Ec (Elektron yakalanması) ile bozunan bazı radyonüklidlerin biyolojik sistemlerdeki dozimetrik incelemeleri

Abstract

ÖZET Elektron yakalaması ve iç dönüşüm olayları sonrasında çok sayıda Auger elektronu denilen düşük enerjili elektronlar salınır. Düşük enerjili bu elektronlar madde içinde nanometre düzeyinde çok kısa menzillere sahiptirler ve yüksek lineer enerji transferli radyasyonlar gibi davranırlar. Bu şekilde Auger elektronu salan ve Auger nüklid denen radyonüklidlerin uygun kimyasal yapılar içinde hücre içine girmesi hallerinde yüksek radyotoksik etki gösterdikleri deneysel ve kuramsal olarak gösterilmiştir (Bloomer, 1977; Hofer, 1992; Documents of the NPPB, 1993). Bu çalışmada, nükleer tıpta kullanılan radyonüklidlerden ^Olyi, 51çr> 55pe> jn daha önce 1 25 j için kullanılan ve düşük enerjili elektronlar için kullanılabilir hale getirilen Bethe denklemlerini kullanarak, hücre için kabul edilen kimyasal bileşime göre mikrodozimetrik yaklaşımla stopping power, LET, menzil, bozunma başına salman elektron sayısı, bozunma basma Auger elektronları ile taşınan enerji değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca radyonüklidin belirli bir aktivitede hücre içinde rasgele dağılması halinde, yine rasgele yönlerde salman Auger elektronları ile ortama verdikleri doz hızı ve belli zamanlarda verilen toplam doz değerleri hesaplanmıştır. Ortam su veya hücre düşünülerek yapılan mikrodozimetrik çalışmalarda EC yapan radyonüklidin hücre içinde bozunması halinde hücre içine verdiği enerji, keV olarak, 20 İti için 17.983 keV olup toplam enerjinin % 40' mı oluşturduğu bulunmuştur. 20 1 Tl ' un (3 analoğu olan 204 ti için 1.5 keV olarak hesaplanmıştır ki bozunumu neticesi daha büyük bir enerji açığa çıkmasına rağmen hücre boyutları dahilinde biriken bu değer toplam enerjinin % 0.6 'sı gibi oldukça küçük bir kısmını oluşturmaktadır. ^Fe ve 51ç]r radyonüklidleri için ise menzilleri hücre boyutlarından kısa olduğundan taşıdıkları tüm enerjiyi hücre içinde biriktirdikleri gözlenmiştir. Elektron yakalanması ile bozunan bu radyonüklidlerin grad/u ci-saat olarak hücreye verdikleri doz hızlan hesaplanmış ve 3 bozunması yapan -04ti* den daha yüksek bulunmuştur. Ayrıca hücre içinde belli bir aktivitede Auger nüklid veya (3 bozunmasına uğrayan radyonüklidin rasgele dağılması halinde ve bozunma hız sabiti ile orantılı olarak belli zamanlarda bozunması durumunda zamanla hücrenin aldığı toplam doz değerleri hesaplanmıştır. Bu sonuçların elde edilmesinde UNMOC kodlu QBASIC programından yararlanılmıştır.Auger nüklidler, kısa menzillerinden dolayı etkilerinin küçük bir bölgede lokalize olması sebebiyle yarattıkları yüksek toksisite ile nükleer tıpta özel bir öneme sahiptirler. Fakat geleneksel dozimetre düşük enerjili elektronları gözardı ettiğinden bu radyonüklidlerden gelen biyolojik etkinin belirlenmesinde yetersiz kalmaktadır. Bu yüzden bu radyonüklidler için mikrodozimetrik yaklaşım benimsenmeli ve uygulamaları içinde gerek deneysel gerekse teorik çalışmalara ağırlık verilmelidir. -01 Tl, -04J1, 55pe ve SlCr üzerinde yaptığımız teorik uygulamalara ait sonuçlar geleneksel dozimetrinin yetersizliğini kanıtlamakta ve Auger elektronlarının enerjilerini hücrenin duyarlı bölgelerinde biriktirmeleri -halinde yüksek biyolojik hasar oluşturma yeteneklerini vurgulamaktadır.

SUMMARY Following nuclear decays by Electron Capture and Isomeric Transition numerous low energy electrons are released which is named ` Auger electron `. Radionuclides that emit Auger electrons in this way are called ` Auger nuclid `. Low energy electrons have ranges in matter at nanometre level and behave as high LET radiations. It is demonstrated experimentally and theoretically that these Auger nuclides show high radiotoxicity when they are incorporated into cells in suitable chemical form (Bloomer, 1977; Hofer, 1992; Documents of the NPPB, 1993). In this work ; the stopping power, LET and range values and the number of electrons released and deposited energy per decay have been calculated for the radioisotopes of -Olxi, ^5pe51ç;r currently used in nuclear medicine. These calculated values have obtained depending on the approximative elemental composition of the cell according to the microdosimetric approach by using the modified Bethe stopping power equation for low energy electrons which have earlier been applied to *25t The absorbed energy in the cell per decay of 20İT1 is 17.983 keV/cell ( % 40 of the total energy ) and for its P emitting analogue 204xi, this value is 1.5 keV/cell ( %0.6 of the total energy ) although its decaying give more energy in to the medium. ^Fe ancj 51çr have deposited all their energy in the cell because of their short ranges relative to the cell dimensions The dose rate into the cell per unit cumulated activity in grad/jj. Ci-h for 20 1 xl 204xi, 55pe, and 51cr is 0.073, 0.01-5, 2.7 and 0.0072 grad/u Ci-h respectively. As seen as here, for 201xi this value is bigger than for the same value of P emitting, 204xi These calculated values have been found a little big when we assumed the medium as water. Besides, considering Auger nuclides or {3 emitting radionuclide distributed randomly in the cell with its specific activity and its decaying proportional to its decay constant in certain periods, total absorbed doses have been calculated by using a QBASIC computer program coded as UNMOC. Auger nuclides have a particular importance in nuclear medicine because of their high radiotoxicity due to the effects localized in a small region. Conventional dosimeter ignores low energy electrons so it is inadequate for determination of biological effects. For this reason, microdosimetric approach is considered for these radionuclides and for the application of this dosimetric procedure it is clear that much work, either experimental or theoretical, must be developed. All these results of our theoreticalapplications on 201 7^ -^Tl, ^^Fe, and ^İCr prove the inadequacy of conventional dosimeter and emphasize the ability of Auger electrons to produce high biological damage when they deposit their energy in the sensitive sites of the cell.