Uticaj nuklearnog zračenja na žive organizme

Koje vrste nuklearnog zračenja postoje i kakvo je njihovo dejstvo na žive organizme i čoveka?

Fenomen zračenja predstavlja jednu od osnovnih osobina kosmosa. Zračenje iz prirodnih izvora na Zemlji je fizička karakteristika sredine i prisutno je od njenog nastanka.

Razlikujemo jonizujuća i nejonizujuća zračenja, odnosno ona koja poseduju energiju potrebnu za jonizaciju atoma ili molekula, i ona koja to ne poseduju.

Postoje dve osnovne grupe jonizuju??ih zra??enja
Kod prvih dolazi do emisije korpuskula (alfa, beta zra??enje), dok je kod drugih nosilac energije foton. Prolaskom kroz materiju zra??enje predaje energiju atomima i molekulima koji je ??ine, izazivaju??i izbacivanje elektrona iz njihove putanje oko jezgra. Pogodjeni atom gubi elektroneutralnost, postaje jonizovan i veoma reaktivan. U ??ivim sistemima ovo proizvodi lan??anu reakciju koja mo??e dovesti do aktivacije razli??itih ??elijskih mehanizama i kao posledicu imati degradaciju ??elija i tkiva, nekada i smrt izlo??enog organizma.

Posebne grane biologije i genetike prou??avaju promene u ??ivim organizmima pod dejstvom jonizuju??eg zra??enja, to su radijaciona biologija i radijaciona genetika.

Izvori zra??enja

Zemlja je neprekidno izlo??ena prirodnim zra??enjima iz kosmi??kih izvora kao i široko rasprostranjenim prirodnim aktivnim radionuklidima. Intenzitet kosmi??kog zra??enja zavisi od nadmorske visine i geografske širine (pošto magnetno polje Zemlje uti??e na skretanje pojedinih ??estica).

Glavni izvori prirodne radioaktivnosti na Zemlji su U238, TO232 i proizvodi njihovog radioaktivnog raspada kao i K40 i C14. Poslednjih 60 godina ??ovek je pove??ao nivo prirodne radioaktivnosti, proizvodjenjem nuklearnih oru??ja i izvodjenjem proba, razvila su se nuklearna industrijska postrojenja, proširila upotreba radioaktivnih izotopa kao i koriš??enje u medicinske svrhe. Prirodni nivo zra??enja je povišen što se na ??ivu materiju mo??e odraziti na više na??ina. Bitno je naglasiti da zra??enje ne uspostavlja nove funkcije ve?? samo menja postoje??e, ili dovodi do eksprimiranja nekih svojstava koja su ranije bila latentna. Veoma je bitno razumevanje delovanja zra??enja na ??ive ??elije, posebno na njihov genetski materijal da bi bolje bile shva??ene posledice koje ono mo??e imati po ??ivi svet.

Jonizacija ??ive materije zavisi od apsorbovane doze zra??enja, ali i od relativnog bioloskog efekta koji razli??iti tipovi jonizuju??eg zra??enja mogu proizvesti.

Za poredjenje efikasnosti pojedinih tipova zra??enja koristi se relativna biološka efikasnost. Ona se odredjuje poredjenjem doza pojedinih vrsta zra??enja koje na nivou bioloških sistema indukuju jednake promene.

Dejstvo na ??ivu materiju

Efekti zra??enja na ??ivu materiju mogu biti:

direktni ili indirektni
reverzibilni ili ireverzibilni
akutni ili hroni??ni

Prilikom zra??enja do ošte??enja tkiva mo??e do??i na dva na??ina - direktnom jonizacijom tkiva ili prenošenjem energije sa drugog molekula (teorija slobodnih radikala). Pri direktnom dejstvu zra??enja (target theory), ??iva materija je izlo??ena seriji udara, a stepen ošte??enja je proporcionalan dozi zra??enja. Smatra se da svaka ??elija ima osetljivu zonu koja je u ve??oj meri podlo??na direktnoj jonizaciji i koja predstavlja "pravu" metu.

Indirektno dejstvo zra??enja je od posebne va??nosti za ??ivu materiju. Budu??i da voda predstavlja najve??i procenat svih ??ivih organizama, zra??enje prvenstveno jonizuje molekule vode a oni tu ekscitaciju prenose dalje na ostale molekule. Jonizacijom vode nastaju slobodni atom vodonika H i hidroksilni radikal OH koji imaju nestabilnu elektronsku strukturu. Oni su veoma reaktivni derivati koji ulaze u niz reakcija sa organskim molekulima ??elija tako što iz njih uklanjaju atome vodonika ili delove molekula pri ??emu nastaju kratko??ive??i organski raidkali. Kao rezultat ovih procesa dolazi do postupne degradacije makromolekula ??elije, njenog ošte??enja, izmene funkcije, nekada i smrti.

Neka od nastalih ošte??enja mogu biti ispravljena ??elijskim mehanizmima reparacije i u tom slu??aju govorimo o reverzibilnim ošte??enjima. Ona uglavnom nastaju pri izlaganju organizma ni??im dozama zra??enja u kra??em vremenskom periodu.

Kada su ??elije izlo??ene ve??oj dozi zra??enja, ili je to zra??enje dugotrajnije, dolazi do akumulacije ve??eg broja ošte??enja koje reparacioni mehanizmi više nisu u stanju da korektno ispravljaju i do ireverzibilnih ošte??enja ??elije. Ukoliko su u pitanju ošte??enja genetskog materijala, pri ??emu dolazi do njihove nekorektne reparacije zra??enje ??e imati mutageni efekat. Ukoliko su lezije DNA takve da se ni na koji na??in ne mogu ispraviti, ili je došlo do ve??ih ošte??enja strukturnih elemenata ??elije zra??enje je po ??eliju letalno. Primarni uzrok smrti ozra??ene ??elije nije ta??no utvrdjen. Poznato je da dolazi do smanjenja propustljivosti membrana, ošte??enja mitohondrija, hromozomskih aberacija i inaktivacije niza ??elijskih proteina.

Biološke efekte zra??enja mo??emo uo??iti kako kod ozra??enih jedinki tako i u njihovom potomstvu. U prvom slu??aju došlo je do ošte??enja somatskih ??elija, dok je u drugom došlo do naslednih promena (mutacija) u polnim ??elijama koje se prenose dalje iz generacije u generaciju. Poznato je da niske doze zra??enja imaju geneti??ke (hroni??ne) efekte, a visoke imaju somatske (akutne).

Veoma visoke doze zracenja (1 KGy i više) dovode do trenutne inaktivacije niza jedinjenja neophodnih za odvijanje metaboli??kih procesa, i dovode do molekularne smrti u kratkom vremenskom periodu. Doze od oko 0.1 KGy izizivaju trajna ošte??enja na centralnom nervnom sistemu, dovode??i to takozvanog CNS sindroma, pra??enog hipersenzibilnoš??u na nadra??aje, poreme??ajima u koordinaciji i gubitkom svesti pri ??emu smrt nastupa za 2-3 dana.

Doze od oko 100 Gy izazivaju gastrointestinalni sindrom, i takodje su letalne.

Subletalne doze (do 10 Gy) dovode do promena u hematopoetskim tkivima (limfociti su najosetljiviji), ozna??enim kao hematopoetski sindrom.

Izlaganje zra??enju ve??em od 0.5 Gy dovodi do pojave radijacione bolesti, ??ije trajanje i intenzitet zavise od doze zra??enja.

Izlaganje ni??im dozama zra??enja dovodi do ispoljavanja hroni??nih efekata zra??enja. Pored ve?? pomenutih geneti??kih efekata usled dejstva jonizuju??eg zra??enja na DNA, prime??eno je skra??ivanje ??ivotnog veka jedinki izlo??enih zra??enju kao i pojava radiološkog starenja, nespecifi??ne degradacije tkiva i organa pri ??emu su fizioloski parametri za datu jedinku neprimereni njenoj starosti (kao za mnogo stariju jedinku).

Zra??enje „in utero“ mo??e dovesti do prenatalne ili neonatalne smrti kao i do razlicitih kongenitalnih malformacija (mikrocefalija, anoftalmija, deformacije udova).

Geneti??ki efekti jonizuju??eg zra??enja manifestuju se preko pove??ane frekvencije mutacija koja je direktno proporcionalna ja??ini ozra??enja. Pošto se mutacije mogu objasniti kao povrede gena na mestima koje su pogodili odgovaraju??i joni, ukoliko je ve??a doza zra??enja proporcionalno ??e biti ve??i i broj "pogodaka" - odnosno lezija geneti??kog materijala (teorija meta). Pored toga do ošte??enja DNA dolazi i dejstvom slobodnih radikala, nastalih usled radiolize vode.

Mutacije nastale dejstvom jonizuju??eg zra??enja su prete??no recesivne i u najve??em broju imaju veoma štetne posledice po svoje nosioce.

Organizmi na razli??itim stupnjevima evolutivnog razvoja imaju razli??itu osetljivost na jonizuju??e zra??enje. Poluletalne doze (koje izazivaju smrt 50% jedinki populacije) za sisare iznose 1-10 Gy, za insekte oko 100 Gy a za neke protozoe ??ak do 1000 Gy. Organizmi na ni??em stupnju po pravilu imaju slabiju ostetljivost na zra??enje.

Efekat zra??enja zavisi i od fiziološkog stanja organizma. ??elije koje su u deobi osetljivije su na zra??enje od ??elija u interfazi. Na osetljivost uti??e i prisustvo kiseonika. U njegovom prisustvu jonizuju??i zraci lakše dovode do formiranja organskih peroksida koji su veoma reaktivni sa drugim elementima.

Dejstvo jonizuju??eg zra??enja na ??oveka

Delovanje jonizuju??eg zra??enja na ??oveka mogu??e je iz razumljivih razloga ispitivati na ograni??enom broju jedinki. Ipak veliki je i broj osoba ozra??enih usled dugogodišnjeg profesionalnog izlaganja, kao i prilikom razli??itih nuklearnih akcidenata.

Prilikom eksplozije reaktora u Vin??i 1958 godine šest istra??iva??a je ozra??eno dozom neutronskog i gama zra??enja procenjenom izmedju 2 i 4.5 Gy. Posle intenzivnog le??enja i presadjivanja koštane sr??i petoro je pre??ivelo ovo ozra??enje.

Deset godina posle ozracenja medju subjektivnim tegobama kod svih pacijenata je dominirao ose??aj zamora, malaksalost i povremene nesvestice. Analizom hromozomskih aberacija u limfocitima periferne krvi utvrdjena je u??estalost od 4.3-10% dok je kod kontrolne grupe ona iznosila 2.3%. kod 4 lica je registrovana pojava katarakte u ve??oj ili manjoj meri. Kod svih lica su zapa??eni znaci izrazitog neurasteni??nog sindroma, kao funkcionalne promene nervnog sistema usled izlaganja visokim dozama zra??enja.

Razli??ita ispitivanja osoba izlo??enih povišenoj radioaktivnosti tokom du??eg niza godina (rudari, medicinsko osoblje itd.) ukazuju na pove??avanje frekvencije hromozomskih aberacija u limfocitima periferne krvi, pronadjene su multipne hromozomske aberacije u analiziranim ??elijama (formiranje dicentri??nih i ring hromozoma, translokacije).

Ispitivanja vršena posle ??ernobilske katastrofe takodje pokazuju zna??ajno pove??anje frekvencije pojave hromozomskih aberacija. Prime??ena je i pove??ana radiosenzitivnost ve?? ozra??enog geneti??kog materijala. Kod ozra??ene dece dodatno zra??enje uzorka limfocita od 0.3 Gy indukuje iste aberacije kao i zra??enje od 1 Gy kod kontrolnog uzorka. U toku poslednje decenije došlo je i do zna??ajnog pove??avanja pojave karcinoma kod dece i kod odraslih naro??ito karcinoma tireoidne ??lezde.

Pored zdravstvenih posledica ne treba zaobi??i ni psihološke efekte, naro??ito u slu??ajevima nuklearnih katastrofa. ??injenica da se zra??enje ne mo??e neposredno osetiti ??ulima, a da je poznato da su njegova razorna mo?? i posledice po ??iva bi??a ogromne, uti??u na pojavu straha i anksioznosti. ??esto mo??e do??i do preuveli??avanja postoje??e opasnosti kada se osim realnog straha stvara i iracionalni strah ozna??en kao radiofobija, koji kontinuirano ugro??ava ljudsko zdravlje remete??i emocionalnu ravnote??u i dovode??i organizam u stanje hroni??nog stresa koje za posledicu mo??e imati razli??ite neuroti??ne (depresija, anksioznost, histerija) ili psihosomatske tegobe (lupanje srca, povišen pritisak, pucanje ??ira i sl). Zbog toga je od velikog zna??aja kako pravilno i verodostojno informisanje u akcidentnim situacijama, tako i postojanje preventivnih edukativnih programa koji bi obuhvatali sve kategorije stanovnistva