće Glavne vrste zračenja: Alfa čestice, beta čestice, gama zrake (ili fotoni), X-zrake (ili fotoni), neutroni

H-O-H  H+ + OH- (ionizacija) H-O-H  H0+OH0 (slobodni radikali) Radioliza H2O molekule Zajednički elektron The water molecule absorbs energy and disassociates into two radicals with unshared electrons in the valance shell. These are denoted by the symbols H0 and OH0 below H-O-H  H+ + OH- (ionization) H-O-H  H0+OH0 (free radicals) Zajednički elektron H-O-H  H+ + OH- (ionizacija) H-O-H  H0+OH0 (slobodni radikali)

ROS (reaktivni kisikovi spojevi) Slobodni radikali čestice s nesparenim elektronom (može biti atom, ion ili molekula) nastaju npr. homolitičkim cijepanjem veze HO-OH HO· + ·OH ROS (reaktivni kisikovi spojevi) Slobodni radikali: superoksid, O2· - hidroksilni radikal, ·OH peroksilni radikal, ROO· alkoksilni radikal, RO· hidroperoksilni radikal, HO2· Spojevi koji nisu slobodni radikali: vodikov-peroksid, H2O2 hipokloritna kiselina, HClO ozon, O3 singletni kisik, 1O2

Posljedice djelovanja ROS Regulacija Smanjena učinkovitost Aktivacija - rast a stanica - DNA polimeraze - prijenosa signala - diferenciranj a stanica - popravljanja DNA - proliferacije stanica - apoptoz e Oksidacijsko oštećenje Lipidna peroksidacija proteina Promjena stresom induciranih proteina i gena ROS Kemijske promjene Promjena konformacije DNA u b azama Pogreške u replikaciji MUTACIJA

Jedinice za mjerenje doze zračenja Doza izloženosti (ekspozicijska doza): označava onu količinu zračenja koja u masi od 1 kg izazove stvaranje količine iona od 1 kulona (C). SI: 1C/kg 1 Rendgen (R) = 2,58· 10 na -4 C/kg 1 C/kg = 3876 R Apsorbirana doza: označava količinu energije od 1 J (džula) koju zračenje preda masi od 1 kg. SI: 1 Gray (Gy). 1 rad = 0,01 Gy 1 Gy = 100 rad

Jedinice za mjerenje doze zračenja Ekvivalentna doza: označava biološki efekt absorbirane doze te se dobije umnoškom apsorbirane doze i RBE (relativni biološki efekt - faktor koji uzima u obzir način na koji određeni tip zračenja distribuira energiju u tkivu). SI: 1 Sievert (Sv). 1 rem (engl. rendgen equivalent for mammals) = 0,01 Sv 1 Sv = 100 rem

Jedinice za mjerenje doze zračenja Efektivna doza: uzima u obzir faktor relativne radiosenzitivnosti svakog tkiva ili organa i dobije se umnoškom ekvivalentne doze i težinskog tkivnog faktora (Wt, engl. tissue weigting factor). SI: 1 Sievert (Sv). Jedinice radoaktivnog zračenja: označava broj raspada u jednoj sekundi (dps; eng. disintegrations per second) Curie (C) = 3,7 · 10 na 10 dps Becquerel (Bq) = 1 dps

Izložen prirodnoj radioaktivnosti, čovjek godišnje primi dozu od oko 1 mSv. Za čovjeka je smrtonosna ekvivalentna doza od oko 10 Sv primljena kratkoročno po cijelom tijelu. Doza od 4 Sv smrtonosna je za 50 % ozračenih.. Najmanja kratkoročno primljena ekvivalentna doza koja može izazvati vidljive neposredne posljedice (privremenu promjenu krvne slike i mučninu) iznosi približno 500 mSv.

Efektivna doza

Kumulativna efektivna doza - neki elitni sportaši mogu tijekom karijere zbog brojnih ozljeda dostići kumulativnu efektivnu dozu od 30 mSv do čak 140 mSv – navedene doze prema linearnom(stohastičkom) modelu procjenjuju rizikod pojave karcinoma od 1 na 550 do 1 na 117. [3] Cross M. et al. Exposure to diagnostic ionizing radiation in sports medicine: assessing and monitoring the risk. Clin J Sport Med. 2003;13:164–170

[3] Cross M. et al. Exposure to diagnostic ionizing radiation in sports medicine: assessing and monitoring the risk. Clin J Sport Med. 2003;13:164–170

Rizici od zračenja u trudnoći Ovisni su o: Gestacijskoj dobi u trenutku snimanja Apsorbiranoj dozi Rizici su najveći za vrijeme organogeneze i u ranom fetalnom razdoblju, nešto manji u drugom i trećem trimestru

Kritična doza zračenja za pobačaj: Zaštita od zračenja Kritična doza zračenja za pobačaj: svjetska iskustva ukazuju na dozu od 50 mGy kao dozu ozračenja fetusa kod koje se još ne savjetuje arteficijelni pobačaj veći broj u svijetu relevantnih stručnjaka tu “graničnu” dozu pomiče na 100 mGy dužnost je radiologa savjetovati trudnicu koja je izložena većim dozama zračenja koje bi mogle uzrokovati oštećenje ploda

Teratogeno djelovanje - preporuke Fetalna doza 1 rad (10 mGy) Zadržati trudnoću, objasniti rizik prirodnih izvora. 1-5 rad (10-50 mGy) „wait and see”, sve dg. metode za rano otkrivanje anomalija (citologija, UZV...) 5-10 rad (50-100 mGy) Ako nema dodatnih faktora rizika (anamneza, naslijeđe, pušenje, alkohol, lijekovi..)tada „wait and see”; ako postoje dodatni faktori ima opravdanja preporuka za prekid trudnoće Fetalna doza 10-25 rad (100-250 mGy) Preporuka za prekid, osim ako roditelji prihvate mogućnost fizičke i mentalne anomalije te rane leukemije 25 rad (250 mGy i više) Bezuvjetni prekid trudnoće (teške anomalije i mentalna retardacija)

Biološki učinci zračenja Linearni model (stohastički model) - nema praga, rizik stvaranja karcinoma izravno proporcionalan dozi (genetska, teratogena, tumori (dojka, štitnjača, bronhi)) Deterministički (nestohastički model) - linearni kvadratni (LQ) model ili model „prag-ovisnost”, oštećenja se javljaju tek kad primljena doza pređe neku granicu (nova istraživanja pokazuju da se rizik od leukemije ponaša po LQ modelu) Teorija hormeze (adaptivni kompenzatorni odgovor) – niske doze zračenja mogu aktivirati gene uključene u mehanizme zaštite i popravka Supralinearni odgovor – preosjetjivost rizika pri niskim dozama

Hormeza Teorija hormeze; svaki proces u stanici ili organizmu koji pokazuje bifazični odgovor sa stimulacijom korisnih/”popravljačkih” tkivnih (staničnih) procesa (adaptivni odgovor) na niske doze te inhibicijom i oštećenjem tih procesa na izlaganje povećanim količinama tkivnih stresora. Radijacijska hormeza: Niskim dozama inducirana zaštita od oštećenja tkiva visokim dozama zračenja. [7] Scott BR. Radiation hormesis and the control of genomic instability. Nova Sciences Publishers, Inc.; Hauppage, NY: 2007c. pp. 139–180. 9/20/2018

Oksidativni stres definiran kao "neravnoteža između oksidansa (engl. reactive oxygen species (ROS) i antioksidansa u korist oksidansa, što može dovesti do oštećenja„ * u definici imputirana negativna konotacija oksidativnog stresa novija istraživanja oksidativni stres također uključuju u model hormese – adaptivnog odgovora [16] Katsuhiro Koyama. Exercise-induced oxidative stress: A tool for “hormesis” and “adaptive response”. The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine. Vol. 3 (2014) No. 1 p. 115-120. 9/20/2018

Radioadaptivni odgovor Istraživanja na životinjama i kulturama stanica pokazuju da ekspozicija tijela ili kultura stanica malim dozama zračenja smanjuje naknadna oštećenja uzrokovana većim dozama zračenja Pretpostavljeni mehanizmi : Prevencija štete: porast slobodnog glutationa, SOD (superoksid dismutaza) Popravak oštećenja: aktivacija i poboljšanje stope popravka DNA, Uklanjanje šteta apoptozom oštećenih stanica i popratna zamjena oštećenih zdravim stanicama, Stimulacija imunološkog odgovora, Zaštita i stanični ciklus: prijevremena diferencijacija i sazrijevanje do starenja. * [8] Feinendegen LE. (2005). Evidence for beneficial low level radiation effects and radiation hormesis. Br J Radiol 78: 3–7. ** [9] Kakinuma S et al. Low-dose radiation attenuates chemical mutagenesis in vivo. J Radiat Res 2009; 50: 401–405. *** [12] Cui, J.et al. Hormetic Response to Low-Dose Radiation: Focus on the Immune System and Its Clinical Implications. **** [13] Masuda S et al. (2015). Time‐and dose‐dependent effects of total‐body ionizing radiation on muscle stem cells. Physiological reports 9/20/2018

Vježbanje i radioadaptivni odgovor U preglednim radovima Radak i sur. i Koyama i sur. [15, 16] zaključuju da se učinci vježbanja na imuni sustav, slobodne radikale, funkciju mišića itd. mogu opisati krivuljom hormeze i oksidativnog stresa kao funkcije vježbanja 9/20/2018

Vježbanje i radioadaptivni odgovor U istraživanju De Lisio i sur. „Exercise-induced protection of bone marrow cells following exposure to radiation” te kasnijoj doktorskoj disertaciji „The adaptive response to exercise training: implications for radiation protection and bone marrow transplantation” Ispitivane hematopoetske matične stanice koštane srži te njihov odgovor na zračenje kod miševa koji su prethodno vježbali: 9/20/2018

Vježbanje i radioadaptivni odgovor Pokazali: pojačan odgovor antioksidantnog sustava i aktivnost metaboličkih enzima mitohondrija, pokazali da trening vježbanja inhibira zračenjem induciranu genotoksičnost i citotoksičnost, nakon transplantacije koštane srži prethodno vježbanje povećava: količinu hematopoetskih matičnih stanica bez utjecaja na njihovu funkciju, no prethodno vježbanim primateljima koštane srži poboljšana je vjerojatnost preživljavanja i poboljšana je hematopoetska regeneracija Zaključak: Vježbanje može biti uspješna terapijska intervencija koja reducira štetne učinke zračenja i poboljšava ishod transplantacije 9/20/2018

Hipoteza ? Tkiva s linearnim (stohastičkim) modelom ovisnosti o zračenju Žene, NHL, terapija zračenjem, ca dojke, sport Zna se za lakše podnošenje radijacijske i/ili kemoterapije terapije kod osoba koje vježbaju H1: Vježbanje pozitivno utječe na radioadaptivni odgovor i odgovorno je za manji postotak karcinoma dojke kod žena s NHL koje su se bavile sportom u odnosu na žene s NHL koje se nisu bavile sportom Problem longitudinalne studije i isključenja ostalih faktora; genetska podloga, ostali faktori oksidativnog stresa, terapijski protokol 9/20/2018

Literatura: United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Sources and effects of ionizing radiation. New York: United Nations, 2000.) Ron E. Cancer risks from medical radiation. Health Phys 2003; 85: 47–59. Cross M, Smart R, Thomson J. Exposure to diagnostic ionizing radiation in sports medicine: assessing and monitoring the risk. Clin J Sport Med. 2003;13:164–170. doi: 10.1097/00042752-200305000-00007. Liu S-Z, Liu WH, Sun JB. Radiation hormesis: its expression in the immune system. Health Phys. 1987;52:579–583. [PubMed]. Luckey TD. Radiation hormesis: The good, the bad, and the ugly. Dose-Response. 2006;4(3):169–190. [PMC free article] [PubMed]. Scott BR. It’s Time for a New Low-Dose-Radiation Risk Assessment Paradigm—One That Acknowledges Hormesis. Dose-Response. 2008;6(4):333-351. doi:10.2203/dose-response.07-005.Scott. Scott BR. Radiation hormesis and the control of genomic instability. In: Gloscow EJ, editor. New Research on Genomic Instability. Nova Sciences Publishers, Inc.; Hauppage, NY: 2007c. pp. 139–180. Feinendegen LE. 2005. Evidence for beneficial low level radiation effects and radiation hormesis. Br J Radiol 78: 3–7. Google Scholar. Kakinuma S, Yamauchi K, Amasaki Y, et al. Low-dose radiation attenuates chemical mutagenesis in vivo. J Radiat Res 2009; 50: 401–405. [PubMed] Doss M. Linear no-threshold model vs. radiation hormesis. Dose-Response.2013;11:480–497. Siegel JA, Pennington CW, Sacks B. Subjecting Radiological Imaging to the Linear No-Threshold Hypothesis: A Non Sequitur of Non-Trivial Proportion. J Nucl Med 2017; 58(1):1-6. Cui, J.; Yang, G.; Pan, Z.; Zhao, Y.; Liang, X.; Li, W.; Cai, L. Hormetic Response to Low-Dose Radiation: Focus on the Immune System and Its Clinical Implications. Int. J. Mol. Sci. 2017, 18, 280. Mancuso M, Pasquali E, Giardullo P, Leonardi S, Tanori M, Di Majo V, Pazzaglia S, Saran A. The Radiation Bystander Effect and its Potential Implications for Human Health. Curr Mol Med. 2012. Masuda S, Hisamatsu T, Seko D, Urata Y, Goto S, et al. (2015) Time‐and dose‐dependent effects of total‐body ionizing radiation on muscle stem cells. Physiological reports 3: e12377 doi: 10.14814/phy2.12377. Radak Z, Chung HY, Koltai E, Taylor AW and Goto S. 2008. Exercise, oxidative stress and hormesis. Ageing Res Rev 7:34-42. Katsuhiro Koyama. Exercise-induced oxidative stress: A tool for “hormesis” and “adaptive response”. The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine. Vol. 3 (2014) No. 1 p. 115-120. De Lisio M, Phan N, Boreham DR, Parise G. Exercise-induced protection of bone marrow cells following exposure to radiation. Appl Physiol Nutr Metab. 2011;36:80–7.