WPŁYW PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO NA ORGANIZMY ŻYWE.

RODZAJ PROMIENIOWANIA.

Promieniowanie jonizujące może być albo promieniowaniem elektromagne­tycznym ( γ, X ) albo promieniowaniem korpuskularnym ( α, β, protony, neu­trony).

A. Promieniowanie α - jądra atomów helu składające się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Ze względu na masę i ładunek elektryczny zasięg tego promieniowania w tkance wynosi, w zależności od energii, od 5 μm dla l MeV do 100 μm dla 10 MeV. Nie przenika ono przez skórę i ubranie. Kartka papieru jest dla niego przeszkodą nie do przebycia. Z tego względu cała energia promieniowania jest pochłonięta praktycznie w miejscu zaistnienia tej cząsteczki.. Jest to promieniowanie bardzo szkodliwe.

B. Promieniowanie β - wiązka elektronów lub pozytonów. Ich zasięg w tkance przy energii 1 MeV wynosi ok. 5 mm.

C. Promieniowanie γ i X - zasięg promieniowania zalety od energii.. Prak­tycznie w tkance możemy mówić o osłabieniu tego promieniowania a nie jego całkowitym pochłonięciu.

ABSORBCJA ENERGII PROMIENIOWANIA W MATERIALE BIOLOGICZNYM.

Promieniowanie jonizujące, przechodząc przez materię, przekazuje energię jej cząsteczkom w procesach jonizacji lub wzbudzenia,

hν + A → A⁺ + e^-

B + e^- → B^-

Sekwencję zjawisk w napromieniowanej materii można z grubsza podzielić na etapy:

l.. Stadium fizyczne - 10^-16-10^-15 sek. Absorbcja energii na poziomie atomu-jonizacja lub wzbudzenie cząsteczki.

2. Stadium fizyko-chemiczne - 10^-12 sek W tym okresie powstają wolne rod­niki i jony, następuje wymiana elektronów pomiędzy cząsteczkami.

3. Stadium chemiczne- 10^-12-10^-8sek. Jest to okres wtórnych reakcji rodników i jonów ze sobą lub ze środowiskiem.

4. Stadium biologiczne - występuje w układach biologicznych. Jest to odpo­wiedź materii żywej na skutki promieniowania.

Ogólnie można przedstawić sekwencję zmian występujących po napromie­niowaniu materii żywej następująco:

Efekty pierwotne - przenoszenie energii -» pierwotne uszkodzenia cząstek -» wzmocnienie - objawy radiobiologiczne

Ponieważ absorbcja energii przez poszczególne cząstki składowe komórki jest przypadkowa, o trafieniu decyduje całkowita liczba danych cząstek. Skład cząsteczkowy komórki

Substancja Liczba cząsteczek na l cząsteczkę DNA

DNA l

RNA 44

Inne cząsteczki materiału organicznego 4000

lipidy 7000

Materiał nieorganiczny 6.8* 10⁴

woda 1.2* 10⁷

Z powyższych danych wynika, że większość energii jest absorbowana przez cząsteczki wody.

SKUTKI POPROMIENNE NA POZIOMIE MOLEKULARNYM I SUBKOMÓRKOWYM

Stwierdzono, że w makrocząsteczkach białkowych promieniowanie a nieza­leżnie od miejsca trafienia w cząsteczkę zrywa zawsze te same wiązania. Świadczy to o wewnątrzcząsteczkowej migracji energii. Takie skoncentro­wanie energii może doprowadzać np. do zmian konformacyjnych centrów aktywnych enzymów.

W przypadku DNA zmiany popromienne polegać mogą na utracie lub uszkodzeniu zasad wchodzących w skład tego związku. Zasady pirymidynowe są bardziej czułe na uszkodzenia niż zasady purynowe. Może nastąpić zerwanie łańcucha , depołimeryzacja cząsteczki, mogą wytwarzać się niety­powe wiązania pomiędzy resztami zasad. Prowadzi to w konsekwencji do zaburzenia syntezy białek

W lipidach błonowych mogą powstawać nadtlenki lipidowe, może zmieniać się płynność błon, powstawać zaburzenie w prawidłowej przepuszczalności błon powodując uwalnianie enzymów hydrolitycznych. W komórkach powstawać mogą tzw. radiotoksyny jako wynik procesów radiacyjno chemicznych przy aktywacji enzymatycznych reakcji utleniania.

WPŁYW PROMIENIOWANIA NA KOMÓRKĘ

Stosując odpowiednią dawkę promieniowania można zniszczyć każdą komórkę żywego ustroju. Nie ma bowiem komórek niewrażliwych na pro­mieniowanie. Różne komórki tego samego organizmu cechuje jednak różna podatność na promieniowanie zwana promienioczułością. Promienioczułość spełnia w przybliżeniu regułę Bergonie i Tribondeau, która głosi: „wrażliwość komórek na promieniowanie jest wprost proporcjonalna do ich aktywności proliferacyjnej i odwrotnie proporcjonalna do stopnia ich zróżnicowania".

Podział części ciała na grupy ze względu na promienioczułość:

- grupa I - gonady, szpik czerwony,

- grupa II- mięśnie, tkanka tłuszczowa, przewód pokarmowy, płuca, wątroba, nerki, oczy,

- grupa III - kości, tarczyca, skóra,

- grupa IV - ręce, przedramiona, stopy.

CYKL KOMÓRKOWY

Największą promienioczułość komórki wykazują w fazach Gi, S i Gi. Widocznym efektem jest opóźnienie mitozy. Jak się przypuszcza, jest to czas potrzebny komórce do naprawienia uszkodzeń popromiennych. Opóźnienie przejścia komórek z jednej fazy do następnej, jak również opóźnienie mitozy można zaliczyć do przejściowych efektów, które nie zależą prawdopodobnie od uszkodzeń materiału genetycznego. Uważa się, że opóźnienie mitozy komórek jest najwcześniejszą i najwraźłiwszą reakcją komórki na napromieniowanie.

MATERIAŁ GENETYCZNY

Promieniowanie wywołuje mutacje. Mogą one być punktowe jak i dotyczyć całego chromosomu. Pod wpływem promieniowania jedna lub więcej zasad, na skutek interakcji z wolnymi rodnikami, może ulec tautomeryzacji na sku­tek czego zasada zmienia właściwości i strukturę. W wyniku tego następuje zmiana rozmieszczenia elektronów i protonów w cząsteczce. Tak np. ęnolowa forma tyminy może utworzyć potrójne wiązanie z guaniną T s G. (Normalnie ketonowa forma tyminy tworzy z adeniną wiązanie podwójne T=A). Podob­nie tautomeryczna odmiana cytozyny tworzy podwójne wiązanie wodorowe z adeniną C=A. (Normalnie C s G). Tworzą się więc pary zasad niekomplementarnych. Przy dużych zmianach w zasadzie może ona w ogóle wypaść z łańcucha DNA.

Popromienny wzrost mutacji jest liniowo zależny od dawki promieniowania. Oznacza to, że nie ma dawki progowej dla tego efektu. Każda dawka jest szkodliwa.

SKUTKI NAPROMIENIENIA CAŁEGO CIAŁA ORGANIZMU WIELOKOMÓRKOWEGO

OSTRA CHOROBA POPROMIENNA

Napromieniowanie organizmu ludzkiego dawką równą lub zbliżoną do LD₅₀ wywołuje w nim zespół zmian, które określa się jako ostra choroba popro­mienna. Wyróżniamy w niej następujące fazy:

a) faza wstępna -faza zwiastunów,

b) okres utajenia,

c) główna faza choroby,

d) śmierć lub okres zdrowienia.

Faza zwiastunów - występuje w kilka lub kilkanaście godzin po napromienieniu dawką LD₅₀.

Objawy: brak łaknienia, nudności, wymioty oraz uczucie zmęczenia.

Okres utajenia - potęgują się skrycie chemiczne i komórkowe uszkodzenia oraz dochodzi do uszkodzeń narządów. Mechanizmy naprawcze organizmu nie są w stanie usunąć powstałych szkód.

Faza główna - występuje po ok. 2-3 tygodniach od chwili ekspozycji.

Objawy: rozpoczyna się nudnościami, wymiotami, zapaleniem gardła, biegunkami - często krwawymi i gorączką.

Śmierć - przyczyną są najczęściej krwotoki oraz wyczerpanie układu krwio­twórczego- szpiku kostnego i układu chłonnego.

W zależności od wielkości dawki pochłoniętej rozróżniamy trzy typy choroby popromiennej:

a) postać hemopoetyczna - dawki powyżej 150 remów

b) zespół jelitowy - dawki powyżej 1300 remów

c) zespół mózgowy- dawki powyżej 4000 remów.

a)^wyczerpanie układu krwiotwórczego - skazy krwotoczne, załamanie odporności,

b) przeważają objawy ze strony układu pokarmowego- biegunki, odwodnie­nie, poważne zaburzenia rkz. Dochodzi do uszkodzenia nabłonka jelitowego, owrzodzeń i perforacji oraz zniszczenia komórek macierzystych nabłonka. Obnażenie śłuzówki powoduje krwawienia oraz zaburzenia wchłaniania.

c) objawy ze strony centralnego układu nerwowego - utrata przytomności, drgawki, śmierć,

Leczenie

Spośród wymienionych postaci choroby popromiennej postać hemopoetyczna, a w mniejszym stopniu postać jelitowa, posiadają praktyczne możliwości wyleczenia. Zarówno w postaci hemopoetycznej jak i jelitowej leczenie jest objawowe. Przy odwodnieniu i zaburzeniach równowagi elektrolitów podaje się płyny zastępcze, zawierające niezbędne jony, a w przypadku zakażeń bakteryjnych - antybiotyki. Objawy wynikające z braku elementów morfotycznych krwi obwodowej leczy się podawaniem zawiesin brakujących komórek* Czasami jedyną szansą przeżycia chorego jest przeszczep szpiku kostnego.

WPŁYW PROMIENIOWANIA NA NIEKTÓRE NARZĄDY

Narząd krwiotwórczy

Dojrzałe komórki krwi obwodowej są na ogół oporne na promieniowanie. Zniszczenie ich może nastąpić po dawkach rzędu dziesiątków tysięcy rentge­nów. Wyjątek stanowią limfocyty, które należą do najbardziej promienioczułych komórek organizmu. Dawka 5 remów powoduje już utratę ruchliwości limfocytów.

Układ krwiotwórczy w szpiku kostnym oraz utkanie węzłów limfatycznych grasicy i śledziony są bardzo wrażliwe na promieniowanie. Najbardziej wrażliwe jest utkanie limfatyczne, następnie kolejno:

- prekursory krwinek czerwonych (erytroblasty)

- prekursory granulocytów (mielocyty)

- prekursory płytek krwi (megakariocyty)

Zmiany ilościowe komórek krwi po napromienieniu:

- spadek liczby limfocytów -najniższe wartości pomiędzy 2 a 5 dniem

- spadek liczby granulocytów - po początkowym wzroście następuje spadek po dawce LD₅o po około 3 tygodniach,

- spadek liczby trombocytów - krzywa spadku podobna do granulocytów.

Przewód Pokarmowy

W badaniach na zwierzętach wykazano, że zmiany histologiczne w jelicie cienkim występują po napromienieniu dawką rzędu 100 R, Po dawkach rzędu 600-1200 R lub większych zmiany są już bardzo wyraźne. Pierwszego dnia po napromieniowaniu ustroju dawką 1000 R obserwuje się uszkodzenie jąder komórek nabłonka jelit* a także śmierć lityczną komórek, Drugiego i trzeciego dnia obserwuje się duże ubytki komórek nabłonkowych, a około 5-tego dnia kompletną utratę tych komórek. Spadek liczby komórek macierzy­stych maże doprowadzić do śmierci ustroju.

Skóra

Napromienienie miejscowe dawką 300 R powoduje rumień tj, zaczerwienienie i obrzęk podobnie jak po lekkim oparzeniu cieplnym. Przy większych dawkach lub powtarzającej się ekspozycji uszkodzona skóra może przypo­minać oparzenia termiczne wyższego stopnia. Gojenie się zmian wywołanych promieniowaniem jest utrudnione. W miejscach napromienienia obserwuje się przebarwienia skóry, zaniki, owrzodzenia. Możliwa jest indukcja nowo­tworów. Po dawkach powyżej 200 R następuje wypadanie włosów, a po 700 R może wystąpić trwałe wyłysienie.

Centralny Układ Nerwowy

Napromieniowanie całego ciała lub głowy dawką rzędu kilku kiloradów wywołuje powstawanie popromiennego zespołu centralnego układu nerwo­wego

z objawami neurologicznymi jak depresja, ataxia, pobudzenie ruchowe, utrata przytomności, stupor, niekiedy drgawki, a następnie śmierć w ciągu kilku godzin do kilku dni

Badaniem anatomo-patologicznym stwierdza się wynaczynienia oraz zmiany w tkance mózgowej głównie wokół naczyń krwionośnych. Zwiększa się przepuszczalność zarówno płynów jak i elemen­tów morfotycznych krwi Ponadto obserwowano:

- zmiany obrzękowe,

- przerost komórek głeju,

- nekroza tkanki mózgowej,

- zniszczenie neuronów (100-200 krad),

- uszkodzenie i niszczenie komórek oligodendrogleju,

- zmiany w zapisie EEG,

Efekty promieniowania na CUN zależą w dużej mierze od wielkości dawki i sposobu jej otrzymania. Ta sama dawka otrzymana jednorazowo powoduje większe szkody niż dawka frakcjonowana.

Gonady Jądra

U mężczyzn napromieniowanych w celach medycznych lub w czasie awarii radiacyjnych obserwowano przejściową niepłodność. Miarą uszkodzenia może być liczba plemników w jednostce objętości ejakulatu Po dawce LD_{50 -} powrót do normalnej liczby plemników obserwowano po 3 latach, a po eks­pozycji 100 remów - po

l roku, U mężczyzny dawka sterylkacyjna jest więk­sza od dawki śmiertelnej na całe ciało. Jednak uszkodzenia jąder obserwo­wano już przy dawkach 25 remów, Dużo niebezpieczniejsza jest długotrwała ekspozycja małymi dawkami niż jednorazowo dużą dawką. Jest to spowo­dowane wielokrotnym uszkodzeniem każdej subpopulacji komórek kanalika nasiennego w różnych fazach cyklu życiowego i w różnych fazach spermatogenezy. Wykazano, że najbardziej wrażliwymi komórkami kanalików jądra jest typ pośredni spermatogonii oraz typ B spermatogonii. Najbardziej opornymi komórkami na promieniowanie są komórki Sertoliego, spermatogonie A oraz plemniki.

Jajniki

Jajnik jest wyposażony w komplet oocytów już we wczesnym okresie życia organizmu żeńskiego. Oocyty są komórkami promienioczułymi Największą wrażliwość na promieniowanie wykazują owocyty w pierwotnych pęcherzy­kach Graafa. W miarę dojrzewania pęcherzyków Graafa promienioczułość owocytów maleje. Przypuszcza się, że jednorazowa dawka 300-400 remów wystarcza do wywołania trwałej niepłodności. Wiadomo także, że frakcjo­nowana dawka wyjaławiająca dla młodej kobiety wynosi 100-200 remów przez okres 10-14 dni. Na ogół uważa się, że dawka 170 remów jest dawką niebezpieczną, która może wywołać trwałą niepłodność.

PÓŹNE SKUTKI POPROMIENNE

Do późnych skutków popromiennych zaliczamy:

- zwyrodnieniowe zmiany w tkankach (np. stwardnienie naczyń prowadzące do miażdżycy),

- występowanie większej ilości tkanki włóknistej, która zastępuje pełnowar­tościową tkankę narządu (np. popromienne zwłóknienie płuc ),

- zmniejszenie się masy komórek miąższowych wątroby,

- występowanie zmian w soczewce oka (zaćma),

- nierównomierne odkładanie się barwnika w skórze,

- siwienie i wypadanie włosów,

- objawy przyśpieszonego starzenia,

- skrócenie czasu życia,

- zmiany nowotworowe,

- niepłodność,

- zmiany dziedziczne w następnych pokoleniach.

Nowotwory - m. innymi białaczka

WPŁYW PROMIENIOWANIA NA ZARODEK I PŁÓD

Z obserwacji skutków badań medycznych, wypadków radiacyjnych oraz doświadczeń na zwierzętach wynika że najbardziej niebezpieczny u ludzi jest okres 32 - 37 dnia ciąży tzw. dużej organogenezy

Dawka absorbowana przez zarodek lub płód po ekspozycji na 25 R w okresie dużej organogenezy powoduje występowanie wad rozwojowych. Inni badacze wyrażają pogląd, że dawka absorbowana przez zarodek po ekspo­zycji na 10 R w pierwszych 6 tyg. ciąży jest dawką bardzo niebezpieczną, przy której istnieje duże prawdopodobieństwo wad rozwojowych. Uważa się, że ekspozycja na l R nie jest niebezpieczna dla zarodka lub płodu, ICRP ustaliła 1.3 rema jako maksymalną dopuszczalną dawkę kwartalną dla kobiet narażonych zawodowo w okresie rozrodczym.

W radiologicznych badaniach diagnostycznych zalecana jest zasada aby kobiety poddawały się takim badaniom w okresie pierwszych dwóch tygodni cyklu menstruacyjnego tj. przed owulacją i możliwością zapłodnienia.

1

---