Wpływ Promieniowania Na Organizmy Żywe

Promieniotwórczość, a tym bardziej radioaktywność to słowa, które kojarzą nam się z czymś trudnym. Jednak wbrew pozorom można to bardzo łatwo wytłumaczyć. Promieniotwórczość to rozszczepienie jąder atomówδ, β, α wydzielanie przy tym różnych promieni δ, β, α Są dwa rodzaje promieniotwórczości: naturalna i sztuczna.

Pmieniowanie naturalne jest to samoistne rozszczepianie pierwiastków promieniotwórczych. Czyli: niektóre pierwiastki mogą się samorzutnie rozpadać i te właśnie nazywamy radioaktywnymi. Ludzkość - od początku swego istnienia - narażona była na działanie promieniowania ze źródeł naturalnych. Promieniowanie naturalne jest to promieniowanie, które normalnie i stale istnieje na Ziemi i jest niezależne od działalności człowieka. Pochodzi głównie z dwóch źródeł: z przestrzeni kosmicznej oraz ze źródeł ziemskich, którymi są naturalne pierwiastki promieniotwórcze. Wielkość naturalnego napromieniowania w większości okolic na Ziemi wynosi od kilkudziesięciu do stu kilkudziesięciu milimetrów na rok, co odpowiada wartości około 3 remów na jedno pokolenie ludzkie i około 7 remów w ciągu średniego życia ludzkiego. Poziom naturalnego promieniowania zależy od szerokości geograficznej, składu podłoża, wysokości nad poziomem morza i szeregu innych czynników.

Promieniotwórczość sztuczna polega na sztucznym rozszczepianiu się jądra atomu przez bombardowanie np. neutronami lub protonami.

Promieniotwórczość polega na wysyłaniu przez niektóre jądra atomowe cząstek a, cząstek β, promieniowania δ oraz neutronów, związanego z samorzutnymi przemianami jądrowymi. Promieniowaniem jonizującym nazywamy promieniowanie powodujące jonizację atomów podczas przenikania przez materię. Jonizacja zaś to proces polegający na tym, że cząstki promieniowania zderzając się z atomami lub cząsteczkami wybijają z ich powłok elektronowych elektrony. Pozbawione tych elektronów atomy są jonami naładowanymi dodatnio. Wybite elektrony zostają wychwycone przez atomy lub cząsteczki obojętne elektrycznie, w wyniku czego powstają jony naładowane ujemnie. Promieniowanie jonizujące powoduje więc powstawanie parami różnoimiennych jonów. Różne rodzaje promieniowania, o jednakowej energii cząstek, mają różną zdolność jonizacji.

Promieniowanie jonizujące może być pochodzenia jądrowego, tzn. powstaje w wyniku przemian zachodzących w jądrze atomu (promieniowanie gamma, alfa, beta) i nie jądrowego, powstającego wskutek przemian poza jądrem atomowym (promieniowanie rentgenowskie). Ze względu na charakter promieniowania wyróżniamy promieniowanie elektromagnetyczne (gamma, rentgenowskie, czyli X) i promieniowanie korpuskularne - cząstkowe (alfa, beta).
Promieniowanie jonizujące jest bardzo szkodliwe i niebezpieczne dla organizmu człowieka. Ponieważ obecnie w coraz większym zakresie stosuje się w najrozmaitszych produkcjach przemysłowych reaktory na promieniotwórczości, toteż liczba narażonych osób gwałtownie wzrasta. Rodzaj, wielkość i szybkość występowania uszkodzeń zdrowia zależy od dawki napromieniowania, mierzonej w rentgenach.

Promienie jonizujące działają szkodliwie na organizmy żywe, gdyż w wyniku jonizacji zostają zapoczątkowane reakcje chemiczne, powodujące m.in. poważne zmiany w budowie substancji organicznych komórki, decydujących o jej życiu i rozwoju, w wyniku czego zachodzą w organizmie poważne zmiany uszkadzające. Jonizacja wywołuje zaburzenia biochemiczne spowodowane zmianą składu chemicznego i mechanizmu przemiany materii. Stwierdzono upośledzone wchłanianie tłuszczu z przewodu pokarmowego, zaburzenia w przemianie białkowej, szybkie unieczynnianie się niektórych enzymów i wzrost aktywności innych, upośledzoną syntezę kwasu dezoksyrybonukleinowego, jednego z podstawowych składników wszystkich komórek. Jest ono szczególnie szkodliwe dla krwi, komórek narządów rozrodczych i komórek młodych. Może wywoływać złośliwienie procesów rozmnażania komórek, prowadzące do powstawania nowotworów złośliwych, np. raka skóry, kości lub narządów wewnętrznych. Promienie alfa, beta, gamma wywołują również oparzenia skóry, podobne do termicznych, z takimi objawami, jak rumień, pęcherze i martwica, ale znacznie trudniejsze do wygojenia. U kobiet występują zaburzenia miesiączkowania i ciąży.
Wybiórcze i energiczne działanie uszkadzające tego promieniowania na młode, intensywnie rozmnażające się tkanki wykorzystano w lecznictwie przeciwrakowym. Promienie X w dużej dawce mogą wywołać jaskrę, zapalenie rogówek, zaćmę.

Materiał promieniotwórczy - wchłonięty z powietrzem w postaci np. par lub pyłów izotopów wapnia, strontu, czy też po skażeniu skóry i błon śluzowych albo połknięty - nie rozkłada się równomiernie we wszystkich tkankach, tylko ma tendencję do odkładania się w tej tkance, do której ma szczególne powinowactwo. Na przykład izotopy wapnia i strontu odkładają się w kościach, jodu w tarczycy, a żelaza w krwinkach czerwonych. W następstwie w tej właśnie tkance lub narządzie koncentruje się działanie stosunkowo nieznacznych frakcji danego izotopu. Z tego tkankowego niejako magazynu izotopowego zaczyna stale wydalać się właściwe danemu izotopowi promieniowanie, takimi porcjami, które są właściwe dla naturalnego rozpadu tegoż izotopu. Izotopy promieniotwórcze tych pierwiastków, które słabo i powoli rozpuszczają się w sokach ustrojowych, jeśli dostaną się do organizmu z powietrzem pozostają po adsorpcji przez długi czas w płucach i stamtąd działają. Ponieważ nabłonek dróg oddechowych odznacza się szczególną wrażliwością na promieniowanie, często w oskrzelach powstają popromienne nowotwory złośliwe.

RODZAJE PROMIENIOWANIA

Promieniowanie alfa zatrzymywane jest przez zrogowaciałą warstwę naskórka lub kartkę papieru. Stąd zewnętrzne zagrożenie napromieniowaniem tego typu jest bardzo niewielkie. Natomiast po przedostaniu się do ustroju substancji, która wypromieniowuje cząstki alfa, powstaje duże zagrożenie dla narządów, w których substancja ta usadowi się oraz dla najbliższego ich 0otoczenia. Cząstki alfa w porównaniu z promieniowaniem beta, gamma lub X mają największą zdolność jonizacji, powodując tym samym duże uszkodzenia w organizmie. Z tych względów cząstki alfa w skażeniach wewnętrznych są najgroźniejsze.
Promieniowanie beta ma już większą przenikliwość materii. Przenikliwość ta zależna jest, tak jak i w promieniowaniu alfa od energii promieniowania. Promieniowanie beta powoduje mniej uszkodzeń w tkankach niż promieniowanie alfa, ale z powodu większej przenikliwości, przechodząc przez skórę może uszkodzić tkanki narządów leżących głębiej. Zewnętrzne zagrożenie przy promieniowaniu beta jest większe niż przy promieniowaniu alfa. Dla ochrony przed promieniowaniem beta wystarczą cienkie osłony aluminiowe. Najgroźniejsze ze względu na zewnętrzne narażenie jest promieniowanie X i promieniowanie gamma. Zasięg tego rodzaju promieniowania jest znacznie większy od poprzednich. Aby osłabić promieniowanie X i gamma stosuje się grube osłony z materiału jak np. ołów, żeliwo, beton, baryt.

Wpływ promieniowania

Większość naszej wiedzy o skutkach promieniowania pochodzi z obserwacji setek tysięcy ludzi, którzy ulegli napromieniowaniu w czasie wybuchów bomb atomowych w Hiroszimie i Nagasaki i w czasie pochłonięcia przypadkowych lub świadomie podawanych dawek (radioterapia). Wszyscy, którzy przeżyli, byli i są pod stałą specjalistyczną obserwacją lekarską, mającą na celu zebranie maksimum informacji o skutkach promieniowania, nawet tych, które ujawnić się mogą po kilkudziesięciu latach od ekspozycji. Oprócz, tego od wielu lat są prowadzone studia radiobiologiczne nad oddziaływaniem promieniowania na różne tkanki narządy. Cząstki elementarne przenikają skomplikowaną i delikatną strukturę komórek, którą stanowi cytoplazma i jądra komórkowe. Jonizacja atomów, z których te struktury są zbudowane, jest zaburzeniem stanu komórek, które, choć trwa niesłychanie krótko, może być brzemienne w skutkach. Gdy bowiem takie uszkodzenie nastąpi i nie zostanie odpowiednio naprawione, komórka może stracić zdolność do wykonywania swych zadań i do rozmnażania lub też może powstać i zacząć się rozmnażać komórka o właściwościach niepożądanych dla organizmu. Zmiany te zazwyczaj zaburzają działanie organizmu jako całości. Wiele narządów i tkanek może wykonywać swe funkcje nawet po utracie znaczącej liczby swych komórek, lecz gdy ta strata jest dostatecznie rozległa, narządy te mogą utracić zdolność funkcjonowania, co ujawnia się w postaci dolegliwości i stanów patologicznych. Wkrótce po dostatecznie dużych dawkach pojawiają się objawy napromienienia. Są to skutki deterministyczne. Ich ostrość wraz z dawką szybko się zwiększa, aż. do śmierci organizmu. "Zabicie" komórki przez promieniowanie powoduje stosunkowo jednoznaczne skutki, natomiast modyfikacja jej struktury genetycznej zaczyna bardziej skomplikowane procesy. Modyfikacji mogą ulec komórki ciala, wówczas powstaje ryzyko choroby nowotworowej dla osoby napromienionej, lub komórki rozrodcze, które mogą przekazać skłonność do chorób dziedzicznych potomstwu osób napromienionych. Nowotwory i choroby dziedziczne są skutkami stochastycznymi, gdyż występują z pewnym prawdopodobieństwem. Wyniki niektórych badań wskazują, że małe dawki promieniowania mogą działać pobudzająco na wiele funkcji komórek. Promieniowanie może np. wzmocnić immunologiczne zdolności i modyfikować równowagę hormonów w organizmie.
W szczególności promieniowanie może stymulować naprawę uprzednio uszkodzonych przez promieniowanie komórek i zmniejszyć skutki jego działania. Znaleziono kilka obszarów na kuli ziemskiej, na których poziom promieniowania jest wyższy niż przeciętny, a częstość występowania nowotworów jest niższa. Zjawisko to nosi nazwę hormeza. Choć istnienie hormezy nie jest uznawane przez oficjalne organizacje międzynarodowe, warto o niej wspomnieć, gdyż toczą się obecnie poważne dyskusje na jej temat. Narządy rozrodcze i oczy są również bardziej niż średnio wrażliwe. Pojedyncze dawki O, l Sv na jądra powodują okresową bezpłodność, a 2 Sv - trwałą. Jajniki u kobiet dorosłych są mniej promienioczułe, gdyż dopiero pojedyncza dawka 3 Sv powoduje okresową bezpłodność, lecz wytrzymują one znacznie wyższe dawki podane ratami. Pojedyncze dawki ok. 2 Sv na oko mogą powodować zmętnienie, a po 5 Sv pojawia się postępująca zaćma. Szczególną wrażliwość na promieniowanie wykazuje organizm dziecka. Już niewielkie dawki na chrząstkę mogą zwolnić lub powstrzymać wzrost kości i doprowadzić do deformacji. Napromienienie mózgu w czasie radioterapii powoduje zmiany charakteru, utratę pamięci, a u bardzo małych dzieci demencję. Napromieniowanie kobiet między ósmym i szesnastym tygodniem ciąży może spowodować poważne uszkodzenia mózgu dzieci nie narodzonych. W tym okresie bowiem formuje się kora mózgowa, której rozwój może zostać zahamowany przez dawki promieniowania. Przeważająca część skutków deterministycznych ujawnia się po przekroczeniu dawki l Sv, dlatego przeciętny człowiek prawie nigdy ich nie doświadczy!!

Co dziś wiadomo o procesach przebiegających między inicjującym działaniem promieniowania a ujawniającymi się po latach nowotworami lub wystąpieniem chorób dziedzicznych? Procesy te rozpoczyna uszkodzenie spirali kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA), który znajduje się w jądrach każdej komórki i ma podstawowe znaczenie dla przekazywania cech dziedzicznych. Przerwanie lub uszkodzenie DNA może sprawić, że komórki rozmnożone z uszkodzonej są inne niż macierzysta komórka przed uszkodzeniem. Wszystko wskazuje na to, że przytłaczająca większość uszkodzeń DNA jest naprawiana lub eliminowana za pomocą licznych bardzo sprawnych procesów obronnych organizmu. Jeśli uszkodzenie w komórce somatycznej nie zostanie naprawione lub gdy taka komórka nie zostanie przed rozmnożeniem wyeliminowana, to mogą zaistnieć warunki do jej uwolnienia się spod kontroli organizmu i samoistnego rozmnażania się, co prowadzi do powstania nowotworu w danym narządzie. Podobnie uszkodzenia komórek rozrodczych mogą się ujawnić w następnych pokoleniach w postaci chorób dziedzicznych. Choroby nowotworowe i dziedziczne, jeśli występują, to z pełną ostrością niezależnie od dawki, która je zainicjowała. Wiemy dziś z całą pewnością, że przyczyny zarówno nowotworów, jak i chorób dziedzicznych są różne i promieniowanie jest tylko jedną z nich i to nie najważniejszą. Uważa się dziś, że procesy prowadzące do nowotworów mogą zostać zainicjowane każdą, nawet najmniejszą dawką. Ujawnienie nowotworów następuje jednakże po długim okresie. Najszybciej, bo po pięciu latach po napromienieniu, ujawniają się białaczki, podczas gdy inne nowotwory mają znacznie dłuższy okres latencji.

CHOROBA POPROMIENNA

Zespół objawów klinicznych obserwowanych w następstwie uszkodzeń popromiennych nazywa się chorobą popromienną. Jest to choroba organizmu charakteryzująca się różnymi objawami i w zależności od dawki napromieniowania może być wyleczona lub prowadzić do śmierci.
Po napromieniowaniu człowieka w krótkim czasie dawkami śmiertelnymi (ok. 600 rentgenów na całe ciało) lub zbliżonymi do śmiertelnych, występują objawy ostrej choroby popromiennej charakteryzujące się tym, że w ciągu kilku lub kilkunastu godzin po napromieniowaniu mogą się pojawić: mdłości, wymioty, zawroty i ból głowy, pogorszenie ogólnego samopoczucia, uczucie zmęczenia, apatia i senność lub podniecenie, pragnienie, brak apetytu, biegunka. Jest to okres prodromalny (wstępny). Objawy te szybko ustępują i rozpoczyna się okres utajenia choroby popromiennej. W okresie tym chory nie odczuwa żadnych dolegliwości.

Po kilku lub kilkunastu dniach okresu utajenia następuje okres ostrych objawów. Występuje gorączka, bóle głowy, brak apetytu, wymioty, biegunka, pojawiają się duże zmiany we krwi i szpiku kostnym, zakażenia bakteryjne, owrzodzenia błony śluzowej ust, wypadanie włosów, zaburzenia troficzne w skórze (wybroczyny). W miejscu wybroczyn skórnych rozwijają się następnie oparzenia popromienne w postaci pęcherzy wypełnionych przezroczystym płynem.

Choroba popromienna kończy się często śmiercią. Objawy w zależności od dawki, występują w różnym czasie od napromieniowania. Zależnie od wrażliwości osobniczej, stanu zdrowia, wieku, płci, te same dawki napromieniowania mogą wywoływać różne objawy i skutki. Jeśli okres utajnienia choroby przedłuża się ponad 3 tygodnie, można mieć nadzieję na pomyślny przebieg choroby i wyzdrowienie. Także w przypadku osób, które przeżyły 8 tydzień, rokowanie może być w zasadzie pomyślne. Jednakże choroba popromienna przy postępującym spadku sił organizmu może doprowadzić do śmierci nawet po wielu miesiącach.
Po przeżyciu choroby popromiennej mogą wystąpić, nawet po dłuższym okresie czasu, różne następstwa uszkodzeń popromiennych, tj. białaczka, nowotwory, zmętnienie soczewki oka. Doświadczenia wykazały także, że przeciętna długość życia ludzi, którzy przeżyli chorobę popromienną, jest krótsza niż u ludzi zdrowych. Duże dawki wywołują ostrą chorobę popromienną, natomiast efekty działania małych dawek napromieniowania występują po upływie dłuższego okresu czasu. Przewlekła choroba popromienna może być następstwem intensywnego, długotrwałego leczenia promieniami Rentgena, jak również schorzeniem zawodowym, ludzi podlegających stale działaniu energii promienistej.
Leczenie choroby popromiennej należy zaczynać natychmiast po napromieniowaniu. W przypadku stwierdzenia objawów ostrej choroby popromiennej, podaje się, już w okresie objawów zwiastunowych, środki przeciwwymiotne i uspokajające. W przypadki zaburzeń w gospodarce wodno - elektrolitowej, różne roztwory kwasów, zasad i soli, glikozę, płyny krwiozastępcze. Chorym z objawami niedokrwistości i skazy krwi należy zrobić transfuzję krwi. Możliwe jest leczenie za pomocą przeszczepu szpiku kostnego.
Wszystkie żywe ustroje na Ziemi znajdują się pod stałym działaniem promieniowania jonizującego, do którego są przystosowane. Promieniowanie to pochodzi ze źródeł naturalnych, z promieniowania kosmicznego i z substancji promieniotwórczych występujących w ziemi, wodzie, świecie roślinnym, powietrzu i organizmach zwierzęcych.
Bardzo szybki rozwój środków technicznych w dziedzinie praktycznego zastosowania energii jądrowej w medycynie, technice, przemyśle, geologii, badaniach naukowych i próbne wybuchy jądrowe spowodowały wzrost napromieniowania ustroju dawkami niejednokrotnie przewyższającymi dawki pochodzące ze źródeł naturalnych.
W krótkim czasie po odkryciu promieni Rentgena, dostrzeżono ich silne działanie uszkadzające, powodujące oparzenia skóry, wyłysienia, zmiany we krwi.
W obecnym świecie pracuje około 400 elektrowni atomowych. Niektóre z nich są zagrożeniem dla ludzi i środowiska. Do szczególnie groźnej awarii doszło w elektrowni atomowej w Czarnobylu na Ukrainie. Znajduje się tam Elektrownia Jądrowa (pierwotnie im. W.I. Lenina) posiadająca 4 reaktory typu RMBK-1000 o mocy elektrycznej 1000 MW każdy.
26 kwietnia 1986 roku, o godzinie 1.23 czasu moskiewskiego, na skutek ewidentnych błędów operatora i wyłączenia systemów awaryjnych w trakcie przeprowadzania eksperymentu mającego (paradoksalne!) zwiększyć bezpieczeństwo pracy reaktora, doszło do utraty kontroli nad reaktorem bloku IV. Moc reaktora wzrosła ok. stukrotnie, co spowodowało wzrost temperatury rdzenia do ok. 2000°C i dwa kolejne wybuchy (rozsadzenie układu chłodzenia przez parę wodną i wybuch mieszaniny piorunującej, pochodzącej z rozkładu wody na wodór i tlen pod wpływem kontaktu z rozżarzonymi materiałami konstrukcyjnymi, np. grafitem i cyrkonem). Wybuch rozpoczął dziesięciodniowy pożar moderatora grafitowego, w trakcie którego rdzeń reaktora stopił się, a do środowiska przedostało się kilkadziesiąt izotopów

promieniotwórczych o łącznej aktywności rzędu 1018 Bq, z czego ponad 30% pierwszego dnia. Pożar ugaszono dzięki bezprzykładnemu poświęceniu gaszących strażaków i wojska, 31 osób zmarło w wyniku bezpośredniego napromienienia i oparzeń, ponad 200 było hospitalizowanych w związku z chorobą popromienną. Ocenia się, że u kilku tysięcy osób bezpośrednio narażonych na duże dawki, na skutek napromienienia wywiąże się (w przeciągu 10-20 lat) choroba nowotworowa. Substancje promieniotwórcze rozprzestrzeniały się, skażając rozległe terytoria, głównie Białorusi, Ukrainy, Rosji, ale i krajów skandynawskich oraz Europy środkowej i Wschodniej. Trzydziestokilometrową strefę wokół reaktorów ewakuowano i zamknięto, później ewakuowano też ludność z najsilniej skażonych terenów Białorusi (np. wsie w rejonie Homla odległe o ponad 200 km od reaktora). Nad Polskę napłynęły skażenia pochodzące z emisji pierwszego dnia. Spośród pierwiastków krótkożyciowych najistotniejszy z punktu widzenia ochrony radiologicznej był izotop 131I o czasie połowicznego zaniku T1/2 = 8,04 dnia dla długotrwałych skutków katastrofy największy wpływ ma opad długożyciowych izotopów cezu (137Cs, T1/2 = 30,04 lat oraz 134Cs, T1/2 = 2,02 roku). Teren Polski został nierównomiernie skażony, na północnym-wschodzie wystąpiły największe skażenia izotopami krótkożyciowymi oraz śladami plutonu, natomiast największa depozycja długożyciowych izotopów cezu (wynosząca maksymalnie dla obu ponad 100 kBq/m2) miała miejsce na śląsku Opolskim, przy przeciętnej dla kraju rzędu 3 kBq/m2. Szacuje się, że przeciętny mieszkaniec Polski otrzyma w ciągu 50 lat życia od izotopów pochodzących z Czarnobyla równoważnik dawki równy 0,3 ÷ 0,4 mSv, czyli jedynie 10% dawki otrzymywanej corocznie od tła naturalnego. Na najsilniej skażonych terenach Polski, przy pesymizujacych założeniach, równoważnik dawki rocznej stanowi 30% dawki od tła naturalnego, a w pierwszym roku nie przekroczył 50% dawki od tła naturalnego. Katastrofa w Czarnobylu była największą w dziejach katastrof reaktora jądrowego, jednak pod względem ilości substancji promieniotwórczych wprowadzonych do środowiska ustępuje miejsca próbom z bronią jądrową prowadzonym w latach 50. i 60. głównie przez USA i były ZSRR oraz eksploatacji (w przeciągu 40 lat) zakładów przeróbki paliwa jądrowego w byłym ZSRR. W chwili obecnej w Czarnobylu reaktor IV pokryty jest ochronnym budynkiem (tzw. sarkofagiem), pozostałe trzy reaktory pracują. Nastąpiła tam awaria reaktora jądrowego, w wyniku której reaktor stanął w płomieniach, a cały blok został doszczętnie zniszczony. Oblicza się, że podczas katastrofy zostało wyemitowane promieniowanie radioaktywne 200 razy silniejsze od tego, które skaziło Hiroszimę i Nagasaki. Skażeniu uległ obszar o powierzchni 150 tys. km2 na terytorium Ukrainy, Białorusi i Rosji. Ewakuowano 400 tys. mieszkańców. W ciągu 11 lat po awarii na chorobę popromienną zmarło 22 tys. ludzi, a ponad 100 tys. dotknęło inwalidztwo.

Podobne skutki miało (i ma) zrzucenie bomb jądrowych na japońskie miasta Hiroszimę (06.08.1945) i Nagasaki (09.08.1945). Bomby te, o mocy 20 kt każda, spowodowały śmierć 100 tys. osób, a raniły ponad 50 tys. Poszkodowanych w inny sposób było około 500 tys.

Obserwacje poczynione na ofiarach wybuchów bomb jądrowych w Japonii oraz na ofiarach awarii reaktora w Czarnobylu, rozszerzyły znacznie znajomość skutków promieniowania na organizmy żywe. W czasie tych katastrof na świecie zmarła ogromna liczba niewinnych ludzi a ich skutki odczuwalne są do dziś.

Bibliografia:

• Życie Świata

• Wiedza i Życie

• Encyklopedia PWN

• Encyklopedia Fogra

• Multimedialna Encyklopedia Omnia

• http://www.wo.and.pl/

• http://wiem.onet.pl/

• http://skwarek.chemia.pk.edu.pl

• http://www.biologia.pl/

……………………..

…………….

6

---