Materia vie si radiatiile

INTERACTIUNEA RADIATIILOR CU MATERIA VIE

Materia vie, caracterizata printr-o mare heterogenitate, este alcatuita din numeroase feluri de molecule organice, o mare cantitate de apa si substante anorganice care se afla fie dizolvate in apa, fie sub forma de combinatii organominerale. Compozitia de baza a materiei vii difera la plante fata de animale, difera de la o specie la alta, chiar si de la un organ la altul. In structura materiei vii, pe elemente, 95% din masa sa este hidrogen, carbon, azot si oxigen; la acesta se mai adauga fosforul, sulful, clorul, sodiul, magneziul, potasiul si calciul. Alte elemente chimice impreuna constituie sub 1% si se gasesc in mod sporadic.

Interactiunea radiatiilor cu materia, in faza initiala, nu difera daca materia este vie sau fara viata si consta in transfer de energie. Deosebirea fundamentala apare datorita comportarii diferite a produsilor rezultati din interactiunea primara, care depinde de tipul si energia radiatiei cat si de compozitia chimica a materiei. Datorita marii diversitati in structura materiei vii, interactiunea radiatiilor cu acesta va produce o multitudine de efecte, care de multe ori sunt greu de explicat. Astfel, un flux de radiatii X sau gamma va interactiona in alt mod decat un flux de neutroni iar radiatiile gamma actioneaza diferit asupra tesutului adipos fata de tesutul osos.

Radioactivitatea este proprietatea pe care o au unele elemente de a se transforma prin dezintegrare in alt element, dupa emiterea unor raze, adica energie. Exista o radioactivitate naturala (cea a radiului, de exemplu). Exista insa si o radioactivitate artificiala.

Iradierea se produce cand un individ, sau un obiect, sunt supusi razelor (alfa, beta, gamma) unei surse radioactive. Iradierea se opreste daca te indepartezi de sursa, dar efectele ei sunt uneori ireversibile.

Contaminarea radioactiva se produce atunci cand un individ sau un obiect intra in contact cu un corp sau cu praf radioactiv. Aceasta contaminare este deosebit de grava cand praful sau obiectele contaminate sunt absorbite. Anumite elemente radioactive se fixeaza in oase sau in organe si emit raze atat timp cat sunt prezente in organism. In cazul prafului inhalat in plamani , metode de spalare permit evacuarea produselor periculoase.

Referitor la parcursul radiatiilor, radiatiile alfa sunt oprite de stratul superficial al pielii (deci, in contaminarea externa a omului, efectele sunt foarte reduse). Radiatiile beta pot traversa mai multi centimetri de tesut iar unele radiatii gamma si cele cosmice sunt capabile sa traverseze chiar si blindaje de plumb de mai multi metri. Neutronii rapizi pot cauza distrugeri grave la nivelul celulei, printre cela mai periculoase fiind ruperea fragmentelor lanturilor acizilor nucleici. Aceleasi efecte grave asupra structurilor celulare pot produce radiatiile alfa in cazul contaminarilor interne.

Efectul radiatiilor asupra materiei se manifesta, mai intai, prin ionizarea materiei vii (mai ales a apei din structura sa, efect numit radioliza apei). Radicalii liberi si ionii rezultati prezinta o mare reactivitate chimica care poate duce si la modificarea diversilor constituienti celulari, la formarea de peroxizi si a altor compusi citotoxici. Radiatiile ionizante pot produce si importante distrugeri celulare, mai ales cand sunt emise din interiorul organismului (contaminarea interna cu radionuclizi care emit radiatii alfa si beta). In iradierile cu neutroni, in afara ionizarilor si distrugerilor subcelulare, poate apare si radioactiviatatea indusa (nuclizi, C, Na, K, etc. din corp devin radioactivi).

Expunerea (in acceptiune mai veche, iradierea) este actiunea prin care radiatiile incidente unui corp provoaca transformari in acel corp. Transformarile din organismele vii sunt cunoscute sub numele de 'efecte biologice la iradiere'. Pentru doze de expunere mici, cand organismul poate reactiona inca in limitele fiziologice normale, se considera ca radiatiile au un efect pozitiv. In anumite conditii de expunere la radiatii, apare o intensificare a reactiilor prin care se realizeaza procese de sinteza, deci o stimulare temporara a metabolismului.

Daca sursa de radiatii este exterioara corpului iradiat, se foloseste termenul de 'iradiere externa', iar daca sursa de radiatii este incorporata sau distribuita in masa corpului, se foloseste termenul de 'iradiere interna'.

1.2 EFECTELE BIOLOGICE ALE RADIATIILOR IONIZANTE

Depasirea limitei normale de functionare a organismului, datorita unei doze de expunere la radiatii, duce la dereglari ale metabolismului, care pot avea ca efect distrugeri de constituienti celulari iar in final, moartea celulelor, tesuturilor sau chiar a organismului respectiv. Efectele pot fi grupate astfel:

1.2.1 Efecte somatice

Care apar la nivelul celulelor somatice si actioneaza asupra fiziologiei individului expus, provocand unele distrugeri, care duc, fie la moarte rapida, fie la reducerea semnificativa a sperantei medii de viata. Leziunile somatice apar in timpul vietii individului iradiat. In functie de momentul in care apar, aceste leziuni pot fi leziuni imediate sau tardive.

Efectele somatice imediate, numite si manifestari precoce, apar la cateva zile, cateva saptamani sau chiar luni dupa iradiere, fiind expresia efectelor cu prag. O iradiere locala (interna sau externa) se poate manifesta numai prin efecte la nivelul tesutului respectiv, in timp ce o radiere a intregului corp poate duce la aparitia unor efecte generalizate. Efectele imediate sunt, de regula, nestochastice (nealeatorii), adica se produc la toti indivizii expusi la o doza superioara a unei anumite valori, numita doza-prag. Expunerea externa a intregului corp (in cazul omului) la doze de peste 1Gy, intr-un timp relativ scurt, duce la aparitia bolii de iradiere cu trei forme de manifestare: gastrointestinala, hematologica si neuropsihica. Pentru dozele apropiate de 1Gy si daca se instituie un tratament corect si precoce, bolnavul se poate vindeca. Dozele de peste 5-6 Gy duc la decese in 50% din cazuri. Boala de iradiere apare numai in situatii speciale, dintre acestea sunt citati supravietuitorii bombardamentelor de la Hiroshima si Nagasaki, cat si persoane din formatiunile de interventie in accidentul nuclear de la reactorul nr.4 de la Cernobal (pompieri si 'lichidatori').

In cele ce urmeaza sunt cateva din explicatiile unui academician, in legatura cu accidentul de la Cernobal:

Presa: 'Ce inseamna un mR pe ora? E mult sau e putin? Reprezinta o asemenea cantitate vreun pericol pentru sanatatea umana ?

Raspuns: Cand un individ este expus unui asemenea nivel de radiatie timp de un an, corpul sau va primi o doza de mai putin de 9 remi (un rem inseamna roentgen echivalent om). Potrivit expertilor, aparitia unor efecte ale radiatiei poate fi asteptata la doze de aproximativ 15 remi. Boala radiatiei intr-o forma usoara poate fi contractata la doze de la 75 la 100 de remi. Arsurile si vatamarile grave datorate radiatiei apar numai la doze de sute de remi.

Dozele de radiatie sunt strict calculate nu numaipentru prevenirea bolii radiatiei, dar si pentru a preintampina consecintele pe termen lung ale iradierii, inainte de toate, tumorile maligne si afectiunile genetice.

Doza de radiatie maxima permisa celor care au avut de-a face cu accidentul a fost de 25 de remi. Toti cei care au primit o asemenea doza au fost scosi din zona operationala si, potrivit standardelor de securitate in domeniul radiatiei, au fost absolviti de munca implicand radioactivitatea, pentru mai multi ani.

Presa: Au scapat substante radioactive dincolo de teritoriul sovietic?

Raspuns: O crestere fundamentala a nivelului radiatiei a fost observata in imediata apropiere a centralei. In ce priveste tarile straine, inclusiv cele vecine cu U.R.S.S., o anume crestere in atmosfera a fost observata    in mai multe tari, de exemplu in Polonia si Romania. Nivelul radiatiei pe teritoriile lor a sporit in luna mai de cateva ori peste nivelul normal (nivelul normal mediu este de 0,01 mR pe ora).

Ar fi bine sa ne reamintim recomandarile emise pentru Europa de Consiliul Organizatiei Mondiale a Sanatatii, rapoartele oficiale ale unui numar de servicii nationale si concluziile publicatiilor    oficiale A.I.E.A. care spuneau ca nivelul radiatiei in tarile europene nu a prezentat vreo amenintare pentru sanatatea umana.

Inainte de Cernobal, Windscale a fost cel mai grav dintre    dezastrele nucleare cunoscute ale lumii. Cantitatea de radiatie eliberata timp de doua zile (10 si 11 octombrie) - cam 376000 curii din peste 40 de izotopi radioactivi diferiti - a fost probabil de o mie de ori mai mare decat cantitatea eliberata dupa accidentul din 1979 de la Three Mile Island, in Statele Unite. Norul radioactiv care a rezultat s-a intins spre sud peste Marea Britanie si in Europa. Pe o raza de 500 kilometri patrati, fermierii au fost instruiti doua milioane de litri de lapte , aceasta intamplandu-se la doua zile , dupa ce radiatiile incepusera sa scape de sub control.

Linia oficiala din acel timp era de liniste totala. 25 de ani mai tarziu s-au admis ca fiind 33 de decese, urmare a accidentului.

Manifestarile patologice care apar in expunerile externe locale, imbraca diferite forme, in functie de doza si de regiunea expusa. Astfel, leziunile cutanate se manifesta prin disparitia temporara a pilozitatii la 4Gy, pana la radiodermite cu necroza la peste 25Gy. Expunerea la nivelul gonadelor duce la sterilizarea temporara pentru doze de 0,3Gy la barbati si de 3Gy la femei, ori definitiva la doze mai mari de 5-6Gy.

Efectele somatice precoce sunt si cele care apar ca urmare a expunerii embrionului uman la doze de peste 0,1Gy in primele 3 luni de sarcina sub forma malformatiilor congenitale, retardare mentala severa, dimensiuni crecute ale cutiei craniene, scaderea scorului de inteligenta, convulsii etc.

Efectele somatice tardive apar dupa o perioada de latenta si se manifesta in principal sub forma de leucemie sau cancer. Aceste efecte sunt de natura stochastica; demonstrarea relatiei cauza-efect este mult mai dificila. Probabilitatea producerii unui efect este proportionala cu doza de iradiere. Corelatia intre doza de iradiere si efectele induse se pot stabili numai in cazul unei populatii numeroase de indivizi expusi la radiatii. Ca efect biologic fara prag, care se manifesta la diverse doze de expunere, este citat cancerul radioindus; acesta poate apare la cateva luni pana la zeci de ani dupa expunere.

1.2.2. Efectele genetice (ereditare)

Apar in celulele germinale (sexuale) din gonade (ovar si testicul). Cercetarile au aratat ca aceste celule, in perioada de inmultire sunt sensibile la radiatiile ionizante, ceea ce explica actiunea mutagena. Aparitia unor mutatii letale sau subletale la descendenti se datoreaza unor efecte imediate ale radiatiilor ca: alterarea cromozomilor (translocatii, aparitia de extrafragmente), ruperea unor segmente de cromatina, alterarea chimica a codului genetic, fie prin actiunea radicalilor liberi asupra bazelor azotate ale acizilor nucleici, fie fie prin ruperea lantului acelorasi acizi datorita dezintegrarii H-3 sau C-14 in He si, respectiv, in N. Efectele genetice se manifesta ca boli ereditare si apar la descendentii persoanelor exuse la radiatii. Anomaliile genetice ereditare pot merge pana la modificari inaparente (predispozitie pentru diabet, hipertensiune arteriala, psihoze, cancere) pana la tulburari de dezvoltare si malformatii grave. Studiile epidemiologice populationale nu au pus in evidenta modificari statistic semnificative ale aparitiei efectelor ereditare in expunerea umana, principalele concluzii in acest sens fiind obtinute in studiile experimentale pe animale de laborator.

Carcinogeneza si efectele genetice sunt asociate cu expuneri la doze mici si pe perioade indelungate de timp, cum este cazul expusilor profesionali, pacientilor supusi tratamentelor medicale cu radiatii, persoanelor care locuiesc in zone cu radioactiviate naturala crescuta si mai ales persoanelor afectate de accidente nucleare.

Specialistii romani au efectuat diverse studii privind efectele radiatiilor asupra sanatatii la grupuri din populatie expuse la radiatii. Rezultatele obtinute nu au condus la concluzii privind relatia cauza - efect in expunerea la doze mici de radiatii.

In timpul unei iradieri accidentale este necesar, pentru a stabili diagnosticul si tratamentul, sa se cunoasca bine dozele primite si repartizarea lor. Tratamentele difera foarte mult in functie de durata de expunere si de intinderea iradierii. Pentru a le cunoaste, in anumite cazuri se reconstituie exact accidentul si se reproduce pe un manechin facut in 31 de transe de materiale echivaland tesuturile si oasele corpului uman si continand 320 dozimetre implantate la diverse nivele. O tehnica noua - dozimetria biologica - permite estimarea cantitativa precisa a daunelor suferite de organe si celule. Sunt detectate chiar modificarile cromozomice. Tratamentul este complex. Un transplant de maduva poate avea loc doar daca doza primita este omogena, alfel fiind exclus. Scopul este de a face sa creasca din nou numarul de globule albe, de a readuce tulburarile hemoragice si de a suprima anemia raspunzatoare de dificultatile respiratorii.

In concluzie, leziunile produse in urma interactiunii radiatiilor cu materia vie pot duce la moartea celulelor (efecte somatice immediate) cat si la transformari ulterioare care pot apare la individul iradiat (efecte somatice tardive) sau la descendenti(efecte genetice).

Celulele somatice si sexuale, in inmultirea lor, sunt sunt foarte sensibile la radiatii tocmai datorita distrugerilor provocate de radiatiile ionizate asupra cromozomilor. Astfel se explica marea vulnerabilitate a celulelor sexuale si actiunea sterilizanta rezultata in urma expunerii la radiatii ionizante. Sterilitatea poate fi partiala sau totala, reversibila sau definitiva, in functie de doza.

1.3. DOZA LETALA 50% (DL

Dozele mari de radiatii provoaca moartea indivizilor expusi la diverse intervale de timp de la expunere. Pentru evaluarea acestui efect se utilizeaza termenul de DL50. Acesta reprezinta doza teoretica de radiatii ionizante care poate produce moartea intr-un timp determinat a 50% din indivizii expusi. Iradierea experimentala a numeroaselor specii de plante si animale scot in evidenta o mare variabilitate a sensibilitatii fiintelor vii, respectiv a DL50.

Organismele cele mai rezistente la radiatiile ionizante sunt bacteriile iar cele mai sensibile sunt organismele cu sange cald (mamifere si pasari) (Fig.1)