Part III: Biological Effects of Ionizing Radiation
Module III.1: Effects of Radiation at the Molecular and the Cellular Level
Lesson III.1.4: Biological Dosimetry
المقايس البيولوجية للجرع الإشعاعية
قسم البيولوجيا الجزيئية والتقانة الحيوية، هيئة الطاقة الذرية السورية، ص ب: 6091
تقدمت الطرائق المستخدمة في تقدير الجرعة الإشعاعية باستخدام المؤشرات البيولوجية، كثيراً في السنوات الأخيرة. وما زال التحليل الصبغي للخلايا اللمفاوية يلعب دوراً مركزياً، لكنه لن يبقى بعد الآن النظام الكمي الوحيد في قياس الجرعة بيولوجياً. وتبدو الطريقة الفضلى في جمع عدة مقايسات مستغلين ميزاتها النوعية مثل: الحساسية العالية في حالة ثنائيات القسيم المركزي Dicentrics في الخلايا اللمفاوية (ابتدءا من 0.05 Gy تقريباً من إشعاع منخفض نقل الطاقة الخطي LET)، والمدى الواسع للجرع المشمول بتقنية رنين الدوران الالكترون Electron Spin Resonance (ESR) (من 0.5 – 100 Gy)، وإمكانية تحديد تموضع التعرض الجزئي للجسم عند تحديد قطر الشعرة، والمعلومات التنبؤية الفردية المستحصلة من تغيرات في أعداد الخلايا الدموية بعد تعرض يتجاوز حوالي 1 Gy. يمكن، في حالات محددة، أن تحل طرائق أخرىمحل هذه المؤشرات ، أو تكملها، من أجل إظهار الأضرار الإشعاعية.
مقدمة:
إن لطرائق قياس الجرعة بيولوجيا ـ تقدير الجرعة الإشعاعية بواسطة قياس التغيرات المحرضة بالإشعاع في جسم الإنسان- عدد من التطبيقات. ويعد التطبيق الأكثر شيوعا لها، هو حالات الحوادث الإشعاعية التي ترتبط بنقص في القياس الفيزيائي للجرعة. يجب أحياناً تدعيم الطرائق الفيزيائية في قياس الجرعة بمقايسات بيولوجية، مثلاً بعد تعريض جزئي للجسم باستخدام مقياس جرعة فيزيائي خارج حقل التشعيع. إن فحص العداد للجرعات المقاسة فيزيائياً قد يكون ضرورياً في حالات معينة. أخيرا عندما يكون تقدير الجرعة معتمداً على طرائق بيولوجية، فإنه يجب أخذ التنوع البيولوجي بالاعتبار، لأنه من المتوقع وجود أكثر من فرد حساس إشعاعياً سوف يظهرون تأثيرات أكبر في المادة البيولوجية المقاسة منها في المتوسط. وفي هذه الحالات فإن الطرائق الفيزيائية تكون غير ملاءمة تماماً لهذه الغاية.
تم إثبات الأهمية البارزة للطرائق البيولوجية في تقدير الجرعة بحادثتين إشعاعيتين شديدتين هما: تشيرنوبل وغويانا. حيث كانت الطرائق الفيزيائية في كلتا الحالتين غير فعالة عملياً في قياس الجرعات وتقييم حالة المرضى. وقد أتت المعلومات الضرورية للأطباء من المعلومات البيولوجية [2,1] .
ويجب - بصورة عامة-أن يفي مقياس الجرعة البيولوجي المثالي بعدة متطلبات:
1- اعتماد جيد على الجرعة في المجال 20-30 ميلي سيفرت للتعرض الحاد و50 ميلي سيفرت للتعرض المزمن.
2- يجب أن يكون الأثر البيولوجي المختار نوعي وناتج عن التعرض الإِشعاعي.
3- يجب أن يسمح بتسجيل البيانات الخاصة عن التعرض الإشعاعي خلال فترة قصيرة بعد التعرض.
4- يجب أن يكون الأثر ثابت أو أن يعرف تطوره مع الزمن .
5- يجب أن يسمح بكشف التعرض الجزئي ويحدد موضعه تماما".
6- يجب أن يسمح بتطبيق هذا النظام عند التعرض الإشعاعي المجزأ أو المزمن .
7- يجب أن تكون نوعيات الأشعة المختلفة قابلة للكشف بهذه التقانة وبشكل خاص المصدرات الإشعاعية الداخلية.
8- يجب أن تكون المادة البيولوجية المدروسة بهذه الطريقة متوفرة بسهولة ودون اللجوء إلى تدخل راض.
9- يجب أن يكون التقييم سهلا أو قابلا للقراءة على الأجهزة[3].
لا يوجد حالياً نظام مثالي معروف يفي بكل المتطلبات المذكورة أعلاه، والمشكوك فيه فيما إن كان مثل هذا النظام سيصبح متوفراً. ومهما يكن، فإن بعض النظم تكون متتامة، لذلك فإن استخدام عدة طرائق قد يزودنا بالمعلومات المطلوبة. سنستعرض فيما يلي عدد من التقانات المنشورة والمعتمدة. والتي ستناقش بالتفصيل من أجل قابليتها للتطبيق على الإنسان. وهكذا، فإن هذا العرض سوف لن يغطي كامل الموضوع، ويمكن للتوسع الرجوع إلى المراجع التالية [6-4]
2- النظم المستخدمة كمؤشرات بيولوجية للأذى الإشعاعي:
2-1- نظم تتحرى التغيرات المحرضة بالإشعاع على المستوى الجزيئي:
2-1-1- رنين الدوران الالكتروني Electron Spin Resonance (ESR):
معلومات عامة:
تحرض الأشعة المؤينة تشكل الجذور الحرة والعيوب الشعرية في عدد من المواد الطبيعية والصنعية. يمكن تحديد عدد هذه الجذور الحرة بواسطة الـ ESR. وتحتاج هذه الطريقة لمادة ذات محتوى منخفض من الماء من ناحية أولى، ومن ناحية أخرى فإن عمر الجذور ليس كافياً. أظهرت الدراسات الأولية لـبرادي وأخرون عام [7] 1968 أن الأسنان كانت المادة الأكثر فائدة، يليها الأظافر. ولسوء الحظ فإن الشعر استجاب بتنوع عالٍ. وكان للعظم، على الأقل في بعض التجارب على الجرذان، حساسية غير كافية عند الجرعات المنخفضة حتى 5 Gy. هذه النتيجة الأخيرة قد تكون معتمدة على النوع، لأن كاراسيلي Caracelli وزملاؤه [8] قد أظهروا عام 1986 علاقة خطية لجرعة-أثر لعينات عظم البقر بين الـ 0.5 – 30 Gy. كما استخدم Mascarenhas وزملاؤه [9] عام 1973 طريقة الـ ESR لتقييم الجرعة الإشعاعية عند مسافات مختلفة من مركز قنبلة هيروشيما، بواسطة قياس المغناطيسية في عظام الضحايا. وتم تطبيق الطريقة أيضاً في الحادث الإشعاعي في النرويج. وكان للمواد غير البشرية (كالمركبات السكرية للحبوب التي حملتها الضحية صدفة) [10]. وبشكل خاص، المحار (الأزرار المأخوذة من ملابس الضحايا) عدد من الخصائص التي جعلتها مناسبة لقياس الجرعة بـ ESR. وقد تبين أن تطبيق تقنية ESR على الميناء السني للضحايا في حادث تشيرنوبل توافقت ضمن ± 20% مع تقييمات الجرعة المعتمدة على المعايير البيولوجية والسريرية [11, 1].
الحسنات Advantages:
يمكن الحصول على بعض المواد التي تسمح بقياس الجذور بسهولة (الأظافر) أو بعد جراحة مجهرية (الأسنان – العظم). ويمكن تطبيق طريقة ESR مباشرةً بعد التعرض الإشعاعي، لأن تشكل الجذور يحدث تلقائياً بعد التشعيع. بالإضافة لكون هذا القياس بحد ذاته سريع جداً. هذه المظاهر مجتمعة مع مدى الجرعة المشمول بالـ ESR (من 0.5 – 100 Gy) تؤهل هذا المقياس للجرعة من أجل مسح أولي سريع للتعرض الإشعاعي في حالات الحوادث الإشعاعية. وهذه الطريقة، على الأقل حتى الآن، ليست حساسة بشكل كاف من أجل مراقبة حدود الجرعة بعد التعرض المهني occupational exposure، لذلك طورت تقانة تستطيع أن تكشف في الميناء السني التعرض لجرعة 0.1Gy [12].
المساوئ Disadvantages:
إن التجهيزات الضرورية لـ ESR غالية الثمن نوعاً ما. وهي تحتاج لعدد من الدراسات الإضافية (بشكل خاص لأنواع الأشعة الأخرى غير أشعة غاما أو أشعة X)، مثل دراسة تأثير معدل الجرعة، والعوامل المتداخلة مثل درجة الحرارة والتلاشي (أو الزوال). ويجب أن يؤخذ عددً من المخاطر pitfalls بعين الاعتبار. حيث يمكن لعملية تقليم الأظافر أن تحريض تشكل الجذور [13]. وبالإضافة إلى ذلك فإن الجذور الحرة في الأظافر تتلاشى بسرعة [11]، وبالتالي فإن الفاصل الزمني بين التعرض وتحديد طيف الـ ESR يكون حرجاً. ويجب عند استخدام مادة الأسنان من أجل تقييم الجرعة الأخذ بعين الاعتبار أن الأسنان المنخورة تظهر ESR مختلف بعد التعرض الإشعاعي من الأسنان السليمة [14]، وإشعاعات X المستقبلة من الصورة الشعاعية السنية هي عامل إرباك Confounding factor[15].
2-1-2- المؤشرات الكيميائية الحيوية Biochemical Indicators:
معلومات عامة:
إنها لفكرة جذابة أن تستخدم التغيرات في التركيب الكيميائي لسوائل الجسم (اللعاب، الدم، البول) من أجل تقييم الجرعة الإشعاعية. بسبب تحرر الأنزيمات أو تحطم البروتينات والحموض النووية، فإن التغيرات في تركيز عدد من المواد تحدث بعد التعرض الإشعاعي، وقد تمت دراستها بتمعن من أجل الأميلازAmylase، التورينTaurine، التيميدينThymidine، ديوكسي سيتيدينDeoxycytidine، وغيرها [6 , 5].
لسوء الحظ، فإن واحداً من أكثر المؤشرات الكيميائية الحيوية الحساسة في الفئران، وهو تركيز التيميدين في مصل الدم [16]، يبدو أقل تطبيقياً (أو غير قابل للتطبيق) عند الإنسان [17, 16] بسبب المستوى المنخفض لتركيز التيميدين في المصل البشري وبسبب مثبطات أنزيم التيميدين كيناز، المستخدم في نظام المقايسة، في الدم البشري. ومن المشاكل المعروفة لجميع الطرائق الكيميائية الحيوية، بالإضافة إلى المشاكل النوعية المتعلقة بالطريقة النوعية، هو التنوع الكبير في تركيز الجزيئة قيد الدراسة. وهكذا، لا يمكن استخدام جميع المؤشرات البيوكيماوية المعروفة حالياً كمقياس جرعة كمي. على الرغم من أن بعضها يمكن تطبيقه بطريقة نصف كمية، مثل الأميلاز أو التورين.
الحسنات:
المادة الضرورية من أجل القياسات (اللعاب، الدم، البول) متوفرة بسهولة. وتتوفر أيضا طرائق روتينية بسيطة من أجل التحليل الكمي. وبشكل عام، فإن الوقت الذي تحتاجه هذه الطرائق قصير نسبياً.
المساوئ:
إن تنوع التراكيز عالٍ فوق المعتاد وهناك عدة عوامل (التغذية، الأمراض أو الإصابات، العلاج، الإيقاعات اليومية، الجهد) تؤثر على التراكيز. وهناك اعتماد قوي على الزمن. وتحدث معظم التغييرات خلال زمن قصير بعد التشعيع (خلال ساعتين) وتعود التراكيز إلى القيم الطبيعية خلال عدة أيام، لذلك لا يُتوقع وجود تأثيرات مستمرة. ويجب في بعض الحالات مثل (الأميلاز) تعرض مناطق نوعية من الجسم (الغدد اللعابية) للأشعة. ورغم ذلك، فإن التعرضات الجزئية للجسم لا يمكن كشفها. نفس الشيء يصح من أجل التعرضات المزمنة. أخيراً، معظم المعلومات المتوفرة عن هذا القياس اعتمدت على التجارب على الحيوانات.
2-2- نظم كشف التغيرات المحرضة بالإشعاع على المستوى الوراثي الخلوي:
2-2-1- الزيوغ الصبغية Chromosomal Aberrations:
معلومات عامة:
ما زالت طريقة حساب ثنائيات القسيم المركزي (Dicentrics) الأفضل لقياس الجرعة بيولوجياً. وبسبب الوصف الدقيق المتوفر في المنشورات العلمية لهذه الطريقة على سبيل المثال IAEA 1986 و [18] فسوف نشير إلى الخطوات الرئيسية فقط.
لا تتكاثر معظم اللمفاويات الدموية في الوسط الحي، لكنها تبقى في الطور G0 من الدارة الخلوية. وهكذا فإن التعرض للأشعة سوف يحرِّض زيوغاً صبغيةً chromosome-type aberrations بشكل خاص وليس زيوغا صبيغيية (كروماتيدية) chromatid-type aberrations، لأن تأذي الصبغي يحدث قبل تضاعف الـ DNA. يتم بعد أخذ العينة الدموية، تحريض تكاثر اللمفاويات في طور الراحة عبر إضافة الفيتوهيماغلوتينين phyto-haemagglutinin إلى وسط الزرع. ثم يضاف بعد حوالي يومين عامل كابح للطور الثاني من الانقسام، ثم تثبت اللمفاويات، ويتم حساب الزيوغ الصبغية. ولتجنب مزج أطوار ثانية من دارات خلوية مختلفة يضاف البروموديوكسي يوريدين إلى الوسط، مع تلوين لاحق للصبغيات بواسطة ملون متفلور fluorescence وملون غيمزا Giemsa. وهذا يسمح بكشف اللوحات الانقسامية في الانقسامات الأولى بعد التعرض.
تزوِّد ثنائيات القسيم المركزي بمعلومات قيّمة جداً عن الجرعة الإشعاعية. أظهر عدد من الدراسات أن كل مخبر يستخدم فيه ثنائيات القسيم المركزي لقياس الجرعة بيولوجياً عليه تأسيس منحنيات جرعة-أثر خاصة به من أجل مختلف أنواع الأشعة وشروط التعرض المختلفة. لإعطاء انطباع عن مدى أهمية المعاملات coefficients فقد وُضعت معادلة معتمدة على متوسطات غير وزنية للمعاملات لعدة مخابر من أجل تشعيع حاد بجرع أشعة منخفضة نقل الطاقة الخطي Low-LET كما هو موضح في المثال التالي [18]:
Y= 0.0005 + 0.047D + 0.062D2
وبشكل عام، يكون إحصاء 500 ميتافاز أو 100 ثنائي قسيم مركزي كافياً (IAEA 1986)(P.44). وقد يكون، في حالات معينة، من الضروري زيادة العدد إلى 1000 – 5000 ميتافاز.
الحسنات:
هذا المقياس البيولوجي للجرعة هو النظام التحري الأكثر شمولية (تام)thoroughly من جميع النظم الموجودة في هذه المقالة. حيث يملك حساسية عالية (تبدأ من 0.05 – 0.1 Gy من أجل إشعاع حاد منخفض LET) ومعروف بشكل جيد اعتماده على الجرعة حتى الـ 4 Gy. وهناك عدد من الدراسات حول أثر أنواع الأشعة المختلفة على علاقات جرعة-أثر (انظر الخلاصات 19 , 18)؛ في معظم الحوادث، ومهما يكن، فإن أشعة غاما لعبت الدور الحاسم.
من وجهة نظر إحصائية فإن التكرار التلقائي لثنائيات القسيم المركزي (1-2 في 2000 ميتافاز) هو إيجابي favourable. علاوة على ذلك فإن ثنائيات القسيم المركزي هي نوعية–للأشعة بشكل نسبي؛ قد تتداخل في تحريض هذه الزيوغ عدة مواد كيماوية فقط (مثل البليومايسين bleomycin، اندوكسان endoxan). إن تأثير الزمن بين التعرض والتحليل ليس حرجاً جدا، على الأقل إذا فكرنا في مدة عدة أسابيع. ويمكن كشف ثنائيات القسيم المركزي حتى عشرات السنين بعد التشعيع [20]، ومع ذلك فإن تواتر ثنائيات القسيم المركزي خلال هذه الفترة يكون، بالطبع، أقل منه بعد الإصابة الإشعاعية بوقت قصير.
قد يزودنا تحري التوزع overdispersion بمعلومات عن حالة حدوث تعرض جزئي للجسم أم لا [21]، لأنه في تلك الحالة فقط سوف يكون التفاوت أعلى من المتوسط (يساوي التوزع =overdispersion ) بسبب بعض الميتافازات المتأذية الموجودة تلقائياً مع جزء كبير من الميتافازات غير المتأثرة؛ ومهما يكن فإن تموضع حقل الإشعاع أمر مستحيل. إن تحري ثنائيات القسيم المركزي قد يعتني بتنوع في الحساسية الإشعاعية بين الأفراد [23 , 22]، وحتى من أجل الفرد نفسه في شروط فيزيولوجية مختلفة [22]. تم البرهان على قابلية تطبيق هذه الطريقة في عدد من الحوادث الإشعاعية [24,2,1].
المساوئ:
تحتاج هذه الطريقة إلى مستوى عالٍ من المهارة، وخبرة كبيرة في تحليل الزيوغ الصبغية. إن تقدير الجرعة الإشعاعية بواسطة هذه الطريقة مستغرق للوقت نوعاً ما، بسبب ضرورة زراعة اللمفاويات ليومين، ومن يوم إلى عدة أيام من أجل حساب الميتافازات، وبسبب وجود الصور المجهرية المعقدة فإن الأتمتة التامة صعبة، ولذلك يمكن الحصول علىبعض المعلومات باستخدام تقانةالقياس الخلوي بالتدفق أو تحليل الصورة (انظر [4] الصفحات 25-59, 67-76)، وهناك نظم فعالة لكشف الميتافاز متوفرة تجارياً. قد تنشأ المشاكل في الجرعات العالية (التي تتجاوز الـ 5 Gy تقريباً)، لأن عدة لمفاويات فقط سوف تكون قادرة على الوصول إلى الانقسام الخيطي. وإن منحنيات جرعة-أثر تصل إلى حد الإشباع عند الجرعة 8 Gy.
2-2-2- النوى الصغيرة Micronuclei:
معلومات عامة:
النوى الصغيرة هي جسيمات توجد في السيتوبلاسما وتتألف من المادة نفسها الموجودة في النواة الرئيسية. وهي لا تكون مضمنة ضمن النواة الرئيسية أثناء الانقسام الخيطي mitosis، بسبب: فقدان الجسيم المركزي (شُدف لا تحوي مريكز)، أو وجود أكثر من جسيم مركزي واحد، أو خلل في الحركية kinetichore، أو تخرب ألياف المغزل. يمكن كشف النوى الصغيرة، بعد التعرض الإشعاعي، في كل الأنماط الخلوية. وهي تتطلب فقط أن تكون الخلايا قد انقسمت مرة واحدة على الأقل بعد التعرض. من أجل قياس الجرعة بهذه الطريقة، تشكل اللمفاويات الخلايا الأكثر ملائمة، بسبب المعرفة الدقيقة لمرحلة الدارة الخلوية عند التعرض للأشعة. تظهر الخلايا المتكاثرة وغير المتزامنة حساسيات إشعاعية مختلفة حسب أطوار الدارة الخلوية. وتتغير الحساسية مع الزمن حتى ضمن الطور الواحد من الدارة الخلوية (G2)[25].
كان العائق الكبير لتحديد النوى الصغيرة في اللمفاويات في الماضي، استحالة تمييز اللمفاويات غير المحرضة، واللمفاويات التي انقسمت مرة واحدة، واللمفاويات التي أنجزت أكثر من انقسام واحد. بشكل خاص الجزء المتقلب fluctuating من اللمفاويات غير المنبهة في فئات مختلفة من الناس ينتج عن انحراف محدد في تقدير الجرعة، لأنه لا يمكن توقع نوى صغيرة محرضة بالإشعاع في هذه اللمفاويات. تم التغلب نوعاً ما على هذه المشكلة الجديّة من خلال إضافة السيتوشيلازين Cytochalasin B إلى وسط الزرع [26]. يعيق السيتوشيلازين الانقسام الخلوي دون التدخل بانقسام النواة. وهكذا، فإن كل اللمفاويات التي انقسمت لمرة واحدة بعد التعرض الإشعاعي تظهر نواتين في السيتوبلاسما ويتم تعداد النوى الصغيرة فقط في الخلايا الثنائية النوى.
يجب على كل مخبر، بشكل مشابه لحالة ثنائيات القسيم المركزي، ينوي استخدام مقايسة النوى الصغيرة كمقياس بيولوجي للجرعة أن يكوِّن لديه منحنيات جرعة-أثر خاصة به من أجل أنواع الأشعة المختلفة ومختلف شروط التعرض الإشعاعي. ومن أجل إعطاء فكرة عن أهمية مثل هذه العلاقة للجرعة-أثر فقد وضعت معادلة [27]من أجل أشعة روتنجن (250 kVp X-rays) كمثال:
Y= 0.013 + 0.117D + 0.0087 D2
الحسنات:
إن تعداد النوى الصغيرة سريع وسهل نسبياً. ويمكن تحقيق الأتمتة التامة في المستقبل. تشير معلومات الوسط الزجاجي على الأقل إلى إمكانية تطبيق النوى الصغيرة كمقياس بيولوجي للأشعة [28 , 27. كما ويبدو أن تحري الاختلافات في الحساسية الإشعاعية بين الأفراد ممكناً [29]. وقد ازدادت بعد إدخال تقنية السيتوشيلازين حساسية مقايسة النوى الصغيرة بشكل كبير. إذا كانت مستويات التعريض الأولي الفردي لتكرار النوى الصغيرة متوفرة فإن التعرضات لـ 0.05 Gy يمكن أن تكون قابلة للكشف؛ بدون المعلومات الشاهدة هذه فإن مستوى الكشف لـ 0.1 Gy يبدو أكثر واقعية [27].
المساوئ:
إن تحديد النوى الصغيرة / الخلية Per cell ليس بمقدار حساسية الزيوغ الصبغية، ولكن يمكن تعداد عدد اكبر من الخلايا الزمن المحدد. وقد تتداخل الجرعات العالية مع التكاثر أو حتى تمنع الانقسام بشكل تام؛ وهذا ما يجب أخذه بعين الاعتبار. إن التمييز بين التعريض الكلي والجزئي للجسم أكثر صعوبة منه في حالة الزيوغ الصبغية (النوى الصغيرة تبدي فرط تشتت) [25 , 24]، إن فرط التشتت يمكن استخدامه كمؤشر للتعرض الجزئي للجسم عندما يتم تحديد الزيوغ الصبغية.
3-2-2- التكثف الصبغي قبل الوقتي
Premature Chromosome Condensation:
معلومات عامة:
ينتج عن اندماج خلايا الدم المحيطي وحيدة النواة مع خلايا CHO قسومة بمساعدة بولي ايتيلين غليكول (PEG) تكثفاً صبغياً قبل وقته لخلايا الطور البيني [31, 30]. يتلاشى الغشاء النووي بسرعة، وبعد التكثف التام للكروماتين يمكن رؤية 46 صبغي مفرد الكروماتيد. إن التأثيرات الإشعاعية تظهر نفسها كشُدف؛ وهكذا، فالمادة الكروماتيدية في 46 صبغي كروماتيدي تحسب وتستخدم في تقدير الأذى الوراثي الخلوي.
الحسنات:
بالمقارنة مع تحديد الزيوغ الصبغية أو النوى الصغيرة في اللمفاويات، فليست هناك حاجة لتحريض التكاثر الخلوي من أجل تقييم الأذى الوراثي الخلوي باستخدام تكاثف الصبغي قبل الوقتي. وهذا يؤدي إلى تفادي الصعوبات التي تنشأ من التنوع في نجاح التحريض، بالإضافة لذلك، فالتخليل يكون أسرع، ويتم الحصول على النتائج خلال ساعتين من الحصول على نصف مل دم [30]. وتكون هذه الطريقة أيضاً قابلة للتطبيق بعد الجرعات العالية (أكثر من 5 Gy)، لأنه لا حاجة للخلايا أن تصل إلى الانقسام الخيطي.
المساوئ:
دراسات قليلة متوفرة عن هذا الموضوع [31,30])+ مراجع في هذه الدراسات). تحتاج إلى أبحاث مكثفة إضافية، وبشكل خاص فيما يتعلق بالعوامل التي يمكن أن تتدخل في عملية الاندماج وهذا ينتج عنه انتقاء للخلايا.
2-3- نظم تتحرى التغيرات المحرضة بالإشعاع على المستوى الخلوي:
2-3-1- تكوُّن الدم Haemopoiesis:
معلومات عامة:
يتم في الحالات العادية فقدان الخلايا من الدم المحيطي تبعاً للاستهلاك consumption أو الشيخوخة aging وتتم موازنة هذا الفقدان بإنتاج خلايا دموية جديدة من خلايا جذعية (أرومة) Stem cells تتموضع بشكل رئيسي في نقي العظم. تتثبط الفعالية الانقسامية للخلايا الجذعية أو تتوقف كليا بعد التعرض للأشعة بشكل متناسب مع جرعة التعرض. وبالإضافة لذلك، يعاني جزء من اللمفاويات المحيطية موت بيني (interphase death). وهكذا، يتناقص عدد الخلايا الدموية المحيطية طبقا لحساسيتها الإشعاعية (في حالة اللمفاوياتLymphocytes) ومدة حياتها المتوقعة، حيث تتأثر اللمفاويات أولاً، يليها المحبباتGranulocytes، ثم الصفيحات الدمويةThrombocytes، وأخيراً الكريات الحمراءErythrocytes[33 , 32]. من الأهمية بمكان من أجل التشخيص المبكر حساب معدل اختفاء اللمفاويات، ومن أجل التنبؤ حساب عدد العدلات والصفيحات بعد عدة أيام.
الحسنات:
لعب هذا النظام، وما زال، دوراً سريرياً رئيسياً، لأن حركيات فقدان الخلايا الدموية المحيطية تزوِّد الطبيب بمعلومات قيّمة عن التنبؤ ومعالجة الأمراض الإشعاعية. وبما أن تعداد خلايا الدم هو طريقة روتينية في المؤسسات الطبية لذلك يكون كثير من الأشخاص مدربين جيداً للقيام بهذا التحليل بسرعة. أيضاً، فإن التغيرات في تردد frequency خلايا الدم تحدث باكراً بشكل كافٍ لاتخاذ قرار يتعلق بمعالجة ضحايا الحوادث الإشعاعية.
المساوئ:
إن حساسية هذا النظام منخفضة نوعاً ما. ويجب، بشكل عام، أن تكون الجرعات فوق 1 Gy وإن تقييم الجرعة غير دقيق تماماً، بسبب التنوع العالي المرتبط بعدد خلايا الدم. هذا التقييم غير مناسب للتأثيرات الإشعاعية الحادة ومعالجتها طبياً، لأنه لا يُتوقع حدوث مثل هذه التأثيرات الحادة عند التعرض لجرعة أقل من 1 Gy. وتظهر المشاكل، عندما نريد تقييم بعض التأثيرات العشوائية stochastic (أمراض ورمية، ووراثية). وهناك سيئات إضافية تتعلق باستحالة التمييز بين التعريض الكلي والتعريض الجزئي للجسم.
3-2- تكون النطاف Spermatogenesis :
معلومات عامة:
إن بعض مراحل تطور الخلايا المولدة للنطاف spermatogonia إلى أرومات spermatids هي حساسة جداً للإشعاع. وبشكل خاص، فإن التأثيرات الإشعاعية على نسبة مختلف المراحل التطورية في الطور S يمكن كشفها بواسطة القياس الخلوي التدفق، بشكل سريع (15 دقيقة) ودقيق [34]. ويمكن كشف جرعات إشعاعية صغيرة بمقدار 0.1 Gy.
الحسنات:
إن الحساسية العالية نوعاً ما والفترات الزمنية القصيرة التي نحتاجها لأجل التحليل هي حسنات كبيرة لنظام قياس الجرعة هذا. إن حقيقة أن التعرض الإشعاعي للغدد التناسلية يمكن قياسه يمكن اعتباره ميزة كبيرة، حيث تبيَّن أن الخطر الوراثي عند الرجل هو أقل مما يفترض أساساً [35].
المساوئ:
لهذه الطريقة عدد من المشاكل، فالدور المركزي في قياس الجرعة البيولوجية يبدو مستبعداً. حيث يمكن استعمالها فقط عند الذكور، وبالتحديد عند الذكور الذين لديهم تكوُّن سليم للنطاف. كما ويجب إجراء الاختبارات في الحقل الإشعاعي. بالإضافة إلى كون هذه الطريقة رضية invasive وتحتاج لتجهيزات غالية نوعاً ما (التدفق الخلوي). وإجراء التحليل بعد التعرض بوقت قصير (حتى يومين) غير ممكن. كما أنالمعلومات من أجل الرجال غير متوفرة، والمعلومات عن الفئران محدودة وتعود بشكل رئيسي لأشعة غاما و X والتشعيع الحاد بجرعات مفردة ([34] + مراجع في تلك الورقة).
2-3-3- الشعر:
معلومات عامة:
إن الموت الخلوي المعتمد على الجرعة في جريبات الشعرhair follicles ينتج عنه تناقص قطر thinning الشعر. يمكن من ناحية أولى قياس نسبة فقدان ليونة الشعر dysplastic[36]، وإحصاء الزيوغ الصبغية في ظهارة الشعر المقتلع [38 , 37]، وحساب نسبة الخلايا الميتة (موت خلوي مبرمج(apoptotic في جريبات أو قطر الشعرة [40 , 39] وعدد نوى الخلية في لب الشعرة [40].
الحسنات:
إن عدداً من الحسنات يجعل هذا النظام جذاباً جداً. حيث يمكن الحصول على الشعر بسهولة من معظم أجزاء الجسم. وهكذا يكون التعريض الجزئي للجسم قابلاً للكشف، والأكثر أهمية هو إمكانية تحديد التوضع التام للتعرُّض. ويتم تخزين المعلومات عن كمية الجرعة الإشعاعية لفترات زمنية طويلة نسبياً، على الأقل عند تحديد قطر الشعرة. كما ويبدو أن التحليل الألي لقطر الشعرة ممكناً.
المساوئ:
يكون النظام المؤشر الأكثر حساسية (الخلايا الميتة في جراب الشعرة، 0.05 – 1 Gy) ممكننا فقط من خلال طرق رضية، ويعتمد تطبيقها على الزمن (بعد زمن قصير فقط من التشعيع). إن النظم المتوفرة بسهولة (قطر الشعر، ليونة الشعر) أقل حساسية (1 – 10 Gy و 2 – 10 Gy على التسلسل)، وتحتاج هذه التأثيرات للظهور من 2 – 3 أيام على الأقل ؛ والزمن الأمثل لهذا المقياس هو7 – 14 يوم. يتوقع فيما يتعلق بالحساسية حدوث بعض التقدم عندما يصبح من الملائم قياس الحجم بدلاً من القطر [40]. حصل على المعلومات المتوفرة عن هذا المقياس حتى الآن، من التجارب على الفئران؛ ولا زالت المعلومات عن البشر محدودة. وعلينا بشكل خاص، تعلم المزيد عن الاختلاف بين مختلف مواقع الجسم وبين الأفراد.
2-4- نظم أخرى:
تمت دراسة عدد من النظم الأخرى لتحديد قابليتها لقياس التعرض الإشعاعي:
التخطيط الدماغي الكهربيelectroencephalography [41 , 6]، الطفرات في موقع غليكوفورين آ Glycophorin A والذي ينتج عنه كريات حمراء شاذة [42]، حركية الرحلان الكهربائي للخلايا. ارتباط الليكتين lectin إلى الأغشية الخلوية، الخلايا المولدة للدم، والمؤشرات المناعية [5] . وتحتاج هذهالطرائق إلى مزيد من الأبحاث الإضافية والمركزة. أما فيما يتعلق بالمؤشرات المناعية فمن المشكوك فيه فيما إذا كانت قابلة للتطبيق بشكل عام، بسبب وجود عوامل مثبطة ( جهد، أمراض، العمر، التطبيب، الإضطرابات الفيزيولوجية).
مظاهر أخرى:
تعتمد جميع النظم المذكورة أعلاهً على خبرة بشرية محددة، ربما باستثناء تحديد ثنائيات الجسيم المركزي في اللمفاويات البشرية. هذا ليس بالضرورة سيئة في الطرائق نفسها، فهذه المشكلة يمكن التغلب عليها على الأقل فيما يتعلق ببعض التقنيات في المستقبل، ولكنها سيئة بالنسبة لطرائق يجب استخدامها كمقياس بيولوجي للأشعة الآن. لذلك نحتاج إلى دراسات إضافية مركزة تسمح بتقييم أفضل للآثار عند البشر. يمكن حالياً تحديد الجرعة الإشعاعية بعد تعريض خارجي وحاد ولكامل الجسم بشكل دقيق نسبياً باستخدام المؤشرات البيولوجية. ولكن تنشأ بعض الصعوبات في حالة التعرض للمنابع الداخلية، مع تعرض مزمن ومجزأ، ومع توضُّع دقيق لتعرض جزئي للجسم.ويبدو حالياً، إن جمع عدة طرائق أكثر معقولية: مقياس الطيف ESR أولاً، مقياس أولي crude غير دقيق للجرعة؛ الأضرار الوراثية الخلوية في اللمفاويات من أجل تقييم جرعة أكثر دقة وكمحدد للتعرض الجزئي للجسم؛ وقطر الشعرة من أجل توضع دقيق في حالة تعرض جزئي للجسم، هذا لا يعني أن كل النظم الأخرى المذكورة في هذه المقالة تعتبر عديمة القيمة، ولكن تطبيقها سوف يعتمد بشكل رئيسي على حالة محددة أثناء الدراسة.
أحد الأهداف الرئيسية مستقبلاً هو تطوير نظم تقييم أوتوماتيكيةً. ويبدو تقييم النوى الصغيرة في اللمفاويات ثنائية النوى التطبيق الواعد لتحقيق ذلك، بسبب النموذج البسيط نسبياً الذي يجب تمييزه من قبل المحلل.
References:
[1] Guskova A. K., Barabanova A. V., Baranov A. Y., et al, 1988, UNSCEAR Report, pp. 613-631.
[2] Ramalho A. T., Nascimento A. C. H., Natarajan A. T., 1988, Radiation Protection Dosemetry, 25, 97-100.
[3] Muller W. U. and Streffer C., 1991, Int. J. Radiat. Biol., 59, 863-873.
[4] Eisert W. G., and Mendelsohm, M. L., 1984, Biological Dosimetry.
[5] Kaul A., et al. 1986, Biological Indicators for Radiation Dose Assessment, 2/86.
[6] UNSCEAR 1988, Report: Sources and Effects of Ionizing Radiation, pp. 583-612.
[7] Brady J. M., Aarestad N. O., Swartz H. M., 1968, Health physics, 15, 43-47.
[8] Caracelli I., Terrile M. C., Mascarenhas S., 1986, Health physics, 50, 259-263.
[9] Mascarenhas S., Hasegawa A., Takeshita K.,1973, Bulletin of the American Physical Society, 18, 579.
[10] Sagstuen E., Theisen H., Henriksen T., 1983, Health Phisics, 45, 961-968.
[11] Nakajima T., 1989, British J. Radiology, 62, 148-153.
[12] Pass B. and Aldrich J. E., 1985, Medical Physics, 12, 305-307.
[13] Chandra H., and Symons M. C. R., 1987, Nature, 328, 833-834.
[14] Neubachier H. and Lohnmann W.,1986, Biological Indicators for Radiation Dose Assessment, pp. 57-69.
[15] Aldrich J. E. and Pass B., 1986, Radiation protection Dosimetry, 17, 175-179
[16] Feinendegen L. E., Muhlensiepen H., Porschen W., Booz J.,1982, Int. J. Radiat. Biol., 41, 139-150.
[17] Stamm A., Willich N., Stumpe E., Bogl W., 1986, Biological Indicators for Radiation Dose Assessment, pp. 204-210.
[18] Bender M. A., Awa A. A., Brooks A. l., Evans H. J., et al., 1988, Mutation Research, 196, 103-159.
[19] Zoetelief J. and Broerse J. J., 1990, Int. J. Radiat. Biol., 57, 737-750.
[20] Sasaki M. S. and Miyata H., 1968, Nature, 220, 1189-1193.
[21] Lloyd D. C., Edwards A. A., Prosser J. S., et al., 1987, Mutation Research, 179, 197-208.
[22] Kakati S., et al. 1986, Cancer Genetics and Cytogenetics, 22, 137-141.
[23] Taylor A. M., Metcalfe J. A., McConville C., 1989, Int. J. Radiat. Biol., 56, 677-684.
[24] Hubner K. F., Littlefield L. G., Dufrain R., 1986, Biological Indicators for Radiation Dose Assessment, pp. 17-34.
[25] Muller W. U. and Streffer C., 1984, Mutation Research, 125, 65-70.
[26] Fenech M. and Morley A. A., 1985, Mutation Research, 147, 29-36.
[27] Prosser J. S., Moquet J. E., Lloyd D. C., EdwardsA. A., 1988, Mutation Research, 199, 37-45.
[28] Fenech M. and Morley A. A., 1986, Mutation Research, 161, 193-198.
[29] Rosin M. P. and Ochs H. D., 1986, Human Genetics, 74, 335-340.
[30] Pantelias G. E. and Maillie H. D., 1984, Radiation Research, 99, 140-150.
[31] Pantelias G. E. and Maillie H. D., 1985, Mutation Research, 149, 67-72.
[32] Fliedner T. M., Nothdurft W., Steinbach K. H.,1988, Bone Marrow Transplantation, 3, 77-84.
[33] Szepesi T. and FliednerT. M., 1989, Wiener Klinische Wochenschrif, 101, 305-309.
[34] Hacker-Klom U., Gohde W., Schumann J., 1984, Biological Dosimetry, PP. 127-137.
[35] Neel J. V., Schull W. J., Awa A. A., et al. 1989, Low Dose Radiation: Biological Bases of Risk Assessment, pp. 42-53.
[36] Grien M. L. and Malkinson F. D., 1967, Radiation Research, 30, 431-443.
[37] Sieber V. K. and Wells J., 1986, British Journal of Radiology, 19, 92-95.
[38] Wells J., Charles M. W., Warner T. T., 1983, Human Genetics, 63, 315-316.
[39] Geng L. and potten C. S., 1990, Radiation Research, 123, 75-81.
[40] Potten C. G., Geng L., Taylor P., 1990, Int. J. Radiat. Biol., 57, 13-21.
[41] Court L., Fatome M., Pasquier C., et al., 1984, Travaux Scientivic, 5, 63-68.
[42] Langolis R. G., et al, 1987, Science, 236, 445-448.IAEA., 1986, Technical Report Series No. 260, pp. 1-69.
م0ن
02-19-2012, 10:25 PM
مادة الإشعاعات والبيولوجيا الإشعاعية
