Efectul radiatiilor asupra organismelor vii

Efectul radiatiilor asupra organismelor vii

"Viata pe Pamant s-a dezvoltat in prezenta radiatiilor de fundal. Nu este nimic nou, inventat de om."

Eric J. Hall

profesor de radiologie Universitatea Columbia

Radiatia este energia care calatoreste prin spatiu. Razele solare sunt una dintre cele mai cunoscute forme de radiatie. Ele ne furnizeaza lumina, caldura si bronz. Noi controlam efectele sale cu ochelari de soare, aer conditionat si haine.

Nu ar fi viata pe Pamant fara razele soarelui, dar recunoastem ca prea mult soare nu este un lucru bun. De fapt poate fi periculos, deci controlam timpul cat ne expunem. Razele solare se compun din radiatii intr-o gama de lungimi de unda de la razele infrarosii care au lungime de unda mare pana la lumina ultravioleta care are lungime de unda scurta.

In spatele ultravioletelor sunt energii mari de radiatii care se folosesc in medicina si care exista in doze mici in spatiu, in aer si pe pamant. Ne putem referi la acest tip de radiatii ca fiind radiatii ionizante. Ele pot cauza stricaciuni materialelor, in special materiei vii. La doze mari sunt intr-adevar periculoase, deci este necesar controlul timpului de expunere.

Fiintele vii au evoluat intr-un mediu care a avut doze semnificative de radiatii ionizante. Mai mult, multi dintre noi datoram viata si sanatatea noastra acestor radiatii produse artificial. Razele X folosite in medicina gasesc probleme ascunse. Cu totii beneficiem de o multitudine de produse si servicii care au devenit posibile datorita folosirii atente a radiatiilor.

Radiatiile de fundal sunt acele radiatii care sunt prezente in mediu in stare naturala in mod inevitabil. Oamenii care locuiesc in zone cu mult granit sau cu mult nisip sunt iradiati mai mult decat altii, pe cand cei care locuiesc la altitudini inalte primesc doze mult mai mari de radiatii cosmice. Mare parte din radiatiile la care suntem expusi se datoreaza radonului, un gaz care se infiltreaza din Pamant si este prezent in aerul pe care-l respiram.

Radiatiile provin de la atomi, elementul fundamental al materiei. Cei mai multi atomi sunt stabili; atomul de C¹² ramane C¹² pentru totdeauna. Anumiti atomi se pot dezintegra intr-un atom in totalitate nou. Acesti atomi se numesc "instabili" sau "radioactivi". Un atom instabil are un exces de energie interna cu rezultatul ca nucleul se poate transforma spontan intr-o forma mai stabila.

Aceasta o numim dezintegrare atomica. Fiecare element poate avea atomi cu diferite dimensiuni ale nucleului numite izotopi. Izotopii instabili (cei radioactivi) se numesc radioizotopi. Cateva elemente, de exemplu uraniul nu au izotopi stabili. Cand un atom al unui radioizotop se dezintegreaza el cedeaza din excesul sau de energie ca radiatii sub forma de raze gamma sau particule subatomice. Daca se dezintegreaza cu emisie de particule alfa sau beta, se va forma un nou element. Se poate descrie emisia de radiatii gamma, beta si alfa. Tot timpul atomul este in progres facand unul sau doi pasi spre starea stabila unde nu mai sunt radiatii radioactive.

O alta sursa de radioactivitate este atunci cand un radioizotop se transforma intr-o alta forma sau izomer eliberand raze gamma in proces. Aceasta forma este notata cu "m" (meta) in numarul atomic; de exemplu technetiu-99m (Tc-99m) se dezintegreaza la Tc-99. Razele gamma sunt emise uneori cu radiatii alfa sau beta dupa cum nucleul se dezin-tegreaza pana la nivele mai mici de energie.

Spre deosebire de clasicele unitati de masura pentru masa si volum, unitatea de masura a radioactivitatii este data in becquerel (Bq), o unitate de masura care ne ajuta sa comparam radioactivitatea tipica a catorva materiale. Un Bq reprezinta numarul dezintegrarilor atomice pe secunda.

Cu ajutorul acestei unitati de masura s-au masurat radioacti-vitatile catorva materiale naturale sau artificiale: un adult (100 Bq/kg) 7.000Bq, aerul in 100 mē de sol australian - 3.000 Bq, aerul in 100 mē de sol european - 30.000 Bq, radioizotopii pentru diagnosticare in medicina 70 mil. Bq, 1 kg uraniu 25 mil. Bq. Atomii dintr-o substanta radioactiva se dezintegraza alea-toriu dar cu o rata carac-teristica. Durata, numarul de pasi ceruti si tipul radiatiilor rezultate sunt bine cunoscute. Timpul de injumatatire este timpul necesar pentru juma-tate din atomii substantei radioac-tive de a se dezintegra.

Timpul de injumatatire poate varia de la o milionime de secunda pana la milioane de ani in functie de elementul ales. Dupa o injumatatire radioactivitatea elementului se injumatateste, dupa doua se reduce la sfert s.a.m.d.

Toti atomii de uraniu sunt radioactivi. In figura de mai sus s-a prezentat descompunerea atomului de uraniu-238 in diferiti radioizotopi proveniti prin descom-punere, tipul de radiatii aparut la fiecare pas si timpul de injumatatire pana la atomul stabil, neradioactiv plumb-206. Radioizotopul cu cel mai mic timp de injumatatire emite cele mai multe radiatii la unitatea de masa. Mare parte din radioactivitatea naturala din stanci si sol provine de la acest lant de dezintegrare.

Radiatiile ionizante din nucleul atomic sunt ingrijoratoare. Ele apar in doua forme: raze si particule la frecvente inalte. Ra-diatiile ionizante produc particule incarcate elec-tric numite ioni in mate-rialele pe care le lovesc. Acest proces se numeste ionizare. In moleculele mari din care sunt alcatuite organismele vii, schimbarile biolo-gice cauzate pot fi importante.

Razele X si razele γ, ca si lumina, reprezinta energia transmisa fara deplasarea materialului, la fel ca si caldura si lumina soarelui care calatoreste prin spatiu. Razele X si γ sunt virtual identice, exceptand faptul ca razele X sunt produse artificial. Razele X si γ au mare putere de penetrare a corpului omenesc. Ca protectie impotriva acestor raze se folosesc bariere de beton, plumb sau apa. Particulele α se compun din doi protoni si doi neutroni formand nucleul atomic. Ei au incarcatura electrica pozitiva si sunt emisi de catre elementele grele cum ar fi uraniul si radiul la fel cu elementele produse de om. Din cauza dimensiunilor relativ mari, particulele α se ciocnesc usor cu materia si isi pierd foarte repede energia.

Cu toate ca, daca surse de particule α sunt introduse in organism prin inhalarea sau ingerarea prafului radioactiv, particulele α pot afecta celulele organismului. In interiorul corpului, din cauza ca cedeaza energie intr-un timp destul de scurt, particulele α pot crea daune mai severe decat alte radiatii. Particulele β sunt electroni aruncati din nucleul atomilor. Aceste particule sunt mai mici decat particulele α si pot penetra peste 1 - 2 cm in apa sau tesut uman. Particulele β sunt emise de mai multe elemente radioactive. Ele pot fi stopate de o foaie de aluminiu de o grosime de cativa milimetri.

Radiatiile cosmice se compun din particule cu un nivel foarte ridicat de energie,  incluzand protonii care bombardeaza Pamantul din spatiu. Ele sunt mult mai intense la altitudini inalte decat la nivelul marii, unde atmosfera este mai densa si ofera o protectie mai mare.

Neutronii sunt particule de asemenea foarte penetrante. Pe Pamant ele provin mai ales din dezintegrarea sau fisiunea anumitor atomi in nucleul reactoarelor. Apa si betonul sunt scuturile cel mai des utilizate impotriva radiatilor din miezul reactoarelor nucleare.

Este important de inteles ca radiatiile α, β, γ si X nu genereaza radioactivitatea corpului. Oricum cele mai multe materiale in stare naturala (incluzand tesutul viu) contin cantitati masurabile de radioactivitate.

Simturile omenesti nu pot detecta radiatiile sau discerne care material este radioactiv. Oricum o varietate de instrumente pot masura cu acuratete nivelul radiatiilor.

Cantitatea de radiatii ionizante sau "doza" primita de o persoana este masurata in functie de energia absorbita de tesut si este exprimata in gray. Un gray (Gy) reprezinta un joule depozitat pe kilogramul de masa. Expunerea egala la diferite tipuri de radiatii nu produce in mod necesar efecte biologice identice. Un Gy de radiatii α va avea un efect mai mare decat un Gy de radiatii β. Cand vorbim despre efectul radiatiilor atunci exprimam radiatia ca doza efectiva, intr-o unitate numita sievert (Sv). Raportat la tipul de radiatie un Sv de radiatie produce acelasi efect biologic. Cantitatile se exprima in milisievert sau microsievert. Se utilizeaza, in mod frecvent mSv.

Se stie de mai multi ani ca doze mari de radiatii ionizante, mult mai mari decat radiatiile de fundal pot cauza cancer si leucemie la mai multi ani de la expunere. Se presupune, datorita experimentelor pe plante si animale, ca radiatiile ionizante pot provoca mutatii genetice care afecteaza generatiile descendente, cu toate ca nu exista dovezi in legatura cu radiatii care provoaca mutatii la om. La nivele foarte mari de radiatii, ele pot provoca stari de disconfort si moartea la saptamani de la expunere.

Nivelul efectelor cauzate de radiatii depind de mai multi factori: doza, frecventa dozarii, tipul radiatiei, organul expus, varsta si sanatatea. De exemplu, embrionul uman este deosebit de sensibil la radiatii.

Dar care sunt sansele de aparitie al cancerului de la doze mici de iradiere? "Teoria" cu cea mai larga raspandire este ca orice doza de iradiere cat de mica presupune riscuri asupra sanatatii omului. Cu toate acestea, nu exista dovezi stiintifice in legatura cu riscul dozelor sub 50 mSv pe o durata scurta de aproximativ 100 mSv pe an, cercetarile arata ca efectele benefice sunt la fel de posibile ca si cele adverse.

Doze mari, acumulate de radiatii pot produce cancer, care ar fi observat peste cativa (pana la 20) ani de la expunere. Acest decalaj face imposibil de precizat cu certitudine care din multimea de posibili agenti au cauzat cancerul respectiv. In tarile occidentale aproximativ un sfert din populatie moare datorita cancerului, avand fumatul, factorii dietetici, genetici si puternica expunere la lumina solara ca principale cauze. Radiatiile sunt un factor cancerigen slab, dar la expuneri indelungate cu siguranta cresc riscurile asupra sanatatii.

Organismul are mecanisme de aparare impotriva pagubelor produse de radiatii, la fel si impotriva altor factori cancerigeni. Acestia pot fi stimulati prin expuneri la doze mici de radiatii sau dimpotriva la doze foarte mari.

Pe de alta parte, doze mari de radiatii directionate spre o tumoare sunt folosite in terapii de iradiere impotriva celulelor canceroase si prin urmare, deseori se salveaza vieti omenesti. Adesea se foloseste impreuna cu chimioterapia si operatia. Doze mult mai mari sunt folosite pentru inlaturarea bacteriilor daunatoare din mancaruri, pentru sterilizarea pansamentelor si a altor echipamente medicale.

Zeci de mii de oameni din tarile dezvoltate lucreaza in medii in care pot fi expusi la doze mari de radiatii (mai mari decat nivelul radiatiilor de fundal). Prin urmare ei poarta ecusoane care monitorizeaza nivelul radiatiilor la care sunt expusi. Fisele medicale ale acestor categorii de angajati arata ca ei au o rata mai mica de mortalitate datorita cancerului sau altor cauze decat restul populatiei si in unele cazuri, rate mai mici decat angajatii care lucreaza in medii similare fara a fi expusi la radiatii. Ce cantitate de radiatii ionizante prezinta pericol?

10.000 mSv (10 Sv) pe durata scurta asupra intregului corp ar cauza stari de voma si scaderea brusca a celu-lelor albe din sange si moartea in cateva saptamani; intre 2 si 10 Sv pe durata scurta ar cauza boli de iradiere cu posibilitatea crescuta ca doza ar putea fi fatala;

1.000 mSv (1 Sv) pe o durata scurta este chiar deasupra limitei de a cauza boli de iradiere imediate la o persoana cu un fizic mediu, dar cu siguranta nu ar provoca moartea; daca o doza mai mare de 1.000 mSv actioneaza o perioada mai lunga de timp, nu exista posibilitatea unor probleme medicale imediate, dar creeaza cu certitudine posibilitatea aparitiei cancerului in anii care vor urma;

peste 100 mSv probabilitatea aparitiei cancerului (in contrast cu severitatea bolilor de iradiere) creste direct proportional cu doza;

50 mSv este limita minima la care exista dovezi ca produce cancer la adulti, este de asemenea cea mai mare doza permisa prin lege intr-un an de expunere la locul de munca;

20 mSv/an timp de 5 ani reprezinta limita angajatilor la radiologie, industria nucleara, extractia uraniului;

10 mSv/an reprezinta doza maxima la care este supus un miner din minele de uraniu din Australia;

3 mSv/an este doza tipica (mai mare decat cea de fundal) naturala la care este expusa populatia in America de Nord, inclusiv o medie de 2 mSv/an datorita radonului din aer;

2 mSv/an reprezinta radiatia de fundal din surse naturale. Aceasta este aproape de doza minima la care este expus orice om, oriunde pe planeta

0,3-0,6 mSv/an este intervalul tipic al dozelor de la surse artificiale, cum ar fi cele medicale;

0,05 mSv/an este o fractiune mica a radiatiei de fundal care este tinta pentru nivelul maxim de radiatie la gardul unei centrale nucleare (doza reala este mult mai mica).

EUROPA