Wpływ promieniowania jonizującego na organizmy żywe

Natalia Nejman

  1. PROMIENIOWANIE JONIZUJĄCE – promieniowanie mające zdolność przekształcania atomów w jony. Działa mutogennie, powodując powstawanie uszkodzeń w DNA w wyniku bezpośredniego niszczenia cząsteczek kwasów nukleinowych oraz produkcji wolnych rodników. Komórki rozpoznają uszkodzenia materiału genetycznego i zatrzymują cykl komórkowy i starają się usnąć zanieczyszczenia przed przystąpieniem do dalszych podziałów. Stanowi to ochronę przed powstaniem komórek nowotworowych. Większe dawki promieniowania jonizującego mogą zabić komórkę niszcząc jej białka i fosfolipidy błon plazmatycznych.

     

  2. PROMIENIE RÖNTGENA A PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ

    Krótko przed nadejściem XX w. niemiecki fizyk Wilhelm Röntgen odkrył nowy rodzaj promieniowania emitowanego przez strumień “promieni katodowych” (niedługo okazało się, że są nimi elektrony) przy ich uderzeniu w ścianki szklanej rury do wyładowań. Promienie te nazwał promieniami X, co miało podkreślać, że ich istota nie jest znana. Stwierdził on, że promienie X przechodzą przez materiały stałe, jonizują powietrze, nie załamują się na szkle i nie są odchylane w polu magnetycznym. Dzisiaj wiemy, że są one promieniowaniem elektromagnetycznym o wysokiej częstotliwości, powstającym w wyniku przejść elektronowych na najbardziej wewnętrzne orbity atomowe.

    Fotony promieniowania Röntgena mają bardzo dużą energię i zwykle przechodzą przez wiele warstw atomowych, zanim zostaną rozproszone lub pochłonięte. Dzięki temu przechodzą przez miękkie tkanki organizmów i w efekcie dają obraz jego kości.

    Dwa miesiące po odkryciu przez Röntgena promieni X, francuski fizyk Antoine Henri Becquerel zaczął sprawdzać, czy istnieją pierwiastki, które emitowałyby te promienie spontanicznie. W tym celu owinął papierem płytkę fotograficzną, aby uchronić ją od wpływu światła i przystawił do niej różne kawałki pierwiastków. Okazało się, że promieni takich nie wysyła żaden pierwiastek za wyjątkiem uranu. Wkrótce wykryto inne pierwiastki o tej własności: tor, aktyn oraz dwa nowe pierwiastki odkryte przez Marie i Piotra Curie – polon i rad. Odkryte promieniowanie tych pierwiastków było oznaką znacznie głębszych zmian w atomie niż tylko jego wzbudzenie. Nie było związane z jakąkolwiek zmianą stanu elektronów atomowych ale wynikało z przemian zachodzących w środkowej części atomu, czyli jego jądrze. promieniowanie to wydobywało się z jądra, a te własność nazywamy promieniotwórczością.

     

  3. SKUTKI DZIAŁANIA PROMIENIOWANIA NA ORGANIZM LUDZKI

    Nieporozumieniem jest sądzić, że promieniotwórczość jest czymś nowym w środowisku naturalnym. Istniało ono na długo przedtem, zanim pojawiła się rasa ludzka. Jest ono nieodłączną częścią środowiska. To ono ogrzewa wnętrze Ziemi, utrzymując je w stanie płynnym. Rozpady promieniotwórcze wewnątrz Ziemi ogrzewają wodę wytryskującą z gejzerów i wypływającą z naturalnych gorących źródeł.

    Większość promieniowania jądrowego powstaje w naszym naturalnym środowisku. Istnieje ono w ziemi, cegłach i betonach stanowiących mury domów. Gdyby nasze organizmy nie były na to odporne, nie byłoby nas na świecie. Nawet w najczystszym powietrzu, które wdychamy jest pewna domieszka substancji promieniotwórczych, będących efektem działania promieni kosmicznych. Na poziomie morza natężenie promieniowania kosmicznego jest mniejsze dzięki ochronnemu działaniu grubej warstwy atmosfery. Na większych wysokościach jest ono znacznie większe. Np. w Denver położonym na wysokości 1,5 km każdy pochłania dwa razy więcej promieniowania kosmicznego niż nad morzem. Podróż samolotem na trasie Nowy Jork – San Francisco i z powrotem naraża pasażerów na taką ilość promieniowania, jak podczas prześwietlenia płuc. Z tego powodu personel samolotów nie może latać w sposób nieograniczony.

     

    Powinniśmy unikać wystawiania się na promieniowanie o natężeniu przekraczającym wartość tła, gdyż może to być szkodliwe. Komórki żywych tkanek są złożone ze skomplikowanych cząsteczek zanurzonych w roztworze wodnym z dużą liczbą jonów. Gdy do tej zawiłej mieszaniny docierają promienie Röntgena lub promienie jądrowe, wtedy w tej uporządkowanej strukturze pojawia się chaos na poziomie atomowym. Każdy rodzaj promieniowania powoduje zmiany struktury pewnych cząsteczek lub ich zerwanie, w wyniku czego powstają nowe cząsteczki, które mogą być szkodliwe dla procesów życiowych.

    Najbardziej jesteśmy bombardowani przez mniej szkodliwe cząstki, jakimi są neutrina. Ich oddziaływanie jest bardzo słabe. Masa neutrina jest bliska zera, nie mają tez ładunku elektrycznego. Powstają w wielu reakcjach jądrowych. Należą do najczęściej spotykanych we Wszechświecie cząstek o dużej energii. W każdej sekundzie przez nasz organizm przenikają bez przeszkód miliardy neutrin. Swobodnie przechodzą przez kulę ziemską i tylko od czasu do czasu ich ruch ulega zakłóceniu. Tylko średnio raz na rok neutrino wchodzi w reakcje z naszym organizmem.

    Spośród wszystkich rodzajów promieniowania promieniowanie gamma jest najbardziej przenikliwe i najtrudniejsze do ekranowania. Jest ponadto zdolne do oddziaływania z materiałami tworzącymi nasz organizm. Stanowi ono największe zagrożenie dla zdrowia. Jest emitowane z substancji promieniotwórczych i stanowi główny składnik promieniowania tła. Powinniśmy unikać naświetlania tymi promieniami.

    Jeśli promieniowanie nie jest zbyt silne, to komórki są w stanie regenerować uszkodzone cząsteczki. Komórka może nawet przetrwać dawkę śmiertelną, jeśli była ona rozciągnięta w czasie na tyle, że możliwe było naprawienie szkód na bieżąco. Gdy promieniowanie zabije komórkę, wówczas jest ona zamieniona na nową. Wyjątek stanowią komórki nerwowe, które są nieodnawialne. Komórka może przeżyć również wtedy, gdy ma uszkodzoną cząsteczkę DNA. Uszkodzona informacja genetyczna jest następnie przekazywana komórkom potomnym i w ten sposób zmutowana komórka jest powielana.. Proces ten może być nieszkodliwy. Gdy jednak jest na odwrót, wtedy nowe komórki nie będą funkcjonować normalnie. Do rzadkości należą przypadki, gdy uszkodzenie genetyczne zostaje naprawione. Zmiany tego rodzaju mogą być jedną z przyczyn powstania nowotworu, który rozwija się w tkance znacznie później.

    Najwięcej skoncentrowanych uszkodzeń tkanki żywej powodują jądra powstające podczas burz słonecznych. Znajdują się wśród nich jądra wszystkich pierwiastków spotykanych na Ziemi. Promienie “burzowe” występują też w małych ilościach w promieniowaniu kosmicznym. Część promieniowania wyłapywana jest przez pole magnetyczne Ziemi, część jest zatrzymywana w atmosferze w wyniku różnych zderzeń i nie dociera do Ziemi. Jesteśmy w dużym stopniu zasłonięci przed tymi groźnymi cząstkami dzięki tej samej właściwości, która czyni je niebezpiecznymi – ich skłonności do częstych zderzeń.

    Astronauci nie mają takiej osłony i wskutek tego pochłaniają znaczne dawki promieniowania podczas pobytu w przestrzeni kosmicznej. Co kilkadziesiąt lat na Słońcu występują bardzo silne burze, które byłyby w stanie zabić każdego normalnie zabezpieczonego astronautę, pozbawionego jednak ochrony ze strony atmosfery i pola magnetycznego Ziemi.

    Jednostką dawki promieniowania jest rad. Określa on ilość pochłoniętej energii promieniowania, przypadającej na jeden gram substancji wystawionej na promieniowanie. Jeśli jednak weźmiemy pod uwagę ewentualne skutki działania promieniowania na organizm ludzki, to za jednostkę promieniowania przyjmuje się rem. Przy obliczaniu dawki w remach należy liczbę radów pomnożyć przez czynnik uwzględniającyżnice w działaniu różnych rodzajów promieniowania na żywą tkankę. Np. 1 rad powolnych cząstek alfa powoduje takie same skutki biologiczne, jak 10 radów szybkich elektronów. Obie dawki są pod tym względem jednakowe i przypisuje się im wartość 10 remów.

    Każdy obywatel USA otrzymuje średnio 0,2 rema w ciągu roku. Na dawkę tę składa się promieniowanie pochodzące zarówno z wnętrza samego organizmu jak i z ziemi, budynków, kosmosu, prześwietleń rentgenowskich, telewizji itd. Dawka ta jest różna w różnych rejonach Ziemi, największa w pobliżu biegunów, gdzie pole magnetyczne nie działa ekranująco. Jest też większa na dużych wysokościach, gdzie słabsze jest ekranowanie atmosferyczne.

    Dawka śmiertelna wynosi około 500 remów. Należy to zrozumieć w ten sposób, że szansa przeżycia po otrzymaniu takiej dawki w krótkim okresie wynosi 50%. Przy leczeniu raka pacjent może codziennie przez tydzień otrzymywać zlokalizowaną dawkę 100 remów. Jedno prześwietlenie klatki piersiowej oznacza dawkę 5 do 30 miliremów. Jednak małe dawki mogą w dalszej przyszłości prowadzić do mutacji wewnątrz tkanek organizmu. Niewielka część promieni Röntgena pochłaniana jest przez gonady i pojawiające się w nich przypadkowe mutacje mogą być przekazywane przyszłym pokoleniom. I chociaż diagnozowanie i terapia promieniami ma znacznie silniejsze skutki genetyczne niż inne sztuczne źródła promieniowania jonizującego, to jednak skutki wywołane przez wszystkie sztuczne źródła promieniowania są i tak bardzo małe w porównaniu ze skutkami promieniowania naturalnego.

    Biorąc pod uwagę wszystkie okoliczności, każdy z nas otrzymuje w ciągu całego życia dawkę nie większą niż 20 remów. Zwiększa to nieznacznie ryzyko zachorowania na raka lub inne choroby. ważniejsze jest to, że wszystkie istoty żywe nieustannie narażone są na promieniowanie naturalne, które może powodować zmiany genetyczne w gruczołach płciowych, przenoszące się z pokolenia na pokolenie. Drobne mutacje są przez naturę wybierane tak, by zapewnić najlepsze warunki dla życia. Jeśli proces ten trwa przez miliardy lat, to na końcu mogą się pojawić nowe interesujące organizmy. Przykładem jesteśmy my sami.

     

  4. RENTGENOLOGIA I ENDOSKOPIA POKAZUJĄ RZECZY NIEWIDOCZNE.

    Już w publikacji z 1895 r. Wilhelm Conrad Röntgen (1845 – 1913) wykazał możliwość zastosowania w medycynie odkrytych przez niego “promieni X”. Nie przewidział jednak, że zostaną wprowadzone do medycyny w tak oszałamiającym tempie. W początkach XX wieku istniały już setki instytutów rentgenowskich, wydawano tysiące publikacji, pierwsze medyczne czasopisma rentgenologiczne oraz zakładano towarzystwa rentgenowskie. Zastosowanie promieni Röntgena ujawniło również ich szkodliwe działanie na organizm zdrowy. Rentgenolodzy we wczesnym okresie beztrosko wsuwali ręce w strumień promieni, czego następstwem był rozwój nowotworów. Zmarło na nie wielu pionierów rentgenologii. Prześwietlenia początkowo służyły diagnostyce szkieletu i jego zmian. Stopniowo ta metoda umożliwiła badanie również innych narządów wewnętrznych. Dzięki wprowadzeniu środków kontrastujących do przewodu pokarmowego stał się możliwy nowy rodzaj diagnostyki i oceny fizjologii i patologii żołądka i jelit. Wkrótce dzięki tym środkom uwidoczniły się również oskrzela, drogi żółciowe i doprowadzające drogi moczowe. Nieco później technika tomografii umożliwiła ocenę głęboko położonych miękkich części organizmu bez środków kontrastujących.

    Instrumenty do oglądania wewnętrznych jam ciała, bazujące na światłowodach, zyskiwały wciąż większe znaczenie. Opierając się na cystoskopie Maximiliana Nitzego, zbudowano instrumenty do oglądania wewnętrznych jam ciała, żołądka, oskrzeli i jelita grubego. Już na początku XX wieku została po raz pierwszy opisana metoda laparoskopii (badania jamy brzusznej) jak również zastosowano endoskop do oglądania jam stawowych.

    Dzięki elektrokardiogramowi udało się lepiej poznać czynności serca i przyporządkować tony serca przebiegowi pobudzania oraz opracować standardową krzywą elektrokardiograficzną. Oprócz elektrokardiogramu w latach 20 wprowadzono rejestrowanie elektrycznych potencjałów mózgu – encefalografia. Elektrokardiogram i badanie ciśnienia krwi, również udoskonalone na początku XX w., stały się wkrótce rutynowymi badaniami diagnostycznymi. Natomiast wynalezienie mikroskopu elektronowego w 1931 r., który przewyższa mikroskopy optyczne pod względem zdolności odczytu, miało znaczenie przede wszystkim dla naukowych badań medycznych.

     

  5. RADIOLOGIA W POLSCE – POCZĄTKI I POSTĘPY

    Zdjęcia rentgenowskie rozpoczęto wykonywać na ziemiach polskich już parę tygodni po ukazaniu się w prasie codziennej wiadomości o odkryciu promieni Röntgena. Było to w 1896 r. Pierwsze polskie zdjęcie rentgenowskie wykonał prof. Baliński w Krakowie. Pierwszym rentgenologiem w Warszawie był Mikołaj Brunner. Już w 1898 roku uruchomił pracownie rentgenowską w Szpitalu Św. Ducha. Cenne osiągnięcia uzyskiwano w Krakowskiej Klinice Chorób Wewnętrznych prof. Jaworowskiego, który specjalizował się w diagnostyce chorób wewnętrznych przy wykorzystaniu radiologii. Lekarz Karol Mayer w latach 1912 – 14 prowadził prace nad wykorzystaniem zdjęć za pomocą lampy poruszanej, uzyskując dzięki temu ostre, wyraźne zapisy sylwetki serca. Małe pracownie rentgenowskie powstawały i działały na przełomie I i II dekady XX w. we wszystkich znaczących ośrodkach lekarskich. Lwowski rentgenolog Bronisław Sabat ogłosił w 1911 r. pomysł badania ruchów serca, tętnicy głównej i przepony za pomocą zdjęć rentgenowskich wykonywanych przez ruchomą szczelinę. W 1925 r. powołano Polskie Lekarskie Towarzystwo Rentgenologiczne. Organizowało zebrania naukowe i zjazdy radiologów. Zajmowało się m. in. szczególnymi uprawnieniami radiologów, narażonych na szkodliwe promieniowanie. Przed II wojną światową było w Polsce ok. 200 lekarzy radiologów. Na przełomie lat 60-tych i 70-tych było już w Polsce ok. 900 specjalistów radiologów.

     

  6. KALENDARIUM

 

ŹRÓDŁA

1