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 promieniowania 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 i oraz promieniowanie Roentgena. Promieniowanie łatwo zatrzymać kartką papieru lub dłonią. Promieniowanie, czyli elektrony przenikają przez 1-2cm warstwę ciała ludzkiego lub wody, ale zatrzymuje je płytka aluminiowa. Promieniowanie rentgenowskie i odznaczają się dużą przenikliwością i łatwo przenikają np. przez ciało ludzkie. Przed tym promieniowaniem chroni duża warstwa ołowiu, betonu lub wody. Promieniowanie i jest znacznie mniej przenikliwe.
Różnice we właściwościach promieniowania i 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 i 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 nieleczona 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:
1. Zmniejszenie liczby nowotworów,
2. Zwiększenie średniego czasu życia,
3. Zwiększenie szybkości wzrostu,
4. Wzrost wielkości i masy ciała,
5. Wzrost płodności i zdolności reprodukcyjnych,
6. 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. 1Gy = 100 radów. Obowiązującą obecnie jednostką promieniowania jest siwert.
W przypadku promieniowania X, i dawka 1 greja (1 Gy) jest w przybliżeniu równoważna 1 siwertowi (1 Sv). W przypadku promieniowania 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 to 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 organizmów o prostszej budowie jest ona znacznie wyższa, np. w przypadku bakterii microccocus radiolurans.
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:
1. 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.
2. 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.