Biologiczne skutki promieniowania jonizujcego na poziomie molekularnym Autor

Biologiczne skutki promieniowania jonizującego na poziomie molekularnym Autor: Nawrot Izabela Pod kierunkiem: mgr Ewy Czupry

DNA-najbardziej promieniowrażliwa część komórki

Efekty promieniowania na poziomie komórki l Promieniowaniem jonizującym można zabić komórkę bakteryjną, roślinną lub zwierzęcą, z tym większym prawdopodobieństwem, im wyższą zastosujemy dawkę promieniowania. W przypadku komórek zwierzęcych mamy do czynienia z dwoma rodzajami komórkowej śmierci popromiennej:

ŚMIERĆ REPRODUKCYJNA (mitotyczna) l Znana w radiobiologii reguła Bergonie i Tribondeau mówi, że komórki nie dzielące się są oporniejsze na promieniowanie niż komórki dzielące się. Dzieje się tak dlatego, że uszkodzenie wywołane przez promieniowanie może pozostać w stanie utajnionym, nie zaburzając funkcji komórek w fazie G 0 (“spoczynek” komórek zróżnicowanych), natomiast ujawniając się w postaci aberracji chromosomowych przy przejściu komórki przez mitozę, co prowadzi do śmierci.

Mutacje na poziomie DNA. l l Nie wszystkie aberracje chromosomowe prowadzą do mitotycznej śmierci komórki. Różnego rodzaju przemieszczenia, zwane translokacjami, nie zmieniają morfologii chromosomów, mogą być zatem przekazywane komórką potomnym. Translokacjom zawsze towarzyszą mutacje na poziomie DNA, czyli zmiany informacji zawartej w materiale genetycznym. Jeśli mutacji ulegnie gen, prowadzi to do zmiany funkcji kodowanego przez ten gen białka. Najbardziej niebezpieczne są mutacje w genach odpowiedzialne za kontrole cyklu komórkowego lub naprawy DNA. Mogą one zmienić komórkę prawidłową w komórkę nowotworową (transformacja nowotworowa).

C. d mutacji l Wiadomo że w DNA nastąpić musi wiele mutacji zanim komórka ulegnie transformacji. Nie można jednak wykluczyć, że jedna mutacja wyzwoli kaskadę dalszych zmian genetycznych prowadzących do transformacji.

ŚMIERĆ INTERFAZALNA

Wpływ dawek na śmierć komórkową l Na ogół niskie dawki promieniowanie powodują śmierć reprodukcyjną lub apoptotyczną. Nie wszystkie komórki posiadają zdolność do apoptozy. Komórkami szczególnie podatnymi na apopotozę są komórki grasicy – tymocyty. Wyższe dawki promieniowania powodują śmierć nekrotyczną wszystkich typów komórek.

Działanie promieniowania jonizującego na organizmy, efekty i ryzyko. l Popromienna choroba, zespół objawów występujących w wyniku , których obraz kliniczny zależy od wchłoniętej przez organizm. Dawka 400 -600 powoduje pełny rozwój choroby, atakującej oraz hamującej działanie mechanizmów. Najgorzej rokującym objawem jest tzw. triada objawów szybkiej śmierci popromiennej: podwyższenie temperatury ciała, wymioty i biegunki. Przy mniejszych dawkach promieniowania choroba może rozwinąć się w postaci ostrych schorzeń układu krwiotwórczego. Napromieniowanie zwiększa częstość występowania. W wyniku napromieniowania powstają też tzw. zmiany późne, ujawniające się nawet po kilkunastu latach (złośliwe).

Efekty działanie promieniowania dzielą się na stochastyczne i deterministyczne - Do tych pierwszych należą nowotwory lub schorzenia dziedziczne, których prawdopodobieństwo wystąpienia lecz, nie stopień nasilenie jest wprost proporcjonalny do dawki. - Deterministyczne to takie skutki promieniowania jak choroba popromienna, zaćma (matowienie soczewki oka), rumień czy wypadanie włosów. Skutki te nie są dziedziczone, ich objawy mijają z czasem, zaś przeciętne nasilenie zależy od wysokości dawki: poniżej pewnego progu efekt nie występuje.

Dawki l l l Zagrożenie skutkami promieniowania zależy od ilości substancji promieniotwórczej (aktywności, Bq), od energii promieniowania oraz odległości i czasu przebywania w pobliżu materiałów, a to w sumie składa się na wartość dawki pochłoniętej. Dawka LD 50, 50% letal dose, dawka równoważna prowadząca do zgonu 50% napromienionej populacji organizmów żywych danego gatunku, w przeciągu 30 dni od ekspozycji. Dla człowieka LD 50 oceniana jest na 4÷ 4. 5 Sv (400÷ 450 rem). Dawki dziesięciokrotnie mniejsze powodują już chorobę popromienną.

C. d dawek l l Dawka LD 100 (letalna), 100% letal dose, najmniejsza dawka równoważna prowadząca do zgonu 100% populacji organizmów żywych (danego gatunku), w 30 dni od ekspozycji jednorazowej. Dla człowieka LD 100 ocenia się na 6÷ 7 Sv (600÷ 700 rem). Dawka dwukrotnie większa od LD 100 prowadzi do ostrej choroby popromiennej i zgonu w przeciągu kilku dni.

Skażenia wewnętrzne – ciekawostki. l l Pierwszymi ofiarami skażenia pyłem promieniotwórczym, zawierającym , i emitery, byli mieszkańcy wysp Marshalla (<200 osób) oraz kilkudziesięcioosobowe grupy rybaków amerykańskich i japońskich wojskowych. Znajdowali się oni w obszarze objętym opadem pyłu promieniotwórczego (200 km od centrum wybuchu) po próbnym wybuchu bomby wodorowej w 1954 r. Izotopy promieniotwórcze skaziły ich organizmy od wewnątrz jak i skórę od zewnątrz. Zmora lat 50 i 60 były próby nuklearne przeprowadzane przez państwa dysponujące bronią jądrową. Produkty rozszczepienia uranu i plutonu oraz izotopy promieniotwórcze zaśmieciły nawet niedostępne zakątki. Pył promieniotwórczy, w postaci radioaktywnej chmury, obiegł kilkakrotnie kulę ziemską. Dostawał się do organizmów przez płuca lub z pożywieniem.

Toksyczność pierwiastków promieniotwórczych. l • Pierwiastki promieniotwórcze mają również działanie toksyczne na organizm na skutek ich właściwości, m. in. ze względu na to, że są to bardzo często metale ciężkie: u górników i osób stykających się z pyłem związków pierwiastków pochodzących z naturalnych szeregów promieniotwórczych uranu i toru znacznie częściej niż normalnie obserwuje się ciężkie schorzenia układu krwionośnego, nowotwory płuc czy schorzenia nerek.

Skażenia: l l dawniej do wyrobu farb świecących, np. do malowania wskazówek zegarków, były dodawane sole radu. Pracownicy malując przedmioty zwilżali pędzelki ustami ulegając w ten sposób skażeniu. U tych właśnie pracowników stwierdzono częste przypadki nowotworów szczęk i warg. W jednym z laboratoriów w USA zajmującym się badaniem plutonu, radioaktywny pierwiastek wypadł z pojemnika i trzeba go było natychmiast ponownie tam umieścić. Pracownik, który to wykonał skaził sobie rękę-pomimo natychmiastowej pomocy lekarskiej w miejscu skażenia wytworzyła się nie poddająca leczeniu rana i trzeba było rękę amputować.

C. d. skażeń l v. W Polsce w latach 50 i 60 prace związane z materiałami promieniotwórczymi były często okryte tajemnicą. Okazało się np. że członkowie jednej z ekip, które zajmowały się transportem na Śląsk izotopów promieniotwórczych stosowanych w hutnictwie umarli na białaczkę w dość krótkim czasie. Po wykonaniu badań wykazało że w gabinecie jednej z ofiar skażone było wszystko: biurko, krzesło i sejf, w którym były przechowywane iryd-192 i kobalt-60 Nawet miligramowe ilości izotopu promieniotwórczego mogą być dla człowieka śmiertelne.

Katastrofa w Czarnobylu l l Wybuch rozpoczął dziesięciodniowy pożar moderatora grafitowego, w trakcie którego rdzeń reaktora stopił się, a do środowiska przedostało się kilkadziesiąt izotopów promieniotwórczych o łącznej aktywności rzędu 1018 Bq, z czego ponad 30% pierwszego dnia. Pożar ugaszono dzięki bezprzykładnemu poświęceniu gaszących strażaków i wojska, 31 osób zmarło w wyniku bezpośredniego napromienienia i oparzeń, ponad 200 było hospitalizowanych w związku z chorobą popromienną

C. d katastrofy l l Ocenia się, że u kilku tysięcy osób bezpośrednio narażonych na duże dawki, na skutek napromienienia wywiąże się (w przeciągu 10 -20 lat) choroba nowotworowa. Substancje promieniotwórcze rozprzestrzeniały się, skażając rozległe terytoria, głównie Białorusi, Ukrainy, Rosji, ale i krajów skandynawskich oraz Europy Środkowej i Wschodniej. Trzydziestokilometrową strefę wokół reaktorów ewakuowano i zamknięto, później ewakuowano też ludność z najsilniej skażonych terenów Białorusi (np. wsie w rejonie Homla odległe o ponad 200 km od reaktora).

C. d katastrofy l Szacuje się, że przeciętny mieszkaniec Polski otrzyma w ciągu 50 lat życia od izotopów pochodzących z Czarnobyla równoważnik dawki równy 0, 3 ÷ 0, 4 m. Sv, czyli jedynie 10% dawki otrzymywanej corocznie od tła naturalnego. Na najsilniej skażonych terenach Polski, przy pesymistycznych założeniach, równoważnik dawki rocznej stanowi 30% dawki od tła naturalnego, a w pierwszym roku nie przekroczył 50% dawki od tła naturalnego.

Statystyka zgonów • W ciągu 50 lat w Polsce należy się zatem spodziewać 1800 dodatkowych zgonów. Liczba ta aczkolwiek realna, nie zostanie zauważona, ponieważ zginie w wielokrotnie wyższych statystycznych fluktuacjach oczekiwanych 3, 5 miliona zgonów na nowotwory złośliwe wywołane innymi przyczynami.

Bibliografia: § Andrzej Wójcik i Irena Szumiel “Biologiczne działanie i ryzyko promieniowania” § Andrzej Czerwiński “Blaski i cienie promieniotwórczości” § Encyklopedia Multimedialna WIEM ONET