Archive for the ‘Biologiczne skutki działania promieniowania’ Category

Napromieniowanie z naturalnych i sztucznych źródeł

Promieniowanie jonizujące działa stale na wszystkie organizmy żywe na Ziemi. Jest ono naturalnym czynnikiem środowi­ska, który ma określony wpływ na zjawiska biologiczne, zarówno w skali gatunku, jak i poszczególnych jednostek. Promieniowanie joni­zujące odgrywa istotną rolę w procesach ewolucji gatunku, a pewnie miało także swój udział w powstawaniu życia na Ziemi.

Promieniowanie jonizujące, które normalnie i stale istnieje i towa­rzyszy wszystkim przejawom indywidualnego i społecznego życia na Ziemi, nazywa się promieniowaniem naturalnym albo naturalnym tłem promieniowania. Pochodzi ono z dwóch głównych źródeł: z przestrzeni kosmicznej (promieniowanie kosmiczne) oraz ze źródeł ziemskich. Źródłami ziemskimi promieniowania są naturalne pierwiastki promieniotwórcze (głównie z grupy uranu), a także promieniotwórczy potas (40K) i węgiel (14C), stanowiące niewielkie domieszki do niepromieniotwórczych izotopów tych pierwiastków. Zawarte są one w skorupie ziemskiej, wodzie, po­wietrzu, we wszystkich przedmiotach i pokarmach otaczającego nas świata.

Wielkość naturalnego promieniowania jest różna w różnych miej­scach naszego globu. Od czasu odkrycia promieniowania rentgenow­skiego oraz naturalnej i sztucznej promieniotwórczości, ilość promie­niowania jonizującego na Ziemi znacznie się zwiększyła, ponieważ człowiek zaczął sam wytwarzać różne źródła promieniowania.

Napromieniowanie ze źródeł sztucznych dzieli się na:

  1. napromieniowanie ze wskazań lekarskich (badania diagnostyczne za pomocą promieni rentgenowskich), leczenie promieniami rentge­nowskimi, badania przy użyciu izotopów promieniotwórczych,
  2. napromieniowanie związane z wybuchami jądrowymi, przemysłowymi odpadami promieniotwórczymi oraz skażeniami przypadkowymi.

Jak wynika z analizy danych liczbowych, 80 — 90% napromieniowa­nia ze źródeł sztucznych pochodzi z działalności lekarskiej, tj. z badań diagnostycznych przy użyciu promieni rentgenowskich i promienio­twórczych substancji podawanych w celach diagnostycznych lub tera­peutycznych. Wartości dawek promieniowania są tutaj niewielkie i kontrolowane, nie należy się więc obawiać tej formy ekspozycji na promieniowanie. Niepokój budzi napromieniowanie ze skażeń promie­niotwórczych. Największym zagrożeniem są wybuchy jądrowe. Jeśli ludzkości uda się wyeliminować to zagrożenie, pozostanie sprawa ska­żeń z reaktorów jądrowych, wydzielających pewne ilości izotopów pro­mieniotwórczych, których ilość gwałtownie wzrasta w czasie awarii. Izotopy te emitowane są do troposfery i mogą pojawiać się w postaci opadu promieniotwórczego (radioaktywnego), co z kolei powoduje pojawienie się ich w nadmiarze w środkach powszechnego użytku, w artykułach żywnościowych itp.

Dokładna ilościowa ocena możliwych skutków napromieniowania ludności świata nie jest obecnie możliwa, brak jest bowiem odpowied­nio szczegółowych danych. Niewątpliwie jednak wzrost napromienio­wania ludności świata spowoduje w przyszłości zwiększenie liczby za­burzeń spowodowanych tym napromieniowaniem.

Późne skutki działania promieniowania jonizującego

Wiele zmian, których przyczyną jest napromieniowanie ciała, wystę­puje dopiero po upływie długiego czasu — często po kilku lub kilku­nastu latach po zadziałaniu promieniowania. Tego rodzaju zmiany nazywane są odległymi lub późnymi skutkami działania promieniowania. Można je ująć w trzy grupy:

  1. nowotwory złośliwe,
  2. białaczki
  3. skrócenie czasu życia.

U ludzi najczęstszymi nowo­tworami rozwijającymi się pod wpływem promieniowania są nowotwo­ry skóry i kości. W doświadczeniach na zwierzętach stwierdzono rów­nież nawroty nowotworów różnych narządów.

Nowotwory złośliwe skóry mogą powstać po jednorazo­wym, zewnętrznym zadziałaniu dużej dawki promieniowania w miej­scach, które uległy głębokim zmianom popromiennym (owrzodzenia, martwice skóry). Tego rodzaju nowotwory, stosunkowo liczne, wystę­pują u ludzi, którzy pracowali przy źródłach promieniowania (zwła­szcza rentgenowskiego) bez właściwego zabezpieczenia i w niewłaści­wy sposób.

Nowotwory złośliwe kości są związane z napromieniowa­niem wewnętrznym. Szczególnie niebezpieczne są pierwiastki promieniotwórcze wykazujące powinowactwo do tkanki kostnej. Należy do nich rad oraz niektóre izotopy promieniotwórcze strontu, zwłaszcza 90Sr, będący jednym z produktów rozszczepienia jądra atomowego i występujący jako jeden z głównych składników skażeń promieniotwór­czych wywołanych wybuchami jądrowymi.

Białaczki. Zwiększona częstość występowania tych chorób jest niewątpliwym skutkiem działania promieniowania. Wskazują na to dane z doświadczeń na zwierzętach oraz obserwacje osób, które przeży­ły wybuchy bomb atomowych w Japonii w 1945 r. Wskazują na to również opracowania statystyczne, mówiące o tym, że dawniej białacz­ki występowały kilkakrotnie częściej u radiologów niż u lekarzy in­nych specjalności. Według niektórych danych, napromieniowanie pło­du ludzkiego zwiększa częstotliwość występowania białaczek w póź­niejszym życiu.

Mechanizm powstawania nowotworów i białaczek pod wpływem promieniowania nie jest dokładnie poznany. Sądzi się, że istotną rolę w tym procesie odgrywają mutacje somatyczne.

Choroba popromienna

Choroba popromienna jest to zespół zmian ogólnoustrojowych, występujących po napromieniowaniu dużą dawką promieniowa­nia jonizującego. Znaczna ekspozycja na promieniowanie może wystą­pić w czasie wybuchów jądrowych oraz przy nieszczęśliwych wypad­kach w reaktorach jądrowych. Narażone są na nią osoby, które znaj­dują się w bezpośrednim sąsiedztwie awarii. Napromienieniu ulega wówczas całe ciało.

Objawy i przebieg choroby zależą od dawki promieniowania. W przypadku dawki śmiertelnej lub średniej dawki śmiertelnej choro­ba w pełni rozwija się po kilku lub kilkunastodniowym okresie bezobjawowym. Na czoło zespołu wysuwa się ciężka niewydolność układu krwiotwórczego i limfatycznego oraz skaza krwotoczna, zmiany doty­czące przewodu pokarmowego związane z uszkodzeniem nabłonka jeli­towego, zaburzenia równowagi wodno-elektrolitowej, zmiany na skó­rze i błonach śluzowych oraz uszkodzenia mechanizmów immunolo­gicznych, prowadzące do obniżenia odporności na zakażenia.

W wyniku przewlekłego, długotrwałego napromieniowania całego ciała może występować choroba popromienna o charakterze przewle­kłym. Znane są liczne przypadki ostrych chorób układu krwiotwórcze­go (niedokrwistość aplastyczna, leukopenia, agranulocytoza, skaza krwotoczna) u ludzi, którzy przez wiele lat narażeni byli na działanie nadmiernych dawek promieniowania.

Działanie promieniowania jonizującego na tkanki

Różne rodzaje komórek i tkanek organizmu mają różny stopień wrażliwości na działanie promieniowania jonizującego. Najła­twiejsze do stwierdzenia są zmiany morfologiczne w komórkach i tkankach.

Według zasady Bergonie i Tribondeau, promienioczułość tkanki jest proporcjonalna do aktywności proliferacyjnej i odwrot­nie proporcjonalna do stopnia jej zróżnicowania. Oznacza to, że im tkanka ma doskonalszą strukturę i jest bardziej zróżnicowana, tym jest odporniejsza na działanie promieniowania. Tkanki proste, szybko rosnące, reagują na promieniowanie bardziej intensywnie. Taka jest reguła,jeśli chodzi o odpowiedź morfologiczną tkanek. Re­guła ta jednak zawodzi, jeśli brać pod uwagę zmiany czynnościowe. I tak, tkanka nerwowa reaguje na promieniowanie słabymi zmianami morfologicznymi, ale zmiany czynnościowe są tak znaczne, że należy uznać ją za wysoce promienioczułą.

Do najbardziej promienioczułych tkanek należą: tkanka lipifatyczna (wraz z dojrzałymi limfocytami), tkanka krwiotwór­cza oraz komórki rozrodcze. Wysoką promienioczułością od­znaczają się komórki warstwy rozrodczej skóry, błona śluzowa jelit, soczewka oka (szczególnie wrażliwa na promieniowanie neutronowe), komórki chrzęstne i komórki kościotwórcze (osteoblasty) oraz śród- błonki naczyń. Stosunkowo najmniej promienioczułe są komórki na­błonka gruczołowego oraz tkanki: wątroby, nerek, pęcherzyków płuc­nych i mięśniowa.

Z praktycznego punktu widzenia szczególnie ważne są zmiany wy­stępujące w takich narządach, jak skóra, układ krwiotwórczy i chłon­ny, krew obwodowa, narządy rozrodcze, soczewka oka i błona śluzowa jelit. Wymienione narządy i tkanki nazywane są krytyczny-mi, ponieważ odznaczają się wysoką promienioczułością i mają duże znaczenie dla organizmu jako całości. Narządami krytycz­nymi nazywa się również te narządy, które w danej chwili są szczególnie narażone na działanie promieniowania, a więc skórę na­rażoną na napromienienie z zewnątrz oraz różne tkanki wybiorczo wychwytujące wprowadzoną do wnętrza ciała substancję promienio­twórczą, np. kości i szpik przy wewnętrznym skażeniu strontem pro­mieniotwórczym lub radem, tarczyca przy podaniu jodu promieniotwórczego.

Działanie promieniowania jonizującego na zarodek i płód

W okresie rozwoju płodowego organizm ludzki jest szcze­gólnie wrażliwy na działanie promieniowania. Przyczyną jest duża promienioczułość intensywnie dzielących się komórek. Skutki napro­mieniowania rozwijającego się organizmu mogą być różne i zależą od okresu ciąży i dawki działającego promieniowania.

Napromieniowanie jaja zapłodnionego przed jego za­gnieżdżeniem się w macicy może prowadzić do jego śmierci. Najczęst­sze zmiany i wady rozwojowe występują przy napromieniowaniu za­rodka w 5 —6 tygodniu rozwoju licząc od chwili zapłodnienia. Na pod­stawie doświadczeń na zwierzętach można sądzić, że napromieniowa­nie zarodka ok. 28 dnia ciąży powoduje największą liczbę zgonów po urodzeniu. Pierwsze tygodnie ciąży są okresem szczególnie wysokiej wrażliwości. Napromieniowanie płodu 5 — 6-tygodniowego po­woduje mniejsze zmiany niż płodu młodszego. Najczęściej spotykanym skutkiem napromieniowania jest ogólne zahamowanie rozwoju. Naj­częściej występującymi zmianami są: uszkodzenia mózgu (małogłowie, mongolizm, opóźnienie rozwoju umysłowego, wodogłowie, za­burzenia rozwoju rdzenia kręgowego), uszkodzenia kośćca (wa­dy budowy i kostnienia czaszki, rozszczep podniebienia, wady rozwoju kończyn), uszkodzenia oczu (zaćma) oraz wady rozwojowe gruczołów rozrodczych, zniekształcenia małżowin usznych.

Z genetycznego punktu widzenia napromieniowanie kobiety ciężar­nej jest równoznaczne z napromieniowaniem dwóch osób, mutacje mo­gą bowiem wystąpić zarówno w komórkach rozrodczych matki, jak i w komórkach przyszłego dziecka.

Genetyczne działanie promieniowania jonizującego

Mutacje genowe i chromosomowe, pojawiające się pod wpływem promieniowania w rozrodczych komórkach męskich i żeń­skich, prowadzą do możliwości wystąpienia zmiany cech dziedzicz­nych. Mogą to być zmiany o różnym charakterze, począwszy od lek­kich i nieszkodliwych (zmiany zabarwienia skóry i włosów), poprzez różnego rodzaju wady wrodzone (w układzie kostnym, mięśniowym, krążenia, nerwowym) czy też zaburzenia w rozwoju psychicznym, aż do ciężkich wad metabolicznych i zmian ogólnoustrojowych, powodu­jących niezdolność do życia.

Prawdopodobieństwo ujawnienia się mutacji genowej zależy przede wszystkim od tego, czy ma ona charakter dominujący czy recesywny. Mutacje dominujące ujawniają się w pierwszym pokoleniu po­tomków osobnika, u którego doszło do powstania mutacji. Mutacje recesywne ujawniają się zazwyczaj w dalszych pokoleniach, ko­niecznym bowiem warunkiem ich ujawnienia się jest spotkanie przy zapłodnieniu dwóch jednakowo zmienionych genów (od ojca i matki).

Mutacje wywołane przez promieniowanie jonizu­jące charakteryzują się następującymi cechami:

  1. są szkodliwe,
  2. są podobne do mutacji spontanicznych wywołanych przez inne czynniki mutacyjne,
  3. występują z częstością wprost proporcjonalną do dawki promie­niowania,
  4. mogą pojawiać się pod działaniem nawet najmniejszych dawek promieniowania,
  5. występują z jednakową częstością — niezależnie od rozłożenia dawki w czasie,
  6. są nieodwracalne.

Nieodwracalność mutacji oznacza, że gen, który raz uległ zmianie, nie może ulec regeneracji. Jest on przekazywany z pokolenia na pokolenie i jeśli nie zginie wraz ze swoim nosicielem, mutacja ujawnia się w postaci wady dziedzicznej.

Większość mutacji wywołanych przez promieniowanie ma charakter recesywny, należy więc spodziewać .się, że ujawnią się one nie w pierwszym, lecz w dalszych pokoleniach pochodzących od ludzi napro­mieniowanych. Obecnie uważa się, że nie istnieje dawka pro­gowa promieniowania, że nawet najmniejsze dawki promieniowania mogą być przyczyną powstania mutacji.

Działanie promieniowania jonizującego na komórkę

Zmiany występujące w komórkach pod wpływem promieniowania jo­nizującego mają duże znaczenie, od nich bowiem zależy ogólnoustrojowy i tkankowy skutek napromieniowania. Działanie promieniowania na cały organizm nie zależy wyłącznie od uszkodzeń powstających w poszczególnych komórkach, istotną rolę odgrywają również zmiany w ogólnoustrojowych i międzynarządowych mechanizmach regulujących oraz pośrednie wpływy napromieniowania, często odległe od miejsca pierwotnego uszkodzenia. Pochłonięcie w komórkach energii promie­niowania oraz pierwotne procesy fizykochemiczne (jonizacja, wzbudze­nie atomów, powstanie rodników wodorowych i wodorotlenkowych oraz nadtlenków wodoru itp.) prowadzą do zmian w podstawowych strukturach biologicznych. Szczególnie ważne znaczenie mają zmiany zachodzące w jądrze, które jest najbardziej wrażliwą częścią komórki. Zmiany te dotyczą właściwości kwasów nukleino­wych, przede wszystkim kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA).

Nukleoproteidy są jedną z podstawowych form żywej materii, m.in. są nośnikami kodu biologicznego, który umożliwia przeno­szenie informacji dotyczących zasadniczych cech morfologicznych i czynnościowych komórek z jednego pokolenia na następne. Strukturami zawierającymi DNA są chromosomy, działając więc na czą­steczki DNA promieniowanie jonizujące wywołuje zmiany w tych strukturach. Napromieniowanie prowadzi również do zmian w przepu­szczalności barier cytologicznych oddzielających struktury komórko­we oraz do zaburzeń układów enzymatycznych.
Rodzaj i nasilenie zmian występujących w komórkach pod wpływem promieniowania zależy przede wszystkim od wielkości dawki pochło­niętej, rodzaju promieniowania oraz od rodzaju komórek. Wrażliwość komórek na działanie promieniowania zależy od fazy podziału mitotycznego. Największa promienioczułość występuje w początkowych okresach podziału.

Napromieniowanie komórki może prowadzić do:

  1. śmierci komórki w krótkim czasie po napromieniowaniu,
  2. całkowitego zahamowania podziału komórki,
  3. czasowego zahamowania podziału komórki,
  4. uszkodzenia chromosomów,
  5. przejściowych lub trwałych zmian czynnościowych komórki.

Śmierć komórki następuje po dużych dawkach promieniowa­nia. Uszkodzenia chromosomów mogą natomiast wystąpić nawet przy bardzo małych dawkach promieniowania, co prowadzi do powstawania komórek uszkodzonych, zmienionych i niepełnowartościowych.

Zmiany w chromosomach mogą mieć różny charakter. Mo­gą polegać na zmianach w strukturze chromosomów (utrata odcinka, podwojenie, inwersja, translokacja) lub na zmianie liczby chromoso­mów. Zmiany te noszą nazwę mutacji chromosomowych. Zmiany w materiale genetycznym, tzn. bezpośrednio w cząsteczkach DNA, bez wyraźnego uszkodzenia całych chromosomów, nazywane są mutacjami genowymi. Mutacje chromosomowe i genowe powo­dują zmiany czynników dziedzicznych. Jeżeli mutacje powstają w k o – morkach somatycznych, tj. w komórkach, z których rozwija się określony rodzaj tkanki lub narządu, może dochodzić do powsta­nia mutacji somatycznych prowadzących na ogół do nieodwracalnych zmian w powstającym narządzie.