Biološki efekti zračenja

Prolaz zračenja kroz živa bića izaziva promjene na živim stanicama, organima ili cijelom tijelu. Te promjene koje zračenje izaziva na živim tkivima nazivamo biološkim efektima zračenja. Prolaskom kroz tijelo zračenje ionizira molekule što može dovesti do promjena, oštećenja ili čak razaranja organskih makromolekula tijela. Ti fizikalno-kemijski procesi u tkivima mogu izazvati cijeli lanac bioloških promjena čiji je rezultat biološka reakcija na zračenje. Biološki efekti zračenja mogu se pojaviti na ozračenom pojedincu (somatski efekti), kao i u potomstvu ozračenog pojedinca ako se oštetio nasljedni mehanizam (genetski efekti).

Velikim dijelom biološki efekti zračenja ovise o primljenoj apsorbiranoj dozi tj. količini energije zračenja koja je apsorbirana u jedinici mase tijela. Jedinica za apsorbiranu dozu je grej (oznaka Gy). Biološki efekti zračenja ovise i o vrsti zračenja što se karakterizira faktorom kvalitete zračenja Q. Mjera za biološke efekte koja uzima u obzir njihovu ovisnost o apsorbiranoj energiji i vrsti zračenja je ekvivalentna doza. Ona je jednaka produktu apsorbirane doze i faktora kvalitete. Jedinica za ekvivalentnu dozu je sivert (oznaka Sv). Doze veće od 0,25 Sv uzrokuju promjenu krvne slike. Doze od 2 do 3 Sv izazivaju probavne smetnje i radijacijsku bolest, a u slučaju neliječenja moguća je i smrt. Doza od 4 Sv izaziva smrt u 50% slučajeva, a doza od 6 Sv rezultira 100% smrtnošću, osim uz posebno liječenje. Pri dozama od 8 Sv smatra se da je smrtnost 100% i pored liječenja. Biološki efekti zračenja ovise i o trajanju ozračivanja, raspodjeli doze po tijelu i osjetljivosti organizma. Linearna ovisnost bioloških oštećenja i doze zračenja potvrđena je za velike doze. Međutim, postoje dvojbe o učincima malih doza zračenja. Dapače, postoje indicije da male doze zračenja imaju pozitivno djelovanje. Preporučuje se da se izloženost zračenju svede na najmanju moguću mjeru, svakako reda vrijednosti prirodnog ozračivanja.

Pobudom ili ioniziranjem atoma u živoj stanici zračenje djeluje na životne funkcije stanice, a time i na živa tkiva, organe i organizme. Posljedica tog djelovanja je promjena funkcije stanice, poremećaj u diobi, promjene gena pa i smrt stanice. Djelovanje zračenja najčešće je štetno za tkiva, organe i organizme. Samo u malobrojnim slučajevima ozračivanjem se dobivaju neki korisni rezultati. Isto zračenje ne uzrokuje kod svih stanica isto djelovanje. Zato se razlikuje osjetljivost pojedinih vrsta stanica na zračenje, ali i individualna osjetljivost pojedinih stanica. Zbog razlike u osjetljivosti stanica velika je razlika u posljedicama ozračivanja različitih tkiva, organa i organizama. Općenito se može reći da su manje osjetljiva tkiva sastavljena od već diferenciranih stanica, prema tome starija tkiva i stariji organi, a mnogo su više osjetljive nediferencirane, mlađe stanice, dakle tkiva i organi koji se obnavljaju, prije svega unutrašnji organi, koštana srž, jajnici, sjemene stanice, očne leće, a posebno embrij. Biološki efekti zračenja mogu se pojaviti na ozračenom pojedincu (somatski efekti), kao i u potomstvu ozračenog pojedinca ako se oštetio nasljedni mehanizam (genetski efekti). Somatski efekti mogu biti rani i kasni. Kasni somatski efekti i genetski efekti slučajni su odnosno stohastički.

Velikim dijelom biološki efekti zračenja ovise o primljenoj apsorbiranoj dozi tj. količini energije zračenja koja je apsorbirana u jedinici mase tijela. Jedinica za apsorbiranu dozu je grej (oznaka Gy). Doza zračenja iznosi 1 grej ako energija apsorbirana u 1 kg materijala ili tkiva iznosi 1 džul. Ovisnost bioloških efekata zračenja o vrsti zračenja karakterizira se faktorom kvalitete zračenja Q. Faktor kvalitete zračenja Q je: 1 za X-zračenje, gama-zračenje i elektrone, 1-3 za termičke neutrone; 10 za protone, brze neutrone i jednostruko nabijene teže čestice; 20 za ?-čestice i višestruko nabijene čestice. Mjera za biološke efekte koja uzima u obzir njihovu ovisnost o apsorbiranoj energiji i vrsti zračenja je ekvivalentna doza. Ona je jednaka produktu apsorbirane doze i faktora kvalitete. Jedinica za ekvivalentnu dozu je sivert (oznaka Sv). Ekvivalentna doza omogućuje usporedbu i zbrajanje učinka različitih vrsta zračenja, ili zračenja iste vrste ali različitih energija, pri određivanju ukupnog biološkog efekta. Doze veće od 0,25 Sv uzrokuju promjenu krvne slike. Doze od 2 do 3 Sv izazivaju probavne smetnje i radijacijsku bolest, a u slučaju neliječenja moguća je i smrt. Doza od 4 Sv izaziva smrt u 50% slučajeva, a doza od 6 Sv rezultira 100% smrtnošću osim uz posebno liječenje. Pri dozama od 8 Sv smatra se da je smrtnost 100% i pored liječenja. Biološki efekti zračenja ovise i o trajanju i učestalosti ozračivanja, te o raspodjeli doze po tijelu. Utvrđeno je da je za srednje i velike doze odnos između primljene doze i bioloških efekata tog zračenja na ljudima linearan, što znači koliko je puta veća primljena doza toliko je puta veći i biološki efekt. Za područje malih doza odnos između primljene doze i njenih bioloških efekata nije poznat. Postoje sljedeće pretpostavke odnosa primljene doze i bioloških efekata za male doze: 1) pretpostavka linearne ovisnosti; 2) pretpostavka praga učinka; 3) pretpostavka linearno-kvadratične ovisnosti. Valja istaći da neke činjenice ukazuju na mogućnost pozitivnog djelovanja malih doza (tzv. radijacijska hormeza). Niti jedna od navedenih pretpostavki nije znanstveno utvrđena te se u praksi preporučuje smanjivanje izloženosti zračenju na najmanju moguću mjeru, svakako reda vrijednosti prirodnog ozračivanja.

Pretpostavljeni odnosi između malih doza zračenja i bioloških efekata:
1 linearna ovisnost, 2 ovisnost s pragom, 3 kvadratično-linearna ovisnost