Wpływ promieniowania na organizmy żywe

Jaki wpływ wywiera promieniowanie jonizujące na organizmy żywe?

Promieniowanie jonizujące jest szczególnym przykładem promieniowania. Jak sama nazwa wskazuje, jest to promieniowanie, które powoduje jonizację, czyli wyrwanie elektronów z atomów. Proces jonizacji prowadzi do zmiany stanu ładunkowego układu. Promieniowaniem jonizującym, może być praktycznie każdy typ promieniowania, jeśli tylko ma odpowiednią energię. Może to być zarówno promieniowanie elektromagnetyczne (np. rentgenowskie), jak i promieniowanie korpuskularne (np. promieniowanie alfa).

Wpływ promieniowania w życiu codziennym człowieka.

Od momentu kiedy człowiek zdał sobie sprawę z tego, czym naprawdę jest promieniowanie, nieustannie się mów o jego szkodliwości na zdrowie człowieka. Powstają zastępy ekologów, którzy walczą z każdą próbą wybudowania elektrowni jądrowej, czy innego urządzenia wykorzystującego i emitującego promieniowanie

W przypadku bomby atomowej wydzielane są ogromne ilości energii powstającej na skutek rozszczepienia ciężkich jąder. W czasie wybuchu powstaje potężna fala uderzeniowa, która niesie ze sobą ogromne zniszczenia. Niesie ze sobą także olbrzymie ilości promieniowania jonizującego i materiału promieniotwórczego, co prowadzi do wieloletniego skażenia terenu. Niektóre kraje od czasu do czasu przeprowadzają tzw. próby jądrowe w czasie których testują bomby atomowe. Po wybuchu teren na którym odbywały się takie próby, całkowicie nie nadaje się do użytkowania. Cała fauna i flora żyjąca na nim dotychczas praktycznie w całości wymiera. Źródłem zniszczeń mogą być także awarie elektrowni jądrowych.

Obawę także budzą inne urządzenia wykorzystujące w tak dużym stopniu energię jądrową. Są to np. okręty podwodne napędzane napędem atomowym, czy rakiety wyposażone w głowice jądrowe, które ponoć składowane są na dnie oceanu.

Jednak promieniowanie nie zawsze musi być wykorzystywane do czynienia zniszczeń. Obecnie istnieje mnóstwo innych zastosowań promieniowania, dzięki którym życie człowieka uległo poprawie.

Weźmy tu jako pierwszy przykład promieniowanie rentgenowskie, które obecnie jest bardzo szeroko stosowane w medycynie do diagnozowania stanu układu kostnego pacjenta. Przede wszystkim dzięki niemu można dokładnie określić rodzaj złamania, ale także opisać dużo innych narządów.

Promieniowanie także stosuje się obecnie do walki z nowotworami, poprzez ich "atakowanie" strumieniem ciężkich jonów, elektronów, czy fotonów.

Także w życiu codziennym promieniowanie jest bardzo szeroko wykorzystywane, czego najlepszym przykładem jest kuchenka mikrofalowa, czy telefon komórkowy.

Paliwo jądrowe jest najbardziej kontrowersyjnym z tych wynalazków, ponieważ może przysłużyć się człowiekowi, jako źródło taniej czystej energii.

Działanie na organizmy żywe

Oddziaływanie promieniowania jonizującego na organizmy żywe jest ściśle związane z jego bezpośrednim wpływem na komórki. W przypadku gdy promieniowanie jonizujące będzie oddziaływać na komórki zawierające materiał genetyczny, może dojść do fatalnych skutków. Najbardziej narażone na działanie promieniowania są komórki szybko rozmnażające się, ponieważ jeśli jedna komórka zostanie poważnie uszkodzona to komórki powstałe z niej także mogą narodzić się jako uszkodzone. Na szczęście komórki posiadają zdolność regeneracji, dzięki czemu zanim powstaną nowe komórki z komórki uszkodzonej ona sama może się naprawić.

Tak więc w przypadku kontaktu promieniowania jonizującego z materiałem komórkowym mamy do czynienia z następującymi skutkami i efektami:

- może dojść do całkowitego zniszczenia komórki, wskutek którego nie będzie ona mogła spełniać już swoich dotychczasowych funkcji

- komórka można stracić swoje zdolności do reprodukcji, jednak ona sama nadal będzie działać

- zostanie uszkodzony materiał genetyczny znajdujący się w komórce

Promieniowaniem jonizującym może być promieniowanie elektromagnetyczne, takie jak promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma, ale także promieniowanie korpuskularne, takie jak promieniowanie alfa, czy beta.. Promieniowanie jonizujące także może dochodzić do nas z przestrzeni kosmicznej pod postacią promieniowania kosmicznego. Jednak to promieniowanie wraz z promieniowaniem pochodzącym od naturalnych pierwiastków promieniotwórczych znajdujących się we wnętrzu naszej planety stanowi tzw. tło promieniowania, także znane jako naturalne promieniowanie. W przypadku tego promieniowania, nie można mówić o żadnej szkodliwości co do jego działania, ponieważ istnieje ono od zarania dziejów. Dlatego też każdy organizm żywy żyjący na naszej planecie przystosował się na drodze ewolucji do jego działania. Także człowiek jest odporny na jego działanie.

Promieniowanie jest produkowane min. za pomocą:

- czujników alarmowych które zawierają w sobie wbudowane radioizotopy

- urządzeń militarnych, a także kosmicznych

- w wyniku nieprawidłowo zabezpieczonego transportu odpadów promieniotwórczych

- zakładów wykorzystujących w produkcji radioaktywne izotopy

- punktów składowania odpadów promieniotwórczych

- także niektóre materiały budowlane mogą emitować pewne ilości promieniowania

Ze wszystkich radioaktywnych izotopów najbardziej dla człowieka niebezpieczne są izotopy ⁹⁰Sr, oraz ¹³⁷Cs, które mogą dokonać podmienienia wapnia Ca, które jest podstawowym składnikiem budulcowym kości.

Każdy człowiek w obecnych czasach jest narażony na działanie nie tylko promieniowania naturalnego, ale także na wpływ promieniowania wytworzonego w sposób sztuczny. Promieniowanie naturalne to promieniowanie kosmiczne, promieniowanie pierwiastków znajdujących się we wnętrzu naszej planety, a także w wielu skałach i innych materiałach znajdujących się na jej powierzchni. Także źródła promieniowania są obecne w nas samych. Dostają się tam wraz z wdychanym powietrzem, pitą wodą czy zjedzonym pokarmem. Pewne niewielkie ilości pierwiastków promieniotwórczych znajdują się także w naszym układzie krwionośnym i naszych kościach. Promieniowanie wytworzone w sposób sztuczny to promieniowanie dochodzące do nas ze stworzonych przez człowieka izotopów promieniotwórczych, które nie występują w środowisku naturalnym. To także promieniowanie jakie obecne jest w szpitalach gdzie źródłem jego są aparaty rentgenowskie, a także w skrajnych przypadkach awarie elektrowni jądrowych, czy wybuch bomby atomowej.

Jakie skutki powoduje promieniowanie?

Skutki jakie spowoduje działanie promieniowania na organizm żywy, zależy od tego jaka jest dawka promieniowania, oraz od tego jaki rodzaj promieniowania to był. Prowadzi się szerokie badania mające na celu dokładne zbadanie wpływu działania promieniowania na organizmy. Stosuje się tutaj dwa podejścia: epidemiologiczne, oraz bezpośrednie badania na żywych komórkach.

Spośród wszystkich pierwiastków i izotopów promieniotwórczych, największy udział w globalnym promieniowaniu ma radon, który obecny jest praktycznie wszędzie, od skał poprzez gleby, aż do materiałów budowlanych. Jego duże ilości mogą się zbierać w zamkniętych pomieszczeniach, których ściany zbudowane są z kamienia, a samo pomieszczenie charakteryzuje się niskim poziomie przepływu powietrza. Wpływ tego promieniowania oczywiście możemy zmniejszyć, częściej wietrząc nasze mieszkania.

Naturalne promieniowanie było obecne w życiu człowieka praktycznie od zawsze. Jednak jego stan został w ostatnich czasach poważnie zakłócony. Wiąże się to z coraz większym rozwojem przemysłu i szkodliwą działalnością człowieka. Coraz większe ilości spalanego węgla, a także coraz częstsze i szersze stosowanie nawozów sztucznych, powodują uwolnienie do środowiska śladowych substancji promieniotwórczych, które znajdują się w węglach czy fostatach. Sama ilość substancji promieniotwórczych w tych substancjach jest niewielka, jednak w wyniku ich spalania i innego wykorzystywania zostają one uwolnione, przez co stają się niebezpieczne dla zdrowia człowieka. Tym większe jest to zagrożenie, ponieważ spala się coraz więcej węgla kamiennego i rzadko używa się innych rodzajów nawozów, np. nawozów fosforowych.

Prawdopodobne skutki napromieniowania

Dawka w remach	Skutki natychmiastowe	Skutki opóźnione
Ponad 1000	Natychmiastowa śmierć	Nie ma
600 - 1000	Słabość, mdłości, wymioty i rozwolnienie, po czym pozorna poprawa	Po kilku dniach - gorączka, rozwolnienie, krwawienie z jelit, krwotok z krtani, tchawicy, oskrzeli lub płuc, wymioty krwią i krew w moczu. Śmierć w ciągu ok. 10 dni. Sekcje zwłok wykazują zniszczenia tkanek krwiotwórczych (w tym szpiku kostnego, węzłów chłonnych i śledziony), napęcznienie i degeneracja komórek nabłonka w jelitach, narządach rozrodczych i gruczołach wydzielania wewnętrznego
250 - 600	Mdłości, wymioty i rozwolnienie, utrata włosów, osłabienie, złe samopoczucie, wymioty krwią, krew w kale lub moczu, krwawienie z nosa, krwawienie z dziąseł i genitalii, krwawienie podskórne, gorączka, zapalenie gardła i żołądka oraz anomalne miesiączkowanie. Wyraźne zniszczenie szpiku kostnego, węzłów chłonnych i śledziony powoduje zmniejszenie ilości ciałek krwi, szczególnie granulocytów i trombocytów. Zanik gruczołów wydzielania wewnętrznego wskutek promieniowania, włącznie z przysadkowym, tarczycowym i nadnerczowym.	5 tygodni po napromieniowaniu, na skutek m.in. niedoboru leukocytów, do 50 % wzrasta śmiertelność. Przeżywający dostają bliznowców, zaburzeń wzroku, nienormalności krwi (dyscrasis), złośliwych nowotworów i zaburzeń psychiczno-neurologicznych.
150 - 250	Mdłości i wymioty 1. dnia. Rozwolnienie i możliwe oparzenia skóry. Potem pozorna poprawa w ciągu 2 tygodni. Poronienia, śmierć zarodka lub płodu. Objawy złego samopoczucia (j.w.). Osoby o złym zdrowiu przed napromieniowaniem lub te z poważnym uprzednim zapaleniem mogą nie przeżyć.	Zdrowi dorośli powracają do stanu normalnego po ok. 3 miesiącach, ale mogą mieć trwale uszkodzone zdrowie, dostać raka lub niezłośliwych nowotworów i żyć krócej. Skutki genetyczne i uszkodzenia zarodka lub płodu
50 - 150	Ostra choroba popromienna i oparzenia, ale lżejsze niż przy większej dawce. Poronienia, narodziny martwych płodów. Mniej ostre uszkodzenia tkanki. Zmniejszenie ilości limfocytów i neutrofilów tymczasowo pozostawia osobnika bardzo podatnym na zakażenie. Możliwe uszkodzenia genetyczne w potomstwie, łagodne lub złośliwe nowotwory, przedwczesne starzenie się, skrócone życie.	Skutki genetyczne i uszkodzenia zarodka lub płodu
10 - 50	Większość osób doznaje niewielkich lub żadnych bezpośrednich skutków. Czułe osoby mogą dostać choroby popromiennej. Skutki przejściowe w limfocytach i neutrofilach	Przedwczesne starzenie się, skutki genetyczne i niewielkie ryzyko wystąpienia nowotworów
0 - 10	Przedwczesne starzenie się, łagodne mutacje w potomstwie, niewielkie ryzyko wystąpienia nowotworów	Skutki genetyczne, uszkodzenia zarodka lub płodu

Wykaz skutków jednorazowego napromieniowania człowieka w zależności od dawki promieniowania, podanej w Sv:

- 0,25 - nie obserwuje się żadnych objawów klinicznych, jednak czasami można zauważyć zmiany we krwi.

- 0,5 - nie obserwuje się żadnych objawów klinicznych, jednak obserwuje się niewielkie zmiany we krwi, istnieje niewielkie prawdopodobieństwo wystąpienia skutków w późniejszym terminie

- 1-2 - pojawiają się nieznaczne objawy kliniczne, w przypadku mniej niż 10% populacji występują wymioty po kilku godzinach od samego faktu napromieniowania, całkiem duże szanse na to, że wystąpią skutki późniejsze, jednak wszelkie powstałe objawy ustępują już po kilku tygodniach

- 2-3 - pojawiają się dosyć poważne objawy kliniczne, każdy człowiek który przyjął taką dawkę w ciągu 2 godzin od napromieniowania zaczyna wymiotować, natomiast w ok. 2 tygodnie po fakcie zaczynają wypadać włosy, obserwuje się także poważne zmiany w obrazie krwi, bardzo często pojawiają się inne skutki w późniejszym terminie, w przypadku ¼ populacji może to być już dawka śmiertelna

- 3-5 - w przypadku połowy populacji jest to dawka śmiertelna, pojawiają się ciężkie objawy kliniczne charakterystyczne dla choroby popromiennej, występują problemy z krwiotwórczymi czynnikami szpiku kostnego

- 5-7 - w przypadku takie zaabsorbowanej dawki prawie cała populacja ginie, jeśli osobniki przeżywają to mają poważnie uszkodzony szpik kostny, w ciągu kilku - kilkunastu dni od następuje śmierć.

- 10-30 - taka dawka powoduje śmierć w ciągu kilku - kilkunastu dni.

- do 50 - w wyniku takiej dawki śmierć następuje w ciągu od kilkunastu godzin do 3 dni, poważne zaburzenia mózgu.

W przypadku dużych dawek dokładnie wiemy co się stanie z organizmem człowieka, ponieważ zostało to już dobrze udokumentowane, jednak w przypadku niewielkich dawek trudno to określić. Ogólnie uważa się jednak, że w przypadku niewielkich dawek promieniowania, organizm całkiem dobrze sobie z nimi radzi, a komórki uszkodzone szybko ulegają regeneracji.

Ochrona przed promieniowaniem

Nie jest praktycznie możliwym uchronienie się przed całkowitym wpływem promieniowania, jednak nasze organizmy od wieków nauczyły się żyć będąc pod wpływem jego działania. Promieniowanie jonizujące może powodować drastyczne skutki i być szkodliwym dla naszego zdrowia, jednak może też przynosić ogromne korzyści. Jeśli przyjrzymy się każdej innej dziedzinie techniki to zauważymy, że podobnie jest także z innymi dziedzinami (np. energia elektryczna). Dlatego to tylko od nas zależy czy promieniowanie jonizujące przekształcimy w zagrożenie dla naszego życia, czy też zaprzęgniemy je do jego ratowania i ulepszania.

Zasady ochrony przed promieniowaniem mówią że dawki jakie organizmy otrzymują powinny być możliwie jak najmniejsze, a w idealnym przypadku powinny być równe zeru.

Zasady ochrony przed promieniowaniem:

- należy unikać przebywania w pobliżu które emitują promieniowanie jonizujące

- powinno się unikać kontaktów z przedmiotami promieniotwórczymi, przede wszystkim ich nie dotykając, ani nie otwierać zamkniętych pojemników ochronnych w których się one znajdują

- zabroniony jest ukryty handel materiałami promieniotwórczymi i nie można ich przechowywać ani transportować bez odpowiedniego zezwolenia i zabezpieczenia

Współczynniki ryzyka powstania śmiertelnego nowotworu w różnych tkankach w obszarze małych dawek promieniowania

Tkanka lub narząd	Współczynnik ryzyka w %
Pęcherz	0,3
Szpik kostny (białaczka)	0,5
Powierzchnia kości	0,05
Gruczoły piersiowe	0,2
Jelito grube	0,85
Wątroba	0,15
Płuca	0,85
Przełyk	0,3
Jajniki	0,1
Skóra	0,02
Żołądek	1,1
Tarczyca	0,08
Inne	0,5
RAZEM	5,00