Czynniki, od których zależy rodzaj oraz czas wystąpienia biologicznych skutków promieniowania
Promieniowanie jonizujące jest elementem środowiska, a więc każdy z nas jest narażony na otrzymanie dawki od tła promieniowania, czyli od źródeł naturalnych oraz źródeł sztucznych znajdujących się w naszym otoczeniu. Niektóre osoby są ponadto zawodowo narażone na promieniowanie. Należą do nich m. in. operatorzy akceleratorów i urządzeń do radioterapii, inspektorzy ochrony radiologicznej, personel pracowni rentgenowskich i izotopowych.
Przy napromienieniu żywego organizmu okazuje się, że dawka pochłonięta to bardzo ważna informacja, ale – niestety – nie wystarczająca do oceny narażenia. Na końcowy efekt wpływa bowiem wiele czynników:
- wielkość pochłoniętej energii na jednostkę masy, czyli dawka pochłonięta,
- rozkład dawki w czasie,
- rodzaj promieniowania,
- napromienienie całego ciała lub tylko jego części,
- wielkość napromienionego obszaru ciała,
- rodzaj narządu lub tkanki, jakie zostały napromienione,
- rodzaj napromienienia: zewnętrzne czy wewnętrzne,
- wiek, płeć i stan zdrowia (na ogół mężczyźni są bardziej wrażliwi na promieniowanie niż kobiety, a dzieci i młodzież – bardziej niż dorośli), wrażliwość osobnicza i gatunkowa.
Dawka pochłonięta, skuteczna, równoważnik dawki
Dawka jest miarą energii przekazanej przez promieniowanie jednostce masy pochłaniacza. Dawka pochłonięta (D) jest miarą pochłaniania energii promieniowania przez różne materiały, czyli różne ośrodki, w których rozchodzi się promieniowanie. Takim ośrodkiem może być ciało ludzkie, ale może być również np. powietrze, woda, ściana czy podłoga. Obecnie dawkę pochłoniętą wyrażamy w grejach (Gy), czyli dżulach na kilogram (J/kg), dawniej w radach. Mając na uwadze różnice w reakcji różnych tkanek na promieniowanie, należy jeszcze wspomnieć o pojęciu dawki efektywnej, która musi uwzględnić dawkę równoważną. Dawka skuteczna (E) jest to suma dawek równoważnych, pochodzących od zewnętrznego i wewnętrznego narażenia, wyznaczona z uwzględnieniem odpowiednich współczynników wagowych narządów i tkanek, obrazująca narażenie całego ciała. Natomiast dawka równoważna (H) jest to dawka pochłonięta w tkance lub narządzie, wyznaczona z uwzględnieniem rodzaju i energii promieniowania jonizującego. O szczegółach przeczytasz w rozdziale →Podstawowe wielkości, podstawowe jednostki.
Jednorazowe napromienienie daną dawką przyniesie inne skutki niż rozłożenie tej dawki na kilka dni, tygodni, miesięcy, czy nawet lat. Niekorzystne zmiany wywołane małymi mocami dawek (moc dawki jest to stosunek dawki pochłoniętej do czasu, w jakim była podana, np. Gy/h, mGy/h) mogą być skutecznie naprawiane przez komórkowe mechanizmy naprawcze. Wiadomym jest również fakt, iż organizm jest w stanie łatwiej tolerować dużą dawkę sumaryczną, rozłożoną na więcej frakcji niż naświetlanie kilkoma, relatywnie dużymi dawkami. W radioterapii tak dobierana jest dawka sumaryczna oraz poszczególne dawki frakcjonowane i odstępy między nimi, aby stosunek prawdopodobieństwa miejscowego wyleczenia do prawdopodobieństwa wystąpienia powikłań, był jak najbardziej korzystny dla pacjenta. Jednocześnie, napromieniowanie dużej masy tkanek przyniesie bardziej wyraźne ogólnoustrojowe efekty, zarówno w sensie pozytywnym jak i negatywnym, niż skupienie całej energii promieniowania na wybranej, małej części ciała (z pominięciem narządów krytycznych). Odnieść to możemy do przykładu pozytywnego działania promieniowania w terapiach stosowanych w celu podwyższenia odporności organizmu poprzez naświetlanie całego ciała. W przypadku szkód powodowanych przez naświetlenie zbyt dużymi dawkami, w uszkodzonych tkankach powstają różne substancje działające niekorzystnie na cały organizm, a ich ilość jest wprost proporcjonalna do masy uszkodzonych tkanek.
Wrażliwość osobnicza
Przedstawiciele tego samego gatunku różnią się między sobą osobniczą wrażliwością na promieniowanie. Jednocześnie wrażliwość ta może ulegać zmianie u tego samego osobnika, np. wraz z wiekiem. Nie należy zapominać o wrażliwości gatunkowej, która także jest bardzo zróżnicowana. Wiadomym jest, że przedstawiciele niższych grup taksonomicznych są bardziej odporni na działanie promieniowania jonizującego (np. najbardziej wrażliwe są ssaki, a wśród nich człowiek, a najmniej – wirusy i bakterie).
Dawka LD
Dawka LD50/30 jest to miara wrażliwości organizmu na promieniowanie – oznacza dawkę promieniowania, która powoduje śmierć połowy badanej populacji w ciągu 30 dni od ekspozycji. Przy ekspozycji całego ciała człowieka, LD50/30 wynosi średnio 3,5 Gy.
Narażenie i napromienienie zewnętrzne i wewnętrzne – różnice
O narażeniu zewnętrznym mówimy, gdy źródło promieniowania znajduje się poza organizmem człowieka, a o narażeniu wewnętrznym, gdy źródło jest wewnątrz organizmu (w wyniku wchłonięcia substancji promieniotwórczej, np. drogą oddechową lub pokarmową).
Każde źródło promieniowania jonizującego stwarza możliwość napromienienia (napromieniowania). Napromienienie oznacza pochłonięcie energii promieniowania, i co za tym idzie – otrzymanie dawki promieniowania. W zależności od usytuowania źródła względem organizmu może to być napromienienie zewnętrzne (np. napromienienie pacjenta przy użyciu akceleratora lub zdjęcie rentgenowskie) lub wewnętrzne (np. od potasu-40 w naszych kościach, irydu-192 stosowanego w brachyterapii lub jodu-131 stosowanego w terapii radioizotopowej do leczenia nadczynności tarczycy). Natomiast przy pracy ze źródłami promieniotwórczymi mogą powstać skażenia promieniotwórcze. Nazywamy tak obecność substancji promieniotwórczej poza źródłem. Jeżeli np. podczas pracy w laboratorium rozsypie się lub rozleje substancja promieniotwórcza, to stół czy podłoga zostaną skażone i z kolei mogą stać się przyczyną skażeń wewnętrznych ludzi, co spowoduje otrzymanie dawki w wyniku napromienienia wewnętrznego. Substancje promieniotwórcze mogą wnikać do organizmu trzema drogami. Są to: układ pokarmowy, układ oddechowy, uszkodzenia skóry.
Różne narządy i tkanki mają różną wrażliwość na promieniowanie. Z kolei różne izotopy gromadzą się w różnych narządach i tkankach. I tak np. izotopy jodu gromadzą się przede wszystkim w tarczycy, a radu i strontu – w kościach. W związku z tym wprowadzono pojęcie narządu krytycznego.
Narządy krytyczne
To narządy lub tkanki, których uszkodzenie przez promieniowanie jest najgroźniejsze dla napromienionego osobnika lub jego potomstwa (z uwzględnieniem promienioczułości, ważności funkcji narządu oraz dawki, jak również gromadzenia wybiórczego, w przypadku skażenia wewnętrznego). I tak dla promieni X i gamma narządem krytycznym będą: szpik kostny, gonady i soczewka oka. Dla wchłoniętego promieniotwórczego izotopu jodu- tarczyca, a dla substancji alfa-promieniotwórczej wprowadzonej do przewodu pokarmowego – śluzówka jelit. Promienioczułość tkanek natomiast zależy od stopnia zróżnicowania komórek tkanki i ich aktywności proliferacyjnej (proliferacja – namnażanie komórek). Najbardziej wrażliwe na promieniowanie są komórki nie wyspecjalizowane i często dzielące się. Komórki, które już osiągnęły swój stopień specjalizacji lub te, które dzielą się rzadko lub wcale są względnie oporne na dawki promieniowania powodujące śmierć komórek nie wyspecjalizowanych lub ulegających częstym podziałom. Promienioczułymi są więc szpik i tkanka limfatyczna, komórki płciowe i komórki nabłonka jelit. Mniej wrażliwymi są komórki mięśniowe, narządy miąższowe (np. wątroba), tkanka łączna (np. tkanka kostna) i nerwowa. Tkanki posiadające bogate unaczynienie są bardzo dobrze zaopatrywane w tlen, a to z kolei zwiększa ich promienioczułość. Jako przykład można tu podać nowotwory złośliwe, które charakteryzują się m.in. właśnie bogatym unaczynieniem i ta cecha wykorzystywana jest w radioterapii do walki z chorobą nowotworową.
Warto pamiętać, że osłonięcie przed napromienieniem narządów, które są szczególnie ważne dla funkcjonowania organizmu, a przy tym najbardziej narażonych na uszkodzenie, może przyczynić się do zwiększenia lub zmniejszenia szansy na przeżycie osoby, która została napromieniowana.
Ciekawostka
Dawka LD50/30 (dawka śmiertelna) jest to miara wrażliwości organizmu na promieniowanie i oznacza dawkę promieniowania, która powoduje śmierć połowy badanej populacji w ciągu 30 dni od ekspozycji. Poniżej podano przykładowe dawki dawki LD50/30 w Sv. Wynika z tego, że najbardziej odporne na działanie promieniowania jonizującego są… wirusy.
