Ujemne skutki działania izotopów promieniotwórczych

IZOTOPY są to atomy tego samego pierwiastka chemicznego mające jednakową liczbę protonów lecz różne ilości neutronów.

Oprócz 272 stabilnych izotopów wszystkich pierwiastków znanych jest około 2000 ich izotopów promieniotwórczych (radioizotopów). Izotopy promieniotwórcze stosowane są w wielu dziedzinach badań technicznych, znajdują zastosowania w przemyśle, medycynie (radiofarmaceutyki, zasilacze izotopowe), biologii (śledzenie obiegu i roli mikroelementów)oraz w geologii.

Większość naszej wiedzy o skutkach promieniowania pochodzi z obserwacji setek tysięcy ludzi, którzy ulegli napromieniowaniu w czasie wybuchów bomb atomowych w Hiroszimie i Nagasaki i w czasie pochłonięcia przypadkowych lub świadomie podawanych dawek (radioterapia). Wszyscy, którzy przeżyli, byli i są pod stałą specjalistyczną obserwacją lekarską, mającą na celu zebranie maksimum informacji o skutkach promieniowania, nawet tych, które ujawnić się mogą po kilkudziesięciu latach od ekspozycji. Oprócz, tego od wielu lat są prowadzone studia radiobiologiczne nad oddziaływaniem promieniowania na różne tkanki narządy. Cząstki elementarne przenikają skomplikowaną i delikatną strukturę komórek, którą stanowi cytoplazma i jądra komórkowe. Jonizacja atomów, z których te struktury są zbudowane, jest zaburzeniem stanu komórek, które, choć trwa niesłychanie krótko, może być brzemienne w skutkach. Gdy bowiem takie uszkodzenie nastąpi i nie zostanie odpowiednio naprawione, komórka może stracić zdolność do wykonywania swych zadań i do rozmnażania lub też może powstać i zacząć się rozmnażać komórka o właściwościach niepożądanych dla organizmu. Zmiany te zazwyczaj zaburzają działanie organizmu jako całości. Wiele narządów i tkanek może wykonywać swe funkcje nawet po utracie znaczącej liczby swych komórek, lecz gdy ta strata jest dostatecznie rozległa, narządy te mogą utracić zdolność funkcjonowania, co ujawnia się w postaci dolegliwości i stanów patologicznych. Wkrótce po dostatecznie dużych dawkach pojawiają się objawy napromienienia. Są to skutki deterministyczne. Ich ostrość wraz z dawką szybko się zwiększa, aż. do śmierci organizmu. "Zabicie" komórki przez promieniowanie powoduje stosunkowo jednoznaczne skutki, natomiast modyfikacja jej struktury genetycznej zaczyna bardziej skomplikowane procesy. Modyfikacji mogą ulec komórki ciala, wówczas powstaje ryzyko choroby nowotworowej dla osoby napromienionej, lub komórki rozrodcze, które mogą przekazać skłonność do chorób dziedzicznych potomstwu osób napromienionych. Nowotwory i choroby dziedziczne są skutkami stochastycznymi, gdyż występują z pewnym prawdopodobieństwem. Wyniki niektórych badań wskazują, że małe dawki promieniowania mogą działać pobudzająco na wiele funkcji komórek. Promieniowanie może np. wzmocnić immunologiczne zdolności i modyfikować równowagę hormonów w organizmie.

W szczególności promieniowanie może stymulować naprawę uprzednio uszkodzonych przez promieniowanie komórek i zmniejszyć skutki jego działania. Znaleziono kilka obszarów na kuli ziemskiej, na których poziom promieniowania jest wyższy niż przeciętny, a częstość występowania nowotworów jest niższa. Zjawisko to nosi nazwę hormeza. Choć istnienie hormezy nie jest uznawane przez oficjalne organizacje międzynarodowe, warto o niej wspomnieć, gdyż toczą się obecnie poważne dyskusje na jej temat. Narządy rozrodcze i oczy są również bardziej niż średnio wrażliwe. Pojedyncze dawki O, l Sv na jądra powodują okresową bezpłodność, a 2 Sv - trwałą. Jajniki u kobiet dorosłych są mniej promienioczułe, gdyż dopiero pojedyncza dawka 3 Sv powoduje okresową bezpłodność, lecz wytrzymują one znacznie wyższe dawki podane ratami. Pojedyncze dawki ok. 2 Sv na oko mogą powodować zmętnienie, a po 5 Sv pojawia się postępująca zaćma. Szczególną wrażliwość na promieniowanie wykazuje organizm dziecka. Już niewielkie dawki na chrząstkę mogą zwolnić lub powstrzymać wzrost kości i doprowadzić do deformacji. Napromienienie mózgu w czasie radioterapii powoduje zmiany charakteru, utratę pamięci, a u bardzo małych dzieci demencję. Napromieniowanie kobiet między ósmym i szesnastym tygodniem ciąży może spowodować poważne uszkodzenia mózgu dzieci nie narodzonych. W tym okresie bowiem formuje się kora mózgowa, której rozwój może zostać zahamowany przez dawki promieniowania. Przeważająca część skutków deterministycznych ujawnia się po przekroczeniu dawki l Sv, dlatego przeciętny człowiek prawie nigdy ich nie doświadczy!!

Co dziś wiadomo o procesach przebiegających między inicjującym działaniem promieniowania a ujawniającymi się po latach nowotworami lub wystąpieniem chorób dziedzicznych? Procesy te rozpoczyna uszkodzenie spirali kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA), który znajduje się w jądrach każdej komórki i ma podstawowe znaczenie dla przekazywania cech dziedzicznych. Przerwanie lub uszkodzenie DNA może sprawić, że komórki rozmnożone z uszkodzonej są inne niż macierzysta komórka przed uszkodzeniem. Wszystko wskazuje na to, że przytłaczająca większość uszkodzeń DNA jest naprawiana lub eliminowana za pomocą licznych bardzo sprawnych procesów obronnych organizmu. Jeśli uszkodzenie w komórce somatycznej nie zostanie naprawione lub gdy taka komórka nie zostanie przed rozmnożeniem wyeliminowana, to mogą zaistnieć warunki do jej uwolnienia się spod kontroli organizmu i samoistnego rozmnażania się, co prowadzi do powstania nowotworu w danym narządzie. Podobnie uszkodzenia komórek rozrodczych mogą się ujawnić w następnych pokoleniach w postaci chorób dziedzicznych. Choroby nowotworowe i dziedziczne, jeśli występują, to z pełną ostrością niezależnie od dawki, która je zainicjowała. Wiemy dziś z całą pewnością, że przyczyny zarówno nowotworów, jak i chorób dziedzicznych są różne i promieniowanie jest tylko jedną z nich i to nie najważniejszą. Uważa się dziś, że procesy prowadzące do nowotworów mogą zostać zainicjowane każdą, nawet najmniejszą dawką. Ujawnienie nowotworów następuje jednakże po długim okresie. Najszybciej, bo po pięciu latach po napromienieniu, ujawniają się białaczki, podczas gdy inne nowotwory mają znacznie dłuższy okres latencji.

Ten długi okres między otrzymaniem dawki a klinicznym ujawnieniem się nowotworu, w połączeniu ze stochastycznym charakterem występowania ze stosunkowo niewielkim prawdopodobieństwem oraz istnienie wielu innych czynników rakotwórczych, powoduje, iż w przypadku choroby nowotworowej nigdy nie było i nie jest wiadomo, czy jej przyczyną było promieniowanie. Jeśli chodzi o rakotwórcze działanie promieniowania, to doświadczenie, jakie zebrano dotychczas, obejmuje osoby, które otrzymały dawki l greja lub więcej. Tymczasem w większości przypadków chodzi właśnie o skutki dawek znacznie niższych niż l grej. Jak rozwiązały te problemy specjalistyczne organizacje międzynarodowe (m.in. UNSCEAR)? Przyjęto dwa założenia:

1. Nie ma żadnego progu, poniżej którego jesteśmy "bezpieczni" przed stochastycznymi skutkami promieniowania. 2. Ryzyko na jednostkę dawki jest takie jak dla dawki l greja i maleje z obniżaniem dawki liniowo, tzn. dawka dwukrotnie niższa powoduje ryzyko będące połową poprzedniego. Jest to hipoteza liniowej, bezprogowej zależności "dawka-skutek", z dawką l greja jako punktem odniesienia. Jest to doktryna powszechnie dziś przyjęta przez specjalistyczne organizacje międzynarodowe.

Ze stochastycznego charakteru skutków opóźnionych wynika, że osoba, która została napromieniona, w żadnym wypadku nie jest skazana na rozwój nowotworu czy na choroby dziedziczne potomstwa. Taka osoba znajduje się tylko w obszarze ryzyka nieco wyższego niż w przypadku nieotrzymania dawki. Ryzyko to zwiększa się z dawką, lecz w praktycznie wy stepujących przypadkach nie jest ono duże. Mówią o nim tzw. współczynniki ryzyka (prawdopodobieństwa poważnych skutków), wyliczone przez Międzynarodową Komisję Ochrony Radiologicznej na podstawie wszystkich wiarygodnych wyników dotychczasowych badań. Współczynniki te pozwalają oszacować prawdopodobną liczbę zgonów w dużych grupach ludzi, którzy pochłonęli niewielkie dawki. W populacji Hiroszimy i Nagasaki największa liczba zachorowań nowotworowych dotyczyła: nowotworu układu trawiennego (żołądek, okrężnica), raka płuc i białaczki. Inne rodzaje nowotworów wydają się być w mniejszym stopniu wzbudzane przez promienio-wanie. Sumaryczne prawdopodobieństwo zgonu na wszystkie nowotwory po pochłonięciu w ciągu całego życia dawki
l siwerta oszacowano dziś na 5%. Przyjmując, że przeciętny człowiek w Polsce otrzymuje w ciągu swego 70-letniego życia od źródeł naturalnych
i w wyniku badań radiologicznych O, 17 siwerta, w wyniku napromienienia prawdopodobnie umiera w Polsce
ok. 5000 ludzi rocznie.

W następstwie wybuchów jądrowych przeprowadzanych w atmosferze oraz awarii elektrowni jądrowej w Czernobylu, środowisko Polski zanieczyszczone zostało wieloma radionuklidami pochodzenia sztucznego, z których większość, z uwagi na krótki okres ich połowicznego zaniku, całkowicie się rozpadła i obecnie nie występuje już w środowisku naszego kraju. Natomiast niektóre sztuczne pierwiastki promieniotwórcze o długim, wieloletnim okresie połowicznego zaniku (cez-137, stront-90) w dalszym ciągu zanieczyszczają środowisko.