Wpływ promieniowania na organizmy
Odkrycie promieniotwórczości sięga przełomu XIX i XX w. Z jednej strony dało ono człowiekowi możliwości pozytywnego wykorzystania tegoż zjawiska ale z drugiej strony obarczyło ludzkość odpowiedzialnością za właściwe jej wykorzystanie. Znajomość zagadnień związanych z promieniotwórczością, wpływem promieniowaniana na organizmy żywe oraz sposobów ochrony przed promieniowaniem może pomóc ludziom zmniejszyć zagrażające zdrowiu skutki promieniowania. Rozpatrując wpływ promieniowania na organizmy należy pamiętać , że składają się nań narządy , które z kolei zbudowane są z tkanek , te zaś zawierają komórki.
Na jeszcze głębszym szczeblu organizacji należy rozpatrywać działanie promieniowania na poszczególne molekuły
istotne dla procesów biologicznych.
Od
lat mówi się o szkodliwości promieniowania. Na ogół znamy złe strony
promieniowania , takie jakie jest emitowane po próbach jądrowych , katastrofach
okrętów o napędzie atomowym czy wypadkach w elektrowniach jądrowych. Po próbach
z bronią jądrową teren , na którym odbywały się próby wymiera. Roślinność i
zwierzęta wymierają bezpowrotnie. W wyniku katastrofy w elektrowni jądrowej w
Czarnobylu śmierć poniosło wiele osób , skażone zostały większe obszary Ukrainy
, Białorusi i Polski.
Szczególnym rodzajem promieniowania jest promieniowanie jonizujące.
Wywołuje ono w obojętnych atomach i cząsteczkach materii zmiany w ładunkach
elektrycznych , czyli jonizację. Promieniowaniem jonizującym jest promieniowanie
jądrowe α , β i γ oraz promieniowanie Roentgena. Promieniowanie α łatwo
zatrzymać kartką papieru lub dłonią. Promieniowanie β czyli
elektrony przenikają przez 1-2cm warstwę ciała ludzkiego lub wody , ale
zatrzymuje je płytka aluminiowa. Promieniowanie rentgenowskie
i γ odznaczają się dużą przenikliwością i łatwo
przenikają np. przez ciało ludzkie. Przed tym promieniowaniem chroni duża
warstwa ołowiu , betonu lub wody. Promieniowanie α i β jest znacznie mniej
przenikliwe.
Różnice we właściwościach
promieniowania α , β i γ wynikają z przemian jądrowych ,w wyniku których
zmienia się skład i stan energetyczny jądra kosztem emisji promieniowania
jądrowego.
Izotopy
promieniotwórcze w zetknięciu z organizmem żywym mogą oddziaływać niekorzystnie
poprzez:
1.
Napromieniowanie żywej tkanki promieniowaniem jądrowym – promieniowanie typu
jonizującego lub neutronowego.
2.
Skażenia izotopami promieniotwórczymi, które dostały się do wnętrza organizmu
lub znalazły się w kontakcie zewnętrznym.
Promieniowanie jądrowe α, β i
γ oraz promieniowanie Roentgena, noszą nazwę promieniowania jonizującego,
gdyż poprzez oddanie swojej energii wytwarzają jony. Dla organizmów żywych te
jony mogą być szkodliwe, gdyż prowadzi to do zakłócenia przemian biochemicznych
warunkujących prawidłowe funkcjonowanie organizmu i do zmian strukturalnych
komórek. Promieniowanie jonizujące powoduje radiolizę wody, czyli jej rozkład na
jony pod wpływem promieniowania. W wyniku tego procesu powstają wolne rodniki,
które mogą reagować ze związkami wchodzącymi w skład komórki, powodując
zakłócenia w jej funkcjonowaniu. Niektóre zakłócenia mogą zostać skorygowane
dzięki autoregulacyjnym właściwościom organizmu, inne zmiany są nieodwracalne i
prowadzą do obumarcia komórek. Czułość tkanki ludzkiej na promieniowanie
jonizujące zmienia się w szerokich granicach. Najczulsze są organy krwiotwórcze
i tkanki rozrodcze, najmniej czułe są mózg i mięśnie. Jeśli ułożyć tkanki według
zmniejszającej się czułości, to otrzymamy kolejno następujący szereg: tkanka
limfatyczna, nabłonek jąder, szpik kostny, nabłonek żołądkowo – jelitowy,
jajniki, skóra, tkanka łączna, kości, wątroba, trzustka, nerki, nerwy, mózg i
mięśnie.
Uszkodzenia popromienne ze względu na rodzaj ich następstw dzielimy na
uszkodzenia somatyczne tzn. wpływające na procesy odpowiedzialne za
utrzymanie organizmu przy życiu oraz genetyczne tzn. naruszające zdolność
organizmu do prawidłowego przekazywania cech potomstwu.
Typowym skutkiem poważnych uszkodzeń somatycznych jest choroba popromienna.
Składają się na nią między innymi mdłości, bóle i zawroty
głowy, ogólne osłabienie organizmu, zmiany we krwi, biegunki, niedokrwistość,
obniżenie odporności i wypadanie włosów. W zależności od stopnia uszkodzeń
choroba popromienna może zakończyć się śmiercią lub przejść w fazę przewlekłą ze
stopniowym wyniszczeniem organizmu.
Promieniowanie jonizujące może powodować uszkodzenia genetyczne
polegające na zmianie struktury chromosomów wchodzących w skład komórek
rozrodczych. Ich następstwem są mutacje, w efekcie których wśród
napromieniowanych roślin lub zwierząt mogą pojawiać się mutanty, tzn. osobniki
różniące się szeregiem cech od organizmów macierzystych. Na szczęście organizmy
wykazują w pewnych granicach zdolność do naprawiania niepożądanych zmian.
Innym
następstwem ekspozycji żywego organizmu na napromieniowanie jest powstawanie
nowotworów. Częstym schorzeniem osób narażonych na duże dawki promieniowania
jest białaczka, czyli nowotwór krwi. Bardzo niebezpiecznym izotopem
promieniotwórczym jest tutaj stront – 90, który ma możliwości wbudowywania się w
tkankę kostną i dlatego może być przyczyną białaczki lub innych nowotworów. Do
organizmu ludzkiego może się dostać wraz z mlekiem krów, które wypasały się na
pastwiskach skażonych pyłem promieniotwórczym. Podobnie zachowuje się cez – 137,
który wbudowuje się w mięśnie zamiast sodu i potasu. Rakotwórczość
promieniowania jonizującego nie różni się zasadniczo od rakotwórczości
czynników chemicznych, w obu przypadkach podział komórki w wyniku ekspozycji
zasadniczo przyczynia się do powstania raka. Jest to szczególnie prawdziwe w
odniesieniu do raka tarczycy i raka piersi. U dzieci poniżej 10 roku życia
tarczyca jest organem o największej podatności na rakotwórcze działanie
promieniowania jonizującego. Można stwierdzić, że czas przebywania izotopu
promieniotwórczego w organizmie zależy od okresu jego połowicznego zaniku jak i
od sposobu związania go w danym organizmie, oraz od indywidualnych cech
skażonego i jego wieku.
Innym
skutkiem promieniowania jest choroba oczu – katarakta, która nie leczona
powoduje zanik widzenia.
Pierwiastki promieniotwórcze, mają także toksyczne działanie na organizm na
skutek ich właściwości chemicznych. Bardzo często są to metale ciężkie. U osób
stykających się z pyłem związków pochodzących z naturalnych szeregów
promieniotwórczych uranu i toru stwierdzono ciężkie schorzenia układu
krwionośnego, nowotwory płuc i schorzenia nerek. Innym pierwiastkiem jest
pluton, który wchłonięty przez drogi oddechowe, może przedostać się do kości i
spowodować powstanie nowotworów.
Badania na zwierzętach i roślinach wskazują, że małe dawki promieniowania
skutkują zerowymi lub pozytywnymi ze względu na zdrowie skutkami. Należą do nich
np:
- Zmniejszenie liczby
nowotworów, - Zwiększenie średniego
czasu życia, - Zwiększenie szybkości
wzrostu, - Wzrost wielkości i masy
ciała, - Wzrost płodności i
zdolności reprodukcyjnych, - Zredukowana liczba
mutacji.
Wykazano, że reakcje
fizjologiczne roślin i zwierząt na małe dawki promieniowania są analogiczne
efektom działania wielu naturalnych pierwiastków i związków chemicznych, które
stanowią zasadnicze składniki pożywienia, natomiast przy wyższych stężeniach są
dla organizmu toksyczne.
Aby
ocenić skutki promieniowania jonizującego, należy z jednej strony znać rodzaje
promieniowania, ilość substancji promieniotwórczej, energię promieniowania oraz
odległość i czas przebywania w pobliżu materiałów promieniotwórczych. Wszystkie
te czynniki składają się na wartość pochłoniętej dawki promieniowania. Miarą
dawki pochłoniętej przez materię jest energia pochłonięta przez tę materię w
procesie promieniowania, w przeliczeniu na jednostkę masy.
Grej (Gy,
J/kg) i miligrej (mGy) to jednostki określające ilość przeniesionej energii
przez promieniowanie do każdego kilograma materii. Do niedawna stosowaną
jednostką dawki pochłoniętej był rad, który odpowiadał 100 ergom (10 J) energii
pochłoniętej przez 1 gram substancji.
1Gy = 100 radów. Obowiązującą
obecnie jednostką promieniowania jest siwert.
W przypadku promieniowania X,
γ i β dawka 1 greja (1 Gy) jest w przybliżeniu równoważna 1 siwertowi
(1 Sv). W przypadku promieniowania α i
promieniowania neutronowego, które bardzo silnie oddziaływają na organizm
stosowany siwert (Sv) odpowiada 100 remom. Najczęściej używaną jednostką jest
milisiwert (1mSv = 0,001 Sv).
Promieniowanie jonizujące powoduje wytworzenie jonów w
czasie przenikania przez materię. Jest to zazwyczaj promieniowanie emitowane
przez aparaty rentgenowskie, izotopy promieniotwórcze, akceleratory, reaktory
atomowe, wybuchy jądrowe oraz promieniowanie kosmiczne.
Promieniowanie pochodzące z
przestrzeni kosmicznej i od naturalnych pierwiastków radioaktywnych w skorupie
ziemskiej oraz bezpośrednio z organizmu człowieka stanowi
tło naturalne promieniowanie. Do tego poziomu natężenia promieniowania organizmy
żywe przystosowały się w toku ewolucji. Jesteśmy wystawieni na działanie
promieniowania jonizującego ze źródeł naturalnych i sztucznych. Średnia dawka
pochodząca od wszystkich źródeł promieniowania w Polsce wynosi 3 mSv. Ponad 80%
dawki otrzymywanej rocznie przez człowieka pochodzi ze skorupy ziemskiej w 69%,
z promieniowania kosmicznego 11% zaś prawie
20% ze sztucznych źródeł promieniotwórczych. Ulegamy napromieniowaniu
wewnętrznemu z pierwiastków radioaktywnych, które
dostają się do naszego organizmu wraz z pokarmem, wodą i
powietrzem. Śladowe ilości pierwiastków promieniotwórczych, jak potas – 40,
węgiel – 14, rad – 226 znajdują się także w naszej krwi i
kościach.
Na dodatkowe napromieniowanie
swojego organizmu narażeni są palacze, którzy wraz z dymem papierosowym,
wprowadzają do płuc radioaktywny polon – 210, który ulega dalszym przemianom w
promieniotwórcze izotopy ołowiu, bizmutu i talu.
Nie bez znaczenia są również
dawki promieniowania, które otrzymujemy w czasie prześwietleń
rentgenowskich różnych narządów i części ciała. Kobiety w ciąży powinny się
wystrzegać prześwietleń, ponieważ płód ludzki jest bardzo wrażliwy na
promieniowanie.
Zasadniczą rolę podczas napromieniowania odgrywa czas, w ciągu którego organizm
pochłonął określoną dawkę promieniowania oraz rodzaj organizmu. Dawka letalna
(śmiertelna), jest to dawka, która powoduje śmierć 50% osobników w ciągu 30
dni po napromieniowaniu. Dla człowieka wynosi ona ok. 3 – 4 Sv, zaś dla
organizmów o prostszej budowie jest ona znacznie wyższa, np. w przypadku
bakterii microccocus radiolurans wynosi ona ok. 7.000 Sv. Zgodnie z polskimi
przepisami osoby stykające się zawodowo z materiałami promieniotwórczymi nie
powinny otrzymywać rocznie więcej niż 50 mSv.
Jeśli
mówimy o naturalnych źródłach promieniowania, to pozornie można sądzić, że nie
mamy na nie żadnego wpływu. Oddziaływanie tych źródeł zostało zakłócone przez
działalność człowieka. Przyczyną tych zakłóceń jest np. spalanie węgla i
stosowanie nawozów sztucznych, w których zawarte są śladowe ilości uranu i radu.
Pyły emitowane do atmosfery w wyniku spalania węgla, zwiększają stężenie
naturalnych substancji promieniotwórczych w powietrzu, w glebie
i roślinach.
Nie da
się całkowicie uniknąć oddziaływania promieniowania, jesteśmy na nie skazani.
Promieniowanie jonizujące stwarza zagrożenia, ale też przynosi ogromne korzyści.
Nie ma takiej dziedziny ludzkiej działalności, która byłaby wolna od zagrożeń.
Nie można ich całkowicie wyeliminować, ale można i trzeba je ograniczać.
Do podstawowych zasad ochrony
radiologicznej należą:
- Nie należy dotykać ani otwierać pojemników, w których znajdują się
materiały promieniotwórcze. Nie wolno wyjmować źródeł z pojemników, usuwać
osłon, rozmontowywać urządzeń, w których się znajdują. - Nie
należy zbliżać się do materiałów promieniotwórczych, nie wolno ich kupować lub
przechowywać.
Procedurę obchodzenia się z
materiałami promieniotwórczymi opisują specjalne instrukcje, do których należy
się stosować dla bezpieczeństwa własnego i otoczenia.
Podsumowując, należy stwierdzić, że biologiczna rola promieniowania
jonizującego zasługuje na wnikliwą uwagę. Badania nad tym zagadnieniem należy
prowadzić w interesie nauk biologicznych i medycznych.
Literatura:
- Czerwiński – ,,Blaski i
cienie promieniotwórczości”, Warszawa 1995 - Czerwiński – ,,Energia
jądrowa i promieniotwórczość”, Warszawa 1998 - L.Dobrzyński –
,,Raport Działu Szkolenia i Doradztwa Instytutu Problemów Jądrowych im. A.
Sułtana, Świerk 2001
Autor: Ewa Rochmińska