Wpływ promieniowania jonizujacego na człowieka (uszkodzenia, promieniowanie, urazy)

U podstaw szkodliwego biologicznego działania promieniowania na organizmy leżą procesy jonizacji molekół organizmu wywoływane przez promieniowanie. W wyniku tych procesów w tkankach tworzą się pary jonów stanowiących wysokie aktywne chemicznie rodniki oraz następuje uszkodzenie struktury dużych cząstek przez ich rozrywanie lub zlepianie. Prowadzi to do zakłócenia przemian biochemicznych, warunkujących prawidłowe funkcjonowanie organizmu i do zmian strukturalnych komórek. Niektóre zakłócenia mogą być skorygowane dzięki autoregulacyjnym właściwościom organizmu, jeśli ich rozmiary nie są zbyt wielkie. Inne zmiany, nieodwracalne, prowadza do zwyrodnienia lub obumarcia komórek. Czułość tkanki ludzkiej na promieniowanie jonizujące zmienia się w szerokich granicach. Najczulsze są organy krwiotwórcze i tkanki rozrodcze, najmniej czułymi 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 tj. wpływające na procesy odpowiedzialne za utrzymanie organizmu przy życiu oraz genetyczne tj. naruszające zdolność organizmu do prawidłowego przekazywania cech swemu potomstwu.

Typowym skutkiem poważnych uszkodzeń somatycznych jest ostra choroba popromienna. Składają się na nią m.in. mdłości, bóle i zawroty głowy, ogólne osłabienia, zmiany we krwi, a następnie biegunki, czasami krwawe z powodu owrzodzeń jelit, skłonności do krwawych wybroczyn w tkankach, niedokrwistość, wrzodziejące zapalenie gardła, obniżenie odporności organizmu i wypadanie włosów. W zależności od stopnia uszkodzeń choroba popromienna może zakończyć się śmiercią lub przejść w fazę przewlekłą ze stopniowym wyniszczeniem organizmu zakończonym najczęściej białaczką lub anemią aplastyczną i ostatecznie śmiercią. W wypadku mniejszych uszkodzeń jest szansa na powrót do zdrowia. Możemy pomóc organizmowi poprzez przeszczep szpiku kostnego.

Jednakże nawet po bardzo słabych objawach choroby popromiennej mogą po wielu latach wystąpić tzw. skutki opóźnione. Są to:

- przedwczesne starzenie
- skrócenie życia
- niedokrwistość
- białaczka
- nowotwory
- zaćma

Uszkodzenia genetyczne polegają na zmianie struktury chromosomów wchodzących w skład komórek rozrodczych. Ich następstwem są mutację przejawiające się w zmianie dziedziczonych przez potomstwo cech ustroju. Uszkodzenia chromosomów, a właściwie zmiany w składających się na nie genach, są kopiowane przez następne generację komórek.

Zmieniony nieprawidłowy kod genetyczny może być tak samo stabilny i czynny jak jego poprawny odpowiednik. Powoduje to różnego rodzaju wady dziedziczne potomstwa w kolejnych pokoleniach.

Wpływ na komórki żywe

Wpływ promieniowania jonizującego na organizmy żywe jest w naturalny sposób związany z oddziaływaniem tego promieniowania na komórki. Ma on charakter statystyczny: ten sam rodzaj promieniowania i taka sama dawka w komórce za każdym razem wywołać inną reakcję lub też brak jakiejkolwiek reakcji. Jednakże im więcej promieniowania dotrze do komórki, tym prawdopodobieństwo pojawienia się efektu promieniowania wzrasta (hipoteza liniowa).

Jeśli promieniowanie dotrze do cząsteczek istotnych z punktu widzenia funkcji życiowych, jak np. cząsteczki DNA, uszkodzenie komórki będzie z reguły większe niż w przypadku, gdy będzie oddziaływało z mniej istotnymi cząsteczkami, jak np. cząsteczki wody. Najbardziej podatne na wpływ promieniowania są te komórki, które się szybko rozmnażają. Komórki mają pewną zdolność regeneracji uszkodzeń, którą nabyły poprzez wieki obcowania z tłem naturalnego promieniowania. Jednakże, jeśli komórka podzieli się zanim zdoła zregenerować swe uszkodzenia popromienne, nowe komórki mogą nie być identycznymi kopiami komórki wyjściowej.

Dzięki możliwości regeneracji uszkodzonych komórek, nie możemy stwierdzić wpływu dawek porównywalnych z tłem na pojedynczego osobnika. Wpływ ten możemy ewentualnie stwierdzić dla całych ekspozycji.

W kontakcie żywej komórki z promieniowaniem jonizującym możemy mieć do czynienia z czterema różnymi efektami:
1. Zniszczenie komórki jest tak duże, że nie będzie ona w stanie pełnić swych dotychczasowych unkcji i umrze.
2. Komórka, choć żywa, traci swą zdolność do reprodukcji.
3. Kod DNA zostanie uszkodzony w ten sposób, że powstające kopie komórek będą się różnić od komórki pierwotnej.
4. Promieniowanie może nie mieć wpływu na komórkę.

Efekty zdrowotne po napromieniowaniu u człowieka.
Dawka (w Sv) Efekty
0,05-0,2 Możliwe efekty opóźnione i zaburzenia chromosomalne
0,25-1,0 Zmiany we krwi
Ponad 0,5 Możliwa chwilowa niepłodność u mężczyzn
1-2 Wymioty, biegunka, mniejsza odporność, zahamowanie rozrostu kości
2-3 Silna choroba popromienna, 25% zgony
Ponad 3 Całkowita niepłodność u kobiet
3-4 Zniszczenie szpiku i miąższu kostnego, 50% szansa na przeżycie
4-10 Ostra choroba i śmierć u 80% napromieniowanych

Z tabelki wnioskujemy, iż małe dawki promieniowania nie są w stanie poważnie zagrozić naszemu zdrowiu. Spowodować one mogą jedynie drobne niegroźne zaburzenia. Dopiero dawki promieniowania powyżej 2Sv mogą spowodować poważne anomalie zdrowotne łącznie z możliwością śmierci.
Ochrona przed promieniowaniem

Podstawowe czynniki decydujące o tym ile promieniowania do nasz dotrze to:

- czas
- odległość od źródła
- osłona

CZAS:
Dawka, jaką człowiek otrzyma zależy od czasu przebywania w pobliżu źródła promieniowania jonizującego.

ODLEGŁOŚĆ:
Dawka otrzymywana przez człowieka zależy od jego odległości od źródła promieniowania Im odległość ta jest większa tym dawka mniejsza.

OSŁONA:
Jednym ze sposobów osłabienia dawki jest umieszczanie pomiędzy źródłem promieniowania a osobą narażoną dodatkowego materiału, zwanego osłoną. Każda osłona zmniejsza zarówno energię jak i natężenie padającego promieniowania jonizującego. Ponieważ oddziaływanie cząstek alfa, beta, gamma czy neutronów silnie zależy od liczby atomowej Z atomów ośrodka, tak dobieramy osłony, aby mieć dostateczną ilość atomów znacząco podatnych na jonizację. Jeśli osłona jest, więc wystarczająco gruba, cała energia zostanie zużyta na jonizację osłony i do człowieka za osłoną promieniowanie już nie dotrze. Najczęstszymi osłonami są: stal, beton, ołów, gleba. Dla każdego materiału można zmierzyć grubość, która powoduje, że przechodzi przezeń tylko połowa promieniowania g .

Biorąc na osłonę materiał dwa razy grubszy niż ta warstwa połówkowa zmniejszymy promieniowanie czterokrotnie, trzykrotnie grubszy materiał zmniejszy promieniowanie ośmiokrotnie, itd.

Zdolność osłonowa materiału zależy od rodzaju promieniowania. Cząstki alfa (pochodzące ze znanych rozpadów promieniotwórczych) dają się zatrzymać już przez kartkę papieru lub zewnętrzną warstwę naskórka naszej skóry. Cząstki beta (pochodzące ze znanych rozpadów promieniotwórczych) są bardziej przenikliwe. Mogą one przeniknąć przez około 3 cm warstwę wody czy ciała ludzkiego, ale zatrzymać je można już przy pomocy 1 mm blachy aluminiowej. Najbardziej przenikliwe są cząstki gamma. Wymagają użycia materiałów o dużej gęstości np.: ołów, beton.