Basis Biologis untuk Keselamatan Radiasi

1. Radiobiologi
Pada tingkat mikroskopis, sinar atau partikel yang datang dapat
berinteraksi dengan elektron orbital di dalam atom dan molekul sel
sehingga menyebabkannya:
• Eksitasi: menaikkan elektron terikat ke keadaan energi yang lebih
tinggi; elektron tidak memiliki energi yang cukup untuk meninggalkan
atom induk.
• Ionisasi : elektron menerima energi yang cukup untuk dikeluarkan
dari orbitnya dan meninggalkan atom induk. Radiasi pengion mampu
menginduksi proses pengeluaran elektron.
Penyinaran sel jaringan dengan radiasi tersebut menimbulkan produksi
fluks partikel sekunder yang memiliki energi (elektron).
Berenergi dan tidak terikat, partikel ini mampu bermigrasi menjauh
dari atom induk, berinteraksi dengan atom dan molekul lain, dan
melepaskan energinya ke medium di sekitarnya.

2. Dosimetri
• Paparan dan Kerma Udara
• Dosis serap
- Gray (Gy) = joule/Kg
- 1 Rad = 10 mGy
• Dosis ekuivalen
- Faktor bobot radiasi
- Sievert (Sv)
• Dosis efektif
- Faktor bobot jaringan
- Sievert (Sv)

3. Linear Energy Transfer (LET)
• LET didefinisikan sebagai jumlah energi yang disimpan per satuan lintasan
(satuan eV/mm)
• LET menggambarkan kerapatan deposisi energi, yang sangat menentukan
konsekuensi biologis dari paparan jenis radiasi tertentu
• Secara umum, radiasi LET tinggi (misalnya alfa, proton) lebih merusak
daripada radiasi LET rendah (elektron, sinar-x, sinar gamma)

4. Linear Energy Transfer (LET)
Tipe radiasi LET (keV/m)
C0-60 radiasi gamma 0.3
250 kV sinar-x 2
10 MeV proton 4.7
150 MeV proton 0.5
14 MeV neutron 12
2.5 MeV partikel alfa 166
2 GeV inti Fe 1000

5. Basis Biologis untuk
Keselamatan Radiasi
(Lanjutan)

6. Relative Biological Effectiveness (RBE)
• Efek radiasi yang ditimbulkan akan berbeda-beda bergantung
dari jenis radiasi, energi radiasi, dan tipe jaringan yang
diradiasi.
• RBE adalah rasio efektivitas biologi dari suatu radiasi
terhadap radiasi lainnya jika diberi dosis serap yang sama.
• Pengujian RBE dari suatu radiasi umumnya dibandingkan
dengan efek yang ditimbulkan dari penyinaran menggunakan
sinar-x 250 kV.

7. Relative Biological Effectiveness (RBE)
• RBE diperoleh dari persamaan
𝑅𝐵𝐸 =
𝐷250𝑘𝑉
𝐷𝑟
• Dr adalah dosis serap dari
radiasi tertentu yang
memberikan kerusakan yang
sama dengan dosis serap
sinar-x pada 250 kV.

9. Efek Biologi
• Efek biologis diekspresikan dalam pembunuhan sel, atau
transformasi sel (karsinogenesis dan mutasi)
• Target utama radiasi adalah molekul DNA, yang mengalami
pemutusan ikatan kimia
• Tergantung pada tingkat kerusakannya, kerusakan ini dapat
diperbaiki melalui beberapa mekanisme perbaikan yang ada pada
organisme hidup

10. Kerusakan DNA
Ketika radiasi pengion
diserap oleh organ tubuh,
kerusakan pada DNA dapat
terjadi melalui 2
mekanisme:
• Direct action
• Indirect action

11. Direct Action
• Direct action: radiasi berinteraksi
langsung dengan target kritis di dalam
sel
• Atom-atom target terionisasi atau
tereksitasi melalui interaksi radiasi
• Mengarah pada rantai peristiwa fisika
dan kimia yang pada akhirnya
menghasilkan kerusakan biologis
• Proses dominan dalam interaksi partikel
LET tinggi seperti neutron atau partikel
alfa dengan bahan biologis

12. Indirect Action
• Indirect Action: radiasi berinteraksi
dengan molekul dan atom lain
• 80% sel terdiri dari air
• Di dalam sel dihasilkan radikal bebas
• Melalui difusi, radikal bebas merusak
target kritis di dalam sel
• Radikal bebas adalah atom atau molekul
yang membawa elektron orbital yang
tidak berpasangan di kulit terluar.
Keadaan ini dikaitkan dengan tingkat
reaktivitas kimiawi yang tinggi

13. Indirect Action
Untuk indirect action oleh sinar-x, rantai peristiwa dari penyerapan foton yang
hingga kerusakan biologis akhir adalah sebagai berikut:
Foton sinar-x
 (1) fisika
Elektron atau positron
 (2) fisika
Ion radikal
 (3) kimia
Radikal bebas
 (4) kimia
Kerusakan ikatan
 (5) biologi
Efek biologi
Rentang waktu dari setiap proses tersebut:
1. Proses fisika terjadi pada orde 10-15s
2. Ion radikal memiliki waktu hidup 10-10s
3. Radikal bebas memiliki waktu hidup 10-5s
4. Tahap antara kerusakan ikatan hingga
munculnya efek biologi dapat berlangsung
dalam hitungan jam, hari, bahkan tahun.

14. Oxygen Enhancement Ratio (OER)
• Oksigen menyebabkan kerusakan yang dihasilkan oleh radikal bebas menjadi
permanen.
• Kerusakan dapat dipulihkan jika oksigen tidak tersedia.
• OER = 3 dapat dicapai pada sinar-x;
OER = 1.6 dapat dicapai pada
neutron; OER = 1 pada partikel alfa.

15. Siklus Sel
• M - mitosis, diikuti dengan proses
cytokinesis. Merupakan proses
pembentukan 2 sel identik.
• S - Fase sintesis DNA.
• G1 - jeda pertama dalam aktivitas, antara
mitosis dan fase S. Pembesaran ukuran sel.
• G2 - celah kedua dalam aktivitas, antara
fase S dan mitosis berikutnya. Melakukan
perbaikan kromosom yang diperlukan.
• Jika sel berhenti berkembang melalui
siklus maka akan berada di G0

16. Siklus Sel
Sensitivitas:
• M>G2 >G1 >awal fase S >akhir fase S
• Kondisi paling resistan adalah pada akhir
fase S.
• Pada fase tersebut, sel sedang mengalami
proses perbaikan kerusakan.

17. Siklus Sel
• Siklus sel untuk mamalia berlangsung
dalam orde 10-20 jam.
• Fase S berlangsung selama 6-8 jam.
• Fase M berlangsung selama kurang dari 1
jam.
• G1 berlangsung selama 2-4 jam.
• G2 berlangsung selama 1-8 jam.

18. Mekanisme Kematian Sel setelah Radiasi
• Target utama radiasi adalah DNA sel: kerusakan tunggal
sering kali dapat diperbaiki, kerusakan ganda
mematikan
• Mitotic death- sel mati mencoba membelah diri,
terutama karena penyimpangan kromosom asimetris;
mekanisme yang paling umum
• Apoptosis - kematian sel yang diprogram; ditandai
dengan urutan peristiwa yang telah ditentukan
sebelumnya yang mengakibatkan pemisahan sel dalam
tubuh apoptosis
• Bystander effect - sel yang secara langsung dipengaruhi
oleh radiasi melepaskan molekul sitotoksik yang
menginduksi kematian pada sel tetangga

19. Radiosensitifitas
• Radiosensitivitas merujuk pada tingkat kepekaan sel
atau jaringan terhadap efek radiasi.
• Sel-sel atau jaringan yang radiosensitif lebih rentan
terhadap kerusakan yang disebabkan oleh paparan
radiasi.
• Tingkat radiosensitivitas dapat bervariasi antara jenis
sel dan jaringan yang berbeda.

20. Radiosensitifitas Sel
• Tidak semua sel hidup sama sensitifnya terhadap radiasi.
• Sel-sel yang bereproduksi secara aktif lebih sensitif
dibandingkan sel-sel yang tidak bereproduksi secara aktif.
• Limfosit (sel darah putih) dan sel-sel yang menghasilkan
darah terus-menerus beregenerasi, dan oleh karena itu,
merupakan sel-sele yang paling sensitif terhadap radiasi
• Sel-sel reproduksi dan gastrointestinal tidak beregenerasi
dengan cepat dan kurang sensitif terhadap radiasi.
• Sel saraf dan otot adalah sel yang paling lambat beregenerasi
dan merupakan sel yang paling tidak sensitif terhadap
radiasi.

21. Radiosensitifitas Sel
• Tidak semua efek radiasi bersifat permanen.
• Dalam banyak kasus, sel mampu memperbaiki kerusakan sepenuhnya dan
kembali berfungsi sebagai sel-sel normal.
• Jika kerusakannya cukup parah, sel yang terkena akan mati. Dalam
beberapa kasus, sel mengalami kerusakan namun masih mampu
bereproduksi. Namun, sel anak mungkin kekurangan beberapa komponen
penting yang menopang kehidupan, dan sel tersebut mati.
• Kemungkinan akibat lain dari paparan radiasi adalah sel terpengaruh
sedemikian rupa sehingga tidak mati tetapi hanya bermutasi. Sel yang
bermutasi bereproduksi dan melanggengkan mutasi. Ini bisa menjadi awal
dari lahirnya tumor ganas.

22. Radiosensitifitas Sel

23. Radiosensitifitas Organ
• Sensitivitas berbagai organ tubuh manusia terhadap radiasi berkorelasi
dengan sensitivitas relatif sel penyusunnya.
• Sel pembentuk darah merupakan salah satu sel yang paling sensitif karena
laju regenerasinya yang cepat, maka organ pembentuk darah merupakan
salah satu organ yang paling sensitif terhadap radiasi
• Kecepatan reproduksi sel-sel yang membentuk suatu sistem organ
bukanlah satu-satunya kriteria yang menentukan sensitivitas secara
keseluruhan.

24. Radiosensitifitas Organ
• Sel yang sangat sensitif adalah tumor ganas.
• Lapisan luar sel berkembang biak dengan cepat, dan juga memiliki suplai
darah dan oksigen yang baik. Sel paling sensitif saat bereproduksi, dan
keberadaan oksigen meningkatkan sensitivitas sel terhadap radiasi.
• Sel anoksik (sel dengan oksigen yang tidak mencukupi) cenderung tidak
aktif, seperti sel yang terletak di bagian dalam jaringan kanker.
• Saat jaringan kanker terkena radiasi, lapisan luar sel yang membelah
dengan cepat akan hancur, menyebabkan ukuran kanker “menyusut”.

25. Radiosensitifitas Organ
• Jika jaringan kanker diberikan radiasi dalam dosis besar untuk
menghancurkannya sepenuhnya, pasien mungkin akan meninggal juga.
• Untuk itu, dalam terapi kanker, jaringan kanker diberikan dosis kecil setiap
hari (terfraksinasi), yang memberikan kesempatan pada jaringan sehat
untuk pulih dari kerusakan apa pun sambil secara bertahap mengecilkan
kanker yang sangat sensitif terhadap radiasi.

26. Radiosensitifitas Tubuh
• Sensitivitas seluruh tubuh terhadap radiasi bergantung pada
organ yang paling sensitif, yang pada gilirannya bergantung pada
sel yang paling sensitif.
• Efek biologis pada seluruh tubuh akibat paparan radiasi akan
bergantung pada beberapa faktor.
• Seseorang yang sudah rentan terhadap infeksi dan menerima
radiasi dalam dosis besar mungkin lebih terkena dampak radiasi
daripada orang sehat.
• Selain bergantung pada radiosensitifitas sel, organ, atau tubuh,
efek radiasi juga bergantung pada besaran dosis radiasi yang
diterima

27. Radiosensitifitas Tubuh
Organ atau tissue WT ICRP 30 (1979) WT ICRP 60 (1991) WT ICRP 103 (2007)
Gonad 0.25 0.20 0.08
Sumsum tulang merah 0.12 0.12 0.12
Usus besar 0.12 0.12
Paru-paru 0.12 0.12 0.12
Perut 0.12 0.12
Kandung kemir 0.05 0.04
Payudara 0.15 0.05 0.12
Hati 0.05 0.04
Kerongkongan 0.05 0.04
Tiroid 0.03 0.05 0.04
Kulit 0.01 0.01
Permukaan tulang 0.03 0.01 0.01
Otak 0.01
Lainnya 0.30 0.05 0.12
TOTAL 1.00 1.00 1.00

28. Radiosensitifitas Tubuh

29. Jenis Paparan Radiasi
Berdasarkan sumbernya:
1. Radiasi Alamiah adalah radiasi yang sudah ada sejak
terbentuknya alam semesta dan akan lenyap bersamaan dengan
lenyapnya alam semesta
• Radiasi Kosmik
• Radiasi Terestrial
• Radiasi Internal
2. Radiasi Buatan adalah radiasi yang dihasilkan oleh kegiatan
manusia, terutama sebagai hasil dari berbagai kegiatan
industri, medis, dan penelitian

30. Radiasi Alamiah
• Radiasi kosmik adalah radiasi yang
berasal dari luar angkasa.
• Partikel bermuatan dari matahari dan
bintang berinteraksi dengan atmosfer
bumi dan medan magnet bumi
sehingga menghasilkan pancaran
radiasi, biasanya radiasi beta dan
gamma.
• Dosis radiasi kosmik bervariasi di
berbagai belahan dunia karena
perbedaan ketinggian dan pengaruh
medan magnet bumi.

31. Radiasi Alamiah
• Radiasi terestrial adalah radiasi yang berasal
dari bumi yang ditemukan di tanah, air, hingga
tumbuh-tumbuhan.
• Kandungan uranium, thorium, dan produk
peluruhannya yang rendah dapat ditemukan di
alam.
• Lokasi dengan konsentrasi uranium dan
thorium yang lebih tinggi di tanahnya memiliki
tingkat dosis yang lebih tinggi. Isotop utama
yang menjadi perhatian radiasi terestrial adalah
uranium dan produk peluruhan uranium, seperti
thorium, radium, dan radon.

32. Radiasi Alamiah
• Radiasi internal adalah radiasi yang berasal dalam tubuh
manusia.
• Kandungan radioaktif kalium-40, karbon-14, timbal-210, dan
isotop lain terdapat di dalam tubuh manusia sejak lahir.
• Dosis tahunan rata-rata yang diterima seseorang dari bahan
radioaktif internal adalah sekitar 40 milirem/tahun.

33. Radiasi Buatan

34. Jenis Paparan Radiasi
Berdasarkan lokasi sumber:
1. Radiasi Interna terjadi ketika seseorang terpapar radiasi dari
bahan radioaktif yang ada di dalam tubuh.
2. Radiasi Eksterna terjadi ketika seseorang terpapar radiasi
dari sumber radiasi yang berada di luar tubuh.
3. Kontaminasi Radiasi terjadi ketika suatu objek atau
individu terkena atau tercemar oleh bahan radioaktif, yang
dapat menghasilkan paparan radiasi tambahan pada objek
inangnya.

35. Jenis Paparan Radiasi

36. Terima Kasih