Skan8

22.5. Działanie biologiczne promieniowania jonizującego 22.5.1. Wprowadzenie

Promieniowanie jonizujące może powodować różne skutki u ludzi: oparzenia, wypadanie włosów, zaćmę, uszkodzenia układów krwiotwórczego i limfatycznego, zespół sercowo-płucny (astma), skrócenie czasu życia, nowotwory, uszkodzenia informacji genetycznej itd. Nazywa się je reakcjami radiobiologicznymi.

Poziom danej reakcji radiobiologicznej zależy od: dawki pochłoniętej, objętości (obszaru) ciała napromieniowanego, mocy dawki (rozkładu dawki w czasie), rodzaju promieniowania, koncentracji tlenu, stanu fizjologicznego obiektu żywego.

0 efekcie biologicznym - „toksyczności” promieniowania jonizującego - decyduje w pierwszej kolejności wartość dawki pochłoniętej, przy czym promieniowanie to cechuje szczególnie wysoka skuteczność biologiczna, na przykład po napromieniowaniu organizmu ludzkiego dawką 10 grejów promieniowania gamma (bezwzględnie śmiertelną) odpowiadająca jej energia spowoduje wydzielenie zaledwie około

1 • 10"² dżula (2,4 • 10^-3 kalorii) ciepła w I0^-3 kg (1 g) tkanki. Przyrost temperatury spowodowany tą ilością ciepła byłby niemierzalny.

W celu zilustrowania stopnia „toksyczności” substancji radioaktywnych porównuje się często skutki ich działania z toksycznością niektórych związków chemicznych - węglowodorów aromatycznych, związków ołowiu lub cyjanków. Na przykład dopuszczalne stężenie ołowiu w powietrzu dla pracowników narażanych zawodowo na ten rodzaj skażenia nic moż.c przekraczać 50 pg/m\ natomiast graniczne stężenie ołowiu radioaktywnego ^2II>Pb wynosi 50 • 10‘⁷ pg/m⁵, czyli jest 10 milionów razy mniejsze.

Hfckt napromieniowania zależy następnie od tego. czy określoną dawkę otrzyma! cały organizm, czy tylko ograniczona objętość ciała. Na przykład dawka 4.5 greja pochłonięta przez całe ciało powoduje zgon około 50% ludzi napromieniowanych, natomiast taka sama dawka pochłonięta lokalnie przez kończynę może spowodować uszkodzenie jej tkanek, bez większych skutków dla reszty ciała.

Ważnym czynnikiem jest również czas, w którym dawka promieniowania została pochłonięta; efekty działania takiej samej dawki zależą w wysokim stopniu od tego, czy czas ekspozycji trwał minuty czy lata.

Od rodzaju cząstek jonizujących i ich energii, czyli od LET promieniowania, zależy liczba wytwarzanych wzdłuż ich torów produktów oddziaływań na ośrodek biologiczny, co sprawia, że mimo jednakowych dawek pochłoniętych w takich samych warunkach ekspozycji skutki biologiczne są różne.

W przypadku wprowadzenia substancji radioaktywnej do organizmu efekt biologiczny zależy również od metabolizmu tej substancji i jej rozmieszczenia w organizmie. Skażenie wewnętrzne należy do bardzo niebezpiecznych przypadków narażenia na promieniowanie. Wynika to z tego. że nic ma metody ograniczenia dawki pochłoniętej w tkankach lub narządach, jeżeli skażenie już nastąpiło. Należy tu dodać. żc wrażliwość radiacyjna różnych tkanek i organów jest odmienna, na przykład wrażliwość radiacyjna szpiku jest dużo większa niż skóry.

Cząstki naładowane i kwanty promieniowania przechodzące przez substancję żywą wywołują w pierwszym etapie wiele procesów fizycznych, w tym wzbudzanie atomów i cząsteczek, wytwarzanie jonów, wolnych rodników i nadtlenków Niektóre produkty reakcji elementarnych cechuje wysoka aktywność chemiczna. Produkty te zapoczątkowują liczne procesy chemiczne i biologiczne.

22.5.2. Efekty radiobiologiczne

Oddziaływanie promieniowania na poziomie molekularnym

Promieniowanie jonizujące wywołuje skutki na poziomie molekularnym w organellach i w komórkach; lclalnc uszkodzenie organizmu nie musi być związane z le-talnym uszkodzeniem komórek - może ono być spowodowane ich złośliwą transformacją.

Przyjmuje się, że najbardziej krytycznymi molekułami w komórkach są molekuły DNA, które mogą być uszkadzane bezpośrednio i pośrednio - przez oddziaływania produktów radiolizy wody, głównie rodników (OH*, HO', IP) i nadtlenków (H₂0₃). Uszkadzane mogą być również i inne makromolekuły biologiczne (proteiny i inne). Różne możliwe uszkodzenia molekuł przedstawiono na rycinie 22,15.

Chromosomy A

Ryc. 22.15. Schematyczny obraz uszkodzeń radiacyjnych. Makio molekuły: A - cięcie łańcucha głównego. B - zszywanie boczne (crosslink) luh rozcinanie, C - uszkodzenie punktowe. DNA: A - rozerwanie jednej nici, B - rozerwanie obu nici, C - zszywanie boczne. D uszkodzenie szczebli (rung) spirali. Chromosomy: A - chromosom normalny. B - odcięcie fragmentu. C - uformowanie nicccmrycznc, D - tworzenie pierścienia.

723