1. 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

2. 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.

3. 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

4. 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.

6. Kozmičko zračenje Prirodni izvori

7. 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)

9. Zračenje:
Ionizirajuće:
Neionizirajuće:

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

12. 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+OH (free radicals)
Zajednički elektron
H-O-H  H+ + OH- (ionizacija)
H-O-H  H0+OH (slobodni radikali)

13. 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

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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.

19. Efektivna doza

20. 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

21. [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

22. 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

23. 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

25. 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 ( 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 ( 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)

26. 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

27. 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

29. 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
9/20/2018

30. 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

31. 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

32. 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

33. 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

34. 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

35. 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: /
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): doi: /dose-response 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 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
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: /phy
Radak Z, Chung HY, Koltai E, Taylor AW and Goto S 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
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.