Krajobraz z drogą polną, dookoła drogi pola ze zbożem. Na drodze i na polu leżą żółte metalowe beczki z symbolem radioaktywności.

Co mi zrobisz, jak mnie napromieniujesz? – promieniotwórczość cz. III

Czas czytania w minutach: 7

To jest część trzecia wpisu o promieniotwórczości – zanim w niej zanurkujesz, radzimy zapoznać się z częścią pierwszą oraz drugą.

Jak to działa?

Dotarliśmy do jednego z gorętszych tematów związanych z promieniotwórczością: jak bardzo niebezpieczne dla naszego zdrowia jest promieniowanie? Temat wypływa w Internecie (niestety, często pod postacią filmów z żółtymi napisami na YouTube) przy każdym doniesieniu o jakiejkolwiek awarii w elektrowni jądrowej lub w jej pobliżu. Kilka lat temu najgłośniej mówiono o tym rzecz jasna po katastrofie w Fukushimie. Ostatnimi czasy dużo się mówi o pożarze lasu pod Czarnobylem.

Żeby nie przeciągać, odpowiem na pytanie z poprzedniego artykułu, które pewnie nie dawało Wam spać po nocach. Otóż nie, nie żyjemy w świecie Fallouta, od promieniowania nie wyrosną nam dodatkowe ręce. Ulga, prawda?

A teraz na poważnie. W jaki sposób promieniowanie może zaszkodzić naszemu organizmowi? Zacznijmy od początku. Jak już wiemy, promieniowanie to rozpędzone cząstki i fala elektromagnetyczna o wysokiej energii. Często nazywa się je „promieniowaniem jonizującym”. Jest ono w stanie uszkodzić materię, zamieniając atomy (elektrycznie obojętne) w jony (naładowane elektrycznie). Dzieje się tak, ponieważ promieniowanie ma dość dużo energii, żeby „wybić” z atomów elektrony1Słuszne są tu skojarzenia z efektem fotoelektrycznym – o którym przy innej okazji.. Z kolei patrząc na chemię i fizykę, jony zachowują się zupełnie inaczej niż atomy. Zjonizowanie atomów wchodzących w skład cząsteczki często prowadzi do rozpadu tej cząsteczki. Oznacza to, że promieniowanie o odpowiednio wysokiej intensywności jest w stanie całkowicie zniszczyć ludzkie ciało przez zjonizowanie jego atomów i rozbicie wiązań pomiędzy nimi. Żeby jednak do tego doszło, trzeba by stanąć naprawdę blisko bardzo silnego źródła promieniowania. Na przykład mówimy tu o wszystkich nieszczęśnikach, którym zdarzyło się znajdować blisko miejsca wybuchu bomby atomowej.

Dawka promieniowania, czyli co?

Jeśli jednak ktoś przeżyje pierwsze „uderzenie”, to pojawia się zasadnicze pytanie – jaką dawkę promieniowania przyjął? Tu sprawa zaczyna się komplikować, bo jest kilka jednostek z tym związanych. Rentgeny, rady, svierty… Łatwo się w tym pogubić. Skąd tyle jednostek? Otóż mówiąc o dawce promieniowania, możemy mierzyć różne rzeczy, na przykład:

– dawkę ekspozycyjną. Mówi ona o tym, jak bardzo promieniowanie jest w stanie zjonizować powietrze. Mierzy się ją w rentgenach. Na szczęście niezbyt często, ponieważ została zastąpiona przez…

– dawkę pochłoniętą. Dlaczego? Ponieważ ta dawka bierze pod uwagę właściwości materii, na którą oddziałuje. To ilość energii przekazanej przez promieniowanie jednostce masy. Mierzymy ją w grejach. Jeden grej (Gy) to jeden dżul przekazanej energii na kilogram masy. Mierzymy ją również w radach. Rad to starsza jednostka, która jest równa jednej setnej greja. Dlaczego dawka pochłonięta zastąpiła dawkę ekspozycyjną? Ponieważ bierze pod uwagę „wrażliwość” badanego obiektu na konkretny rodzaj promieniowania. Na przykład promieniowanie X przekaże dużo więcej energii naszym kościom, niż naszym mięśniom lub powietrzu, dla którego liczy się dawkę ekspozycyjną. Ta dawka mówi nam o tym, jak ciężkie będą ostre uszkodzenia tkanek. Ale jeśli chcemy rozmawiać o długofalowych efektach biologicznych, takich jak szansa na powstanie nowotworów, to ważniejsza jest…

– dawka równoważna. Ta wartość mierzona jest w sviertach (Sv)2Lub w remach, jeśli dawkę pochłoniętą mierzymy w radach.. Oprócz tego, ile energii promieniowanie ciało pochłonęło, dawka ta bierze pod uwagę to, jakie to było promieniowanie. Na przykład promieniowanie β jest dużo mniej szkodliwe niż promieniowanie α. W związku z tymI jeden grej promieniowania β to jeden sviert dawki równoważnej, ale już 1 Gy promieniowania α to 20 Sv. I wreszcie, żeby wziąć pod uwagę to, że napromieniowany nie musi być cały organizm, mamy…

– dawkę skuteczną. Również mierzona w sviertach, do jej wyliczenia uwzględnia się „wagę” napromieniowanego organu (uwzględniającą jego wielkość, podatność na nowotwory itd.). Innymi słowy – ta dawka bierze pod uwagę to, że promieniowanie w innym stopniu oddziałuje na kości, w innym na mózg, włosy czy skórę. Dla dawki efektywnej jeden sviert oznacza około 5,5% szans na powstanie nowotworu w przyszłości.

Dłoń trzymająca żółty dozymetr (urządzenie do mierzenia poziomu radioaktywności).
Dozymetr (dawkomierz) – przyrząd do pomiaru dawki promieniowania jonizującego.

Skutki biologiczne promieniowania

A teraz więcej o wpływie promieniowania na organizm. Na początku porozmawiamy o ostrych efektach. Wiążą się one z dużymi dawkami promieniowania w krótkim czasie. Wtedy najlepiej jest korzystać z pojęcia dawki pochłoniętej. I tak, szczególnie przy wysokich dawkach, jednym z pierwszych zauważalnych efektów będzie oparzenie, podobne do oparzenia słonecznego. Jednak w zależności od rodzaju promieniowania może być ono dużo głębsze i będzie się dużo trudniej goić. Mówimy tutaj o dawkach od dwóch do kilkudziesięciu, a nawet kilkuset grejów.

Kolejny poziom to choroba popromienna. Jej bezpośrednią przyczyną jest uszkodzenie DNA, czyli naszych genów. O genach opowiem więcej przy innej okazji, dziś tylko przypomnimy najważniejszą informację. Otóż DNA to „przepis”, według którego komórki syntezują nowe białka. Promieniowanie jonizujące uszkadza DNA na dwa sposoby: bezpośrednio, czyli wtedy, gdy promieniowanie oddziałuje z samym DNA; lub pośrednio. W tym drugim przypadku promieniowanie najczęściej jonizuje wodę, której w organizmie nie brakuje. W ten sposób powstają reaktywne formy tlenu. 

Tu słowo wyjaśnienia: tlen jest nam, rzecz jasna, niezbędny do życia. Jest on bardzo reaktywny. Oznacza to, że większość związków organicznych poddana działaniu tlenu ulega reakcji utleniania, wydzielając przy tym dużo energii. Dzięki tej reaktywności jesteśmy w stanie wykorzystać go do produkcji energii. Ale jego reaktywność jest też problemem. Nawet w warunkach fizjologicznych tlen łatwo tworzy groźne, bardziej reaktywne formy. Są to na przykład znane nam z reklam kosmetyków wolne rodniki. Wiedzieliście, że wolne rodniki są częściowo odpowiedzialne za efekty starzenia organizmu? Można to ująć także w ten sposób: za mało tlenu – mamy problem. Za dużo tlenu – mamy problem. Odpowiednia ilość tlenu… w sumie też mamy problem, tyle że rozłożony w czasie.

Szablon życia

Wróćmy do naszego DNA. Dlaczego tak się skupiam na jego uszkodzeniach? Czy inne składniki komórek (białka, tłuszcze i tak dalej) nie są uszkadzane? Oczywiście, że są. Więc dlaczego uszkodzenia DNA są takie ważne? Otóż pozostałe związki występujące w komórkach są cały czas rozkładane bądź wydalane. Są też syntezowane lub pozyskiwane na nowo. Innymi słowy: nawet mocne uszkodzenie cząsteczki białka wpłynie na pracę komórki jedynie na chwilę. Będzie to chwila krótsza lub dłuższa, ale po pewnym czasie ta cząsteczka zostanie rozłożona. Natomiast jej miejsce zajmie inna i właśnie ten fakt “niesie nadzieję” komórkom poszkodowanego promieniowaniem ciała. Do tego praktycznie wszystko, co działa w komórkach, występuje w wielu kopiach. Jeśli jedna cząsteczka białka ulegnie uszkodzeniu, pozostałe będą dalej pełnić tę samą funkcję.

Z DNA jest inaczej. Przede wszystkim, w komórce jest jedna kopia każdej nici (czyli każdej cząsteczki) DNA. Owszem, nici występują parami i są względem siebie komplementarne. Można sobie to wyobrazić w ten sposób, że jedna jest negatywem drugiej. Ale na tym koniec, więcej kopii w komórce nie ma. Jeśli informacja genetyczna na obu niciach z pary zostanie zniekształcona, komórka nie ma jak odtworzyć oryginału. Po drugie, choć komórka ma pewne sposoby na „naprawienie” DNA, nie ma sposobu na pełne „skasowanie” i zastąpienie starej nici nową. Coś podobnego dzieje się tylko wtedy, gdy komórka się dzieli i stwarza własne problemy – ale o tym za chwilę. Ostatnie, na co komórka ma chęć po poważnym uszkodzeniu przez promieniowanie, to podział.

Laboratorium z oznaczeniami radioaktywności. Po prawej stronie osoba w fartuchu i czepku, odwrócona tyłem.

Gdy szablonu zabraknie…

Co więc się stanie z komórką, której DNA zostało poważnie uszkodzone? W skrócie – przestanie prawidłowo działać. Najpierw przestanie być w stanie syntezować poprawne białka, przez co zatraci swoją funkcję, aż w końcu obumrze. Najdotkliwsze konsekwencje to utrata funkcji i śmierć komórek nerwowych, komórek wyściełających jelita oraz szpiku kostnego. I z tym właśnie związana jest choroba popromienna. Problemy z układem nerwowym występują przy najwyższych pochłoniętych dawkach, rzędu 50 Gy i więcej. Występują też najwcześniej. 

Delirium, drgawki, halucynacje… To wszystko jest związane właśnie z wyłączającym się układem nerwowym. Przy nieco niższych pochłoniętych dawkach, na poziomie 10-50 Gy, głównym źródłem problemu jest nabłonek jelit. Jego zniszczenie objawia się wymiotami i biegunką, ale też skrajnym wycieńczeniem. Organizm takiego nieszczęśnika przestaje bowiem przyjmować składniki odżywcze np. z jedzenia!

Wreszcie trzeci poziom uszkodzeń, przy jeszcze mniejszych dawkach 3w granicach 2-10 Gy to zniszczenie szpiku kostnego. Jest to najbardziej zwodniczy poziom. Otóż pierwsze objawy choroby popromiennej ustępują po jednym, czy dwóch dniach. Dzięki temu przez jakiś czas wydaje się, że wszystko jest już dobrze. Ale brak szpiku kostnego oznacza brak produkcji białych krwinek, odpowiedzialnych za odporność. Oznacza też brak płytek krwi, odpowiedzialnych za krzepliwość, oraz zmniejszenie produkcji krwinek czerwonych. Skutki? Osłabienie, brak odporności prowadzący do zakażeń i sepsy, oraz krwotoki wewnętrzne.

A co się dzieje w przypadku pochłonięcia jeszcze niższej dawki? Na tyle małej, żeby nie wywołać ostrych efektów, ale wciąż wystarczającej, żeby jakoś uszkodzić DNA? Tu wychodzi nam kolejny problem związany z uszkodzeniem DNA. Otóż uszkodzenia (mutacje), które nie są wystarczająco poważne, żeby doprowadzić do śmierci lub uniemożliwienia podziału komórki, są przy podziale przekazywane komórkom potomnym4Więcej na ten temat będzie we wpisie poświęconym DNA i genetyce.. Co za tym idzie – ewentualne szkodliwe mutacje mogą być trwałe i wręcz dotykać coraz większej liczby komórek. Ba, mogą nawet sprawić, że komórka będzie się dzielić jak szalona, przekazując tę możliwość kolejnym pokoleniom. A jak nazywamy stan, w którym komórki dzielą się bez opamiętania? Nowotwór, niestety…

Las w śniegu. Na pierwszym planie widać znak ostrzegawczy przed promieniowaniem radioaktywnym.


Promieniowanie wszędzie wokół nas

No dobrze, ale co jeśli dawka promieniowania jest jeszcze mniejsza? Czy może istnieć dawka na tyle mała, że uznamy ją za absolutnie nieszkodliwą? Otóż wbrew pozorom, wygląda na to, że tak, choć jeszcze niedawno uważano, że nie. Dlaczego? Do niedawna przyjmowano, że zależność szkodliwości od dawki jest zawsze taka sama. Dwa razy wyższa dawka powoduje dwa razy gorsze efekty, dwa razy mniejsza – dwa razy słabsze… Więc jeśli bardzo wielu ludzi przyjmie niewielkie dawki, to i tak jakiś niewielki procent z nich zachoruje na nowotwory.

Teraz jednak wiele wskazuje na to, że tak nie jest. Dla dużych dawek taka zależność faktycznie obowiązuje. Dla małych? Niekoniecznie. Dlaczego? Przede wszystkim nikt na świecie nie jest w stanie całkowicie uniknąć promieniowania jonizującego. Chociażby dlatego, że dociera do nas promieniowanie tła. Częściowo składa się na nie promieniowanie kosmiczne, ale częściowo również promieniowanie z naturalnie występujących radioaktywnych izotopów, na przykład radonu. 

Ba, jest też źródło promieniowania bardziej rozpowszechnione, a mniej znane. Są to banany! Ze względu na wysoką zawartość potasu te owoce są całkiem promieniotwórcze. Zjedzenie dziesięciu bananów naraża człowieka na mniej więcej tyle promieniowania, ile jedno prześwietlenie ręki – czyli ok. 1 µSv 5mikrosviertów. Dostępne nam dane w żaden sposób nie wskazują na szkodliwość niewielkich dawek promieniowania. Innymi słowy, istnieje pewien próg, poniżej którego nie odnotowuje się szkodliwego wpływu promieniowania na zdrowie. Jak dotąd, najniższa całoroczna dawka efektywna, która stwarza prawdopodobieństwo wystąpienia nowotworu, to 100 mSv.

Zjedzenie dziesięciu bananów naraża na mniej więcej tyle promieniowania, ile jedno prześwietlenie ręki.

Dobroczynne promieniowanie?

A czy promieniowanie może być… zdrowe? Nawet jeśli pominiemy radioterapię, są przesłanki, które sugerują, że owszem. Okazuje się, że niewielkie dawki promieniowania – na przykład przyjmowane przez osoby mieszkające na terenach o wysokim poziomie promieniowania tła – sprawiają, że u takich osób szanse na zachorowanie na raka będą mniejsze. To hipoteza o nazwie „hormeza radiacyjna”. Jej założenie jest takie, że komórki, które muszą częściej naprawiać DNA, “uczą się” lepiej sobie z tym radzić przy niewielkiej dawce promieniowania.

Podsumowując: nie należy wpadać w panikę na samo hasło „promieniotwórczość”. Promieniotwórczość jest wszędzie wokół nas i w nas samych. Z drugiej strony, doniesienia na temat hormezy też nie są jednoznaczne, więc nie starajcie się specjalnie napromieniować… A przynajmniej nie mówcie, że nie ostrzegałem. W każdym razie, nie mówimy najczęściej o pewności, tylko o prawdopodobieństwie tego, że pojawią się negatywne skutki zdrowotne. Dotyczy to szczególnie efektów długoterminowych. Wpływa na nie np. czas, w jakim ta dawka była rozłożona, rodzaj promieniowania, podatność na choroby nowotworowe, wiek i wiele innych.

A w następnym odcinku – o cywilnych zastosowaniach promieniotwórczości.

Żródła:

https://xkcd.com/radiation/

https://www.epa.gov/radiation/radiation-health-effects

https://www.arpansa.gov.au/understanding-radiation/what-is-radiation/ionising-radiation/health-effects


0 0 votes
Oceń artykuł
Powiadom mnie!
Powiadom o
guest
10 komentarzy
Oldest
Newest Most Voted
Inline Feedbacks
View all comments

[…] A co się stanie, gdy już promieniowanie do nas doleci? Jakie będzie to miało konsekwencje zdrowotne? Czy wyrośnie nam trzecia ręka? O tym w następnym odcinku. […]

Mateusz

1000 bananów w ciągu roku zapewnia nam dawkę, która stwarza prawdopodobieństwo wystąpienia nowotworu? Muszę trochę mojego synka przystopować, bo zajada je jak mała małpa 🙂

Mateusz

Jeśli słuchasz też głosu ludu to lud z przyjemnością poczyta też o fuzji jak już przerobimy rozpad 😉

[…] już o tym, co to jest promieniowanie i jak oddziałuje na ludzi. A teraz – powiemy sobie parę słów o tym, jak normalnie działa elektrownia jądrowa. Wszystko […]

[…] też o “dojrzewaniu” naszego bohatera. Był nim wyścig, na którego mecie znajdowała się bomba jądrowa. Przeczytamy tam zarówno o projekcie Manhattan, jak i o niemieckich próbach wyprodukowania broni. […]

[…] pilnować – pilnują się same2Próba podejścia do nich zakończy się śmiercią z powodu ostrych skutków promieniowania.. Po pewnym czasie, gdy ich aktywność się zmniejszy, stajemy przed wyborem: można je […]

[…] to, że… niemal nikogo. Raport Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej stwierdza, że w wyniku ostrych skutków promieniowania nie zginął nikt, zaś skutki długofalowe są na tyle niewielkie, że wzrost częstotliwości […]

[…] więcej czasu. Dziś wiemy, że chinina przyłącza się do DNA zarodźca malarii, i w ten sposób uniemożliwia mu funkcjonowanie. Jednak wtedy w ogóle jeszcze nikt nie miał pojęcia, że istnieje coś takiego, jak DNA. […]