Wpływ promieniowania na ogranizmy żywe.

Wpływ promieniowania jonizującego na organizmy żywe

Szczególnym rodzajem promieniowania jest promieniowanie jonizujące, wywołuje ono w obojętnych atomach i cząsteczkach materii zmiany w ładunkach elektrycznych czyli jonizację. Promieniowanie jonizujące może mieć postać promieniowania korpuskularnego (cząstki a, b, neutrony) albo elektromagnetycznego (promieniowanie X, gamma). Promieniowanie jonizujące nie oddziałuje na nasze zmysły.
Przykład jonizacji

Kwant promieniowania gamma przekazuje swoją energię elektronowi. Jeżeli ilość przekazanej energii jest większa niż siła oddziaływań jądro - elektron, następuje oderwanie elektronu od jądra atomu i rozdzielenie ładunków elektrycznych czyli jonizacja

Rodzaje promieniowania jonizującego

Promieniowanie rentgenowskie i gamma odznaczają się dużą przenikliwością i łatwo przenikają np.. Przez ludzkie ciało. Przed tym promieniowaniem chroni duża warstwa ołowiu, betonu lub wody.
Promieniowanie alfa i beta jest znacznie mniej przenikliwe. Promieniowanie alfa, czyli ciężkie i powolne jądra helu łatwo zatrzymać kartką papieru lub dłonią. Promieniowanie beta, czyli szybko poruszające się elektrony przenikają przez 1 - 2 cm warstwę ludzkiego ciała lub wody, ale z łatwością zatrzymuje je kilkumilimetrowa płytka aluminium.
Promieniowanie neutronowe to strumienie cząstek obojętnych o dużej przenikliwości, które pochodzi przede wszystkim z reaktorów. Osłonę przed takim promieniowaniem stanowi woda, parafina, gruba warstwa ołowiu lub ciężkiego betonu.

Plusy i minusy promieniowania w życiu codziennym.

Od lat mówi się o szkodliwości promieniowania. Do walki z promieniowaniem i jego przedmiotami, bronią czy elektrowniami emitującymi promieniowanie są tysiące stowarzyszeń i ekologów.
Na ogół znamy w większości złe strony promieniowanie takie jakie jest emitowane po próbach jądrowych, katastrofach okrętów o napędzie atomowym czy wypadkach
w elektrowniach jądrowych. Broń jądrowa, która wykorzystuje energię wydzielaną podczas reakcji łańcuchowej rozpadu jąder ciężkich (uran 233, 235 pluton 239) w wyniku wybuchu, której powstaje ogromna fala uderzeniowa, o wielkiej sile rażenia i burzenia, wywołująca promieniowanie cieplne tworząca oparzenia i pożary, promieniowanie jonizujące, promieniotwórcze i zostawiająca ogromne spustoszenie i zatrucie terenu budzi od wielu lat ogromne kontrowersje. Po próbach jądrowych teren, na którym odbywały się próby wymiera w niemal stu procentach. Roślinność i zwierzęta wymierają bezpowrotnie. W wyniku katastrofy w elektrowni jądrowej w Czernobylu śmierć poniosło wiele osób skażone zostały większe obszary Ukrainy, Białorusi a także Polski. W wyniku tej katastrofy (1986) dzieci rodziły się z wadami a ludzie umierali w wyniku wielu chorób związanych z napromieniowaniem. Strach budzą także leżące na dnie mórz okręty o napędzie atomowym,
a także rakiety z głowicami jądrowymi, które ponoć leżą na dnie oceanów. Z tych wielu powodów broń atomowa jest nazywana bronią masowej zagłady a nośniki energii tego typu nie jest tolerowany przez większość ludzkości na świecie.
Pomimo tego są rodzaje promieniowania zawarte w wielu przedmiotach dwudziestego wieku, które są wręcz niezbędne w dzisiejszych czasach a także mogą uratować lub polepszyć życie człowieka. Pierwszym przykładem niech będzie promieniowanie Rentgena (charakterystyka w punkcie pierwszym) bardzo potrzebne w medycynie do sprawdzania złamań zwichnięć
a także potrzebne w wielu ważniejszych sprawach medycznych. Kolejnym przykład to naświetlanie w przypadku chorowania na raka, także pomaga to człowieka. Przechodząc do bardziej przyziemnych przedmiotów należy wspomnieć o kuchence mikrofalowej, która znajduje się teraz w tak wielu domach czy tak bardzo teraz popularnych telefonach komórkowych przy użyciu, których nasz mózg także narażony jest na promieniowanie
( dokładniej w punkcie trzecim). Druty wysokiego napięcia, które budzą wiele kontrowersji także wytwarzają pewne promieniowanie.
Ja osobiście uważam, iż broń jądrowa i nośnik energii taki jak paliwo jądrowe nie jest najlepszym ludzkim wynalazkiem, możliwe jest także, iż to człowiek nie umie się tym posługiwać. Z informacji, które zaczerpnąłem w mediach myślę i ludzkość mogłaby spokojnie żyć bez broni jądrowej. Co do promieni Rentgena myślę, iż jest to wspaniały wynalazek i pomaga on ludziom a nie szkodzi.
Telefony komórkowe i kuchenki mikrofalowe pomimo tego, iż w jakimś stopniu szkodzą na ludzkie zdrowie, ułatwiają życie ludziom i część dzisiejszej populacji nie mogłaby się bez tego obyć.

Wpływ promieniowania jonizującego na organizmy żywe jest w naturalny sposób związany
z oddziaływaniem tego promienia na komórki żywe. Jeżeli promieniowanie dotrze do cząsteczek istotnych jako funkcje życiowe, jak np.: cząsteczki DNA , uszkodzenie komórki będzie większe niż w przypadku, gdy będzie oddziaływało ono z mniej istotnymi cząsteczkami , jak np.: cząsteczki wody. Najbardziej podatne na wpływ promieniowania są te komórki , które szybko się rozmnażają. Komórki mają jednak pewną zdolność do regenerowania uszkodzeń. Jednak jeżeli komórka podzieli się zanim zdoła zregenerować swe uszkodzenie popromienne, nowe komórki mogą nie być identycznymi kopiami komórki wyjściowej.
W kontakcie komórki żywej z promieniowaniem jonizującym możemy mieć do czynienia
z czterema różnymi efektami:
1. Zniszczenie komórki jest tak duże, że nie będzie ona w stanie pełnić swoich dotychczasowych funkcji i umrze.
2. Komórka – choć żywa – traci swą zdolność do reprodukcji.
3. Kod DNA zostanie uszkodzony w ten sposób, że powstanie

Człowiek narażony jest na różne rodzaje promieniowania jonizującego, które wywołują praktycznie ten sam efekt, choć inne jest ich pochodzenie. Narażenie na promieniowanie może być dobrowolne (opalanie się, badania lekarskie), bądź niezamierzone.
Aby ocenić skutki promieniowania jonizującego, należy z jednej strony znać rodzaje promieniowaia, a z drugiej strony wrażliwość napromieniowanego medium. Grej (Gy)
i miligrej (mGy)to jednostki określające ilość przeniesionej energii przez promieniowanie do każdego kilograma materii, przez którą przechodzi (jednostki te są stosowane przede wszystkim w radioterapii). Czasem używa się jeszcze starej jednostki o nazwie rem: 1Sv=100 rem.
Siwert (Sv) milisiwert (mSv) są jednostkami określającymi ilość promieniowania lub dawkę jaką otrzymał żywy organizm, przy uwzględnieniu promieniowania alfa, beta, gamma oraz rodzaju tkanek (jednostki używane przede wszystkim w ochronie radiologicznej).
Promieniowanie jonizujące powoduje wytwarzanie jonów w czasie przenikania przez materię. Jest to zazwyczaj promieniowanie elektromagnetyczne (gamma i rentgenowskie) oraz cząstkowe (, µ i neutronowe) 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 tzw. tło naturalne promieniowania. Do tego poziomu natężenia promieniowania organizmy żywe (w tym człowiek) przystosowały się bez skutków ubocznych na drodze ewolucyjnej. Przyroda zna 40 naturalnych izotopów promieniotwórczych (radionuklidów). Człowiek dzięki poznaniu zjawiska promieniotwórczości, wykorzystuje obecnie około 9 000 sztucznych radionuklidów. Ich mnogość, coraz szersze wykorzystanie, jak również nieodpowiednie składowanie, niosą zagrożenia zdrowotne.
Źródłami promieniowania wytworzonymi przez człowieka, a znajdującymi się w dużej bliskości użytkowników, są:
· zakłady produkujące i dystrybujące izotopy,
· akceleratory,
· reaktory jądrowe,
· defektoskopy i czujniki dymu zawierające źródła izotopowe,
· aparaty rentgenowskie i urządzenia do telegammaterapii,
· rozliczne typy zastosowań wojskowych i kosmicznych,
· nieostrożny transport odpadów,
· składowiska odpadów promieniotwórczych (w Polsce miejscowość Różan nad Narwią),
· a nawet materiały budowlane, uzyskane z popiołów elektrociepłowni.
Źródła promieniowania dzieli się na:
· zamknięte - odznaczające się szczelną obudową uniemożliwiającą rozproszenie się materiałów promieniotwórczych;
· otwarte - mogące emitować pyły, gazy, roztwory radionuklidów i ich związki.
Szczególnie niebezpieczne, ze względów środowiskowych i zdrowotnych, są źródła otwarte, o czym przekonała się ludzkość po wybuchu pierwszej bomby atomowej, zdetonowanej nad Hiroszimą 6 sierpnia 1945 r., o godz. 815. Ta data przeszła do historii ludzkości jako początek ery atomowej, kojarzonej z nie pokojowym wykorzystaniem energii jądrowej. W tym miejscu prosi się dygresja: “Otóż, nie kto inny, ale sam twórca pierwszej bomby atomowej, Jacob Robert OPPENHEIMER (1904 – 67), profesor uniwersytetu w Berkeley, po obejrzeniu skutków wybuchu obu bomb w Hiroszimie i Nagasaki – wystąpił z projektem (1946) wykorzystania energii jądrowej do celów pokojowych pod nadzorem kontroli międzynarodowej. Za sceptyczny stosunek do budowy bomby wodorowej o jeszcze większej sile niszczącej, został odwołany ze stanowiska przewodniczącego komitetu doradczego Komisji Energii Atomowej USA w 1952 r..
Szczególne zagrożenie dla zdrowia niosą: 90Sr i 137 Cs łatwo podmieniające w kościach Ca,
a wywołujące, po latach (kiedy już nie kojarzy się ich obecności z objawami choroby) gwałtowne napady niedyspozycji chorobowej i zejścia śmiertelne (2).
Życie na ziemi jest możliwe, ponieważ komórki obecne w żywej materii mogą się rozmnażać i rosnąć. Promieniowanie jonizujące jest jednym z wielu czynników, które mają wpływ na przebieg tych procesów, ponieważ wywołując jonizację, prowadzi do zmian chemicznych oraz biologicznych w komórkach i tkankach ustroju.
Na szczęście organizmy wykazują, w pewnych granicach, zdolność do naprawiania niepożądanych zmian. Bez owego mechanizmu naprawiania i odnawiania życie nie byłoby możliwe. Biologiczne skutki popromienne są różne w zależności od rodzaju i energii promieniowania. Miarą ryzyka wystąpienia szkody biologicznej jest dawka promieniowania, którą otrzymują tkanki (o czym już wcześniej wspominałem, ale jest to na tyle ważne, że pozwole sobie powtórzyć tą informację). Dawkę tę mierzymy w siwertach (Sv).
Obok przedstawiam orientacyjne dawki roczne (w mSv) jakie otrzymujemy (w Polsce; dane z 1991 r.; Państwowa Agencja Atomistyki - Ref.4) z różnych źródeł promieniowania jonizującego.
Jesteśmy wystawieni na działanie promieniowania jonzującego ze źródeł naturalnych i sztucznych:
· Działa na nas promieniowanie naturalnych pierwiastków radioaktywnych obecnych zawsze w glebie, skałach, powietrzu i wodzie , a także promieniowanie kosmiczne przenikające do atmosfery z przestrzeni kosmicznej.
· 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 naszych kościach.
· Działa na nas również promieniowanie ze źródeł sztucznych, zrobionych i stosowanych przez człowieka, m.in. radioizotopów, aparatów rendgenowskich, opadu po próbnych wybuchach jądrowych.
Skutki napromieniowania. W zależności od dawki i rodzaju promieniowania, jego skutki mogą być mniej lub bardziej groźne dla zdrowia. Podczas badań różnych skutków biologicznych napromieniowań stosowane są dwa podejścia: epidemiologiczne i eksperymenty na żywych komórkach. Poniższy wykaz odnosi się do dawek wchłoniętych jednorazowo przez równomierne napromieniowanie całego ciała. W takim wypadku 1 grej jest równoważny 1 siwertowi w przypadku promieniowania X, gamma i beta, oraz 25 siwertom w przypadku promieniowania alfa. W radioterapii stosuje się na daną część ciała dawki skumulowane - znacznie przekraczające 5 grejów (dane Komisji Energii Atomowej Francji).
dawka promieniowania[mGy] skutki
0-250 żadnych biologicznych czy medycznych skutków, natychmiastowych czy długotrwałych nie zaobserwowano u dzieci czy dorosłych; jest to zakres dawek niskich.
250-1000 niekiedy występują nudności i nieznaczny spadek krwinek białych
1000-2500 wymioty, zmniejszenie liczby krwinek, ale zadowalające wyleczenie lub pełny powrót do zdrowia zapewnione.
2500-5000 poważne konsekwencje dla zdrowia, niezbędna hospitalizacja, dawka 5000 mGy otrzymana jednorazowo jest śmiertelna dla co drugiego człowieka.
ponad 5000 niemal pewna śmierć.

Przewidywane skutki biologiczne po jednorazowym napromieniowaniu całego ciała człowieka
Dawka Sv (rem) Skutki biologiczne
0,25 (25) Objawy kliniczne nie występują. Czasami mogą wystąpić niewielkie zmiany we krwi.
0,5 (50) Objawy kliniczne nie występują. Niewielkie zmiany we krwi obwodowej; bardzo małe prawdopodobieństwo wystąpienia skutków późnych;
1 - 2 (100 - 200) Niewielkie objawy kliniczne, u 5 - 10% osób wymioty w ciągu kilku godzin od napromieniowania; okresowo zmiany we krwi z opóźnioną odnową; duże prawdopodobieństwo wystąpienia skutków późnych; większość objawów ustępuje po kilku tygodniach.
2 - 3 (200 - 300) Ciężkie objawy kliniczne, wymioty u wszystkich osób w ciągu 2 h, poważne zmiany we krwi, utrata włosów po około dwóch tygodniach. Częste następstwa późne. Dawka śmiertelna dla ok. 25% napromieniowanych osób.
3 - 5 (300 - 500) Dawka śmiertelna dla 50% napromieniowanych. Ciężkie objawy kliniczne z pełnym rozwojem choroby popromiennej i wyraźnym uszkodzeniem czynności krwiotwórczych szpiku.
5 - 7 (500 - 700) Przeżywa 0 - 20% osób. Objawy ciężkiego uszkodzenia szpiku. Śmierć następuje w ciągu kilkunastu do kilkudziesięciu dni.
10 - 30 (1000 - 3000) Uszkodzenie układu pokarmowego z objawami krwotocznymi, odwodnienie organizmu. Zejście śmiertelne w ciągu kilku do kilkunastu dni.
50 (5000) Zespół ośrodkowo-mózgowy, zaburzenia świadomości, oddychania i krążenia. Śmierć następuje w okresie od kilkunastu godzin do 3 dni.

Skutki dużych dawek promieniowania rzędu kilku Sv są dobrze udokumentowane. Jeśli jednak otrzymamy niewielką dawkę promieniowania - rzędu kilkunastu mSv - to trudno określić skutek takiego napromieniowania. Przypuszcza się, że organizm może tolerować niskie dawki promieniowania i wynikające z tego uszkodzenia niewielkiej liczby komórek. Efekt popromienny zależy także od czasu w jakim napromieniowani wystąpiło oraz wielkość obszaru i miejsca napromieniowania ludzkiego ciała.
Warto wiedzieć, że największy udział w rocznej dawce ma radon, gaz promieniotwórczy pochodzący z rozpadu uranu znajdującego się w skałach, glebie, materiałach budowlanych. Radon gromadzi się głównie w pomieszczeniach zamkniętych, zbudowanych z kamienia, rzadko wietrzonych.
Jeśli mówimy o naturalnych źródłach promieniowania, to pozornie można sądzić, że nie mamy na nie żadnego wpływu. A przecież możemy starać się ten wpływ zmniejszyć. Przede wszystkim możemy obniżyć stężenie radonu w naszych mieszkaniach, wietrząc je lub wentylując.
Oddziaływanie naturalnych źródeł promieniowania zostało zakłócone - już w naszej epoce - przez działalność człowieka. Przyczyną tych zakłóceń jest np. spalanie węgla i stosowanie sztucznych nawozów. Węgiel i fosfaty zawierają śladowe ilości uranu i radu. Choć stężenie promieniotwórczych pierwiastków w węglu i nawozach jest niskie, to ilość tych substancji - uwolnionych w procesie spalania węgla lub rozsiewania nawozów - staje się znacząca. Dzieje się tak dlatego, że w Polsce spala się bardzo dużo węgla (150 mln ton węgla kamiennego rocznie) i szeroko stosuje się nawozy fosforowe.

Pyły emitowane do atmosfery w wyniku spalania węgla, zwiększają stężenie naturalnych substancji promieniotwórczych w powietrzu, glebie i roślinach. Substancje te wędrują bowiem w przyrodzie tak samo jak inne pierwiastki chemiczne.
Popioły i żużle wykorzystywane w budownictwie, zwiększają stężenie radonu w naszych mieszkaniach.
Ochrona radiologiczna. Nie da się całkowicie uniknąć oddziaływania promieniowania, jesteśmy na nie skazani. promieniowanie jonizujące stwarza zagrożenia, ale też przynosi ogromne korzyści. Zresztą nie ma takiej dziedziny ludzkiej działalnści, która byłaby wolna od zagrożeń. Na można ich całkowicie weliminować, ale można i trzeba je ograniczać.
Jedna z zasad ochrony radiologicznej mówi, że dawki otrzymane przez ludzi powinny być tak małe, jak to jest możliwe do osiągnięcia.
Zgodnie z międzynarodowymi przepisami, dawka promieniowania ponad tą jaką otrzymujemy ze źródeł naturalnych i medycznych nie powinna przekraczać 1 mSv w ciągu roku. Aby nie przekroczyć tej dawki, ilość wchłoniętego do organizmu z żywnością promieniotwórczego cezu nie może być większa w ciągu roku niż 80000 Bq dla osób dorosłych i 40000 Bq dla dzieci.
Europejska Wspólnota Gospodarcza (obecnie unia Europejska) ustaliła w 1986 r. limity stężeń aktywności dotyczące importowanej żywności, wyrażonej jako suma aktywości promieniotwórczych izotopów cezu.

A oto podstawowe zasady ochrony radiologicznej:
· Należy także unikać sytuacji, które mogą narazić nas na dodatkowe napromieniowanie. Starajmy się więc nie zbliżać do przedmiotów i urządzeń oznaczonych czerwoną "koniczynką".
· Nie należy dotykać, rozmontowywać ani otwierać pojemników, w których znajdują się (albo mogą się znajdować) materiały promieniotwórcze lub rozszczepialne. W żadnym przypadku nie wolno wyjmować źródeł z pojemników, usuwać osłon, rozmontowywać urządzeń w których się znajdują, a zwłaszcza samych źródeł.
· Nie należy zbliżać się do materiałów promieniotwórczych czy rozczepialnych nieznanego pochodzenia, a tym bardziej nie wolno ich kupować lub przechowywać
w kieszeniach, biurkach, teczkach itp.
Podsumowując ten wątek rozważań, należy podkreślić, że nauka potwierdza pozytywny wpływ promienia jonizacyjnego na organizmy żywe w granicach tolerancji ewolucyjnej
i określa to zjawisko pojęciem “hormezy”. Ważne miejsce zajmuje promieniowanie jonizacyjne w technice, chemii, materiałoznawstwie oraz utrwalaniu żywności. Technologia żywności wykorzystuje promieniowanie jonizacyjne stosunkowo najkrócej spośród wielu tu wymienionych, ale za to w przedziale bardzo wysokich dawek - od 5 do 50 kGy (kilogrejów).
Reasumując korzyści i zagrożenia wynikające z obecności promieniowania jonizacyjnego, zarówno w środowisku przyrodniczym, jak również sztucznym, wykreowanym przez człowieka, bilans wypada lepiej po stronie korzyści. Tak sformułowane stwierdzenie znajduje uzasadnienie tylko wówczas, kiedy promieniotwórczość wykorzystywana jest pokojowo
w technologiach bezawaryjnych przez kompetentnych pedantów. W przeciwnym razie prognoza zmian środowiskowych, jak również zdrowia i życia człowieka jawi się w obliczu ciągłego zagrożenia.