Co promieniowanie z katastrofy nuklearnej robi z naszym ciałem?

Broń atomowa i wypadki nuklearne, takie jak te w Czarnobylu i Fukushimie, sprawiły, że wszyscy wiemy, że promieniowanie nuklearne może zabić.

Ale jak dokładnie promieniowanie wpływa na nasze ciało? I dlaczego promieniowanie czasami powoduje raka, a innym razem go leczy?

Promieniowanie jądrowe to energia wydzielana przez wszystkie pierwiastki promieniotwórcze, gdy rozpadają się one na bardziej stabilne atomy. I jest ono właśnie teraz wytwarzane w Tobie i wokół Ciebie.

Radioaktywne atomy we wszystkim – od skał po banany, a nawet nasze ciała – wydzielają energię, gdy rozpadają się do bardziej stabilnych form.

Nasze komórki mogą łatwo oczyścić wszelkie szkody wyrządzone przez to promieniowanie tła na niskim poziomie – średnio Australijczycy są narażeni na około 1.5 milisiwertów (mSv) promieniowania tła rocznie – ale jest to inna historia, jeśli jesteś narażony na dawki większe niż około 500 mSv.

Kombinacja tego, na jak duże promieniowanie jesteś narażony, jakiego rodzaju i jak często będzie określać wpływ na twoje komórki i tkanki.

Niskie dawki promieniowania jądrowego są bardziej skłonne do zmiany komórek poprzez modyfikację DNA, podczas gdy wysokie dawki mają tendencję do zabijania komórek.

Więc długotrwała ekspozycja na niskie dawki promieniowania zwiększa szanse zachorowania na raka, podczas gdy pojedyncza wysoka dawka szybko spowoduje natychmiastowe uszkodzenie komórek i tkanek – proces wykorzystywany skutecznie do zabijania komórek nowotworowych w radioterapii.

Bardzo wysokie dawki, takie jak te doświadczane przez pracowników w miejscu wypadków jądrowych (kilka tysięcy razy wyższe niż poziom promieniowania tła) powodują rozległe uszkodzenia, powodując szereg objawów znanych jako choroba popromienna. Ekstremalnie wysokie dawki mogą zabić w ciągu kilku dni lub tygodni.

Co to jest promieniowanie jądrowe?

Wysokoenergetyczne promieniowanie wydzielane przez rozpad promieniotwórczy może mieć postać cząstek o bardzo dużej prędkości (elektronów w przypadku promieniowania beta; dwóch protonów i dwóch neutronów w promieniowaniu alfa) lub fal (promieniowania gamma lub rentgenowskiego).

Niezależnie od formy, jaką przyjmuje, całe promieniowanie jądrowe ma wystarczającą energię, aby pozbawić elektronów atomy i cząsteczki, z którymi wchodzi w interakcje, dzięki czemu zyskało nazwę promieniowania jonizującego.

To właśnie ta właściwość pozbawiania elektronów (jonizowania) powoduje uszkodzenia naszych komórek i tkanek.

As well as generating heat, the removal of electrons can break chemical bonds. Kiedy to się dzieje w cząsteczce DNA, może to powodować mutacje, które mogą prowadzić do raka w dół toru. A jonizacja białka może namieszać w jego kształcie i funkcji – nie jest to coś, czego chcesz w cząsteczkach, które koordynują większość chemii w naszych komórkach.

Te efekty są spotęgowane, gdy cząsteczki wody (H2O) w naszych ciałach są zjonizowane do wysokoenergetycznych wolnych rodników OH- i H+, które mogą przejść do ataku na inne pobliskie cząsteczki i komórki.

Nasze ciała są pełne wody, a prawie wszystkie komórki mają DNA, ale niektóre komórki i tkanki są bardziej podatne na uszkodzenia spowodowane promieniowaniem jądrowym niż inne.

Które komórki ciała są najbardziej dotknięte promieniowaniem?

Komórki i organy, które są najbardziej dotknięte promieniowaniem jądrowym to te, które aktywnie się rozmnażają, ponieważ DNA jest bardziej narażone, gdy komórka jest w procesie podziału.

Komórki krwi mają najwyższy wskaźnik obrotu w naszym organizmie, więc tkanka, w której są produkowane – szybko dzielące się komórki szpiku kostnego – jest najbardziej podatna na uszkodzenie przez promieniowanie.

Uszkodzenie szpiku kostnego w wysokich dawkach – i całkowite jego zniszczenie w bardzo wysokich dawkach – upośledza nasz układ odpornościowy przez brak wymiany naszych białych krwinek.

Komórki wyściełające układ pokarmowy również szybko się dzielą, dzięki czemu mogą poradzić sobie z fizycznym i chemicznym atakiem związanym z trawieniem pokarmu. Uszkodzenie przewodu pokarmowego przyczynia się do wystąpienia objawów ostrego zespołu popromiennego u osób narażonych na wysokie dawki promieniowania.

Rozwijające się płody są oczywiście niezwykle podatne na promieniowanie, podczas gdy wolno dzielące się tkanki, takie jak komórki mięśniowe i nerwowe, są znacznie mniej wrażliwe.

A zdrowe tkanki i organy nie są jedynymi komórkami, które regularnie się rozmnażają – guzy to dosłownie kule komórek, które dzielą się poza kontrolą, dlatego radioterapia może być skuteczna w ich niszczeniu. Pomaga w tym również dobre ukrwienie guzów, ponieważ promieniowanie oddziałuje również z tlenem rozpuszczonym we krwi. Prowadzi to do wytwarzania wolnych rodników, które atakują pobliskie komórki, wzmacniając działanie promieniowania.

Narażenie na promieniowanie zewnętrzne to jedno, ale spożywanie cząstek radioaktywnych przenosi szkody na inny poziom.

Co się stanie, jeśli wdychasz cząstki radioaktywne lub połykasz skażoną żywność lub wodę?

Wdychanie lub połykanie materiałów radioaktywnych dostarcza źródło promieniowania bezpośrednio do twoich komórek, zwiększając ryzyko rozwoju raka w tkankach, w których się one gromadzą.

Radioaktywny jod (jod-131) wydmuchany do atmosfery przez wybuch w Czarnobylu w 1986 r. spowodował dużą liczbę przypadków raka tarczycy u ludzi, którzy pili skażone mleko (uwolniony w chmurach materiału radioaktywnego po wybuchu, jod – produkt uboczny reakcji rozszczepienia jądrowego – wylądował na polach, gdzie został połknięty przez krowy).

Jod jest niezbędny do normalnego funkcjonowania tarczycy, a z jego zdolności do przyciągania jodu gruczoł dostaje skoncentrowaną dawkę jodu-131, gdy skażone mleko jest pijany. Na szczęście, rak tarczycy jest uleczalny przez usunięcie gruczołu, choć całe życie suplementów hormonalnych następuje. Z okresem połowicznego rozpadu wynoszącym zaledwie osiem dni, poziom radioaktywnego jodu szybko spadł po wypadku, więc ryzyko narażenia spadło w ciągu kilku tygodni od katastrofy.

Nie tak z radioaktywnym izotopem cezu-137, który ma okres połowicznego rozpadu wynoszący 30 lat. Cez jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie, więc kiedy dostaje się do naszego krwiobiegu przez skażoną żywność lub wodę, rozprzestrzenia się po całym organizmie, a w szczególności koncentruje się w tkance mięśniowej. Nasze ciała w końcu przekształcają te tkanki, ale potrzeba trzech miesięcy, aby zmniejszyć ilość cezu w mięśniach o połowę, więc długotrwała ekspozycja na promieniowanie beta i gamma zwiększa szanse na rozwój raka w tych tkankach.

Z okresem połowicznego rozpadu 29 lat stront-90 dołącza do cezu-137 jako długotrwałe źródło szkodliwego promieniowania po wypadkach jądrowych.

Stront jest chemicznie bardzo podobny do wapnia, więc jeśli spożywasz żywność skażoną radioaktywnymi izotopami strontu, takimi jak stront-90, trafia on tam, gdzie zwykle trafia wapń – głównie do kości.

Dorośli gromadzą stront głównie na powierzchni kości, ale u dzieci może on być wbudowany w rosnącą kość. Promieniowanie beta wydzielane podczas rozpadu atomów radioaktywnych do bardziej stabilnych form może uszkodzić szpik kostny i prowadzić do raka kości.