Oddziaływanie promieniowania jonizującego Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią (powtórzenie!)

1. Efekty Pierwotne

2. Efekty wtórne

Oddziaływania cząstek naładowanych

Sekwencja zjawisk:

Oddziaływanie elektromagnetyczne kulombowskie elektronów i jonów z elektronami atomów ośrodka powoduje jonizację lub wzbudzenie atomów Stadium fizyczne (stała czasowa: 10-16 -10-15 s) : czyli powstawanie wtórnych cz

jonizacja oraz przegrupowania ładunku w cz

ąstek naładowanych

ąsteczce wzbudzonej

Cząstka traci energię w tych oddziaływaniach, a przekaz energii na jonizację i Stadium fizyko-chemiczne (~10–12s) :

wzbudzenie przypadający na jednostkę długości zależy od rodzaju cząstki (ładunku i reakcje wtórne i zderzenia: rekombinacja, tworzenie rodników, rodniko-jonów masy) i jej energii oraz gęstości elektronów w ośrodku i elektronów uwodnionych (elektron związany z wieloma cząsteczkami wody, Oddziaływania fotonów

Oddziaływania neutronów

ma zdolność redukcji np. H O → H+ + OH–) 2

powstawanie

cząstek

Własności rodników

a) Efekt fotoelektryczny

n

Głównie rozpraszanie

a

rodnik ( czas ż ycia w wodzie - ~10–5 s): b) Rozpraszania:

→

ł

- niesparowany elektron - wielka reaktywność chemiczna Comptona

a

d

Thomsona (bez

- rodnik oboj

o

ętny (np. OH–, H+)

powstawanie

w

zmiany długości fali)

- rodniko-jon naładowany (np. H O+, H O–) a

jąder odrzutu

2

2

n

c) Tworzenie par

y

(jonów)

elektron - pozyton

c

h

Oddziaływanie promieniowania jonizującego Miary ilościowe promieniowania jonizującego 2. Efekty wtórne cd.

Dawka pochłonięta

Sekwencja zjawisk:

Energia zdeponowana w jednostce masy danego ośrodka: E

Stadium chemiczne (~10–12÷10–5s) : D = ∆

wtórne reakcje rodników i jonów ze sobą i środowiskiem, radioliza wody -

∆

jednostka: [D] = 1Gy /gray/, (grej) = 1J/kg = 100 radów = 100erg/g m

istotne produkty radiolizy rodniki H+ i OH– (utleniający) są ruchliwe, reagują Wa

z cz

żne jest tempo akumulacji dawki – moc dawki pochłoniętej ąsteczkami, zmieniają lub likwidują ich funkcje H O → H+ + OH–) 2

jednostka (grej/s): = 1 Gy/s

Sposób pomiaru dawki pochłoniętej – przez pomiar jonizacji w powietrzu Stadium biologiczne (aż do dziesiątków lat) : Q

odpowiedź materii żywej na działanie promieniowania X = ∆

jednostka: [X] = [1 C/kg]

∆m

Stąd dawna jednostka dawki (w powietrzu):

1 R (rentgen)= 2.58·10-4 C/kg - odpowiadająca w przybliżeniu 1 radowi (w tkance) 1

Miary ilościowe promieniowania jonizującego Wpływ promieniowania jonizującego

na materię ożywioną

Dawka pochłonięta (niestety) nie jest Komórka

zadowalającą miarą zagrożenia radiacyjnego budowa komórki:

Skutki biologiczne lepiej odzwierciedla równoważnik dawki

- skład cząsteczkowy

równoważnik dawki = współczynnik jakości · dawka pochłonięta DNA

1

RNA

44

H = D · Q jednostka: [Sv] = 1 Gy·Q

białka

700

gdzie Q = współczynnik jakości promieniowania inne cząsteczki materii organicznej

4000

lipidy

7000

Współczynnik jakości promieniowania cząsteczki nieorganiczne

6,8·104

woda

1,2·107

Promieniowanie

Q

β

1

β, γ, X

Funkcje komórki

neutrony: termiczne

3 - 4.5

pr

A. Podstawowy proces komórkowy - autoreplikacja ędkie

~10

α

20 - 25

α, ciężkie jony

B. Podstawowa funkcja /określonych/ komórek - obrona organizmu Wpływ promieniowania jonizującego

Efekt hormesis (hormezy)

na materię ożywioną cd.

(objaśnienie uproszczone)

Komórka cd.

Układy biologiczne są zasadniczo nieliniowe Wpływ promieniowania na komórkę:

Skutki działania promieniowania na komórkę zależą od rodzaju uszkodzonych dla układów nieliniowych musi istnieć

cząsteczek. Poważne skutki powstają w wyniku uszkodzenia DNA –

górna granica skutku

liniowość

bezpośrednio przez promieniowanie lub przez produkty radiolizy wody (uszkodzenie lub rozbicie cząsteczki) i zniszczenia enzymów y

k n

(utrata zdolności katalitycznych).

w

teu ty

próg

k a

A. Skutki Somatyczne

B. Skutki Genetyczne

s gen

Ad A.

Różna wrażliwość komórek na promieniowanie. Najwrażliwsze – o największej skutek

pozytywny

aktywności replikacyjnej (niekontrolowanym namnażaniu) tj. – nowotworowe.

Obecna ocena wzrostu prawdopodobieństwa nowotworu → 5·10-5/mSv Jedno oddziaływanie promieniowania w komórce może spowodować jej śmierć, 0

2

4

6

[Gy]

ale do pewnego zniszczenia nowotworu trzeba stosować dawki > setek Gy.

Dawka

Dla porównania naturalne prawdopodobieństwo nowotworu → ~25·10-2 = 25%

Spory o skutki dawek małych: tzw. efekt hormesis 2

Wpływ Promieniowania Jonizującego

na materię ożywioną

Dawki promieniowania jonizującego

cd.

Ad B. założenia

Statystyczny, człowiek żyjący w Polsce, jest napromieniany dawką 1) nie istnieje dawka progowa - im większa dawka tym większe ok. 3,5 mSv/rok, pochodzącą od:

prawdopodobieństwo skutku genetycznego, ź ródeł naturalnych:

ź ródeł antropogenicznych:

obecna ocena tego prawdopodobieństwa ~10-5/mSv 2) Aberracje chromosomowe - pęknięcia (rozerwania) nici lub własne ciało: ok. 0.3 mSv/rok:

badania radiologiczne: ok. 0.8 mSv/rok: nieprawidłowe połączenia mogą prowadzić: Ziemia: ok. 2 mSv/rok:

# do karcinogenezy – indukcji chorób nowotworowych – (w komórkach Kosmos: ok. 0.4 mSv/rok:

nierozrodczych)

# do zmian genetycznych w komórkach rozrodczych, prowadzących dla porównania (Lethal Dose) czyli

np. do uszkodzeń w organizmach potomnych (z letalnymi włącznie).

średnia dawka letalna LD

def.: 50% zgonów przed upływem 30 dni naturalne prawdopodobieństwo poważnych wad wrodzonych ~1%

50/30

ocena nie tylko skutków promieniowania, ale także samej przyczyny przyjmuje się LD

= ok. 4 Sv

(w uproszczeniu – dawki) jest problemem trudnym i dotąd nie w pełni 50/30

rozwiązanym

dawka pochodzi od promieniowania zewnętrznego i wewnętrznego, dla porównania LD: źółwia -15 Sv, drosophili 800 Sv, pantofelka -3000 Sv którego ocena jest także b. trudna

ponadto wrażliwość komórek (i całych organów) na promieniowanie jest b. zróżnicowana

Skutki promieniowania jonizującego cd.

Ostra choroba popromienna

(napromienienie całego ciała,

a nie np., tylko skóry)

Zależność przebiegu od dawki 0

10

[Sv]

Zespół

Zespół

20

jelitowy

30

Zespół

hemopoetyczny

mózgowo-

rdzeniowy

odwodnienie, utrata

brak

LD

życie ratuje

uszkodzenie

wszelkich

30/50

objawów

równowagi elektrolitycznej,

przeszczep

centralnego

szpiku

dysfunkcja

układu

układu nerwowego

nerwowego

3