Wpływ promieniowania na organizm żywe

Ogólne informacje

Alchemicy próbowali przekształcić pospolite metale w złoto. Później z usiłowań tych zrezygnowano i chemicy uznali niezmienność pierwiastków, które mogą tworzyć związki, lecz nie przekształcają się w inne pierwiastki. Z kolei te koncepcje musiały ulec rewizji. Promieniotwórczość polega na przemianie jednych pierwiastków w drugie, natomiast promieniowanie jest to strumień energii emitowanej przez układ materialny w postaci fal lub cząstek.
W rzeczywistości zdarza się, że jądro atomowe przekształca się samorzutnie w inne jądro w wyniku promieniowania, Istnieją zasadniczo trzy typy promieniotwórczości naturalnej: α, β i γ.

Promieniowanie α występuje tylko w przypadku pierwiastków ciężkich, ciężkich liczbie atomowej większej niż 82. Promieniotwórcze jądro emituje cząstkę α, złożoną z protonów i dwóch neutronów, czyli jądro helu. Ponieważ dany pierwiastek chemiczny ma określona liczbę protonów, emisja cząstki powoduje zmianę pierwiastka: i tak jądro uranu może stać się jądrem toru, a polon przekształca się w ołów. Promieniowanie α jest jedynie niebezpieczne, gdy dostanie się do wnętrza organizmu, a do jego zatrzymania wystarczy kartka papieru.

Bardziej skomplikowana jest promieniotwórczość β. Polega ona na emisji przez jądro macierzyste elektronu (cząstki β)oraz antyneutrina. Jądro nie zawiera jednak ani elektronów, ani antyneutron. Natomiast jeden z neutronów przekształca się w wyniku oddziaływań słabych w proton, elektron i antyneutrino. Dwie ostatnie cząstki zostają natychmiast wyemitowane z jądra, a proton zostaje w jego wnętrzu. W ten sposób wzrasta liczba protonów w jądrze macierzystym i następuje przemiana pierwiastka: fosfor na przykład przekształca się w siarkę. Promieniowanie to jest niebezpieczne, gdy źródło promieniowania dostanie się do organizmu. Może ono powodować oparzenia skóry. Zatrzymać można to promieniowanie zwykłe szkło, cienka blacha metalowa, np. z aluminium.

Zdarza się wreszcie, że jądra pochodne mają nadmiar energii w stosunku do swego stanu normalnego. Wówczas pozbywają się go emitując promieniowanie γ, które ma taki sam charakter jak światło, lecz znacznie większa energię i jest niewidzialne. Promieniowanie γ jest bardzo groźnym czynnikiem rażenia w przypadku skażeń. Powoduje zmiany w strukturze DNA i chromosomów, może wywoływać białaczkę, nowotwory skóry i kości. Do zatrzymania wystarczy tarcza z metali ciężkich, np. ołowiu

Niektóre pierwiastki występujące w przyrodzie są trwałe, inne są promieniotwórcze. Są wśród nich takie (np. rad), których wszystkie izotopy są nietrwałe, inne (np. potas) maja tylko jeden izotop nietrwały. Pierwiastki promieniotwórcze mogą być emiterami α lub emiterami β. W przypadku niektórych pierwiastków występują dwa typy rozpadu promieniotwórczego.

Nie można absolutnie przewidzieć chwili, gdy promieniotwórcze jądro zacznie się rozpadać. W przypadku natomiast wielkiej liczby jąder, która zawsze występuje w przyrodzie, można bardzo dokładnie obliczyć czas, zwany okresem połowicznego rozpadu, po którym połowa pierwszej liczby jąder ulegnie rozpadowi.
Okres ten można porównać ze średnim oczekiwanym czasem życia populacji ludzkiej; różnica między wymienionymi pojęciami polega na tym, że atomy nie starzeją się, prawdopodobieństwo ich rozpadu jest zawsze jednakowe i nie zmienia się z upływem czasu. Okres połowicznego rozpadu nie zależy od warunków zewnętrznych, fizycznych czy chemicznych i może być bardzo różny zależnie od izotopu, dla którego jest wartością charakterystyczną.

Promieniotwórczość naturalna została odkryta w 1896 roku przez Henri Becquerela i małżonków Curie. Wytłumaczenie tego zjawiska było znacznie trudniejsze niż badanie jego właściwości, istotnie odkrycie wspomnianego efektu jądrowego nastąpiło znacznie wcześniej niż odkrycie samego jądra.

Określenie promieniotwórczość sztuczna jest raczej niefortunne. Sam proces jest całkowicie naturalny, sztuczne są tylko izotopy promieniotwórcze, powstające reguły w akceleratorach cząstek.
Możliwe jest wytworzenie promieniotwórczych izotopów każdego pierwiastka, nie występujących w przyrodzie. Izotopy te są na ogół emiterami promieniowania β+ (pozytonów) w odróżnieniu od izotopów naturalnych emitujących promieniowanie β- (elektrony). Promieniotwórczość β+ polega na przekształceniu protonu w neutron, pozyton i neutrino, a następnie dwóch ostatnich cząstek. Promieniotwórczość ta ma właściwości zupełnie analogiczne do promieniotwórczości β-. Pierwszy sztuczny pierwiastek promieniotwórczy fosfor 30, został otrzymany w 1934 roku przez Irenę i Fryderyka Joliot- Curie.

Bardzo liczne zastosowania promieniotwórczości można podzielić na kilka grup, zależnie od wykorzystywanej właściwości tego zjawiska. Działanie wskaźników promieniotwórczych jest oparte na identyczności wszystkich właściwości chemicznych izotopów trwałych i nietrwałych. Wprowadzenie tych ostatnich do badanego obiektu nie zmienia, więc w ogóle jego struktury. Natomiast atom promieniotwórczy jest łatwo wykrywalny dzięki emitowanemu przez niego promieniowaniu. Można, więc śledzić jego przemieszczenia i badać na przykład przepływ substancji, losy leku w organizmie, wykrywać nieszczelności zapory. Natomiast do niszczenia komórek rakowych, sterylizacji przyrządów medycznych wykorzystuje się promieniowanie o dużej energii, β i γ.

Izotopy promieniotwórcze stanowią także źródło energii, o bardzo małej intensywności. Lecz praktycznie niewyczerpalne, a więc przydatne w miejscach trudno dostępnych, między innymi w satelitach i w świetlnych wskaźnikach kabli morskich.

Wreszcie dotowanie (określanie wieku) jest oparte na stałości okresu połowicznego rozpadu, który może odgrywać rolę naturalnego zegara. W archeologii obiekty pochodzenia organicznego mogą być datowane przez oznaczenie zawartości w nich promieniotwórczego węgla 14 i trwałego węgla 12. Stosunek tych dwóch izotopów w każdym organizmie żywym jest stały, po śmierci organizmu jednak ilość izotopu promieniotwórczego, nie uzupełniana, maleje, natomiast ilość izotopu trwałego nie ulega zmianie.

Niektóre pierwiastki promieniotwórcze występują w przyrodzie, co nie wiąże się z jakąkolwiek działalnością człowieka. Organizm ludzki jest przystosowany do znoszenia obecności atomów promieniotwórczych.
Naturalne dawki promieniotwórczości nie wywierają szkodliwego wpływu na organizm. Poczynając jednak od pewnych dawek, zależnych od typu promieniowania, cząstki promieniotwórcze stają się niebezpieczne. Mogą one niszczyć komórki, powodować choroby, modyfikacje genetyczne, a nawet śmierć. Chociaż łato jest się zabezpieczyć przed promieniowaniem radioaktywnym, które jest absorbowane prze materię, ważne jest wykrywanie jego obecności: promieniowanie radioaktywne jest niewidoczne, bezbarwne i bezwonne.

Inne rodzaje promieniowania i wpływ na organizmy żywe

UV

Ultrafioletowe promieniowanie jest niewidzialne, lecz ma silne działanie fotochemiczne, przy długości fal poniżej 300 nm wywołuje już jonizację i jest zabójcze dla ogarów żywych. Znaczne ilości promieniowania ultrafioletowego emituje słońce, a ziemię chroni przed nim warstwa ozonowa, która pochłania promieniowanie ultrafioletowe o długości poniżej 285 nm, a także powietrze, które pochłania całkowicie promieniowanie ultrafioletowe w zakresie ultrafioletu dalekiego. Ultrafioletowa część promieniowania słonecznego jest aktywna biologicznie. Dzielimy ja na 3 pasma: - UVC (100 – 280 nm) – UVB (280 – 32- nm )- UVA (320 – 400 nm). UVC ma najwyższą energię, jest silnie promieniotwórcze, ale jest prawie całkowicie pochłaniane przez warstwę ozonową atmosfery i w normalnych warunkach nie dociera na powierzchnię Ziemi. Promieniowanie UVB ma bardzo silne właściwości promieniotwórcze, wzmaga syntezę barwnika skóry i jest odpowiedzialne za oparzenia skóry. UVA jest mniej promieniogenne, ale za to bardziej barwnikotwórcze od UVB. Ilość UVA docierająca do powierzchni ziemi jest znacznie większa niż UVB. Wysokie dawki UVA mogą wzmacniać odczyny rumieniowe i zwiększać niekorzystne efekty biologiczne promieniowania UVB. Odległe niekorzystne zjawiska skumulowanego działania promieniowania słonecznego polegają na szybszym starzeniu się skóry i stymulacji rozwoju jej nowotworów. Długotrwała ekspozycja na UV może powodować wiele niekorzystnych zmian wyglądu skóry, jej struktury i funkcji. Skóra narażona na przewlekłe działanie promieni słonecznych staje się szorstka, pogrubiała, nieelastyczna. Tworzą się głębokie zmarszczki i bruzdy oraz trwałe przebarwienia. Szczególnie nasilone zmiany związane z długotrwałą ekspozycją na światło słoneczne można zaobserwować w obrębie odsłoniętej skóry karku u ludzi, którzy ze względów zawodowych przebywają przez długi okres czasu na powietrzu (rolnicy, marynarze). Winę za proces posłonecznego starzenia się skóry przypisywano początkowo głównie promieniowaniu UVB. Obecnie uważa się, że w procesie tym istotną rolę odgrywają również promienie UVA, które oddziałują nie tylko na komórki naskórka, ale wnikają też głębiej, docierają do skóry właściwej, powodując niekontrolowane modyfikacje w naskórku, uszkadzają włókna w skórze właściwej oraz osłabiają mechanizmy odpornościowe.
Dawki w normie działają pozytywnie, zabijając mikroorganizmy chorobotwórcze, inicjuje syntezę witaminy D u ssaków i ptaków.

PROMIENIOWANIE RENTGENOWSKIE

O istnieniu tego rodzaju promieniowania dowiedzieliśmy się dzięki Wilhelmowi Rentgenowi. Rentgen badał promienie katodowe i dokonał niezwykłego odkrycia. Roentgen przy badaniu promieni katodowych posługiwał się lampą Crookesa, obecnie zwaną lampą elektronopromieniową.

Odkrył on, że promieniowanie to powoduje zaczernienie błony fotograficznej, tak jak światło widzialne. Promieniowanie to jest pochłaniane w różnym stopniu przez różne części organizmu, dzięki temu znalazło zastosowanie w medycynie, do robienia prześwietleń. Röentgen pokazał to wykonując fotografię ręki swojej żony.
Elektrony padające na płytkę metalową mogą spowodować emisję
z płytki wysokoenergetycznego promieniowania elektromagnetycznego, zwanego promieniowaniem rentgenowskim lub promieniami X.
Na promieniowanie rentgenowskie składają się fale elektromagne-tyczne powstające na dwa różne sposoby:
• promieniowanie hamowania – powstaje w wyniku oddziaływania pola elektrycznego jąder atomów z elektronami. Elektron, hamowany
w polu jądra wydziela energię w postaci kwantu promieniowania elektromagnetycznego. Widmo to jest ciągłe i maksymalna wartość energii kwantu nie może przewyższyć maksymalnej energii hamowanego elektronu
• promieniowanie charakterystyczne – powstaje jako rezultat zderzenia hamowanego elektronu z elektronem atomu anody. Elektron atomu może być wybity przez padający elektron na orbitę o wyższej energii
i powracając na swoją orbitę emituje promieniowanie,. Promieniowanie to zależy od materiału anody.
Promieniowanie rentgenowskie jest niebezpieczne gdyż może wywoływać białaczkę. Zatrzymać skutki można przez szkło ołowiowe lub gruba blacha metalowa z ołowiu.

Reakcja organizmu na to promieniowanie zależy od:
-dawki pochłoniętej promieniowania
-wieku- komórki płodu, lub osoby młodej są bardziej promienioczułe niż osób dorosłych
-narządów i tkanek narażonych na promieniowanie-najbardziej radiowrażliwe, podatne na uszkodzenia są jądra, jajniki, szpik, krew obwodowa, nabłonek przewodu pokarmowego i układ chłonny, natomiast za niewrażliwe (radiooporne) uznaje się kości i chrząstki (poza okresem wzrostu).

PROMIENIOWANIE JONIZUJĄCE

Promieniowanie dzieli się na dwie zasadnicze grupy: jonizujące i niejonizujące. Do tej ostatniej możemy zaliczyć promieniowanie radiowe, mikrofalowe, podczerwone i światło widzialne. Promieniowanie jonizujące powstaje w bardzo wielu procesach m.in. w substancjach promieniotwórczych, gdzie jest wynikiem przemian jądrowych.
Promieniowanie jonizujące, mimo znacznych korzyści, które przynosi w takich dziedzinach życia jak energetyka jądrowa, czy medycyna, ma ujemny wpływ na organizmy żywe.
Skutki biologiczne promieniowania zależą głównie od dawki oraz rodzaju tego promieniowania, którego wpływ nazywamy względną skutecznością biologiczną (WSB).

Jego skutki działania i następstwa zależą głównie od:

1. Rodzaju promieniowania jonizującego.
2. Natężenia tego promieniowania.
3. Czasu ekspozycji organizmu żywego

Szkodliwy wpływ promieniowania jonizującego na organizm żywy i człowiek polega na wzbudzaniu i jonizacji atomów, które z kolei mogą prowadzić do zmian czynnościowych i morfologicznych. Jednak nie wszystkie zmiany w budowie i funkcjonowaniu materiału genetycznego organizmu ujawniają się natychmiastowo. Zwykle, aby zaobserwować zmiany trzeba czasu, są to tak zwane zmiany późne.
Biologiczne skutki promieniowania jonizującego u ludzi można podzielić na dwie grupy:
somatyczne - występujące bezpośrednio po napromieniowaniu całego ciała. Późniejsze skutki takiego napromieniowania to białaczka, nowotwory złośliwe kości, skóry, zaćma, zaburzenia przewodu pokarmowego, bezpłodność.
genetyczne - związane z mutacjami w obrębie materiału genetycznego. Małe dawki promieniowania pochłonięte jednorazowo, dają obraz morfologiczny w postaci zmutowanych organizmów dopiero w kolejnych pokoleniach. Z kolei duże dawki są najczęściej dawkami letalnymi.
Rakotwórczość promieniowania jonizującego nie różni się zasadniczo od rakotwórczości czynników chemicznych. W obu wypadkach podział komórki w wyniku działania tych dwóch czynników przyczynia się do powstania raka, na przykład tarczycy lub piersi, szczególnie u ludzi młodych.
Badania dowiodły, że u dziewcząt naświetlanych w trakcie leczenia choroby Hodgkina w okresie dojrzewania zauważono raptowne rozwijanie się komórek piersi.

U podstaw szkodliwego biologicznego działania promieniowania na organizmy leżą procesy jonizacji molekuł organizmu wywoływane przez promieniowanie. W wyniku tych procesów w tkankach tworzą się pary jonów stanowiących wysokie aktywne chemicznie rodniki oraz następuje uszkodzenie struktury dużych cząstek przez ich rozrywanie lub zlepianie. Prowadzi to do zakłócenia przemian biochemicznych, warunkujących prawidłowe funkcjonowanie organizmu i do zmian strukturalnych komórek. Niektóre zakłócenia mogą być poprawione dzięki autoregulacyjnym właściwościom organizmu, jeśli ich rozmiary nie są zbyt wielkie. Inne zmiany, nieodwracalne, prowadzą do zwyrodnienia lub obumarcia komórek. Czułość tkanki ludzkiej na promieniowanie jonizujące zmienia się w szerokich granicach. Najczulsze są organy krwiotwórcze i tkanki rozrodcze, najmniej czułymi są mózg i mięśnie. Jeśli ułożyć tkanki według zmniejszającej się czułości, to otrzymamy kolejno następujący szereg: tkanka limfatyczna- nabłonek jąder, szpik kostny, nabłonek żołądkowo- jelitowy, jajniki, skóra, tkanka łączna, kości, wątroba, trzustka, nerki, nerwy, mózg i mięśnie.

PROMIENIOWANIE NIEJONIZACYJNE
Promieniowanie niejonizujące uważane jest obecnie za jedno z poważniejszych zanieczyszczeń środowiska. Promieniowanie to powstaje w wyniku działania zespołów sieci i urządzeń elektrycznych w pracy, w domu, urządzeń elektromedycznych do badań diagnostycznych i zabiegów fizykochemicznych, stacji nadawczych, urządzeń energetycznych, telekomunikacyjnych, radiolokacyjnych i radionawigacyjnych. Negatywny wpływ energii elektromagnetycznej przejawia się tak zwanym efektem termicznym, co może powodować zmiany biologiczne (np. zmianę właściwości koloidalnych w tkankach), a nawet doprowadzić do śmierci termicznej. Pole elektromagnetyczne wytwarzane przez silne źródło niekorzystnie zmienia warunki bytowania człowieka, wpływa na przebieg procesów życiowych.
Organizm człowieka jest bardzo skomplikowanym układem, którego sprawność zależy zarówno od czynników wewnętrznych, jak i zewnętrznych. Bez odpowiednich zdolności adaptacyjnych, kompensacyjnych i regeneracyjnych nie udałoby nam się przeżyć wśród zagrożeń zewnętrznych, takich jak toksyczne substancje chemiczne, zmienne i niekorzystne warunki fizyczne, różnorakie oddziaływania mutagenne środowiska, sytuacje stresowe o różnej intensywności czy wreszcie biologiczne czynniki patogenne, np. wirusy i bakterie. Na szczęście, sprawność systemów obronnych i rezerwy fizjologiczne na ogół wystarczają, by zneutralizować większość niekorzystnych oddziaływań. Dopiero ewidentne przekroczenie wydolności mechanizmów ochronnych organizmu może doprowadzić do rozwoju choroby.
Może powodować wystąpienie zaburzeń funkcji ośrodkowego układu nerwowego, układów: rozrodczego, hormonalnego, krwionośnego oraz narządów słuchu i wzroku. Ludzie pracujący w obrębie działania takiego pola są szczególnie podatni, co potwierdzają badania lekarskie, na "chorobę radiofalową" zwaną także "chorobą mikrofalową".

Zespól ten charakteryzuje się następującymi objawami:
1. Pieczenia pod powiekami i łzawienie.
2. Bóle głowy.
3. Drażliwość nerwowa.
4. Wypadanie włosów.
5. Suchość skóry.
6. Oczopląs.
7. Impotencja płciowa.
8. Zaburzenia błędnika.
9. Osłabienie popędu płciowego.
10. Arytmia serca.
Obecność pól elektromagnetycznych ma wpływ nie tylko na człowieka, lecz także na pozostałą część ożywionej natury. U roślin obserwuje się opóźniony wzrost i zmiany w budowie zewnętrznej, u zwierząt natomiast zaburzenia neurologiczne, nieprawidłowości w funkcjonowaniu układu krążenia, zakłócenia wzrostu, żywotności i płodności.

Promieniowanie jest, więc bardzo negatywnym czynnikiem, ponieważ prawie każda jego dawka wywołuje jakieś efekty. To właśnie te dawki są generowane po wybuchu bomby atomowej, lub elektrownii jądrowej, takiej jak w Czarnobylu. Więc nigdy nie powinniśmy lekceważyć ryzyka związanego z promieniowaniem jonizującym. Każda katastrofa, czy to będzie wybuch bomby atomowej, czy elektrownii, wiąże się z śmiercią tysięcy, a nawet milionów ludzi, oraz przynosi ogromne straty dla świata roślin i zwierząt, który nas otacza.