सापेक्ष जैविक प्रभावशीलता

रेडियोजीवविज्ञान में, सापेक्ष जैविक प्रभावशीलता (अधिकांशतःआरबीई के रूप में संक्षिप्त) एक प्रकार के आयनकारी विकिरण के जैविक प्रभावशीलता का अनुपात है, जो एक ही अवशोषित मात्रा दी गई है। आरबीई एक अनुभवजन्य मूल्य है जो आयनकारी विकिरण के प्रकार, सम्मिलित ऊर्जा, कोशिका समाप्ति जैसे जैविक प्रभावों और ऊतकों के ऑक्सीजन तनाव या तथाकथित ऑक्सीजन प्रभाव के आधार पर भिन्न होता है।

अनुप्रयोग
अवशोषित मात्रा विकिरण के जैविक प्रभाव का एक व्यर्थ संकेतक हो सकता है, क्योंकि जैविक प्रभाव विकिरण के प्रकार, ऊर्जा और ऊतक के प्रकार सहित कई अन्य कारकों पर निर्भर हो सकता है। सापेक्ष जैविक प्रभावशीलता विकिरण के जैविक प्रभाव का उत्तम माप देने में सहायता कर सकती है। एक ऊतक पर प्रकार आर के विकिरण के लिए सापेक्ष जैविक प्रभावशीलता को अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है


 * $$RBE= \frac{D_X}{D_R}$$

जहां घX एक मानक प्रकार X, और D के विकिरण की एक संदर्भ अवशोषित मात्रा हैR R प्रकार के विकिरण की अवशोषित मात्रा है जो समान मात्रा में जैविक क्षति का कारण बनती है। दोनों मात्रा कोशिकाओं में अवशोषित ऊर्जा की मात्रा से निर्धारित होती हैं।

विभिन्न प्रकार के विकिरणों की अलग-अलग जैविक प्रभावशीलता होती है, मुख्यतः क्योंकि वे अपनी ऊर्जा को अलग-अलग विधियों से ऊतक में स्थानांतरित करते हैं। फोटॉन और बीटा कणों में एक कम रैखिक ऊर्जा हस्तांतरण (एलईटी) गुणांक होता है, जिसका अर्थ है कि वे ऊतक में परमाणुओं को आयनित करते हैं जो उनके पथ के साथ-साथ कई सौ नैनोमीटर (एक माइक्रोमीटर के कई दसवें भाग) से अलग होते हैं। इसके विपरीत, बहुत अधिक बड़े अल्फा कण और न्यूट्रॉन अपने कण में आयनित परमाणुओं का एक सघन निशान छोड़ते हैं, जो एक नैनोमीटर के दसवें भाग के अतिरिक्त(अर्थात, फोटॉन और बीटा कणों के लिए आयनीकरण के बीच सामान्य दूरी के एक हजारवें भाग से कम) के बीच होता है।.

आरबीई का उपयोग या तो कैंसर/वंशानुगत जोखिमों (रेडियोबायोलॉजी स्टोचैस्टिक) या हानिकारक ऊतक प्रतिक्रियाओं (रेडियोबायोलॉजी डेटर्मिनिस्टिक) प्रभावों के लिए किया जा सकता है। प्रभाव के प्रकार के आधार पर ऊतकों में अलग-अलग आरबीई होते हैं। उच्च एलईटी विकिरण (अर्थात, अल्फा और न्यूट्रॉन) के लिए, नियतात्मक प्रभावों के लिए आरबीई स्टोकेस्टिक प्रभावों की तुलना में कम होते हैं।

आरबीई की अवधारणा चिकित्सा में प्रासंगिक है, जैसे कि रेडियोलोजी और रेडियोथेरेपी में, और विभिन्न संदर्भों में रेडियोधर्मी संदूषण के जोखिमों और परिणामों के मूल्यांकन के लिए, जैसे कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र संचालन, परमाणु ईंधन और पुनर्संसाधन, परमाणु हथियार, यूरेनियम खनन, और आयनीकरण आयनीकरण विकिरण और जोखिम को नियंत्रित करना है।

विकिरण भार कारक (डब्ल्यूR) से संबंध
किसी अंग या ऊतक के समतुल्य मात्रा की गणना के प्रयोजनों के लिए, रेडियोलॉजिकल संरक्षण पर अंतर्राष्ट्रीय आयोग (आईसीआरपी) ने विकिरण भार कारक (WR) के एक मानक समुच्चय को परिभाषित किया है।), जिसे पहले गुणवत्ता कारक (Q) कहा जाता था। विकिरण भार कारक अवशोषित मात्रा (ग्रे (इकाई) एस या गैर-एसआई रेड (यूनिट) एस की एसआई इकाइयों में मापा जाता है) को विकिरण जोखिम के लिए औपचारिक जैविक समकक्ष मात्रा में परिवर्तित करते हैं (सीवर्ट या वास्तविक (इकाई) की इकाइयों में मापा जाता है)। चूंकि, आईसीआरपी कहता है: उच्च विकिरण की मात्रा निर्धारित करने या ऊतक प्रतिक्रियाओं अर्थात, नियतात्मक प्रभाव से संबंधित किसी भी उपचार की आवश्यकता पर निर्णय लेने के लिए समकक्ष मात्रा और प्रभावी मात्रा का उपयोग नहीं किया जाना चाहिए। ऐसे उद्देश्यों के लिए, मात्रा का मूल्यांकन अवशोषित मात्रा (ग्रे, Gy में) के संदर्भ में किया जाना चाहिए, और जहां उच्च-एलईटी विकिरण (जैसे, न्यूट्रॉन या अल्फा कण) सम्मिलित हैं, एक उचित आरबीई के साथ भारित एक अवशोषित मात्रा का उपयोग किया जाना चाहिए।

विकिरण भार कारक अधिक हद तक रेडियोबायोलॉजी स्टोकेस्टिक के लिए विकिरण के आरबीई पर आधारित होते हैं। चूकि, सादगी के लिए, विकिरण भार कारक ऊतक के प्रकार पर निर्भर नहीं होते हैं, और मूल्यों को बाहरी (कोशिका के बाहर) के संबंध में सबसे संवेदनशील सेल प्रकारों के लिए देखे गए प्रायोगिक मूल्यों के थोक से अधिक होने के लिए रूढ़िवादी रूप से चुना जाता है। ) स्रोत भारी आयनों के आंतरिक स्रोतों, जैसे कि रिकॉइल न्यूक्लियस, के लिए विकिरण भार कारक विकसित नहीं किए गए हैं।

तुलनात्मक प्रभावशीलता के लिए एफ़आईआरएपी 2007 मानक मान नीचे दिए गए हैं। एक प्रकार के विकिरण के लिए विकिरण भार कारक जितना अधिक होता है, उतना ही अधिक हानिकारक होता है, और इसे ग्रे से सीवर्ट इकाइयों में परिवर्तित करने के लिए गणना में सम्मिलित किया जाता है। भौतिक ऊर्जा से जैविक प्रभाव तक जाने वाले विकिरण भार कारक को ऊतक भार कारक के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए। ऊतक भार कारकों का उपयोग शरीर में दिए गए ऊतक के बराबर मात्रा को एक प्रभावी मात्रा (विकिरण) में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है, एक संख्या जो पूरे जीव को विकिरण मात्रा के परिणामस्वरूप शरीर का कुल खतरे का अनुमान प्रदान करती है।

प्रायोगिक तरीके
सामान्यतः सापेक्ष जैविक प्रभावशीलता का मूल्यांकन संस्कृति माध्यम में विकसित विभिन्न प्रकार की जीवित कोशिकाओं पर किया जाता है, जिसमें प्रोकैरियोट कोशिकाएं जैसे जीवाणु, सरल यूकेरियोट कोशिकाएं जैसे एकल कोशिका वाले पौधे और चूहों जैसे जीवों से प्राप्त उन्नत यूकेरियोटिक कोशिकाएं सम्मिलित हैं। मात्रा को LD-30 बिंदु पर समायोजित किया जाता है; अर्थात, उस राशि तक जिसके कारण 30% कोशिकाएं माइटोटिक विभाजन (या, बैक्टीरिया, बाइनरी विखंडन) से गुजरने में असमर्थ हो जाती हैं, इस प्रकार प्रभावी रूप से निष्फल हो जाती हैं - भले ही वे अभी भी अन्य सेलुलर कार्यों को पूरा कर सकें। LD-50 का सामान्यतः अधिक उपयोग किया जाता है, किंतु जिसने भी प्लॉट खींचा, उसे यह अनुभव नहीं हुआ कि लॉग प्लॉट पर 10 के कारकों के बीच आधे रास्ते के सबसे करीब ग्रिड लाइन वास्तव में 3 और 5 नहीं है। LD-50 मान वास्तव में कार्बन आयनों के लिए 1 ग्रे है और फोटॉन के लिए 3 ग्रे।

आरबीई मूल्यांकन में जिन आयनकारी विकिरणों पर सबसे अधिक विचार किया जाता है, वे हैं एक्स-रे और गामा विकिरण (दोनों फोटॉन से युक्त), अल्फा विकिरण (हीलियम -4 नाभिक), बीटा विकिरण (इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन), न्यूट्रॉन विकिरण और भारी परमाणु नाभिक, परमाणु विखंडन के टुकड़े सहित। कुछ प्रकार के विकिरण के लिए, आरबीई व्यक्तिगत कणों की ऊर्जा पर अत्यधिक निर्भर है।

ऊतक के प्रकार पर निर्भरता
प्रारंभ में यह पाया गया कि एक्स-रे, गामा किरणें और बीटा विकिरण अनिवार्य रूप से सभी प्रकार की कोशिकाओं के लिए समान थे। इसलिए, मानक विकिरण प्रकार X आम तौर पर 250 इलेक्ट्रॉन वोल्ट फोटॉन या कोबाल्ट-60 गामा किरणों वाला एक एक्स-रे बीम होता है। परिणाम स्वरुप, बीटा और फोटॉन विकिरण की सापेक्ष जैविक प्रभावशीलता अनिवार्य रूप से 1 है।

अन्य विकिरण प्रकारों के लिए, आरबीई एक अच्छी तरह से परिभाषित भौतिक मात्रा नहीं है, क्योंकि यह ऊतक के प्रकार और सेल के भीतर अवशोषण के स्पष्ट स्थान के साथ कुछ भिन्न होता है। इस प्रकार, उदाहरण के लिए, अल्फा विकिरण के लिए आरबीई 2-3 है जब बैक्टीरिया पर मापा जाता है, 4-6 सरल यूकेरियोट सेल (जीव विज्ञान) के लिए, और 6-8 उच्च यूकेरियोटिक कोशिकाओं के लिए होता है। एक स्रोत के अनुसार यह ओवोसाइट्स पर बहुत अधिक (संदर्भ के रूप में एक्स किरणों के साथ 6500) हो सकता है। न्यूट्रॉन का आरबीई बैक्टीरिया के लिए 4-6, सरल यूकेरियोटिक कोशिकाओं के लिए 8-12 और उच्च यूकेरियोटिक कोशिकाओं के लिए 12-16 है।

स्रोत स्थान पर निर्भरता
प्रारंभिक प्रयोगों में, विकिरण के स्रोत विकिरणित कोशिकाओं के लिए सभी बाहरी थे। चूंकि अल्फा कण मानव त्वचा की सबसे बाहरी मृत परत को पार नहीं कर सकते हैं, वे शरीर के अंदर परमाणुओं के क्षय से आने पर ही महत्वपूर्ण हानि कर सकते हैं। चूंकि एक अल्फा कण की सीमा सामान्यतः एक एकल यूकेरियोटिक कोशिका के व्यास के बारे में होती है, ऊतक कोशिकाओं में उत्सर्जक परमाणु का स्पष्ट स्थान महत्वपूर्ण हो जाता है।

इस कारण से, यह सुझाव दिया गया है कि अल्फा उत्सर्जकों द्वारा संदूषण के स्वास्थ्य प्रभाव को अधिक हद तक कम करके आंका जा सकता है। बाहरी स्रोतों के साथ आरबीई के माप भी अल्फा क्षय के कारण मूल-नाभिक की पुनरावृत्ति के कारण होने वाले आयनीकरण की उपेक्षा करते हैं। जबकि क्षयकारी परमाणु के मूल-नाभिक की पुनरावृत्ति सामान्यतः अल्फा-कण की लगभग 2% ऊर्जा का वहन करती है जो क्षयकारी परमाणु द्वारा उत्सर्जित होती है, इसकी सीमा बहुत कम होती है (लगभग 2-3 एंगस्ट्रॉम), इसकी वजह से उच्च विद्युत आवेश और उच्च द्रव्यमान सीमा बहुत कम होती है। संवेग के संरक्षण के कारण एक असतत गतिज ऊर्जा के साथ, एक अल्फा कण के उत्सर्जन पर, मूल नाभिक को पीछे हटने की आवश्यकता होती है। इस प्रकार, पीछे हटना -न्यूक्लियस से सभी आयनीकरण ऊर्जा अपने मूल स्थान के पास एक बहुत ही कम मात्रा में जमा होती है, सामान्यतः क्रोमोसोम पर सेल न्यूक्लियस में, जो भारी धातुओं के लिए एक आकर्षण है।  सेल के बाहर के स्रोतों का उपयोग करते हुए अधिकांश अध्ययनों ने आरबीई को 10 और 20 के बीच प्राप्त किया है। चूंकि अल्फा कण की यात्रा से अधिकांश आयनीकरण क्षति कोशिका द्रव्य में जमा होती है, जबकि रिकॉइल-न्यूक्लियस की यात्रा डीएनए पर ही होती है, यह संभावना है कि अल्फा कण की तुलना में रिकॉइल न्यूक्लियस से अधिक हानि होता है।

इतिहास
1931 में, फ़ैला और हेनशॉ ने एक्स किरणों और γ किरणों की सापेक्ष जैविक प्रभावशीलता (आरबीई) के निर्धारण पर रिपोर्ट दी है। यह 'आरबीई' शब्द का पहला प्रयोग प्रतीत होता है। लेखकों ने नोट किया कि आरबीई अध्ययन की जा रही प्रायोगिक प्रणाली पर निर्भर था। कुछ समय बाद, इसे ज़िर्कल एट अल द्वारा संकेत किया गया था। (1952) कि जैविक प्रभाव प्रदान की गई ऊर्जा के स्थानिक वितरण और आयनकारी कणों की प्रति इकाई पथ लंबाई में आयनीकरण के घनत्व पर निर्भर करता है। ज़िर्कल एट अल रेडियोबायोलॉजी में स्टॉपिंग पावर के लिए इस्तेमाल होने के लिए 'रैखिक ऊर्जा हस्तांतरण (एलईटी)' शब्द गढ़ा, अर्थात एक आवेशित कण की प्रति यूनिट पथ लंबाई में ऊर्जा की हानि होती है। इस अवधारणा को 1950 के दशक में प्रतुत किया गया था, उस समय जब परमाणु हथियारों और परमाणु रिएक्टरों की तैनाती ने कृत्रिम रेडियोधर्मिता के जैविक प्रभावों पर शोध को गति दी थी। यह देखा गया था कि वे प्रभाव विकिरण के प्रकार और ऊर्जा स्पेक्ट्रम दोनों पर और जीवित ऊतक के प्रकार पर निर्भर थे। उस दशक में आरबीई निर्धारित करने के लिए पहला व्यवस्थित प्रयोग किया गया था।

यह भी देखें

 * पृष्ठभूमि विकिरण
 * रैखिक ऊर्जा हस्तांतरण (एलईटी)
 * दोहरी विकिरण क्रिया का सिद्धांत

बाहरी संबंध

 * Relative Biological Effectiveness in Ion Beam Therapy