Promieniowanie a zdrowie człowieka

Promieniowanie, proces przenoszenia energii przez fale (elektromagnetyczne – promieniowanie elektromagnetyczne, np. światło, sprężyste – np. dźwięk) lub strumień cząstek (np. cząstki  – promieniowanie , cząstki  – promieniowanie ); również sam akt emisji tego promieniowania (np. promieniowanie światła); promieniowanie jądrowe, promieniowanie elektromagne-tyczne () lub korpuskularne (promieniowanie , , neutronowe, protonowe) emitowane przez jądra atomowe podczas ich rozpadu promieniotwórczego; promieniowanie jonizujące, promieniowanie wywołujące jonizację atomów i cząsteczek ośrodka, przez który przenika (krótkofalowe promieniowanie nadfioletowe, promienio-wanie rentgenowskie, promieniowanie jądrowe); szkodliwe dla zdrowia. (def. wg Encyklopedii Multimedialnej PWN)

Źródła promieniowania jonizującego:

Promieniowanie naturalne
Ludzkość – od początku swego istnienia – narażona była na działanie promieniowania ze źródeł naturalnych. Promieniowanie naturalne jest to promieniowanie, które normalnie i stale ist-nieje na Ziemi i jest niezależne od działalności człowieka. Pochodzi głównie z dwóch źródeł: z przestrzeni kosmicznej oraz ze źródeł ziemskich, którymi są naturalne pierwiastki promie-niotwórcze. Wielkość naturalnego napromieniowania w większości okolic na Ziemi wynosi od kilkudziesięciu do stu kilkudziesię-ciu milimetrów na rok, co odpowiada wartości około 3 remów na jedno pokolenie ludzkie i około 7 remów w ciągu średniego ży-cia ludzkiego. Poziom naturalnego promieniowania zależy od szerokości geograficznej, składu podłoża, wysokości nad pozio-mem morza i szeregu innych czynników.

Sztuczne źródła promieniowania jonizującego
Oprócz źródeł naturalnych występujących w przyrodzie na coraz większą skalę stosowane są w różnych dziedzinach przemy-słu i medycyny sztuczne źródła promieniowania, które można sklasyfikować jako:
1. Aparaturę rentgenowską lub inną, lecz wytwarzającą promie-niowanie jonizujące na podobnej zasadzie. W aparaturze tego typu promieniowanie rentgenowskie jest wytwarzane przez ha-mowanie na metalowych elektrodach lub szklanych ekranach strumienia elektronów rozpędzanych uprzednio w silnym polu elektrycznym, zazwyczaj w odpowiedniej komorze próżniowej. Aparatura tego typu to przede wszystkim lampy rentgenowskie, a także kineskopy telewizyjne, prostowniki próżniowe, beta-trony, akceleratory itp.
2. Izotopy promieniotwórcze. Izotopami nazywane są atomy pier-wiastków, które mają tę samą liczbę protonów w jądrze atomu, a różną liczbę neutronów. Izotopy tego samego pierwiastka mają te same właściwości chemiczne, różnią się jedynie masą atomową. Izotopy promieniotwórcze charakteryzują się również właściwością wysyłania promieniowania , , .

Rodzaje promieniowania jonizującego:

Promieniowanie 
Jest to strumień cząstek złożonych z 2 neutronów i 2 pro-tonów (jądra helu) wysyłanych w następstwie przemian zachodzą-cych w jądrze. Jeżeli atom emituje cząstkę , to z jego jądra ubywają 4 nukleony. Energia kinetyczna cząstek  wynosi od 3 do 10 MeV w zależności od rodzaju nuklidu promieniotwórczego. Cząstka  traci swą energię głównie wskutek jonizacji atomów ośrodka przenikanego. Zasięg promieniowania  zależy od ener-gii cząstek oraz od rodzaju ośrodka. Wynosi on od kilku do kilkunastu mg/cm².

Promieniowanie 
Jest to strumień cząstek  (elektronów dodatnich lub ujem-nych) emitowanych przez jądra atomów promieniotwórczych. Emi-sja cząstki  minus występuje przy przemianie neutronu w pro-ton. Przemianie tej towarzyszy emisja antyneutrino. Pierwia-stek pochodny ma więc tę samą liczbę masową A, a liczbę atomo-wą Z większą o 1. Emisja cząstki  plus występuje przy przemia-nie protonu w neutron z emisją neutrino. Pierwiastek pochodny ma wtedy tę samą liczbę masową A, natomiast liczbę atomową Z mniejszą o 1. Cząstki  przenikając materię tracą swą energię kinetyczną wskutek jonizacji lub wzbudzania atomów przenikane-go ośrodka oraz w wyniku hamowania w polach elektrostatycznych jąder.

Promieniowanie 
Jest to promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez jądra wzbudzonych atomów promieniotwórczych. Długość fali pro-mieniowania  wynosi do cm. W przeciwieństwie do pro-mieniowania cząstkowego, zasięg promieniowania elektromagne-tycznego jest duży. Kwanty promieniowania  przenikając ośrodek materialny tracą swą energię w wyniku zjawiska fotoelektrycz-nego, zjawiska Comptona, zjawiska tworzenia par, a dla dużych energii wskutek występowania reakcji jądrowych.
 Promieniowanie  zatrzymuje nawet cienka kartka papieru, przeszkodą dla promieni  jest blacha aluminiowa, natomiast za-porę dla promieni  stanowi dopiero gruba płyta ołowiana.


Promieniowanie rentgenowskie (X)
Jest również strumieniem kwantów promieniowania elektroma-gnetycznego, powstającym w wyniku oddziaływania (hamowania) strumienia elektronów z jądrami atomów materii. Promieniowanie rentgenowskie jest niewidzialne dla oka, przebiega prostoli-nijnie, ma wybitną zdolność przenikania ciał, wywołuje fluore-scencję pewnych substancji, redukuje chemicznie związki sre-bra, jonizuje gazy i wywiera działanie niszczące na tkankę ży-wą.

Promieniowanie neutronowe (N)
Jest strumieniem neutronów powstających w wyniku procesu tzw. rozszczepienia jąder atomowych ciężkich pierwiastków, np. uranu i pierwiastków transuranowych. Ładunek neutronu równy jest zero, a masa wynosi g.

Poza wymienionymi wyżej rodzajami promieniowania istnieją jeszcze inne rodzaje promieniowania, takie jak np. protony lub tzw. fragmenty rozszczepienia jąder atomowych. Mogą one powstawać w wyniku skomplikowanych reakcji jądrowych i bardzo rzadko stanowią źródło realnego zagrożenia radiacyjnego.

Energia wszelkich rodzajów promieniowania (, , , X, neutronowego i protonowego); po wchłonięciu przez ustrój jego układy biologiczne ulega rozproszeniu w zjawiskach pierwotnych, którymi są głównie: jonizacja i wzbudzenie. Zjawiska te trwają niezmiernie krótko (ułamki sekund), po czym powodują wystąpienie reakcji biologicznej. Są to już zjawiska wtórne, określane jako zespoły popromienne albo choroba popromienna. Jonizacja wyzwala wolne jony związków chemicznych (tj. o ładunkach elektrycznych) w strukturach komórkowych, a wzbudzenie polega na zwiększeniu reaktywności atomów wchodzących w skład komórek, wobec innych atomów, niepobudzonych, do których nie dotarło promieniowanie.
Wrażliwość i odpowiedź reaktywna na promieniowanie jest bardzo różna, indywidualna i zależy od wieku (bardzo wrażliwe są dzieci, a zwłaszcza płód), płci i ogólnego stanu zdrowia oraz od czynników zewnętrznych współdziałających (np. temperatura, zmęczenie, niedożywienie, pod– i nadciśnienie atmosferyczne itp.). Skutki napromieniowania przejawiają się albo natychmiast – np. w postaci reakcji oparzenia, rzadziej II stopnia (rumień i pęcherze), wyjątkowo III stopnia (martwica) – albo po pewnym okresie utajenia, jako niedokrwistość i osłabienie. Okres ten może rozciągać się nawet na dziesiątki lat, np. zanim ujawni się działanie rakotwórcze napromieniowania. Do późnych reakcji zalicza się również uszkodzenie gonad (jąder i jajników). Następstwem tego są uszkodzenia genetyczne, tj. nieprawidłowy rozwój płodów i wady wrodzone potomstwa. Różne narządy wykazują różną wrażliwość na napromienianie. W związku z tym, w każdym napromienianiu, zależnie od jego rodzaju, dawki i izotopu, (np. żelazo, fosfor, stront, jod i inne) rozróżnia się specyficzne w danym przypadku narządy krytyczne dla danego izotopu promieniotwórczego (np. tarczyca dla jodu, kości dla strontu itp.). Ustrój wydala wchłonięte izotopy promieniotwórcze zwykłymi drogami, np. z powietrzem wydechowym, z kałem i moczem, ze śliną, mlekiem, potem i łzami. Wchłonięte izotopy ulegają w ustroju w dalszym ciągu samoistnemu rozpadowi, właściwemu dla każdego z nich. Czas trwania rozpadu, aż do zmniejszenia się danej dawki o połowę, jest cechą specyficzną danego izotopu i określa się jako “czas połowicznego zaniku”. Dla różnych izotopów wynosi on od ułamka sekundy to tysięcy lat (np. dla izotopu węgla ponad 4000 lat). W wyniku tego rozpadu każdy wchłonięty izotop wykazuje specyficzny dla siebie tzw. “okres biologicznego półtrwania”, tzn. redukcji o połowę dawki pierwotnie wchłoniętej. Okres ten może być bardzo krótki (sekundy lub ich ułamki, minuty) lub dłuższy (dni, miesiące i lata). W następstwie każdy izotop ma specyficzny dla niego tzw. “półokres efektywny biologicznej radioaktywności”, znacznie krótszy niż “czas połowicznego zaniku”, np. dla izotopu węgla wynosi on kilkaset dni. Zjawiska te warunkują objawy i ich ciężkość w chorobowym zespole popromiennym. Najbardziej radiotoksyczne są: pluton, rad i izotop strontu. Działanie ich po wchłonięciu ich, rozciąga się na wiele lat, a nawet na całe życie.
Zespół objawów występujących po napromieniowaniu nazywamy chorobą popromienną. Obraz kliniczny zależy od wielkości dawki promieniowania jonizyjącego. Przy średniej dawce śmiertelnej 400 do 600 remów na całe ciało (ekspozycja taka może mieć miejsce po wybuchach broni jądrowej oraz przy nieszczęśliwych wypadkach w reaktorach atomowych) po kilkudniowym okresie bezobjawowym rozwija się pełny kliniczny obraz choroby popromiennej: niewydolność układu krwiotwórczego i limfoidalnego oraz skaza krwotoczna, zmiany w obrębie przewodu pokarmowego spodowane uszkodzeniem nabłonka jelitowego, zaburzenia równowagi wodnoelektrolitowej, zaburzenia układu nerwowego, uszkodzenie komórek układu siateczkowo-śródbłonkowego oraz komórek plazmatycznych, a w następstwie zahamowanie mechanizmów odpornościowych. Najgorzej rokującymi objawami są występujące wcześniej wymioty, podwyższenie ciepłoty ciała i biegunki; jest to tzw. triada objawów szybkiej śmierci popromiennej. W chorobie popromiennej po niższych dawkach od minimalnej dawki śmiertelnej występują tylko niektóre z wymienionych objawów. W wyniku przewlekłego, długotrwałego napromieniowania całego ciała również może rozwinąć się choroba popromienna, niekiedy nawet w postaci ostrych schorzeń układu krwiotwórczego (niedokrwistość aplastyczna, leukopenia, agranulocytoza, skaza krwotoczna). Pod wpływem przewlekłego napromieniowania zwiększa się częstość występowania białaczek. W wyniku napromieniowania mo-gą też wystąpić zmiany późne (po kilku lub kilkunastu la-tach)jako zaburzenia wzroku i rozwoju, białaczki, nowotwory złośliwe, bezpłodność, zaćma, skrócenie życia.

Bezpieczne dawki promieniowania jonizującego mają nato-miast zastosowanie w medycynie. Przykładem może być rentgeno-diagnostyka – dział radiologii; wyodrębniona specjalność zaj-mująca się zastosowaniem promieni rentgenowskich do badań dia-gnostycznych w medycynie. Podstawowymi metodami pracy jest rentgenografia i prześwietlenie.
Rentgenografia polega na wykonywaniu zdjęć za pomocą pro-mieni rentgenowskich na specjalnym filmie pokrytym obustronnie światłoczułą emulsją. Film znajduje się wewnątrz światłosz-czelnej kasety rentgenowskiej między dwiema foliami wzmacnia-jącymi. Po wykonaniu zdjęcia film podlega obróbce chemicznej w ciemni rentgenowskiej.
Prześwietlenie to druga podstawowa metoda badania radiolo-gicznego. Polega na oglądaniu i interpretacji obrazu badanego obiektu na ekranie rentgenowskim lub we wzmacniaczu elektrono-wym obrazu rentgenowskiego.
 Promieniowanie rentgenowskie jest bardzo przenikliwe i umoż-liwia badanie organizmu ludzkiego bez użycia skalpela.

W medycynie stosuje się także promieniolecznictwo tzw. ra-dioterapię tj. leczenie promieniowaniem jonizującym w onkolo-gii, polegające na wykorzystaniu promienioczułości poszczegól-nych tkanek i nowotworów. Dawka lecznicza ma na celu uszkodze-nie nowotworu i zahamowanie zdolności rozmnażania komórek bez poważnego uszkodzenia tkanek zdrowych.


 Sztucznie otrzymywany izotop kobaltu, kobalt-60, emituje promieniowanie  o wysokiej energii. Jest ono wykorzystywane do napromieniania komórek nowotworowych. Urządzenie stosowane do tego celu, umożliwiające precyzyjne naświetlaniem, nazywa się bombą kobaltową.











Źródłem promieniowania są:
1. Urządzenia do wytwarzania promieni X – aparaty rentgenowskie (tzw. terapia konwencjonalna), urządzenia do terapii mega-woltowej (generator Van De Graaffa, przyspieszacz liniowy, betatron).
2. Naturalne pierwiastki promieniotwórcze (rad i radon).
3. Izotopy promieniotwórcze (głównie cez 137, kobalt 60, także złoto 98, tantal 182, jod 131, fosfor 32, itr 90)

Powszechnie stosowane w medycynie jest światłolecznictwo - dział fizykoterapii, w którym stosuje się promieniowanie pod-czerwone, promieniowanie widzialne oraz promieniowanie nadfio-letowe do celów leczniczych.

Promieniowanie podczerwone
Promieniowanie podczerwone, cieplne to niewidzialne pro-mieniowanie elektromagnetyczne, mieszczące się w widmie między czerwienią a mikrofalami. W lecznictwie znajduje zwykle zasto-sowanie promieniowanie podczerwone o długości fali 770 do 15000 nm. Urządzeniami leczniczymi emitującymi w/w promienio-wanie są promienniki, w których źródłem promieniowania jest spirala z drutu oporowego, nagrzewająca się w czasie przepływu prądu oraz lampy lecznicze wyposażone w żarówki emitujące pro-mieniowanie podczerwone i widzialne, jak np. lampa Sollux.
Biologiczne działanie promieniowania podczerwonego polega wpływie cieplnym; powoduje ono m.in. rozszerzenie naczyń krwionośnych skóry, naczyń głębiej położonych, zmniejszenie bólu i napięcia mięśni. Promieniowanie podczerwone jest wska-zane w leczeniu przewlekłych zapaleń stawów, nerwobólów, ze-społów bólowych, a także w stanach po przebytym zapaleniu skó-ry i tkanek miękkich pochodzenia bakteryjnego.

Promieniowanie nadfioletowe
Promieniowanie nadfioletowe, ultrafioletowe to niewidzial-ne promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od 400 do 10 nm,( w widmie tego promieniowania jest umiejscowione miedzy światłem widzialnym i promieniowaniem rentgenowskim. Obfitym źródłem promieniowania nadfioletowego jest Słońce, ale do po-wierzchni Ziemi dociera tylko część tego promieniowania , gdyż promienie o długości fali mniejszej od 280 nm są całkowicie pochłaniane przez atmosferę.
W warunkach laboratoryjnych i w celach leczniczych do wy-twarzania promieniowania nadfioletowego stosuje się lampy kwarcowe oraz łukowe lampy węglowe.
Promieniowanie nadfioletowe wywołuje fluorescencję (np. ekranu powleczonego olejem maszynowym lub naftą), wzbudza w wielu substancjach silną fotoluminescencję, powoduje zaczerwienienie fotograficznych materiałów światłoczułych i te własności po-zwalają na jego wykrywanie.
Promieniowanie nadfioletowe odznacza się dużą aktywnością bio-logiczną: zabija bakterie i drobnoustroje, wpływa na przemianę ergosterolu w witaminę D , dzięki czemu jest stosowane w le-czeniu krzywicy, wyzwala produkcję pigmentu.
W lecznictwie stosuje się naświetlania promieniowaniem nadfio-letowym ogólne lub miejscowe. Wskazania obejmują, oprócz krzy-wicy, chorobę zwyrodnieniową stawów, gościec tkanek miękkich, nerwobóle, trądzik pospolity, stany zapalne skóry i tkanki podskórnej, łysienie plackowate, łuszczycę oraz stany rekonwa-lescencji.
Dla ochrony przed szkodliwym działaniem promieniowania nadfioletowego stosuje się odpowiednie środki zapobiegawcze. Robotnicy w przemyśle narażeni na promieniowanie nadfioletowe powinni nosić ochronne okulary, stosować kremy ochronne, a je-śli jest ono bardzo intensywne, także odpowiednie ubrania ochronne. Albinosi powinni być wykluczeni z tego rodzaju pra-cy, gdyż ochrony ogólnie stosowane są nieskuteczne. Najwyższe, dopuszczalne natężenie promieniowania nadfioletowego wynosi 0,5 mikrowata na cm². powierzchni ciała w ciągu 24 godzin.
W światłolecznictwie wykorzystuje się również promienio-wanie słoneczne czyli tzw. helioterapię.
Helioterapia, inaczej kąpiele słoneczne rozsądnie dozowane są pożyteczną metodą leczniczą. Pod wpływem bodźca, jakim jest promieniowanie nadfioletowe, tworzy się w skórze ciemny barw-nik(pigment), nadający jej brązowe zabarwienie. Zbyt intensyw-ne opalanie się, zwłaszcza nad morzem i w górach, gdzie świa-tło słoneczne zawiera najwięcej promieni nadfioletowych, może wywołać oparzenia oraz uszkodzenia oczu, które należy chronić ciemnymi okularami ze względu na szczególną wrażliwość spojó-wek.

Promieniowanie mikrofalowe
Promieniowanie mikrofalowe, inaczej mikrofale jest to pro-mieniowanie elektromagnetyczne wysokiej częstotliwości, o za-kresie długości fal od 1 mm do 1 m i częstotliwości 0,2 – 300000 MHz.
Źródłem są nadajniki radiowe, telewizyjne, radarowe oraz niektóre urządzenia przemysłowe (zgrzewarki, piece indukcyjne i elektryczne). Działanie mikrofali na żywe organizmy nie jest jeszcze w pełni poznane. Wiadomo jednak , że u człowieka wywo-łują one szereg objawów podmiotowych, jak ogólne osłabienie, bezsenność, bóle głowy, pobudzenie nerwowe, duszność , obniżenie potencji płciowej oraz objawy przedmiotowe związane z tzw. efektem termicznym (przegrzanie tkanek promieniowaniem). Zespół wymienionych zaburzeń określa się jako chorobę mikrofalową. Należą tu zaćma oraz uszkodzenia nie-których części układu nerwowego. Nie jest udowodnione, czy mikrofale wywierają jakieś skutki natury genetycznej.
Zapobieganie biologicznym skutkom ujemnego działania mikrofali polega na dokładnym przestrzeganiu przepisów BHP, przepisów technologicznych dotyczących konstrukcji i instalacji emitorów promieniowania. Wszyscy pracownicy zatrudnieni w zasięgu mikrofali podlegają okresowym badaniom lekarskim.


Promieniowanie kosmiczne
Jest to promieniowanie docierające do Ziemi z przestrzeni kosmicznej, odkryte w 1911 – 1913 r. przez V. Hessa i W. Koh-lhrstera. Promieniowanie kosmiczne pierwotne składa się z protonów, cząstek  oraz jąder atomowych (głównie wodoru i he-lu) i dociera do granic atmosfery Ziemskiej. Cząstki tego promieniowania w zderzeniach z jądrami atomów azotu i tlenu powietrza powodują jego jonizację i wytwarzają promieniowanie kosmiczne wtórne. Pochodzenie promieniowania kosmicznego nie zostało ostatecznie wyjaśnione, wyjaśniono jednak wiele problemów dotyczących jego roli. Stwierdzono, że poza atmosferą znaczną siłę ochronną przed promieniowaniem kosmicznym stwarza pole magnetyczne Ziemi, ustalono pola wzmożonej radiacji (np. pierścień Van Allena) i wykreślono drogi bezpiecznego oddalania się pojazdów kosmicznych od Ziemi. Ustalono, że specjalnej ochrony przed tym promieniowaniem wymaga narząd wzroku. Odczyny biologiczne wywołane promieniowaniem są wielostronne i niedostatecznie jeszcze poznane. Niemniej jednak są uwzględniane przy konstruowaniu osłon i ubiorów ochronnych oraz wytyczaniu dróg opuszczania Ziemi.


Literatura:

1. R. Eisberg i R. Resnick – „Fizyka kwantowa atomów, cząste-czek, ciał stałych, jąder i cząstek elementarnych”
2. J. Blinowski i J. Trylski - „Fizyka”
3. F. Katscher – „Fizyka popularna”
4. C. A. Ville – „Biologia”
5. Praca zbiorowa „Mała encyklopedia medycyny”
6. W. Brhl i R. Brzozowski – „Vademecum lekarza ogólnego”
7. M. Inglot-Siemaszko – „Człowiek w otoczeniu elektromagne-tycznym”
8. Wydawnictwa Naukowe PWN - „Encyklopedia multimedialna PWN”