Promienie rentgenowskie zostały wykryte w 1895 r. przez Wilhelma Conrada Roentgena. W 1901r. uzyskał on za to wykrycie nagrodę Nobla.
Promieniowanie Roentgena, noszą nazwę promieniowania jonizującego, gdyż poprzez oddanie swojej energii wytwarzają jony. Dla organizmów żywych te jony mogą być szkodliwe, gdyż prowadzi to do zakłócenia przemian biochemicznych warunkujących prawidłowe funkcjonowanie organizmu i do zmian strukturalnych komórek. Promieniowanie jonizujące powoduje radiolizę wody, czyli jej rozkład na jony pod wpływem promieniowania. W wyniku tego procesu powstają wolne rodniki, które mogą reagować ze związkami wchodzącymi w skład komórki, powodując zakłócenia w jej funkcjonowaniu. Niektóre zakłócenia mogą zostać skorygowane dzięki autoregulacyjnym właściwościom organizmu, inne zmiany są nieodwracalne i prowadzą do obumarcia komórek. Czułość tkanki ludzkiej na promieniowanie jonizujące zmienia się w szerokich granicach. Najczulsze są organy krwiotwórcze i tkanki rozrodcze, najmniej czułe są mózg i mięśnie. jeśli ułożyć tkanki według zmniejszającej się czułości, to otrzymamy kolejno następujący szereg: tkanka limfatyczna, nabłonek jąder, szpik kostny, nabłonek żołądkowo – jelitowy, jajniki, skóra, tkanka łączna, kości, wątroba, trzustka, nerki, nerwy, mózg i mięśnie.
Skutki napromieniowania dużymi dawkami
Typowym skutkiem poważnych uszkodzeń jest choroba popromienna. Objawy ostrej choroby popromiennej występują w kilka do kilkudziesięciu godzin po napromieniowaniu. Im krótszy jest okres utajenia objawów, tym cięższy przebieg choroby. Składają się na nią między innymi mdłości, bóle i zawroty głowy, ogólne osłabienie organizmu, zmiany we krwi, biegunki, niedokrwistość, obniżenie odporności i wypadanie włosów. W zależności od stopnia uszkodzeń choroba popromienna może zakończyć się śmiercią lub przejść w fazę przewlekłą ze stopniowym wyniszczeniem organizmu.
W wyniku przewlekłej choroby popromiennej dochodzi do:
– rozwoju nowotworów złośliwych
– przyspieszonego starzenia się organizmu i skrócenia długości życia,
– bezpłodności (zwykle tymczasowej),
– uszkodzenia genomu komórek płciowych (co zwiększa ryzyko wystąpienia wad wrodzonych potomstwa),
– zaburzeń hormonalnych,
– zaćmy.
W nieco mniejszych dawkach napromieniowany organizm może nie wykazywać żadnych wykrywalnych objawów przez bardzo długi okres czasu po ekspozycji. Wiadomo, że skutki tego rodzaju napromieniowań mogą istnieć w formie utajonej i rozwijać się stopniowo. Mogą ujawniać się nawet po kilkudziesięciu latach.
Skutki napromieniowania małymi dawkami w celach medycznych
Diagnostyka medyczna wiąże się często z napromieniowaniem małymi dawkami. Obszerne studia prowadzone na pacjentach dorosłych, poddanych napromieniowaniu w celach diagnostycznych nie wykazały wzrostu zachorowań, a wręcz przeciwnie. W szczególności przy bardzo małych dawkach (poniżej kilku mSv) aktywacja procesów obronnych przez promieniowanie powoduje zwiększenie odporności organizmu na inne zagrożenia, występujące w normalnych procesach metabolicznych. Na przykład rośnie skuteczność usuwania toksyn, takich jak aktywne utleniacze, co chroni DNA przed uszkodzeniem. Podczas gdy liczba uszkodzeń DNA wskutek procesów metabolicznych sięga miliona dziennie w każdej komórce, liczba uszkodzeń radiacyjnych w komórce przy małych mocach dawki promieniowania, np. 1 mSv/rok, wynosi około 0,005 na dzień. Podobnie jak uszkodzenia powodowane metabolizmem, uszkodzenia radiacyjne są usuwane lub naprawiane, tak że liczba mutacji pozostających po procesach naprawy biologicznej redukowana jest do około 0,000 0001 na komórkę na dzień, a więc jest miliony razy mniejsza niż z powodu procesów metabolicznych. Uszkodzenia radiacyjne obejmują jednak większa frakcja podwójnych uszkodzeń nici DNA, powodujących niebezpieczeństwo błędnej naprawy i zainicjowania procesów kancerogennych. Pomimo to, prawdopodobieństwo uszkodzenia podwójnego z powodu promieniowania jest tysiąc razy mniejsze niż wskutek procesów metabolicznych. Tymczasem napromienienie małymi dawkami pobudza biologiczne mechanizmy obronne w naszym organizmie. Ma to skutki wielokrotnie przewyższające minimalny względny wzrost zagrożenia organizmu przez małe dawki promieniowania.
Przy bardzo małych mocach dawki nie dostrzega się żadnych ujemnych skutków napromieniowania tkanki, ponieważ uszkodzone komórki nie są naprawiane, lecz eliminowane drogą apoptozy, czyli zaprogramowanej śmierci tych komórek, w których występują nie naprawione uszkodzenia DNA. Wg Francuskiej Akademii Nauk, “Eliminacja tych uszkodzonych komórek zabezpiecza organizm przed potencjalnymi złośliwymi nowotworami”.
Przy dawkach powyżej kilku mSv, ale poniżej około 100 mSv, aktywowane są mechanizmy obronne, tak że komórki uszkodzone wskutek wszystkich przyczyn są eliminowane lub naprawiane przez procesy o wysokiej efektywności. Skuteczność pobudzania tych procesów obronnych rośnie z dawką, tak że w zakresie kilkunastu i kilkudziesięciu mSv może występować efekt redukcji uszkodzeń komórki wywołanych procesami.
jednakże uszkodzenia powodowane przez promieniowanie mają inny charakter niż uszkodzenia powodowane przez metabolizm:
– frakcja uszkodzeń podwójnych nici DNA jest wyższa,
– występują skupiska uszkodzeń powodowane przez rodniki wodorotlenowe,
– rozkład uszkodzeń komórkowych jest bardziej heterogeniczny.
Przy większych dawkach, powyżej 100 – 200 mSv, koncentracja uszkodzonych komórek rośnie i procesy naprawcze DNA mogą przebiegać z błędami, których prawdopodobieństwo rośnie z mocą dawki. Błędy w naprawie DNA mogą prowadzić do przeżycia komórek uszkodzonych i zapoczątkowania nowotworu.
Powyżej 500 mSv tempo rozmnażania komórek rośnie, by zrekompensować utratę komórek uszkodzonych przez promieniowanie. Szybkie dzielenie komórek przeszkadza w procesach naprawczych i rośnie prawdopodobieństwo błędnej naprawy i rozwoju nowotworu.
Te różnice w procesach naprawczych tłumaczą, czemu przy małych dawkach wpływ promieniowania może być pozytywny dla zdrowia, chociaż przy dużych dawkach jest on negatywny. Badania i oceny procesów naprawy biologicznej są bardzo trudne i wciąż nie znamy w pełni ich uwarunkowań.
