background image

1

 

L4

Chronic radiation exposure:

Exposure to ionizing radiation over an extended period of time is called chronic exposure. The 

natural background radiation is  chronic exposure, but a normal level is difficult to determine due 

to variations. 

Reaction on radiation exposure according to the radiosensitivity of the tissues:

1. Highly radiosensitive:

1.1. hematopoietic tissues – bone marrow: one-time irradiation of the whole body in the dose of 

4 Gy may cause lethal myelodepression in 50% of patients. In case of whole-body irradiation in 

the dose of 10 Gy – allogenic bone marrow transplantation is used obligatory in protocol for 

treatment of acute leikemias

1.2. gonads: irradiation of testicles in the dose of 1Gy leads to oligospermia, & irradiation of 

ovaries in the dose of 10-12 Gy causes amenorrhea

2. Medium radiosensitive tissues: 

2.1. GIT: side effects in case of intraabdominal tumors irradiation are: 

nausea, 

vomiting, 

Diarrhea. 

Long-term effects are: 

malabsorption syndrome, 

rectal ulcers, 

bleeding

strictures 

fistulas

2.2. Skin:

erythema

dry or moist epidermitis

alopecia

loss of apocrine glands

pigmentation/ de pigmentation

fibrosis

subdermal layer atrophy

teleangiectasia

background image

2

2.3. Nervous system: brain & spinal cord may stand the doses about 50Gy. Complications of the 

RT: 

radiation myelitis

Brown-Sequar s-m (homolateral paralysis & loss of the deep sensitivity)

Sphincters disorder 

Lermitt’s s-m- parestesias in the hands & legs due to radiation arachnoiditis, but it is 

reversable

That’ s why spinal cord may be irradiated on the length less than 10 cm in dose of 40-45 Gy. 

Hypertension increases radiosensitivity of the spinal cord.

2.4. Eye: 

2 Gy- causes cataract development

30-40 Gy – dry eye s-m, loss of defense reflex

2.5. Lungs:

Acute radiation pneumonitis (duration 1-3 months). Symptoms:

1. cyanosis

2. dyspnea

3. cough

4. hyperpyrexia

5. night sweats

Treatment: steroids – effective only in acute stage

Acute radiation pneumonitis →3-6 month→ fibrosis.

Limit dose for developing of radiation pneumonitis: 7-8 Gy per 1 fraction or 20 Gy per 10 

fractions

Delayed effects may be intermediate or late. 

Intermediate  effects:  Prolonged  or  repeated  exposure  to  low-dose  rates  from  internally 

deposited or external sources of radiation may produce:

amenorrhea, 

decreased fertility in both sexes, 

decreased libido only in the female,

 anemia, leukopenia, thrombocytopenia, and 

cataracts. 

More severe or highly localized exposure causes:

loss of hair,

 skin atrophy and ulceration, 

background image

3

keratosis, and telangiectasia, 

and ultimately may cause squamous cell carcinomas.

Osteosarcomas may appear years after ingestion of radioactive bone-seeking nuclides such as 

radium salts.

Serious injury to exposed organs occasionally occurs after extensive radiotherapy for cancer:

Renal functional changes include a decrease in GFR and tubular  function. Acute onset  of 

clinical manifestations  may  occur after extremely  high doses  (after a latent period of 6 mo 

to  1  yr)  and  may  include  proteinuria,  renal  insufficiency  of  varying  degree,  anemia,  and 

hypertension. When cumulative kidney  exposure is >20 Gy  in <5 wk,  radiation fibrosis and 

oliguric renal failure will occur in about 37% of  cases. The remainder will develop variable 

changes over a prolonged time. 

Large  accumulated  doses  to  muscles  may  result  in  painful  myopathy  with  atrophy  and 

calcification.  Very  rarely,  these  changes  are  followed  by  a  neoplastic  change,  usually  a 

sarcoma.

Radiation  pneumonitis  and  subsequent  pulmonary  fibrosis  may  be  severe  when  lung 

metastases are irradiated,  and can be fatal after a cumulative dose of >30 Gy if treatment is 

not spread over a sufficient period. 

Radiation  pericarditis  and  myocarditis  have  been  produced  by  extensive  mediastinal 

radiotherapy. 

Catastrophic  myelopathy  may  develop  after  a  segment  of  the  spinal  cord  has  received 

cumulative doses >50 Gy. 

Following vigorous therapy of abdominal lymph nodes  (for seminoma, lymphoma, or ovarian 

carcinoma), chronic ulceration, fibrosis, and perforation of the bowel may develop. 

Skin erythema and ulceration were observed fairly  often during the era of orthovoltage x-ray 

therapy,  but  the  high-energy  photons from  modern  cobalt-60 units and linear  accelerators 

penetrate deeply into tissues and have virtually eliminated these complications.

Late  somatic  and  genetic  effects:  Radiation  alters  the  "information  system"  of  proliferating 

somatic  and  germ   cells.  With  somatic  cells  this  may  result  in  somatic  disease--eg,  cancer 

(leukemia,  thyroid,  skin,  bone) or cataracts--or,  as suggested by  animal models,  in nonspecific 

shortening  of  life.  Leukemia  from  substantial  radiation  in  humans  has   been  observed.  It  is 

postulated that  there is no "threshold"  dose for leukemia, and that the incidence increases with 

dose.  Thyroid carcinoma  has  been  observed  20  to  30  yr  after  x-ray  therapy  for  adenoid  and 

tonsillar  hypertrophy,  and  x-ray  treatment  for  nonmalignant  conditions  is  now  considered 

inappropriate except  in highly unusual situations. However,  several large studies have failed to 

background image

4

show  increased  thyroid  cancer  in persons receiving  up to 80 mGy  to  the thyroid delivered  by 

radioisotopes.

With  germ  cell  exposure,  mutations  are  increased.  When  mutations  are  perpetuated  by 

procreation,  animal  studies  indicate  that  an  increasing  number  of  genetic  defectives  will  be 

expressed in the course of generations.  Although this  has  not  been  demonstrated  in  man,  the 

possibility  presents  serious  medical,  ethical,  and  philosophic  problems  with  respect  to unborn 

generations. It  imposes a moral obligation to limit radiation exposure to that which is absolutely 

necessary  for  valid  diagnostic  or  therapeutic  purposes  and  to  strictly  control  occupational 

exposure.  The  potential  harm,  however,  should  be  kept  in  perspective.  Some  investigators 

believe that  no measurable effects  will occur below  a certain threshold,  while others  insist  that 

any radiation is potentially harmful.

CRES: chronic radiation exposure syndrome.

Persons affected by the IR are divided on 3 groups:

1.

affected by external irradiation

2.

those, who have contact with powder-life, gas or liquid alpha- & beta-radioactive 

substances (they have a danger of ingestion, inhalation, trapping into the organism)

3.

people affected by mixed external & internal irradiation

Most of the radioactive substances have the ability of accumulation & deposition in certain 

organs & tissues (organotropic).

Routs of radioactive substances trapping into the organism:

1. respiratory

2. GI

3. through the skin, especially damaged

Working with opened sources of IR may lead to gas emanation which occurs after radioactive 

decay:

1. Radium

2. Uranium

3. Thorium, etc

A part of radioactive substances [RS] are excreted with urine, faeces, saliva, sweat. Another part 

is circulating in blood & deponates in other organs & tissues. Deponated RS after their decay 

may create new “daughter” RS (usually it concerns Uranium, Thorium, Actinium- natural 

radionuclides).

The reaction on the IR depends on the age & general state of the human organism. It is known 

that between the age 35-50 years people are relatively low radiosensitive.

background image

5

CRES: is the general chronic disease which develops in the result of continuous multiple action 

of IR in respectively small doses of radiation (more than 0,01Rad/daily).

Types of CRES:

1. CRES from external irradiation

2. CRES from internal irradiation

3. CRES from mixed irradiation

Stages of CRES:

1 stage:

The mildest form include: functional changes in the organism,  a lot of patient’s complains, but 

poor symptoms during inspection.

Headaches

Progressive malaise (weekness)

Memory loss

Decreased appetite 

Increased heart rate

Insomnia, or increased sleepiness, sleep inversion

Inspection:

Vasomotor unstableness

Red dermography

Sweating

Increased periostal reflexes 

Light tremor of eyelids & fingers of the extended hand

Hypotonic tendency

All these symptoms are the compounds of the vegetative asthenia syndrome 

Gastric secretion is decreased

Trophic skin changes, skin dryness & desquamation

Local epilation

Fingernails fragility

Menstrual cycle changes, menometrorrhagia, oligomenorrhea

Blood changes:

Brief primary phase of the bone marrow irritation: Leykocytosis, lymphocitosis, erythrocitosis, 

reticulocytosis

Stage of the bone marrow depression: leikopenia (4-3,5x10

9

/L), lymphopenia, /or 

neutropenia & relative lymphocitosis; there are quality changes of the blood cells: toxic 

background image

6

granularity of the neutrophils, hypersegmentation & fragmentation of the neutrophil’s nuclei, 

lymphocyte’s nuclei picnosis, mild thrombocytopenia (160-140x10

9

/L)

Bone marrow puncture: delay of the myeloid cells development (maturation)

In this stage it’s usual to have increase of symptoms changing with recovery periods (wave-like 

currency of the disease)

2 (intermediate) stage:

Increase of previous symptoms:

nausea

dizziness

vomiting

insomnia

decreased workability

dyspepsia: overinflation, diarrhoea, constipation

heart aches like angina pectoris

hemorrhagic diathesis

subdermal haematoma

gums & nasal bleeding

Inspection:

Increased periostal reflexes 

Decreased abdominal reflexes 

Decreased skin sensitivity & muscular tonus 

Diencephal syndrome: have a cyclic currency (improvement changes into worsening)

Tachycardia paroxysm 

Fever, heat 

Cold limbs

Subfebril temperature

Metabolic & trophic disorders

BP stable decrease, arrythmias, irregular pulse, muffled & thuded heart tones

Hypertensive syndrome due to increased cerebral & liquor circulation:

nausea

dizziness

vomiting

headache 

loss of consciousness

background image

7

 sluggishness of the eye bottom

Increase of the spinal liquid tissue (differential diagnostics with brain tumors) 

Gastric achilia

Decrease of the enzymal activity: amylase, trypsynum, lipase

Endocrine dysfunction: menorragia, dysmenorrhea, amenorrhea, hot flashes

Sterility in male

Adrenal glands: hypotension, weakness 

Impaired thyroid function→subfebrile temperature

Blood changes:

stable leikopenia (1.5-2.5x10

9

/L), neutropenia & relative lymphocitosis; monocytosis

there are quality changes of the white blood cells: nuclei & protoplasm vacuolisation, cellular 

decay

thrombocytopenia (less than 100x10

9

/L), bleeding time increases, blood coagulation delayed 

Bone marrow puncture: bone marrow depression, delay of the myeloid , megacaryocitic & 

erythroblastic cells development (maturation)

Depression of the organism resistance to infections 

Changes in this stage are not only functional but organic

Poor prognosis, recovery cannot be complete

III stage:

Organic changes: 

Weakness

Adynamia

Apathy

Constant headaches

nausea

dizziness

vomiting

Memory loss

Insomnia, or increased sleepiness, sleep inversion

Depression of the organism resistance to infections → chronic sepsis 

CNS:

Disseminated encephalomyelitis or funicular myelosis: changes in the motor, sensitive & 

reflex activity

Severe changes in the GIT, endocrine & cardiovascular systems

background image

8

All types of metabolic changes (protein, lipid, mineral, carbohydrate)

Increased proteins decay which leads to cachexy

Blood changes:

stable leikopenia (1.5-1,0x10

9

/L & less), neutropenia & lymphopenia;

hyperchromic anemia,  RBC sedimentation rate increases

thrombocytopenia (less than 30x10

9

/L), bleeding time increases, blood coagulation delayed 

Bone marrow puncture: hypoplasia, delay of the myeloid , megacaryocitic & erythroblastic 

cells development (maturation), in some cases there are conversion of the erythropoiesis into 

megaloblastic type

Depression of the organism resistance to infections 

Currency of the disease is progressive

Prognosis fatal

Peculiarities of the CRES due to ingestion of the RS:

1.

Absence of initial reaction symptoms

2.

latent period is not indicated

3.

hemorrhagic syndrome may be absent

4.

usually there is no epilation

5.

manifest GIT or respiratory symptoms

6.

nasal, pharyngeal & eye symptoms

7.

extensive functional & organic changes in the organs of the selective accumulation of 

radionuclides

The clinical course depends on the:

1.

half-decay period, half-excretion time

2.

chemical structure of the RS

3.

the way of  RS distribution & ways of excretion

RS with long half-decay period result in continuous irradiation & progression of the disease.

If RS get into the organism through the respiratory route they may be represented by gases, 

dust & vapour. 

Dust may be deposited in alveoli only if its less than 5 mkm in diameter, it may spread into 

circulation in d less than 1 mkm & then becomes deposited in any organ.

RS which got into the upper respiratory tract cause hyperemia & edema, then atrophy of the 

nasal & pharyngeal mucosa→ chronic rhinitis, pharyngitis, tracheitis.

background image

9

GIT: RS which get into the GIT are easily secreted into the bloodstream & are deposited in some 

organs according to the tropism of RS. For example: Strontium is deposited in bones→ leads to 

osteitis & radiation necrosis, osteomyelitis which may be fatal. Usually osteonecrosis happen in 

the flat bones- jaw, vertebras. Usually such patients have symptoms of gingivitis.

After longer period of time malignant tumors may develop such as osteogenic sarcomas. If 

patient have incorporated radionuclides he may develop bone & muscle pain during walk & at 

rest (the most usual location- sternal bone & shank.

Diagnostics of the CRES:

1.

dosimeter data

2.

professional groups

3.

CRES is usually revealed in persons who received the total dose of more than 1,5 Gy.

Treatment of CRES:

1.

Give up contact with RS

2.

Maximal staying at opened-air areas

3.

Medicines according to the selective accumulation of radionuclides