Vad gör strålning från en kärnkraftskatastrof egentligen med våra kroppar?

Atomvapen och kärnkraftsolyckor som de i Tjernobyl och Fukushima har gjort att vi alla vet att kärnkraftsstrålning kan döda.

Men exakt hur påverkar strålningen våra kroppar? Och varför orsakar strålning ibland cancer och andra gånger botar den?

Kärnstrålning är den energi som avges av alla radioaktiva grundämnen när de bryts ner till mer stabila atomer. Och den produceras i och omkring dig just nu.

Radioaktiva atomer i allt – från stenar till bananer och till och med i våra kroppar – avger energi när de sönderfaller till mer stabila former.

Våra celler kan lätt rensa upp eventuella skador som orsakas av denna bakgrundsstrålning på låg nivå – i genomsnitt utsätts australiensare för ca 1.5 millisievert (mSv) bakgrundsstrålning per år – men det är en annan historia om du utsätts för doser som är större än cirka 500 mSv.

Kombinationen av hur mycket strålning du utsätts för, vilken typ av strålning och hur ofta avgör effekten på dina celler och vävnader.

Låga doser av kärnstrålning är mer benägna att förändra cellerna genom att modifiera DNA, medan höga doser tenderar att döda celler.

Därmed ökar långvarig exponering för låga strålningsdoser oddsen för att drabbas av cancer, medan en enstaka hög dos snabbt orsakar omedelbar skada på celler och vävnader – en process som används effektivt för att döda tumörceller vid strålbehandling.

Väldigt höga doser som de som arbetare vid kärnkraftsolyckor utsätts för (flera tusen gånger högre än bakgrundsstrålningsnivån) orsakar omfattande skador, vilket resulterar i en rad symtom som sammantaget kallas strålsjuka. Extremt höga doser kan döda på dagar eller veckor.

Vad är kärnstrålning?

Den högenergistrålning som avges vid radioaktivt sönderfall kan ta formen av partiklar med mycket hög hastighet (elektroner vid betastrålning, två protoner och två neutroner vid alfastrålning) eller vågor (gamma- eller röntgenstrålning).

Oavsett vilken form den tar har all kärnstrålning tillräckligt med energi för att avlägsna elektroner från atomer och molekyler som den interagerar med, vilket ger den namnet joniserande strålning.

Det är denna elektronavskiljande (joniserande) egenskap som skadar våra celler och vävnader.

Som att generera värme kan avskiljandet av elektroner bryta kemiska bindningar. När detta sker i en DNA-molekyl kan det orsaka mutationer, vilket kan leda till cancer längre fram. Och om ett protein joniseras kan det ändra sin form och funktion – inte något man vill ha i de molekyler som samordnar det mesta av kemin i våra celler.

Dessa effekter förvärras när vattenmolekyler (H2O) i våra kroppar joniseras till de högenergirikala fria radikalerna OH- och H+, som kan fortsätta att angripa andra molekyler och celler i närheten.

Våra kroppar är fulla av vatten och nästan alla celler har DNA, men vissa celler och vävnader är mer känsliga för skador från kärnstrålning än andra.

Vilka celler i kroppen påverkas mest av strålning?

De celler och organ som påverkas mest av kärnstrålning är de som aktivt reproducerar sig, eftersom DNA:t är mer utsatt när cellen håller på att dela sig.

Blodceller har den högsta omsättningshastigheten i våra kroppar, så den vävnad där de produceras – de snabbt delande cellerna i benmärgen – är mest mottaglig för strålningsskador.

Skadorna på benmärgen i höga doser – och fullständig förstörelse av den i mycket höga doser – försämrar vårt immunförsvar genom att våra vita blodkroppar inte ersätts.

Långvarig exponering för lägre doser kan leda till cancerartade DNA-mutationer i benmärgen, vilket kan leda till blodcancer leukemi hos personer som exponeras genom arbete eller plats.

Cellerna som kantar matsmältningssystemet är också snabbdelande, så att de kan klara av det fysiska och kemiska angrepp som det innebär att smälta vår mat. Skador i mag-tarmkanalen bidrar till symtomen på akut strålningssyndrom hos personer som utsätts för höga doser.

Foster under utveckling är förstås otroligt känsliga för strålning, medan vävnader som delar sig långsamt, till exempel muskel- och nervceller, är betydligt mindre känsliga.

Och det är inte bara friska vävnader och organ som regelbundet reproducerar sig. Tumörer är bokstavligen bollar av celler som delar sig okontrollerat, och det är därför som strålbehandling kan vara effektiv för att förstöra dem. Den goda blodtillförseln som matar tumörer hjälper också, eftersom strålningen interagerar med det lösta syret i blodet också. Det leder till produktion av fria radikaler som angriper de närliggande cellerna, vilket förstärker strålningens effekt.

Exponering för extern strålning är en sak, men att inta radioaktiva partiklar tar skadan till en annan nivå.

Vad händer om man andas in radioaktiva partiklar eller sväljer kontaminerad mat eller vatten?

Inandning eller sväljning av radioaktiva ämnen levererar strålkällan direkt till cellerna, vilket ökar risken för att cancer ska utvecklas i de vävnader där de samlas.

Radioaktiv jod (jod-131) som blåstes ut i atmosfären vid explosionen i Tjernobyl 1986 orsakade ett stort antal fall av sköldkörtelcancer hos människor som drack kontaminerad mjölk. (Efter att ha släppts ut i molnen av radioaktivt material som följde på explosionen landade jodet – en biprodukt från kärnklyvningsreaktioner – på åkrar där det svaldes av kor).

Jod är viktigt för sköldkörtelns normala funktion, och med sin förmåga att attrahera jod får körteln en koncentrerad dos av jod-131 när kontaminerad mjölk dricks. Tack och lov kan sköldkörtelcancer behandlas genom avlägsnande av körteln, även om en livstid av hormontillskott följer. Med en halveringstid på bara åtta dagar sjönk nivån av radioaktivt jod snabbt efter olyckan, så risken för exponering minskade inom några veckor efter katastrofen.

Inte så med den radioaktiva isotopen cesium-137, som har en halveringstid på 30 år. Cesium är mycket lösligt i vatten, så när det kommer in i vårt blodomlopp via kontaminerad mat eller vatten slutar det med att spridas i hela kroppen och koncentreras särskilt i muskelvävnad. Våra kroppar omvandlar så småningom dessa vävnader, men det tar tre månader att halvera mängden cesium i våra muskler, så den långvariga exponeringen för beta- och gammastrålning ökar risken för att cancer ska utvecklas i dessa vävnader.

Med en halveringstid på 29 år sällar sig strontium-90 till cesium-137 som en långvarig källa till skadlig strålning efter kärnkraftsolyckor.

Strontium är kemiskt mycket likt kalcium, så om du får i dig mat som är kontaminerad med radioaktiva strontiumisotoper som strontium-90, hamnar det där kalcium normalt sett skulle hamna – i första hand i benen.

I vuxna ackumuleras strontium främst på ytan av benen, men hos barn kan det införlivas i själva det växande benet. Den betastrålning som avges när de radioaktiva atomerna sönderfaller till mer stabila former kan skada benmärgen och leda till bencancer.