Działanie promieniowania na komórkę
Oddziałując z materią, promieniowanie jonizujące wywołuje zjawiska fizyczne, w tym jonizację, której zawdzięcza swoją nazwę, a w żywych organizmach również zjawiska biologiczne. Może powodować uszkodzenie komórek i z tego względu może być szkodliwe. Ogólne skutki działania promieniowania na komórkę obejmują pełne spektrum odpowiedzi: od braku jakiejkolwiek reakcji, poprzez przejściowe zmiany czynnościowe lub morfologiczne, do zmian trwałych i wreszcie do śmierci komórki w wyniku poważnych uszkodzeń.
Gęstość jonizacji
Poszczególne rodzaje promieniowania różnią się gęstością jonizacji na swej drodze w pochłaniaczu, przy czym gęstość jonizacji zależna jest od tzw. liniowego przekazu energii (LET od ang. Linear Energy Transfer) i dlatego wywierają odmienny skutek w odniesieniu do napromieniowanych przez nie tkanek.
W przypadku cząstek o małych wartościach LET (mniejszych od ok. 5 keV/mm) liczba komórek biorących udział w absorpcji dawki jest porównywalna z liczbą komórek w naświetlanej tkance.
Jeżeli daną tkankę naświetlimy taką samą dawką, ale pochodzącej od cząstek o dużej wartość LET (np. cząstek a), dla których LET jest rzędu 100 keV/mm, tylko znikomy ułamek komórek podlega bezpośredniemu działaniu promieniowania. Należy pamiętać również o tym, że im większa wartość LET, tym komórki poddane działaniu przechodzącej cząstki otrzymują większą dawkę. Cząstki o wysokim wartościach LET charakteryzują się również wysokimi mocami dawek, co może mieć poważne konsekwencje dla funkcjonowania komórki, a to z kolei może przełożyć się na funkcjonowanie całego organizmu.
Działanie promieniowania na materiał genetyczny
Podstawową jednostką budulcową i funkcjonalną całego organizmu jest komórka. Zespoły komórek tworzą tkanki, zespoły tkanek tworzą narządy, narządy tworzą układy narządów, a wszystko składa się na organizm. Jedną z najważniejszych cząsteczek dla funkcjonowania komórek, a co się z tym wiąże, także i całego organizmu, jest DNA. DNA znajduje się w jądrze komórkowym, jest zdolne do samodzielnego powielania, kontroluje strukturę i funkcje komórki, a co najważniejsze, zawiera informację genetyczną danego organizmu. W chwili podziału komórkowego, DNA przybiera formę chromosomów, które można zaobserwować w mikroskopie świetlnym. Promieniowanie jonizujące może powodować uszkodzenia materiału genetycznego, a można wręcz stwierdzić, że DNA komórki stanowi „tarczę dla promieniowania”. Takie uszkodzenia mogą rzutować nie tylko ma zdrowie i życie osoby naświetlonej, ale także na jej przyszłe potomstwo (lub też możliwość jego posiadania). Uszkodzenia, które powoduje promieniowanie jonizujące, to przede wszystkim podwójnoniciowe pęknięcie helisy DNA (DNA składa się z dwóch nici, tworząc helisę – patrz rysunek poniżej).
Podwójnoniciowe pęknięcia DNA mogą powstać albo w wyniku bezpośredniego działania promieniowania (patrz rysunek poniżej) na cząsteczkę DNA, albo w wyniku pośredniego działania promieniowania na inne cząsteczki (np. wody), z których w wyniku jonizacji generowane są wysokoreaktywne wolne rodniki, które z kolei uszkadzają DNA. W każdym jednak przypadku uszkodzenie DNA może mieć negatywne skutki biologiczne, prowadzące do powstania mutacji lub rozwoju choroby nowotworowej.
Oprócz tego, uszkodzenia DNA mogą być powodowane przez toksyczne związki chemiczne, a także uszkodzenia mogą powstawać w sposób spontaniczny. Niemniej jednak zapis genetyczny jest bardzo trwały, o czym może świadczyć trwałość gatunków i cech osobistych dziedziczonych przez potomstwo. Jest to możliwe dzięki temu, że uszkodzenia DNA są naprawiane przez komórkowe mechanizmy naprawcze, które są wysoko konserwowane ewolucyjnie. Jednakże, jeżeli komórka podzieli się zanim zdoła naprawić swe uszkodzenia popromienne, nowe komórki mogą nie być identycznymi kopiami komórki macierzystej. Dzięki istnieniu mechanizmów naprawczych nie można stwierdzić wpływu dawek porównywalnych z tłem dla pojedynczego osobnika, wpływ ten można stwierdzić ewentualnie dla całej populacji.
