*

Radiobiologia ca obiect. Sarcinile principale ale radiobiologiei.Radiaia ionizant este un instrument foarte comod de a studia bazele vieii. n natur nu exist fenomen care s nu fie supus aciunii modificatoare a radiaiilor ionizante, deoarece energia lor ntotdeauna depete energia legturilor intra- i intercelulare.Din aceste considerente radiobiologia necondiionat reflect toate domeniile biologiei. Foarte diferite pot fi obiectele de studiu ale radiobiologiei: macromolecule, fagi, virusuri, organisme inferioare, culturi celulare, tisulare i organismale, organisme pluricelulare vegetale i animale, omul, populaia, biocenozele. Sarcina principal a radiobiologiei ca obiect este elucidarea legitilor generale a reaciei biologice de rspuns de la aciunea radiaiei ionizante n baza crora s-ar putea de dirijat cu reaciile organismului de la iradiere. Sarcina acesta este foarte grea deoarece pentru soluionarea ei este necesar de a nelege i depi paradoxul radiobiologic general, care const n necorespunderea mrimii (valorii) foarte mici de energie absorbit i manifestarea extrem a reaciei biologice, chiar pn la efectul letal.

*n pofida faptului existenei n natur a deosebirilor colosale de radiosensibilitate ale unor obiecte aparte, iradierea cu doza de 10 Gy omoar toate mamiferele. Ce semnific aceast doz dup energia sumar absorbit de organism la iradiere? Dac o transformm n energie termic ar nsemna creterea temperaturii corpului omenesc cu 0,001, adic mai puin dect de la un pahar cu ceai.Am putea s ne ntrebm: ci atomi sunt supui ionizrii la iradierea de 10 Gy? Exemplu: la iradierea continu a unei substane, similare dup densitate cu un esut viu, cu o intensitate care provoac efect letal, atunci jumtate din atomii si se vor transforma n ioni tocmai peste 1000 de ani. Cauzele acestui fenomen de ce o cantitate infim de energie absorbit n organism provoac o catastrof - constituie enigma paradoxului radiobiologic, descoperirea cruia ar putea revoluiona sarcina de baz a radiobiologiei. Pentru aceasta este necesar de a atrage informaii i metode dintr-un ir de discipline adiacente: fizic, chimie, biochimie, fiziologie, patologie, genetic i citologie.

*n procesul studierii multiplelor efecte radiobiologice au fost create metode experimentale specifice sisteme model la nivele moleculare, celulare i de organism. Prezena sarcinii principale care constituie obiectul radiobiologiei i a metodelor proprii de cercetare, o determin ca o disciplin tiinific complex, independent, cu legturi strnse cu un ir de domenii teoretice i aplicative de cunoatere (fig. 1). Uneori la radiobiologie sunt atribuite metodele radioizotopice de cercetare.Particularitile radiobiologiei: Disciplin strict experimental verificarea experimental a postulatelor i afirmaiilor.Necesitatea efecturii cercetrilor la toate nivelele de organizare biologic de la molecular la populaional. Extrapolarea iminent a rezultatelor asupra nivelelor superioare. Studiul metodelor de dirijare artificial a reaciilor organismelor biologice i a omului de la iradiere cu ajutorul diferitor factori modificatori. Ca tiin independent radiobiologia a nceput s se consolideze la mijlocul secolului trecut dup descoperirile unicate ale fizicii nucleare energiei atomice i posibilitii obinerii ei prin fisiunea atomilor de uraniu. Astfel radiobiologia este o disciplin complex, independent cu prezena direciilor clare de cercetare.

*

*

Tipurile de radiaii ionizante

Radiaiile ionizante sunt formate din a)radiaiile nucleare i b) radiaiile X (rntgen): a) Radiaiile nucleare sunt radiaiile pe care le emite nucleul atomic att spontan ct i n urma reaciilor nucleare. b) Radiaiile X sunt emise de electroni, fie la trecerea lor pe nivele profunde ale atomului, fie prin frnarea electronilor liberi de mare energie. Aceste radiaii au energie mare i n urma interaciei lor cu materia pot ioniza atomii, datorit acestui fapt purtnd numele de radiaii ionizante.

Totalitatea efectelor radiaiilor ionizante asupra materiei vii constituie efectul radiobiologic cu studiul cruia se ocup radiobiologia.

*Mecanismul apariiei efectului radiobiologic este extrem de complex. Pentru instaurarea lui este necesar mai nti ca materia vie s interacioneze cu radiaiile ionizante, n termeni fizici aceast afirmaie traducndu-se prin existena unui transfer de energie de la radiaia ionizant la la materia vie. Aceasta este prima etap din mecanismul efectului radiobiologi: etapa fizic care dureaz foarte puin, un timp mai mic de 10-10 s. n aceast etap atomii i moleculele care au primit energie se ionizeaz sau se excit. n a doua etap din mecanismul apariiei efectului, etapa chimic, atomii i moleculele ionizate se recombin, cele excitate se dezexcit, producnd, n general, radicali liberi. Lund n consideraie faptul c n materia vie predomin apa, cei mai frecveni radicali liberi care apar n aceast etap sunt radicalii liberi obinui n urma radiolizei apei. i aceast etap dureaz foarte puin.

Primele dou etape nu sunt caracteristice materiei vii.

*

Specificitatea de aciune asupra materiei vii ncepe cu etapa a treia a mecanismului de apariie a efectului. n aceast etap radiacalii liberi din etapa chimic interacioneaz cu macromoleculele de interes biologic inactivndu-le. Aceast etap poate dura foarte mult. Totalitatea acestor efecte biochimice la organismul viu conduce la apatiia unor modificri vizibile macroscopic pe organismul viu n cea de-a patra treapt de realizare a efectului radiobiologic etapa biologic. Acest etap, specific i ea lumii vii dureaz foarte mult timp i poate afecta mai multe generaii succesive.

Toate radiaiile ionizante dup natura lor se divizeaz n 2 categorii: electromagnetice i corpusculare.

Prima categorie radiaiile electromagnetice de mare energie (frecven mare, lungime de und mic): radiaiile i radiaiile X.

*

Radiaiile . Sunt radiaii electromagnetice de mare energie (mai mare dect ordinul de mrime al KeV) emise de ctre nucleul atomic atunci cnd nucleonii (neutronii i protonii) constitueni se restructurizeaz trecnd prin de pe nivelele excitate pe nivelele fundamentale. Acerast restructurare are loc dup reacii nucleare n urma crora nucleonii au rmas pe nivele energetice excitate.

Radiaiile X. (sau rntgen). Sunt radiaii electromagnetice de mare energie, identice ca proprieti cu radiaiile , dar a cror origine este diferit; apar n urma tranziiei electronilor ntre diferite nivele energetice. Ele pot fi produse de ctre instalaiile clasice de producere a radiaiilor X.

*O a doua categorie de radiaii ionizante sunt radiaiile corpusculare ncrcate electric. Sunt formate din particule sau grupuri de particule cu masa de repaus diferit de zero, ncrcate electric. Ele sunt:

Radiaiile . Sunt nuclee de heliu, formate din doi protoni i doi neutroni. Cel mai frecvent sunt utilizate radiaiile produse de radionuclizi de la sfritul tabelului lui Mendeleev (elemente transuranice i elemente radioactive naturale). n radioactivitatea artificial radiaiile sunt extrem de rare i de lipsite de importan din punctul de vedere al radiobiologiei.

Radiaiile . Sunt formate de electroni emii de ctre nuclee. Aceti electroni apar n urma transfomrii spontane a unui neutron din nucleu ntr-un proton, un electron i un antineutrin (particul neutr, fr mas de repaus). Electronul i antineutrinul prsesc nucleul mprindu-i energia eliberat n dezintegrare.

*

Radiaiile +. Sunt formate din electroni pozitivi (pozitroni sau antielectroni) emii de ctre nuclee. Acest tip de radioactivitate este caracteristic doar radioactivitii artificiale. Pozitronul apare n interiorul nucleului n urma transformrii spontane a unui proton ntr-un neutron, un electron pozitiv i un neutrin.

Fluxul de electroni. Sunt fluxuri de electroni accelerai obinui cu ajutorul acceleratoarelor de particole. Ele sunt fluxuri de particole practic monoenergetice.

Fluxul de nuclee accelerate. Sunt nuclee de mare energie obinute de la acceleratori de particole (ciclotroane, sincrofazotroane etc.) Utilizarea lor este este extrem de costisitoare.

Neutronii. Sunt particule fr sarcin electric, cu masa de repaus apropiat de cea a protonilor. Sunt constitueni ai nucleului atomic. Se pot obine prin fisiunea elementelor grele sau prin reacii nucleare.

*CAPACITATEA DE PENETRARE A RADIAIILOR IONIZANTE I PARTICULARITILE LOR DE INTERACIUNE CU MATERIA.

Adncimea de penetrare a radiaiei ionizante depinde: n primul rnd de natura radiaiei, sarcina particulelor componente, energia fotonului de iradiere, n rindul doi de componena i densitatea substanei iradiate.

RADIAIILE ELECTROMAGNETICE

Fotonii iradierii i X au o capacitate de penetrare cea mai mare. Probabilitatea ca aceste radiaii s fie absorbite de esut este mic, deaceea ele ptrund adnc n esut. Distana medie de ptrundre n substan depinde n cea mai mare msur de densitatea ei. Aceast distan este minimal n materiale de tipul Pb, utilizat de obicei n calitate de ecrane de protecie.

*

Exist trei mecanisme de baz de schimb de energie a radiaiei electromagnetice: efectul fotoelectric, efectul Compton i formarea perechilor electron-pozitron.

Efectul fotoelectric nsoete de obicei iteraciunea rigid a radiaiei electromagnetice cu substana. Energia fotonului este abosbit n totalitatea de ctre substan, drept rezultat se obin electroni liberi care posed o anumit energie cinetic, mrimea creia este egal cu energia cuantului de iradiere minus energia de ieire a cestui electron. Electronul liber se asociaz cu cu atomul neutru dnd natere unui ion negativ.

Efectul fotoelectric este caracteristic numai pentru radiaia X cu lungime de und mare. Aportul su la interaciune este proporional cu numrul Z a nucleelor atomilor (~ Z3).

*

Cu creterea energiei de iradiere probabilitatea apariiei fotoefectului scade foarte tare i pentru iradierile cu energia mai mare de 1 MeV aportul su n interaiune poate fi neglijat; un rol important n acest caz l are alt modalitate de schimb de energie efectul Compton. n cadrul acestui efect are loc mprtierea fotonului de radiaie de ctre electronul atomului, cruia i este transmis numai o parte din energia fotonului. Partea de energie rmas este purtat de un foton nou care se creaz n rezultatul acestei interaciuni.

Al treilea tip de interaciune a radiaiei cu substana se caracterizeaz prin posibilitatea transformrii cuantelor cu energie mare (< 1,02 MeV) ntr-o pereche de particule electron i pozitron. Acest proces este provocat de ciocnirea cuantului cu una dintre particule ncrcate, de exemplu cu nucleul atomului n cmpul creia i se formeaz perechea electron-pozitron. Aportul relativ al acestui tip de interaciune se schimb proporional Z2 i de aceea pentru elementele grele el este mai mare, dect pentru cele uoare.

Astfel, n dependen de energia radiaiei cztoare predomin unul sau alt tip de interaciune cu substana. n majoritatea cazurilor la iradierea obiectelor biologice energia radiaiei electromagnetice utilizate se afl n diapazonul 0,2 2 MeV, de aceea cea mai mare probabilitatea o are efectul Compton.

*RADIAIILE CORPUSCULARE

Particule ncrcate. Mecanismul de transmitere a energiei particulelor ncrcate este unul i acelai. La trecerea prin substan particula ncrcat pierde energia sa, provocnd ionizarea i excitarea atomilor pn n momentul cnd rezerva de energie scade i particula pierde capacitatea de ionizare.

n dependen de semnul sarcinii particulei la penetrarea substanei ea sufer interaciuni electrostatice, apropiinduse sau deprtnduse de nucleele ncrcate pozitiv cu eletronii ncrcai negativ. Cu cit masa particulei n micare este mai mare, cu att mai puin ea deviaz de la direcia iniial. Din aceast cauz traseul de zbor al protonilor i a particulelor nucleare mai grele practic este direct liniar, iar traiectoria electronilor este puternic curbat datorit risipirii lor pe orbite i ndeosebi n rezultatul atragerii ctre nucleele atomilor. Acest tip de interaciune a particulelor uoare uneori este numit risipire elastic multipl, care are loc la trecerea electronului cu energie mare n apropiere de nucleu. Astfel viteza electronului scade i o parte din energie scade; procesul este nsoit cu eliberare de fotoni de iradiere de frnare.

n afar de distana de parcurgere radiaiile corpusculare i electromagnetice se deosebesc prin distribuirea spaial a actelor de ionizare provocate de ele.

O alt mrime care caracterizeaz interacia particulelor ncrcate electric cu materia este pierderea liniar de energie (PLE). Se msoar n uniti tolerate MeV/cm sau MeV/. PLE depinde de masa particulei ncrcate: cu ct masa ei este mai mare energia cedat la o ciocnire va fi mai mare, deci PLE va fi mai mare. De asemenea PLE depinde de materialul cu care interacioneaz radiaia, iar pentru un material dat, de densitatea lui, deci de starea lui de compactare.

n dependen de valoarea PLE toate radiaiile ionizante, inclusiv i electromagnetice, sunt divizate n radiaii cu ionizare dens i radiaii cu ionizare rar

*

La radiaiile cu ionizare rar se refer toate radiaiile electromagnetice i fluxurile de electroni, iar la cele cu ionizare dens fluxurile de protoni, deutroni i particule ncrcate mult mai grele.

PLE este proporional cu numrul de ioni produi de particula ncrcat pe unitatea de lungime parcurs. Aceast mrime poart numele de ionizare liniar. Cu ct PLE este mai mare cu att ionizarea linear va fi mai mare, iar organismului vegetal i va fi mai greu s restaureze leziunile radioinduse. Dup cum vom vedea mai departe eficacitatea biologic relativ (EBR) depinde de mrimea ionizrii lineare, deci de PLE.

Deci electronii care au masa cea mai mic vor produce n unitatea de lungime parcurs un numr de ioni mai mic dect protonii, care la rndul lor vor produce pe unitatea de lungime parcurs un numr de ioni mai mic dect particulele alfa. Deci ionizarea linear produs de electroni este inferioar ionizrii lineare produse de protoni, care la rndul ei este inferioar ionizrii lineare produs de radiaia alfa.

*

Electronii mai au un mecanism specific de interacie cu substana obinerea radiaiei X de frnare. Electronul de energie cinetic mare mpactnd un material compact nu interacioneaz doar cu electronii unui singur atom din material. El este respins de un cmp electric intens produs al ntregului material cu care interacioneaz. n aceste condiii electronul este violent frnat i astfel el poate s scape de energia cinetic prin emisia unui foton sau a mai muli fotoni X. Aceti fotoni au energia cuprins ntre zero i energia maxim a electronilor care le-au dat natere.Neutronii. Neutronii sunt caracterizai prin existena unei mase de repaus absolut comparabil cu a protonilor i de inexistena sarcinii electrice. n interacia particulelor ncrcate cu materia cedarea de energie se face prin interacii electrostatice (coulombiene) ntre sarcini. La neutroni interaciile coulombiene nu se manifest, neutronii fiind neutri din punct de vedere electric. Singurul cmp de fore care-i face pregnant simit prezena este cmpul de fore nuclear. Datorit acestui fapt, unicul mod de interaciune a neutronilor cu materia este ciocnirea cu nucleele din care este format materialul int.

*

Ciocnirile neutronilor cu nucleele materialului int sunt de dou categorii: ciocniri elastice i ciocniri inelastice.

n primul caz ntre neutronul incident i nucleul int are loc un schimb de energie cinetic, astfel ca suma energiilor cinetice a particulelor participante la ciocnire, nainte de ciocnire s fie egal cu suma energiilor cinetice dup ciocnire. Deci ca n timpul coicnirii s nu existe transfer de energie cinetic n energie potenial care s duc la restructurarea materialului nuclear a materialului int.

n cazul ciocnirii inelastice suma energiilor cinetice nainte i dup ciocnire difer, avem transfer de energie cinetic spre energie potenial, care duce la reorganizarea materialului nuclear al intei. Un caz particular de ciocnire inelastic este captura neutrinului incident de ctre nucleele int, neutronul captat intr n structura nucleului ciocnit, cedndu-i complet energia sa cinetic. n urma reaciei de captur se formeaz, n general, un nucleu intermediar, metastabil (cu timp de via foarte scurt), care se dezexcit emind fotoni .

*

Ca msur a probabilitii de apariie a ciocnirii elastice sau inelastice i cazului particular de captur se folosete seciunea eficace (), care poate fi interpretat ca mrimea suprafeei centrate pe nucleul int prin care dac trece un neutron produce o ciocnire elastic, respectiv o ciocnire inelastic, cu cazul su particular de captur. n ciocnirea elastic neutronul este deviat de la direcia iniial, n ciocnirea inelastic el dispare ca entitate, deci prin oricare din aceste fenomene de ciocnire neutronul dispare din fluxul incident.Probabilitatea de ciocnire inelastic crete cu scderea energiei neutronului incident. n foarte multe cazuri n urma capturii neutronului incident ia natere un nucleu radioactiv artificial, deci o nou specie nuclear care va emite ea nsi, ealonat n timp, radiaii nucleare. De exemplu, dintre elementele frecvent ntlnite n materia vie 23 11Na capteaz neutroni termici i se transform n 24 11Na care este un radionuclid artificial.

*

Prin iradiere cu neutroni termici materia vie devine radioactiv prin activarea unor nuclizi ai urmtoarelor elemente: sodiu, potasiu, calciu, magneziu, cobalt, cupru, fier, zinc, nichel, etc. Aceast activare este n msur mai mic sau mai mare n funcie de mrimea seciunii eficace de captur a neutronilor termici de nucleele int.Dup mrimea energiei se deosebesc patru tipuri de neutroni: Neutronii rapizi cu energia mai mare 100 KeV (de obicei neutronii care se formeaz n reactoarele nucleare la divizarea nucleelor de 235U).Neutronii intermediari au energia de la 100 pn la 1 KeV. Neutronii leni cu energia mai mic de 1 KeV.Neutronii termici care posed energia micrii termice, care la temperatura camerei constituie n total aproape 0,025 eV.

Cea mai mare semnificaie n radiobiologie o au neutronii rapizi. Toi ceilali, care se formeaz pe msura frnrii n esuturi a neutronilor rapizi, la fel contribuie la procesul general de absorbie a energiei.

*

Mezonii particule elementare ncrcate negativ cu masa ce depete de 273 ori masa electronului. Sunt obinui prin metode speciale de focusare la sicrociclotroane care generaz fluxuri de protoni cu energia aprox. 700 MeV. - Mezonii posed o capacitate unical de a interaciona cu nucleele atomilor. Aceste particule cu energiile 25-100 MeV parcurg toat calea n esuturi pn la frnarea deplin aproape fr interaciuni nucleare. La finele cii de parcurgere aceste particule cu probabilitatea de 100 % sunt acaparate de nucleele atomilor din esuturi. Astfel n nucleu este adus o energie foarte mare, egal cu masa de repaus a -mezonului (140 MeV), de regul fiecare act de absorbie a -mezonului este nsoit de distrugerea nucleului i zborul din el a neutronilor, protonilor precum i a particulelor cu ionizare dens, cum ar fi particulele , ionii de Li, Be, B etc. care creeaz local emanri puternice de energie (microexplozii) n nemijlocita apropiere de locul captrii. Acest particularitate important a -mezonilor a servit ca baz pentru nceputul lucrrilor de utilizare a lor n terapia radiativ a tumorilor canceroase.

*

n concluzie putem meniona c toate tipurile de radiaii ionizante n particular sau prin intermediere provoac excitarea sau ionizarea atomilor sau moleculelor sistemelor biologice. ns la iradierea obiectelor cu diferite tipuri de radiaii ionizante apar diferite efecte biologice, att din punct de vedere cantitativ ct i calitativ, care sunt legate cu repartizarea spaial a energiei degajate n microvolumul iradiat, altfel spus cu PLE i cu caracterul interaciunii.*

DOZA, UNITI DE MSUR A DOZELOR

Gsirea unui sistem de mrimi i uniti capabil s msoare efectele biologice provocate de aciunea radiaiilor ionizante asupra organismului uman este o problem foarte dificil. Aceasta rezid din faptul c, spre deosebire de senzaii, diferitele efecte radiobiologice care apar nu ajung n contiina noastr, se produc cu mare ntrziere n timp, iar regenerarea celulelor iradiate se face n general lent i foarte inegal, ntregul proces depinznd de natura esutului precum i de starea fizic, psihic i ereditar a organismului n cauz etc.

Pe baza unor ipoteze tiinifice, s-au dezvoltat n timp dou sisteme de mrimi i uniti, menite s realizeze legturi ntre factorul fizic activ i efectele biologice generate: sistemul roengenologic i sistemul radiobiologic.

*

Sistemul roengenologic. n trecut, pentru evaluarea efectelor biologice datorate radiaiilor electromagnetice penetrante (X sau ) cu energii pn la 3MeV, s-a utilizat sistemul roengenologic, care se baza pe msurarea ionizrii n aer. Folosirea aerului ca mediu absorbant constituie principala deficien a sistemului roengenologic, deoarece nu d nici o indicaie precis relativ la ionizarea esutului iradiat.

Mrimea fundamental a sistemului este doza. n cazul expunerii la radiaii X sau , doza se refer la cantitatea de radiaie msurat prin ionizare, respectiv prin numrul de perechi de ioni produi ntr-o anumit mas de aer n condiii normale.

Unitatea de msur a acestei doze este coulombul pe kilogram (Ckg-1). n practic se mai utilizeaz temporar, ca unitate de msur, roentgenul (R).

*

Roentgenul (R) reprezint doza de expunere la radiaii X sau a crei emisie corpuscular produce n 1,29310-6 kg de aer uscat, ionii purtnd sarcina de 1/3109 coulombi pentru fiecare semn: 1 R = 2,5797610-4 C kg-1 ~ 258 C kg-1 Valoarea 1,29310-6 se refer la masa de 110-3 m3 de aer uscat n condiii normale. Sistemul radiobiologic.n prezent pentru evaluarea efectelor biologice , s-a renunat la principiul ionizrii aerului i s-a introdus noiunea de doz, care desemneaz cantitatea de energie a radiaiilor absorbit de un mediu. Aceast noiune este nsoit de un calificativ, ca de exemplu: doza absorbit, echivalent de doz, echivalent de doz efectiv, echivalent de doz efectiv angajat, echivalent de doz efectiv colectiv.

*

Doza absorbit (D) reprezint energia cedat de radiaia ionizant unitii de mas a esutului. Astfel spus, ea exprim raportul dintre cantitatea de energie medie d cedat de radiaia ionizant ctre cantitatea de mas dm a unei substane: dD = ----- [Gy] Dm Unitatea dozei absorbite n SI este gray (simbol Gy), dup numele unui svant britanic i ea se exprim n Joul pe kilogram: 1 Gy = 1 Jkg-1n practic se folosesc submultiplii grayului, cum este microgray-ul (Gy): 1 Gy = 10-6 Gy

*

n trecut se folosea unitatea de msur numit rad (Radiation Absorbed Doza), care se definete ca doza de 100 ergi absorbit de ctre un gram de substan iradiat, sau doza de 110-2 Jouli absorbit de 1 kg substan iradiat:

1 rad = 100 ergig-1 = 10-2 Jkg-1

Conversia ntre gray i rad este dat de relaiiile:

1 Gy = 100 rad 1 rad = 0,01 Gy ~ 1 cGy

Deoarece doze absorbite egale de diferite tipuri de radiaii nu dau efecte biologice egale, s-a introdus o nou mrime fizic numit echivalentul dozei.

*

Echivalentul dozei (H) se refer la doza absorbit ponderat n funcie de periculozitatea fiecrui tip de radiaie, reprezentnd produsul dintre doza absorbit (D) i factorul de calitate (Q), care ine cont de eficacitatea radiaiei de a produce efecte reale:

H = DQN [Sv], unde N este un alt factor de corecie, care n mod curent are valoarea 1.Unitatea de msur a echivalentului de doz n SI este sievert (simbol Sv) dup numele unui savant suedez i ea se exprim n Jouli pe kilogram: 1 Sv = 1 Jkg-1 n mod curent se folosete submultiplii sievertului, cum ar fi milisievert-ul (mSv) i microsievert-ul (Sv): 1 mSv = 10-3 Sv 1 Sv = 10-6 Sv

*

n trecut s-a utilizat ca unitate de msur a dozei biologice, rem-ul (Rad Equivalent Man)

1 rem = 10-4 Jkg-1 = 10-2 Sv1 Sv = 100 rem Pentru a avea o idee despre ceea ce nseamn o doz de 1 Sv, se arat c ea corespunde cu 1/20 din doza medie primit la o radiografie pulmonar sau cu diferena de doza primit de la radiaia cosmic prin mutarea de la etajul nti la al aptelea. De asemenea, ea corespunde cu 1/10 parte din doza primit n cursul unei cltorii cu un avion cu reacie pe distana Londra-Madrid.

*

Factorul de calitate (Q) pondereaz doza absorbit (D) n funcie de echivalentul de doz (H) i ine cont de faptul c la energii egale comunicate unui organism, efectele biologice variaz dup natura radiaiilor. Factorul de calitate al radiaiei (Q) se definete ca raportul dintre o doz de radiaii standard i doza de radiaii luat n discuie care administrat materiei vii produc efecte biologice identice.

Ca radiaii standard se iau radiaiile produse de o tensiune acceleratoare de 200 kV, filtrate cu un strat de Cu de 0,5 mm grosime. n general, pentru toate radiaiile X i gama, indiferent de energia lor, factorul de calitate al radiaiei este unitar.

*

Valorile factorului de calitate mediu n funcie de diferiteletipuri de radiaii primare*

* valori de calcul n protecia contra radiaiilor ionizante

*

Tipul radiaieiFactorul de calitate al radiaiei (Q)Radiaii X i Radiaii i +Neutroni termici Protoni acceleraiNeutroni rapizi Radiaii 115101020

Transferul liniar de energie (TLE) (Linear Energy Transfer) este transferul de energie pe micron de traiectorie, urmate de particulele ionizante i se exprim n keV/m. El are valori variabile n funcie de tipul radiaiilor ionizante, fiind cu att mai mare cu ct numrul de ionizri pe unitatea de lungime este mai mare.

Echivalentul dozei are importan deoarece ine cont de modul n care un anumit tip de radiaie ionizant i distribuie energia n esut, influennd prin aceasta eficacitatea producerii de efecte biologice reale. Astfel, dac n cazul radiaiilor X, , pentru care factorul de calitate (Q) este egal cu unitatea, respectiv grayul i sievertul numeric sunt egale, n cazul radiaiilor , deoarece Q=20, o doz de 1 Gy radiaie corespunde la un echivalent al dozei de 20 Sv.

*

Plecnd de la aceste considerente se poate afirma c, n realitate, echivalentul dozei se manifest ca un indicator al riscului n cazul iradierii unui anumit esut la diferite tipuri de radiaii.

Lund n considerare echivalentul dozei pentru fiecare organ sau esut important al corpului i nmulindu-l cu un factor de pondere corespunztor riscului de cancer fatal asociat cu acel organ i fcnd suma ponderat a acestor echivaleni ai dozei, se obine echivalentul dozei efectiv.

*

Echivalentul dozei efectiv (HE) este un indicator general al riscului pentru sntate, n cazul expunerii la orice tip de radiaie, un echivalent al dozei ponderat n funcie de susceptibilitatea la mbolnvire a diferitelor esuturi, fiind definit de relaia HE = W H [Sv] n care H este valoarea medie a echivalentului dozei n esut (), iar W - este un factor de pondere denumit i coeficient de risc, reprezentnd proporia din detrimentul total datorat efectelor biologice stohastice (efecte somatice trzii, fr prag), la iradierea uniform a ntregului corp. Valorile coeficienilor de risc sunt prezentate n tabelul de mai jos.

*

Ponderile factorului de risc

*

esutul sau organulFactorul de risc, WTGonade (testicule, ovare)Piept (sni)Mduva osoasPlmniTiroidSuprafaa oaselorRestul organismuluiTot corpul0,250,150,120,120,030,030,031,00

*

*

Problema radiosensibilitii n Radiobiologie

n scurt timp dup descoperirea aciunii biologice a radiaiilor ionizante a fost stabilit, c fiecare obiect biologic poate fi ucis cu acest agent. ns dozele de iradiere care duc la moartea diferitor organisme variaz n limite foarte mari. Pentru unele este de ajuns cteva zeci, pe cnd pentru altele sunt necesare mii de grei. Altfel spus, fiecrei specii biologice este caracteristic msura proprie a sensibilitii la aciunea radiaiei ionizante, care i caracterizeaz radiosensibilitatea sa.

Gradul de radiosensibilitate al organismelor este foarte larg, cuprins ntre 0,0001 Gy, doz necesar pentru a modifica creterea ciupercii Phycomyces blakesleeanus (Forssberg, 1941) i aproape 2104 Gy, doz necesar pentru a omor algele albastre-verzi (ncr. Cyanophyta), cele mai radiorezistente (Kraus, 1969).

Un exemplu evident de radiosensubilitate joas pot fi bacteriile depistate n canalul reactorului nuclear american, debitul dozei n care era de ~ 12 Gy/s, iar doza absorbit n timp de 24 ore constituia ~ 106 Gy. n aceste condiii nu numai c nu mureau dar i se nmuleau, din care cauz au i fost numite Micrococcus radiodurens micrococul radiorezistent.

Plantele superioare prezint radiosensibilitatea mai mare dect algele, rezistena lor la radiaii fiind ns diferit. Radiosensibilitatea seminelor este cuprins ntre 20 Gy (doz la care seminele de Lilium regale practic nu mai germineaz) i 640 Gy (doz la care seminele de ridichi i varz snt practic neafectate; Bacq i Alexander,1963). Dozele mici de radiaie aplicate seminelor (n general pn la 20-80 Gy) sau plantelor aflate n diferite stadii de vegetaie, stimuleaz uneori creterea.

Dintre plantele superioare, gimnoispermele prezint radiosensibilitatea cea mai mare (DL50= 4-6 Gy) care poate fi comparat cu aceea a mamiferelor (DL50 fiind doza de radiaii care provoac moartea a 50% din indivizii iradiai). Datele diferitor autori despre radiosensibilitatea diferitor obiecte biologice DL50.

Denumirea speciei Doza, Gy Denumirea speciei Doza, Gy Mgar 2,0-3,8 Hrciog 9,0-10,0 Oaie 1,5-2,5 Psri 8,0-20,0 Om 2,5-3,5(?) Peti 8,0-20,0 Cine 2,5-3,0 erpi 80,0-200,0 Maimue 2,5-6,0 Insecte 10,0-100,0 oareci 6,0-15,0 Drojdii 300,0-500,0 obolani 7,0-9,0 Plante 10,0-1500,0 Iepure 9,0-10,0 Inferioare 1000,0-3000,0

Pe msura dezvoltrii cercetrilor respective se acumulau date tot mai noi care demonsreaz un diapazon enorm al radiosensibilitii n natur.

Gradul de radiosensibilitate variaz foarte puternic n cadrul unei specii (radiosensibilitate individual), iar pentru un individ anume depinde la fel de vrst i sex. n afar de aceasta, chiar n cadrul unui organism exist diferene ntre radiosensibilitatea diferitor celule i esuturi, i de rnd cu cele sensibile (sistemul hematopoietic, epiteliul mucoasei intestinului subire) exist i esuturi rezistente (muscular, nervos, osos), care sunt numite radiorezistente.

Problema radiosensibilitii ocup locul principal n radiobiologie. De remarcat, c cunoaterea naturii i mecanismelor de reglare a radiosensibilitii naturale are nu numai o semnificaie teoretic enorm n plan general biologic, dar i sugereaz cele mai importante rezultate practice, direcionnd spre posibilitatea dirijrii artificiale cu reaciile esuturilor iradiate diminuarea lor, n cazul protejrii organismului, ori a amplificrii selective la iradierea tumorilor.

Reacia celulelor la iradiere. Radiosensibilitatea celular. n rezultatul iradierii, care impacteaz absolut toate structurile intracelulare, n celule pot fi nregistrate o multitudine de reacii. Gradul de manifestare a reaciilor depinde de faptul la care etap a ciclului vital a celulei a avut loc iradierea. n continuare vom precuta noiunile generale despre ciclul vital celular.A fost stabilit c sinteza ADN n celul are loc n interfaz, ocupnd n cadrul ei o anumit perioad de timp. Acest fapt a permis de a diviza interfaza n 3 perioade:

1. perioada de sintez a ADN (perioada S)2. perioada presintetic (G1)3. perioada postsintetic (G2).

Mitoza, a patra perioad a ciclului este notat prin M. Durata ciclului vital sau mitotic timpul dintre dou diviziuni alternative este compus din duratele fiecrei perioade, care variaz la diferite esuturi, i capt urmtorul ir: M < G2 < S < G1

n esuturile activ proliferative (epiteliul intestinelor, mduva osoas, pielea, etc.) precum i n tumorile rapid cresctoare i cultura esuturilor durata ciclului constituie de la 10 la 48 ore. Cele mai lungi sunt perioadele G1 i S, iar cea mai scurt mitoza- se finalizeaz n majoritatea cazurilor n timp de 30-60 minute.

De menionat c multe reacii celulare de la iradiere sunt uor suportate de ctre celul, deoarece sunt drept consecin a lezrii multiplelor structuri, pierderea crora uor se restabilete sau pur i simplu trec neobservate. Astfel de reacii celulare trectoare de la iradiere sunt numite efecte fiziologice sau cumulative. La acestea sunt atribuite diferite dereglri ale matabolismului, inclusiv inhibarea schimbului nucleinic sau a fosforilrii oxidative, lipirea cromozomilor etc.

De regul, reaciile de tip cumulativ se manifest n perioadele imediat urmtoare dup iradiere i cu timpul dispar. Cea mai universal reacie stoparea (inhibarea) temporar a diviziunii celulare, numit adesea n literatur blocarea radiaional a mitozelor. Acest efect este folosit pentru inhibarea creterii tumorale.

A fost demonstrat c timpul de frnare a diviziunii depinde strict de doza de iradiere ionizant i se manifest la toate celulele din populaia iradiat indiferent de soarta uneia sau alteia din celule va supravieui sau deceda.

Durata de reinere a diviziunii celulelor depinde foarte mult i de perioada ciclului vital al celulelor n care are loc iradierea; cea mai de lung durat este cnd iradierii sunt supuse celulele n perioada de sintez a ADN sau n cea postsintetic, i cea mai de scurt durat la iradierea n mitoz, cnd majoritatea absolut a celulelor ncepnd mitoza, o finalizeaz fr ntrzieri.

Reaciile letale ale celulelor. Formele de moarte celular.

nc n 1906, la nceputul studiului aciunii biologice a radiaiilor ionizante, cercettorii francezi I. Bergonie i L. Tribondo au remarcat, c radiosensibilitatea esutului este proporional cu activitatea proliferativ i invers, proporional cu gradul de difereniere a celulelor componente. Aceast legitate a fost foprmulat de ei n form de regul, importana fenomenologic a crei este valabil i astzi, nectnd la unele excepii de la ea.

n radiobiologie prin moartea celular sau efectul letal al radiaiei se nelege pierderea de ctre celul a capacitii de proliferare. Celule supravieuitoare sunt considerate acelea care i-au pstrat capacitatea de a se nmuli nelimitat, cau de a forma clone.

Exist 5 tipuri de forme de moarte celular: pn la divizarea celulei (sub raz),fr divizare,dup prima divizare,n urmtoarele divizri, moartea unei pri de celule n divizare din populaie.

Aceste 5 forme de moarte celular n raport cu legtura dintre efectul letal i procesul de divizare pot fi grupate n dou forme de baz. Primele dou se unesc n forma de moarte interfazic sau intercinetic, iar ultimele trei n mitotic sau reproductiv. Cea mai rspndit n natur este forma reproductiv de inactivare radiaional a celulelor.

Cauza principal de moarte reproductiv a celulelor sunt aberaiunile structurale ale cromozomilor care apar de la aciunea radiaiei. V-om meniona principalele aberaiuni cromozomiale: fragmentarea cromozomilor, formarea punilor cromozomice, dicentricilor, cromozomilot inelari, apariia schimburilor intra- i extracromozomiale, etc.

Evaluarea gradului de impactare poate fi efectuat prin dou tipuri de analiz meta- i anafazic.

Numrul de celule cu restructurri cromozomiale sunt utilizate foarte des n calitate de indice cantitativ a radiosensibilitii

Conceptele teoretice despre mecanismul aciunii biologice a radiaiei ionizante Asupra dezvoltrii radiobiologiei ca tiin a influenat esenial apariia ipotezelor i conceptelor despre natura efectelor radiobiologice a radiaiilor ionizante. Multe dinte ele au astzi doar o semnificaie istoric. Unele, ns, sau dovedit a fi perfecte i rezultative i s-au pstrat pn astzi, suferind unele perfecionri. n primul rnd la acestea se refer conceptele despre aciunea direct i indirect a radiaiei i principiile lovirii i intei. Un aport mare la dezvoltarea acestor principii la avut savantul rus N.V. Timofeev-Resovschii.

Principiul lovirii i teoria intei

La baza schimbrilor provocate de radiaiile ionizante n sistemele biologice stau dou mecanisme de baz:

*

aciunea direct, de la care molecula sufer schimbri nemijlocit de la radiaie la trecerea prin ea a fotonului sau a particulei ncrcate, iar aciunea nociv este legat de actul de de excitare i ionizare a atomilor i macromoleculelor; aciunea indirect, cnd molecula primete energie care duce la schimbarea sa, provocat de radioliza apei sau a substanelor dizolvate, dar nu de energia radiaiei absorbit de nsi molecule.

Etapa primar a aciunii radiaiilor ionizante asupra organismului reprezint un lan de fenomene alternative care au loc n celulele sale, printre care putem meniona urmtoarele etape. La prima etap fizic, care dureaz 10-15-10-13 s., are loc absorbirea energiei radiaiei i interaciunea ei cu substana. La a doua etap fizico-chimic, care se finalizeaz n primele 10-13-10-10s., apar radicalii liberi primari. n a treia etapa chimic, care se finalizeaz n primele 10-6 -10-3s., are loc interaciunea ionilor cu radicalii, apar radicalii liberi secundari i peroxizii, precum i are loc interaciunea tuturor acestor produse cu substanele i structurile celulei organismului.

*

Savanii nc n anii 30 ai secolului trecut s-au ciocnit cu paradoxul aciunii biologice a radiaiei ionizante: neconcordana dintre cantitatea infim de energie de iradiere absorbit de celul i efectul biologic mare provocat. La explicaia acestui paradox n biologia cantitativ au fost formulate principiile lovirii i intei.Unul din primii pai n dezvoltarea acestor principii a fost facut de F. Dessauer (1922). Ipoteza propus de el a cldurii punctuale presupunea c efectul biologic mare provocat de o energie nu prea mare se explic prin faptul, c aceast energie se acumuleaz n volume mici, provocnd o nclzire microlocal. Astfel c repartizarea cldurii punctuale este ntmpltoare, atunci i efectul final n celul va depinde de nimerirea ntmpltoare a poriunilor discrete de energie n microvolumele biologic importante din celul - inte. n baza experienelor cantitative efectuate, F. Dessauer a presupus c reaciile radiobiologice au loc numai n cazul cnd n celul a avut loc un numr anumit de loviri n int. *

Utilizarea principiului lovirii sau ipotezei cldurii punctuale a fost demonstrat numai asupra mecanismelor fizice primare de pornire care apar mai departe n substana iradiat.Principiul lovirii i teoria intei elaborate n baza lui i-a gsit dezvoltare n lucrrile lui J. Crouter, D.E. Lea, K. G. Zimmer, N.V. Timofeev-Resovschii etc. La modul general analiza cantitativ, bazat pe principiul lovirii, const n faptul c curbele doza-efect obinute n experiene sunt interpretate n baza urmtoarelor principii fizice:- radiaiile ionizante transport energia n form discret; - actele de interaciune (lovire) nu depind unul de altul i se supun repartizrii puasonice; - efectul studiat apare atunci cnd numrul de loviri ntr-o oarecare zon sensibil, aa numita int, este egal cel puin cu n.

*

Reieind din principiile teoriei clasice a intei numrul de loviri trebuie s fie direct proporional cu doza de iradiere. Deaceea ntr-un diapazon determinat de doze numrul de ine afectate este strict proporional dozei, sau numrului de loviri, deoarece sunt nimerite numai o mic parte din cantitatea total; n legtur cu aceasta dependena efectului de doz poart caracter de linie dreapt. Cu creterea dozei de iradiere probabilitatea afectrii uneia i aceleai inte din contul a ctorva loviri crete i pn la urm poate depi numrul total de inte.

Astfel, cu toate c numrul total de loviri este proporional cu doza, eficacitatea lor scade i cantitatea intelor afectate crete mai lent, apropiindu-se asimptotic de 100%. Altfel spus, numrul de uniti viabile cu creterea dozei scade n progresie geometric, care grafic se exprim printr-o curb exponenial. *

A fost stabilit c anume molecula de ADN este inta primar att a aciunii directe ct i a celei indirecte a radiaiilor ionizante, impactarea creia provoac oarecare reacii nespecifice n celul, de exemplu mutaii ale unor gene aparte, dereglri n schimbul de substane i decesul. Aceast afirmaie este postulat n radiobiologie ca principiul lovirii i teoria intei.

La aplicarea dozelor de iradiere utilizate n cadrul radiobiologiei probabilitatea nimeririi particulei sau fotonului n aceast int intracelular, vital important, este foarte mic. Anume din aceste considerente teoria intei nu poart un caracter universal i nu explic toate efectele biologice care apar de la aciunea radiaiilor ionizante.

Ipoteza radiotoxinelor

Studiul schimbului de substane n organismul iradiat a demonstrat c n el pot s se acumuleze substane care posed activitate toxic, unele dintre care au fost numite radiotoxine.

Conform uneia dintre ipoteze, naintate de B.N. Tarusov i Iu.B. Kudreaov (1962), la aceti compusi se refer aa numitele radiotoxine lipidice.

Radiotoxinele lipidice sunt depistate n toate organismele deja n primele ore de la iradiere. A fost demonstrat c de la aciunea lor se frneaz diviziunea celulelor, se remarc impactarea cromozomilor, deregleaz sinteza multor compui i n genere schimbul de substane caracteristic pentru boala actinic, precum i alte efecte radiobiologice, de la stimularea radiaional pn la aciunea mutagenic.

Kuzin A. M. i colaboratorii (1964) dau preferin altei clase de substane toxice care se acumuleaz n organism la iradiere fenolilor i produselor de oxidare a lor: orto- i semi-hinonilor. Avnd n vedere posibilul mecanism de formare i aciune a radiotoxinelor de natur fenolo-hinoid, autorii propun urmtoarea consecuitate a proceselor:

n momentul iradierii n celule se formeaz radicali actvi ai biosubstratului care declaneaz reaciile de oxidare a fenolilor intracelulari, n primul rnd a tirozinei;

produsele oxidrii formate activizeaz tiroxinaza, i posibil ali fermeni, contribuind astfel la apariia n cantiti considerabile a orto-hinonilor;

radiotoxinele hinosimilare sunt absorbite de nucleele celulelor, suprim sinteza ADN, inhib deviderea, creterea i dezvoltarea celulelor, provoac mutaii, iar n concentraii nalte, care apar la dozele nalte de iradiere, duc la moartea celulelor i a organismului.

A fost demonstrat c radiotoxinele de natur fenolic, separate din obiectele vegetale i animale, sunt identice dup proprietile chimice i aciunea toxic: introducerea radiotoxinelor din plante la animale i invers induceau n organisme tot spectrul de efecte radiobiologice.

Uneori ipoteza radiotoxinelor este contrapus teoriei intei. Dar pentru aceasta nu exista nici o baza. Acestea ocup diferite nivele n lanul lung de dezvoltare a proceselor de impactare radiaional complementndu-se una pe alta:- teoria intei descrie mecanismul impactrii la etapele iniiale de absorbie a energiei, -iar ipoteza radiotoxinelor descrie evenimentele care se deruleaz mai trziu, legate de realizarea leziunilor la nivel biochimic i denaturarea caracterului reaciilor de schimb.

Ipoteza structural-metabolic

Aceast ipotez elaborat de Kuzin A. M. este n mare msur dezvoltarea ipotezei radiotoxinelor. La baza ei stau noiunile precum c de la aciunea radiaiilor ionizante n organism se dezvolt nu numai procesele legate cu reaciile radiochimice primare i secundare, dar i cu formarea substanelor toxice, care lezeaz macromoleculele biologic semnificative, i n primul rnd molecula de ADN.

Cu alte cuvinte, efectele radiobiologice de baz sunt nu numai consecinele lovirii ntmpltoare de ctre particulele ionizante a structurilor unicale ori a interaciunii produselor radiolozei apei cu macromoleculele biologic importante, dar i rezultatul proceselor radiobiochimice n dezvoltare, care duc la sporirea concentraiei substanelor biologic active toxice, care la fel interacioneaz cu ADN nucleului celulelor.

Ipoteza structural-metabolic remarca, c absorbia energiei n momentul iradierii, interaciunea ei i a produselor oxidrii primare cu substanele celulei este nceputul proceselor de deviere a metabolismului i acumulrii nespecifice a produselor toxice, care peste un timp oarecare duc la lezarea structurilor intracelulare unicale. Probabilitatea formrii acestor produse i cantitatea lor crete odat cu creterea dozei de iradiere.

Cele expuse permit de a concluziona c toate ncercrile actuale de a explica din punct de vedere teoretic mecanismul efectelor biologice ale radiaiei ionizante, poart, la general, un caracter ipotetic i deocamdat nu pot da un rspuns echivoc despre natura paradoxului radiobiologic de baz neconcordana dintre cantitatea energiei absorbite i reacia organsmului.

EFECTELE BIOLOGICE ALE RADIAIILOR IONIZANTE

Dup cum cunoatem, principalul act de interaciune a radiaiilor ionizante cu materia, inclusiv cu substanele celulelor organismelor vii, este ionizarea, n cadrul creia are loc ruperea electronilor de la atomi, drept rezultat are loc inducerea diferitor reacii chimice i biologice n esuturi i organe.

Radiaia nalt energetic de natur electromagnetic i corpuscular este capabil s rup oricare legtur chimic i s induc n celule reacii chimice de lung durat, atrgnd n procesele de dezvoltare a impactrii radiaionale o mulime de macromolecule, neafectate nemijlocit de iradiere.

La etapele incipiente ale leziunii actinice are loc interacia radiaiilor cu substanele din celule, care duce la realizarea energiei absorbite, fapt ce determin aciunea biologic a radiaiei ionizante, afectarea radiaional i moartea organismului. De menionat c procesele radiobiologice ce decurg n celul la acest nivel de organizare a viului, sunt la fel att pentru mamifere, ct i pentru plante i alte organisme.

Dar cu siguran cele mai evidente deosebiri n aciunea radiaiilor ionizante asupra plantelor i animalelor se manifest n cazul evalurii acestor reacii asupra organismului n ntregime. Au fost descrise tot felul de anomalii de cretere i dezvoltare a diferitor organisme, schimbri morfologice a organelor separat i a organismului n ntregime, dereglarea diferitor reacii fiziologice i biochimice, schimbri ereditare, decesul, etc. Toate aceste fenomene au primit denumirea de efecte radiobiologice.

EFECTELE RADIOBIOLOGICE

De obicei sunt delimitate dou clase de baz de efecte radiobiologice somatice i genetice. La cele somatice sunt atribuite schimbrile care au loc n organism n decursul ontogenezei perioada dezvoltrii individuale a individului; la cele genetice care se realizeaz n urmtoarele generaii.

Printre efectele somatice se disting cinci tipuri de baz: schimbri morfologice, boala actinic, mbtrnirea rapid imicorarea duratei de via i decesul. stimularea radiaional, Efectele genetice, sau mutagenice creeaz o clas separat.

*Stimularea radiaional

Stimularea radiaional a plantelor. Descris pentru prima dat de Maldinei M. i Tuvinen K. n a. 1898, dup 3 ani dup descoperirea razelor rentgen, efectul de urgentare a germinrii seminelor iradiate cu razele X. Acest efect la diferite culturi se manifest diferit, dozele stimulative variaz n limite diferite att pentru semine, ct i pentru germeni, i se afl n dependen de nu numai de cultur dar i de soi, chiar i de partida de semine. De remarcat c pentru germeni i plantele n vegetaie aceste doze sunt mult mai mici de cteva ori, uneori chiar i de un ordin dect pentru semine.Dozele stimulative de radiaie gama pentru seminele i germenii unor culturi agricole

CulturaSemine, GyGermeni, GyMazre30,35-0,5Porumb5-100,5-1,0Gru5-81,0-1,5Tomate5-100,5-1,5In7,5-103,0Ridiche103,0Castravei32,0

Kuzin A. M. (1977) remarc o manifestare undular caracteristic n timp pentru efectul de stimulare. Seminele iradiate germineaz mai repede, ns dup 2-3 zile germineaz i cele de la martor, astfel stimularea se niveleaz. Apoi plantele experimentale cresc mai repede n nlime i n rdcini, depind cu 20-30% martorul. Cu naintarea n procesul de cretere apare iar o nivelare, n perioada de formare a organelor generative iari se manifest efectul de stimulare, la fel i la coacerea fructelor. n final la strngerea roadei productivitatea plantelor experimentale adesea depete martorul cu 10-20% i mai mult.Astfel de efecte sunt observate i la iradierea cronic a plantelor n timpul ntregii perioade de vegetaie.Care ar fi cauzele care provoac acest efect la plante? Muli savani remarc activizarea multor procese biochimice. A fost demonstrat c la aciunea dozelor stimulative n plante crete coninutul fitohormonilor-activatori ai auxinelor, giberelinelor i citochininelor care conduc n final la activarea proceselor metabolice, n final ducnd la urgentarea creterii i dezvoltrii plantelor.

*

Stimularea radiaional a animalelor. Despre aciunea stimulativ a radiaiilor ionizante asupra organismului animal se poate de concluzionat dup aceleai criterii ca i la iradierea plantelor urgentarea sau amplificarea unor funcii ca creterea, dezvoltarea, productivitatea.

Cele mai interesante pot fi cercetrile privind iradierea cu doze stimulative a oulelor de gin, puilor i ginilor. A fost demonstrat c iradierea oulelor pn la incubare, n perioada de incubare de o singur dat sau n decursul ntregii perioade de incubare cu dozele de la 1 pn la 5 R duce la sporirea eclozrii puilor, micorarea pierderilor de pui, urgentarea cu 10-12 zile a perioadei i calitii de ouat la general. Iradierea puilor cu dozele de 0,25 Gy duce la sporirea supravieuirii lor, urgentarea proceselor de cretere, maturitii sexuale, nceputului perioadei de depunere a oulelor. Iradierea ginilor mature cu doza de 5 R, conform unor cercettori (Belov A.D., Pak V.V., 1983) duce la sporirea cu 18% a depunerii de ou.

*

Date veridice despre efectele de stimulare asupra animalelor sunt foarte puine. Unele experiene au fost efectuate asupra obolanilor i oarecilor. Date interesante au fost obinute la iradierea cu doze mici a lapilor i icrelor de pete, cu 9-10 zile fa de martor sporea ecluzarea larvelor de pete.

*

EFECTE RADIOBIOLOGICE ASUPRA OMULUI

Imediat dup descoperirea radiaiilor roentgen i apoi a radioactivitii, s-a sesizat i caracterul periculos al RI, n cazul folosirii neraionale. Pionierii roentgenografiei au cunoscut pe propria piele aciunea radiaiilor ionizante, iar dup descoperirea radioactivitii, primele victime au aprut n 1920, n SUA n rndul muncitorilor care aplicau vopsele luminoase pe cadranele ceasornicelor. Acestora li s-au adugat savanii Marie Curie i Irene Joliot-Curie, renumii cercettori n domeniul radioactivitii, care au decedat dup grele suferine, de leucemie radioindus. Dar cele mai mari victime s-au nregistrat n urma exploziilor bombelor atomice, lansate de ctre SUA, asupra Japoniei, la Hiroima i Nagasaki.

Particularitile efectelor biologiceIndiferent de urmrile provocate de impactul radiaiilor ionizante cu organismul viu, aciunea biologic prezint unele particulariti i anume: organismul omenesc nu este dotat cu un organ de sim care s sesizeze prezena radiaiilor ionizante, iar efectul biologic nu este vizibil n momentul iradierii; efectele biologice sunt cumulative i nu au un caracter particular care s ne permit deosebirea de efectele aprute altfel dect prin iradiere; modificrile i simptomele evolueaz lent dup iradiere. Unele sunt imediate sau precoce i apar dup un rgaz de la cteva ore pn la cteva sptmni. Altele sunt ntrziate i survin dup mai muli ani (leucemia), dup mai multe zeci de ani (cancerul fatal) sau pot provoca efecte genetice.

n realitate, efectele biologice produse de aciunea radiaiilor ionizante asupra fiinelor, n special a omului, sunt rezultatul unei lungi serii de fenomene care se declaneaz la trecerea radiaiilor prin organismele vii.

Clasificarea efectelor biologice

n prezent efectele nocive ale radiaiilor ionizante asupra fiinelor, n special a omului, a descendenilor si i asupra umanitii n general se clasific n dou categorii: efecte nestochastice i efecte stochastice.

Efectele nestochastice sunt efecte imediate (precoce), cu prag, reversibile i imperfect aditive. Fiind caracterizate de o relaie de cauzalitate determinat ntre doz i efect, ele apar atunci cnd doza primit depete o anumit valoare de prag.

Valoarea pragului pentru un anumit efect poate varia n jurul unei valori medii de la un individ la altul i n funcie de condiiile de iradiere. n general, efectele nestochastice apar destul de repede n timp, fiind efecte imediate (precoce), iar vtmrile provocate de ele sunt cu att mai mari cu ct doza este mai mare.

Avnd caracter reversibil, exist posibilitatea regenerrii unor esuturi, iar dozele administrate ntr-un timp lung nu sunt perfect aditive. De aceea, pentru evitarea producerii lor, are mare importan administrarea fracionat a dozelor de radiaii.

Printre efectele nestochastice se numr:

leziunile nemaligne ale pielii, cataracta, hipolezia medular care antreneaz o deficien hematologic i vtmrile provocate celulelor gonadelor cu repercusiuni asupra fertilitii.

Efectele stochastice sunt ntotdeauna efecte somatice trzii, fr prag, ireversibile i aditive. Apariia lor urmeaz o relaie probabilistic doz-efect, aparent la ntmplare, de unde i numele stochastic. Altfel spus, dintr-o populaie aflat ntr-o zon de radiaii, efectele stochastice apar numai n unele cazuri individuale, aparent la ntmplare.

Printre ele se numr efectele somatice care se manifest cu ntrziere, sub form de afeciuni maligne (cancer) i efecte genetice (ereditare) ce apar la descendeni. Practic ntre momentul iradierii i al apariiei bolii maligne pot trece ani sau zeci de ani.

Fiind relaii liniare, ntre frecvena de apariie a efectelor stochastice i dozele absorbite pentru radiaiile cu transfer liniar de energie mic, rezult c n aceste cazuri, la doze mici i debite mici ale dozei, riscul pentru sntate este proporional cu doza administrat. n literatura de specialitate, factorul de proporionalitate dintre frecvena de apariie a acestor efecte i doza absorbit a fost denumit factor de risc.

Dozele administrate n timp lung fiind aditive, nu are importan dac doza care produce efectul respectiv a fost administrat fracionat sau instantaneu, respectiv ntr-o secund sau ntr-o lun.

Efectul biologic produs este ireversibil i n prezent nu se cunosc metode de reducere a probabilitii de apariie a efectelor stochastice somatice datorate unor doze deja primite.

Detrimentul sntii. Conceptul de detriment al sntii se refer la fenomenul de distrugere (vtmare) integral a unei persoane datorit efectelor biologice ale radiaiilor ionizante, fenomen care poate apare dup o iradiere n condiii bine definite i la un anumit nivel de doz.

n cazul unui efect patologic dat (i), detrimentul (Gj) la un individ (j) este exprimat de produsul ntre probabilitatea de apariie a efectului (pi) i factorul corespunztor de gravitate (g):

Gj = pij gij

Iar pentru un grup de persoane (P) detrimentul colectiv (G) este:

G = P pi Gj

Acest concept se aplic att asupra efectelor stochastice ct i a celor nestochastice, n principal fiind utilizat pentru estimarea vtmrilor datorate efectelor stochastice.

ntre probabilitatea de apariie a efectelor biologice stochastice i echivalentul de doz se stabilete o relaie liniar fr prag, aplicabil la doze slabe. De aceea, detrimentul colectiv al sntii este proporional cu echivalentul de doz colectiv.

Fazele tipice ale evoluiei mbolnvirii n urma iradierii

n dinamica evoluiei reaciilor care au loc n urma iradierii, se pot distinge trei perioade importante: perioada primar,perioada latent, perioada secundar.

Reaciile n perioada primar de aciune a radiaiilor ionizante se datoresc a trei tipuri principale de mecanisme: mecanismul aciunii directe, indirecte i la distan.

Efectul biologic prin aciune direct const n transmiterea direct a energiei particulelor ncrcate sau a electronilor secundari, ctre atomii i moleculele substanelor celulare. Produsul principal al acestei aciuni sunt ioni i atomi excitai de-a lungul parcursului particulei n celul. Datorit ionizrii i excitrii substanelor prin mecanism primar se produc modificri chimice ale acestora (mecanismul aciunii indirecte).

Deoarece organismele vii au n compoziia lor un mare procent de ap, la om ajungnd pn la 85% din greutatea corpului, mult vreme s-a considerat c aciunea nociv a radiaiilor ionizante este cauzat de produsele de descompunere a ei i n special de apa oxigenat (ipoteza aciunii prin apa oxigenat). O ipotez mai verosimil consider c rolul principal n aciunea biologic primar l au radicalii H, OH i O2H care apar la radioliza apei (ipoteza aciunii prin radicali liberi).

Datorit interveniei sistemului nervos, a glandelor endocrine i a transportului prin umori sau difuziune a unor substane rezultate n esuturile iradiate, efectele biologice se pot produce nu numai n organele iradiate, ci i n cele neiradiate (mecanismul aciunii la distan sau al aciunii chimice secundare).

Perioada latent care apare n organism, dup perioada primar, se caracterizeaz prin faptul c fenomenele sunt att de nensemnate nct nu pot fi descoperite, nenregistrndu-se nici un fel de tulburri. Perioada latent variaz invers proporional cu doza de radiaii. De aceea, n cazul unor iradieri cu doze mortale, perioada latent dureaz de la cteva ore la 30-40 de zile, iar n doze fracionate mici, ea dureaz mai mult de un an.

Perioada secundar este dominat de formarea, n celule i esuturi, de substane toxice care conduc la intoxicarea organismului, determinnd o serie de efecte biologice importante (ipoteza formrii unor substane toxice).

Clasificarea efectelor biologice dup natura lor

Cel mai frecvent, efectele biologice se clasific dup natura lor n:

efecte precoce, care nu apar dect pentru doze ridicate; efecte somatice trzii, care se manifest dup mai muli ani, chiar mai muli zeci de ani;

efecte genetice, care privesc descendenii;

efecte teratogene, care se refer la afectarea embrionului i a fetusului.

Efecte biologice precoce

Efecte biologice precoce apar la puin timp dup iradiere, uneori dup cteva ore sau mai puin i sunt efecte cu prag. Deasupra pragului ele cresc cu doza. Cele mai fragile esuturi care sufer efecte biologice cu prag sunt: pielea, celulele formatoare de snge, mduva osoas, intestinul i organele sexuale sau gonade.

Efecte biologice precoce n cazul iradierilor pariale.

Acestea se refer la: piele, mduva osoas i organele genitale.

Pielea. Efectele radiobiologice ale pielii sunt foarte variabile i ele depind de doz, de localizarea anatomic, de vrst, de pigmentaia tegumentului etc. n general, la doze mai mari de 10 Gy nu se observ nici o leziune grav, dar la 25% din cazuri apare o senzaie de cldur. La doze ntre 10 i 20 Gy apar epidermite exudative, urmate dup un timp de o laten de trei sptmni, de eritem secundar, apoi de epitelit exudativ, dup 3-6 luni fcndu-se restaurarea fr recurs. n cazul unor iradieri foarte importante i profunde, se altereaz vascularizaia i apare ulceraia, care necesit un tratament chirurgical.

Mduva osoas, organul cel mai sensibil la iradierea global, conduce limfopenia, cu att mai repede, cu ct doza de radiaii este mai mare.

Organele sexuale, respectiv testiculele la brbai i ovarele la femei, reacioneaz diferit la iradiere.

- Testiculele care se remarc prin cele dou funcii de productoare de hormoni i spermatozoizi, la iradiere, le este afectat numai cea de-a doua funcie (productoare de spermatozoizi). La doze relativ mici, de 0,5 Gy, se instaleaz o depresiune tranzitorie i spontan reversibil, iar la doze de cca 2 Gy apare o azospermie i sterilitate temporar, n jur de un an.

- Ovarele, comparativ cu testiculele, au o sensibilitate mai mic fa de radiaiile ionizante, aceasta fiind influenat i de vrst. Astfel, pe cnd la o femeie tnr n jur de 25 ani este necesar o doz de 12-15 Gy pentru a provoca o menopauz artificial, la o femeie de peste 40 de ani este suficient o doz de numai 7 Gy.

Iradierea organelor profunde. La iradieri puternice, mai ales n radioterapie, sunt iradiate i organele profunde: plmnii, inima, rinichii, tubul digestiv, ficatul, sistemul nervos central i creierul.

Dintre acestea, deosebit de sensibile sunt plmnii, care, dup o doz de 25 Gy, se mbolnvesc de fibrom pulmonar, iar dup 6-12 luni urmeaz decesul.

Rinichii i ficatul sunt afectai la doze peste 30 Gy. n cazul rinichilor, funcionarea lor este afectat cteva sptmni de la iradiere, pe cnd vezica poate suporta doze mult mai mari. Organele aparatului digestiv au radiosensibiliti diferite. Cel mai radiuosensibil este intestinul subire, la care apar leziuni n urma absorbiei unor doze sub 30 Gy. Urmeaz stomacul care este afectat de doze n jur de 40 Gy, cel mai rezistent fiind colonul, care reacioneaz numai la doze cuprinse ntre 50 i 56 Gy.

Destul de radiosensibil este i sistemul nervos, care manifest o fragilitate a celulelor nervoase, a vaselor sangvine i o capacitate limitat de regenerare a esuturilor nervoase. La doze peste 40 Gy administrate n patru sptmni, apare o paraplegie, care dup doi ani se extinde. n ceea ce privete creierul, dei modificri morfologice apar deja de la doze de 10 Gy, el poate suporta doze de cca 50 Gy, timp de 5-6 sptmni.

Efecte biologice precoce n cazul iradierilor globale. n urma unor iradieri globale cu doze 1 Gy nu se observ dect foarte discrete modificri hematogice, n ceea ce privete globulele albe, dar ele se regenereaz rapid. Nu este nevoie de spitalizare.

La doze cuprinse ntre 1 i 2 Gy se observ o scdere a globulelor albe i a plachetelor, iar numrul eritrocitelor este modest. Sunt necesare transfuzii i tratament antibiotic. La doze peste 2 Gy se observ o evoluie stereotip a bolii cu afectarea celulelor formatoare de snge. Evoluia mbolnvirii are loc conform celor patru faze tipice: Dup o perioad de debut care dureaz trei zile, nsoit de simptome discrete, urmeaz perioada latent, practic silenioas, care dureaz peste trei sptmni. n continuare, se instaleaz perioada de stare (perioada critic), creia i se asociaz semnele generale: oboseala intens, tulburri digestive, hemoragi i infecii, formula sangvin puternic modificat. n acest moment, viaa bolnavului este n pericol. Abia dup cca trei luni, el intr n covalescen. n cadrul tratamentului se recomand grefe de mduv osoas. La doze mai mari, grefa cu mduv osoas poate fi singura ans, iar la doza peste 12 Gy de iradiere instantanee, orice tratament nu este eficace.

SURSE DE RADIAII I POLUAREA RADIOACTIV A MEDIULUI. PROBLEME ACTUALE DE RADIOECOLOGIE

n procesul de deteriorare a mediului, un rol important l are poluarea care se poate realiza pe cale fizic (radioactiv, termic, sonor) i pe cale chimic (derivai gazoi , pesticide, metale grele, materiale plastice, etc.) Dintre acestea un interes deosebit l prezint poluarea radioactiv care poate aduce prejudicii mari omenirii. n vederea realizrii proteciei mediului mpotriva polurii radioactive, este necesar cunoaterea surselor de contaminare i a cilor de expunere a organismului uman la aciunea factorilor periculoi pentru sntatea omenirii. n prezent, populaia Terrei este supus unei iradieri complexe, datorate unor surse naturale i artificiale, care pot fi externe sau interne. Prezena acestor substane n mediul nconjurtor implic riscuri de iradiere prin inhalarea aerului, ingestia apei i consumul alimentelor contaminate.

Surse de iradiere i poluarea radioactiv natural a mediuluiIradierea natural are trei origini: radiaiile ionizante de origine cosmic; radioactivitatea natural de origine terestr; radioelementele prezente n corpul uman. Echivalentele dozei efective anuale date de iradierea natural,conform UNSCEAR, 1982

Surse naturale de iradiereEchivalentele dozei efective anuale [mSv]Iradiere externIradiere internTotalRadiaii cosmice:component ionizant0,28-0,28component ionic0,02-0,02Nuclizi de origine cosmic-0,0150,015Potasiu 400,120,180,30Rubidiu 87-0,0060,006Familia 238U0,090,951,04Familia 232Th0,140,190,33Total0,951,342,0

Radiaiile ionizante de origine cosmic, dup natura lor, pot fi clasificate n : primare, geomecanice isecundare.

Componenta primar a radiaiei cosmice poate fi de origine galactic, atunci cnd provine din afara sistemului nostru solar i de origine solar, care n mare parte sunt constituite din protoni de intensitate mare. Cea de origine galactic mai conine i particule i unele nuclee grele cu A=3-30.

Radiaia cosmic captat geomagnetic este format din electroni i protoni provenii din interaciunea neutronilor rapizi din spaiul extraterestru cu straturile superioare ale atmosferei. Captai de cmpul magnetic al Pmntului, aceste particule formeaz dou centuri simetrice fa de ecuatorul magnetic terestru, numite centurile Van Allen: o centur interioar situat la o altitudine de 1000-3000 km i latitudine de 30 nordic, respectiv 30 sudic i o a doua centur, exterioar, aflat la o latitudine de 12000-15000 km ntre latitudinea de 60 nordic i 60 sudic.

Radiatia cosmic secundar provine din interaciunea radiaiilor cosmice primare cu straturile superioare ale atmosferei, fiind constituit din mezoni, fotoni i neutroni, ntr-o gam larg de energii. Se apreciaz c din cosmos trec, n medie pe or, prin fiecare individ, circa 100000 neutroni de origine cosmic i aproximativ 400000 particule din radiaia cosmic secundar. Actiunea de iradiere a organismului uman, de ctre radiatiile cosmice, variaz cu latitudinea i altitudinea. Ea este minim la ecuator i maxim la poli. De asemenea, crete cu altitudinea, fiind aproape dubl la 1500 m nltime fa de nivelul mrii, aceast crestere fiind substanial ntr-o staiune de sport de iarn, fa de una situat la nivelul mrii. De exemplu, debitul dozei de radiaii este de 2,70 mSv (270 mremi/an) n localitatea La Paz n Bolivia, situat la 3600 m altitudine i de 3,10 mSv/an (310 mremi/an) n Tibet, la Lhasa.

Variaia dozei anuale datorat radiaiilor cosmice, n funcie de altitudine i latitudine.Traseele aeriene pe aeronavele moderne care zboar la mari altitudini antreneaz, de asemenea, o iradiere suplimentar a personalului navigant. Astfel, pe traseul Paris-New York, la o altitudine de 11000 m, n cursul unui zbor transatlantic pe navele Concord, se antreneaz o doz debit de 12Sv (1,2 mremi/h), fapt pentru care doza anual nu este deloc neglijabil. Astronauii misiunii Apollo care au pus primii piciorul pe lun au primit fiecare, n medie, cte 7 mSv (700 mremi). Doza anual medie dat de radiaia cosmic, n ansamblu, este de 300 Sv/an.

Radioactivitatea natural de origine terestr. n scoara terestr substanele radioactive se gsesc rspndite pretutindeni, ntr-o concentraie mai mic sau mai mare, n funcie de natura solului i originea rocilor componente. Principalii nuclizi naturali sunt: 238U, 235U si 232Th, generatorii celor trei familii radioactive naturale i descendenii lor; radioizotopul 40K care nsoete n toate combinaiile sale potasiul natural (0,118%); tritiul (3H) si carbonul 14, care se formeaz permanent n natur prin aciunea componentei neutronice a radiaiilor cosmice cu nuclee de azot din aer; ali radioizotopi naturali ai unor elemente cum sunt: 87Rb, 115In, 130Te, 138La, 147Sm, 171Lu, 187Re etc. cu timpi de injumtire mari;radioelementele prezente n corpul omenesc: 14C, 40K, 3H i altele.

Radioactivitatea datorat radioelementelor naturale. Iradierea provocat de radioelementele naturale rspndite n mediul nconjurtor se poate claifica n: iradiere extern n afara cldirilor; iradiere extern n interiorul cldirilor; iradiere intern.

Iradierea extern n afara cldirilor se datorete radiaiilor penetrante emise de radioelementele naturale din sol i din materialele de construcii n special de ctre uraniu, radiu i toriu.

Iradierea extern n interiorul cldirilor este mult redus, datorit efectului de ecranare al pereilor. n cazul cnd materialele de construcie (lemn, crmid etc.) conin cantiti importante de elemente radioactive naturale, acsete doze pot crete substanial.

Iradierea intern, deasemenea o component a iradierii naturale, este provocat de inhalarea aerului i ingestia apei i a alimentelor n organismul uman. Printre aceste radioelemente se numr 3H, 14C, 226Rn, 40K, 226Ra, 210Po etc.

Cea mai important radioactivitate natural se datorete 40K care se afl n proporie de 120 pri la un milion pri potasiu stabil, n toate combinaiile de potasiu.

Surse de iradiere i poluare radioactiv artificial

Iradierea artificial a populaiei se realizeaz pe cale medical (radioterapie), prin cderi de pulberi de la testele cu armele nucleare ori de la accidentarea unor reactoare nucleare, din industrie i cercetrile nucleare .a.

Echivalentul dozei efective anuale date de radiaii de diferite origini n Marea Britanie

Sursele de radiaiiDoza [Sv/an]Proceduri de origine natural1876Proceduri medicale250Cderi radioactive10Deversri n mediu1,5Expunere profesional8Alte surse11

Iradierea medical. Este principala cauz a expunerii artificiale la radiaii ionizante n procedeele de diagnostic i tratament: radioterapie, radiodiagnostic, radiografie dentar, explorare izotopic etc.

Cderile consecutive de pulberi radioactive din exploziile unor arme nucleare experimentale. Se apreciaz c n perioada 1945-1963 au fost nregistrate cca. 450 teste de arme atomice n aer liber. n total au fost detonate ncrcturi nsumnd echivalentul a 294 Mt de trinitrotoluen, corespunztor la 14700 bombe de tip Hiroshima.

Principalele surse de contaminare radioactiv se datoresc fragmentelor de fisiune ale combustibililor nucleari care conin cca. 90 specii de radioizitopi, dintre care cei mai vtmatori sunt: 131I (T1/2 =8,04 zile), 137Cs (T1/2 =30 ani), 90Sr (T1/2 =28,5 ani). O alt surs o constituie nucleele combustibilului nuclear (235U, 238U, 239Pu) care nu au intrat n reacie.

Poluarea radioactiv a mediului de ctre industria nuclear. Principalele surse de poluare radioactiv legate de industria nuclear sunt: reactoarele nucleare de mare putere din industria electronuclear; extracia i prepararea minereurilor de uraniu, precum iinstalaiile de obinere a combustibililor nucleari;instalaiile de retratare a combustibililor nucleari uzai (iradiai);alte surse din activitatea curent.

Poluri datorate unor centrale electronucleare (CEN). n prezent principalele surse de poluare radioactiv a mediului ambiant se datoreaz reactoarelor nucleare de putere utilizate n centralele electronucleare, la producerea energiei electrice.

Deficiena acestor tehnologii const n faptul acumulrii unor uriae cantiti de produse de fusiune n totalitate radioactive, precum i de importante cantiti de 239Pu.

Cderi consecutive de pulberi din accidentarea unor reactoare nucleare. O alt surs riscant de poluare radioactiv a mediului o constituie accidentarea unor reactoare nucleare din cadrul centralelor electronucleare. Un exemplu l constituie explozia reactorului nr. 4 a centralei electronucleare de la Cernobl (26 aprilie 1986). Sub influena vnturilor, norul de pulberi i gaze radioactive format la latitudinea de 1000-1500 m a fost dirijat din Ucraina spre rile Scandinave, apoi spre Europa central, Europa meridional, partea de Sud a Franei, apoi s-a rentors spre Estul Europei abordnd i teritoriul rii noastre.

Iradieri din exploatarea industrial i din cercetarea energiei nucleare. Este vorba n primul rnd de extracia i prepararea uraniului, de obinerea plutoniului de fabricare i instalare a reactoarelor nucleare, a centralelor electronucleare, de experimentarea i elaborarea celor mai distrugtoare arme, arma nuclear i termonuclear, de reprocesarea combustibililor nucleari uzai i de gestionarea i depozitarea deeurilor radioactive.

Alte surse de iradiere din activitatea curent. n viaa curent exist numeroase aparate i produse care conin mici cantiti de substane radioactive. Printre acestea se numr:

ceasornice i aparate de msur i control cu cadrane luminoase cu tritiu sau promeiu, care au nlocuit radiul;

tuburile catodice ale televizoarelor n color de tip vechi;

produse i aparate radioluminiscente, sticl i ceramic, unele materiale de detecie, de sterilizare etc.

RADIOPROTECIE I RADIOSENSIBILIZAREModificarea reaciei organismului viu la iradierea cu fotoni sau particule ionizante, este o problem important, att din punct de vedere practic, ct i din punct de vedere teoretic. Practica ateapt de la aceste intervenii de modificare a rspunsului biologic, pe de o parte protejarea organismelor de efectele nocive i mutagene ale radiaiilor ionizante, iar pe de alt parte o mrire a eficienei n radioterapia cancerului. Teoria vede o posibilitate de ptrundere n intimitatea proceselor ce au loc n organismul iradiat.

Interaciunea radiaiilor ionizante cu materia vie cunoate trei etape:

faza fizic, n care radiaiile i obiectul iradiat intr n interrelaii fizice, n cursul crora o parte a energiei radiante este cedat materiei sub forma ionizrii sau excitrii, formndu-se ioni, respectiv radicali liberi. Att efectul direct al interaciunii particulelor ionizante cu materia, ct i efectul indirect al radicalilor liber formai prin radioliza apei, pot altera biomolecule cu importan esenial pentru celule, caracteriznd a doua faz,

faza chimic a interaciunii radiaiilor cu materia. Raportul ntre efectul direct i indirect este net favorabil pentru cel din urm (80%). n faza chimic, importana fiziologic a moleculelor atinse decide gravitatea fenomenelor radiobiologice ce se manifest n a treia faz, n

faza biologic, n care deja ntreg metabolismul celular i al organismului este implicat. Moleculele alterate n faza fizic i chimic i recapt integritatea prin procese de refacere (repair), iar celula i organismul revin la starea normal prin procese de restaurare (recovery).

Omul poate interveni n oarecare din aceste etape. Prezena anumitor substane poate mri sau diminua cantitatea radicalilor liberi, poate ajuta procesel de refacere molecular sau de restaurare celular (recovery celular), pe cnd prezena altor substane poate agrava manifestarea efectului radiobiologic i poate inhiba revenirea la normal a structurilor lezate.

Modalitile de scdere a efectului radiobiologic formeaz obiectul radioproteciei, iar modalitile de mrire a efectului radiobiologic formeaz obiectul radiosensibilizrii.

Radioprotecia i radiosensibilizarea, dei n sens opus, intervin asupra aceluiai proces trebuie studiate n strns corelaie.

RADIOPROTECIE

Radioprotecia este un termen general, folosit pentru totalitatea procedeelor care reduce efectele iradierii organismelor vii. n mod convenional radioprotecia cuprinde trei sfere: radioprotecia fizic, radioprotecia chimic i radioprotecia biologic

Radioprotecia fizic cuprinde msurile de protecie care vizeaz reducerea efectelor iradierii prin: modificarea caracteristicilor iradierii (schimbare de TLE, a intensitii, fracionare, etc.), folosirea unor ecrane absorbante (plumb, beton, barit, plexiglas etc.) mrirea distanei ntre sursa iradierii i organismul expus (telemanipulatoare) sau prin scurtarea timpului de expunere.

Radioprotecia chimic reprezint modalitatea de reducere a efectului actinic prin folosirea unui compus chimic i farmacologic. Aceste substane (radioprotectoare sau radioprotectori) se definesc n mod clasic ca substane care administrate cu scurt timp naintea expunerii la radiaiile ionizante scad n mod semnificativ efectul acestei iradieri, administrarea postradiativ rmnnd fr efect (Bacq, 1965).

Radioprotecia biologic, a treia sfer de radioprotecie, se bazeaz pe anumite extracte biologice care administrate profilactic (ACTH, extracte timice, extracte splenice etc.) scad efectul actinic ncadrndu-se de fapt n definiia radioprotectorului chimic. Aceleai extracte biologice (extracte timice i splenice) sau altele (grefe medulare), administrate postradiativ, au un efect curativ fiind folosite n tratamentul bolii de iradiere.

FACTORI FIZICI RADIOPROTECTORI I RADIOSENSIBILIZANI Procesele de dezvoltare a leziunii actinice depind de muli factori, aciunea crora se manifest la diferite nivele de organizare: molecular (crearea condiiilor de mpiedicare a interaciunii produselor de radioliz cu compuii naltmoleculari), subcelular (schimbarea proprietilor membranelor, care determin efectele radiologice), celular (gradul de activitate proliferativ, faza ciclului celular), tisular (interaciuni intercelulare), de organe (reglarea proceselor de regenerare).

Exist o dependen puternic de manifestare a efectelor radiobiologice de condiiile de cultivare a plantelor.

Ne vom opri asupra caracteristicii factorilor fizici de baz, care determin starea plantelor n momentul iradierii.

Mediul gazos.

Schimbarea componenei atmosferei gazoase n care se afl planta n timpul iradierii influeneaz ntr-un grad mare radiosensibilitatea ei. Astfel, nc n anii 1921-1923 specialistul german n fiziologia plantelor E. Petri lucrnd cu germenii de gru pentru a studia influena activitii metabolice asupra sensibilitii la razele roentgen, a demonstrat, c iradierea n atmosfer de bioxid de carbon micoreaz radiosensibilitatea. El a ajuns la concluzia c n lipsa oxigenului cu ncetinirea reaciilor metabolice n plant apare o stare care se aseamn cu anabioza, care faciliteaz sporirea radiorezistenei. Experiene similare au efectuat i cercettorii englezi S. Henshoy i D. Frensis numai cu azot n form gazoas. Ulterior a fost stabilit c schimbarea oxigenului cu oricare gaz duce la efect radioprotector. Acest fenomen, numit efectul de oxigen a fost cea mai mare descoperire n radiobiologie. Pentru prima dat acest fenomen a fost studiat mai amplu de radiobiologul englez L.G. Grey.

La momentul actual exist dou definiii ale efectului de oxigen. Prin prima definiie se subnelege fenomenul de amplificare a leziunii actinice la mrirea concentraiei de oxigen n mediu n comparaie cu cel observat n rezultatul iradierii n condiii anaerobe (anoxie). Prin a doua definiie aciunea protectoare a concentraiei sczute de oxigen (hipoxie) la iradierea organismelor vii cu radiaia ionizant.

Efectul de oxigen este un fenomen universal n radiobiologie. El se manifest la toate obiectele biologice i la toate nivelele de organizare a materiei vii, diminund considerabil toate reaciile radiobiologice i sporind supravieuirea organismelor la micorarea n mediu a concentraiei de oxigen. Plantele sunt un obiect foarte convenabil pentru studiul acestui fenomen i ndeosebi seminele.

Exprimarea cantitativ a schimbrii eficacitii iradierii de la aciunea oxigenului este mrimea numit coeficientul amplificrii de oxigen (CAO), care reprezint raportul dintre valoarea dozei la iradierea n condiiile de hipoxie ctre doza, care manifest acelai efect radiobiologic la iradierea n aer. Uneori el este exprimat i prin alt indice factorul de schimbare a dozei (FSD), care de obicei este utilizat pentru evaluarea eficacitii aciunii factorilor radioprotectori i radiosensibilizani. El reprezint n sine raportul dintre valoarea dozei la iradierea obiectului cu utilizarea acestui factor (n cazul cu efectul de oxigen acesta este hipoxia) i doza martorului iradiat, care provoac acelai efect.

Mrimea efectului de oxigen depinde n principal de tipul radiaiei ionizante i condiiile de iradiere. ntr-un grad mai mare se manifest la acunea razelor roentgen i gama. La mrirea densitii de ionizare efectul de oxigen scade, iar la aciunea radiaiilor cu ionizare dens, de exemplu radiaia alfa, practic lipsete.

Umeditatea.

Gradul de manifestare a efectului de oxigen, i respectiv a efectelor radiobiologice, depinde de umeditatea sistemului. A fost stabilit c cea mai mare radiorezisten a seminelor a fost remarcat la coninutul de ap puin mai mare dect n seminele uscate la aer. La coninutul mai mare sau mai mic de acest nivel radiorezistena scade. Pe de o parte, ea este minim la umeditatea seminelor de 3-5%, iar pe de alta la mrirea ei pn la 15-20% i mai mult.

Temperatura. A fost stabilit c rcirea seminelor n momentul iradierii pn la temperatura gheii uscate (-78 C) sau a azotului lichid (aprox. -190 C) provoac un efect radioprotector considerabil. Se consider c aciunea protectoare a acestor temperaturi este determinat de faptul c la rcirea profund se creeaz situaii nefavorabile pentru transferul energiei de iradiere i absorbia ei de ctre substan. La temperaturi joase este limitat i mobilitatea radicalilor liberi i este dificil interaciunea lor cu moleculele substanelor celulare.

Cu toate acestea este remarcat, c i creterea temperaturii la iradierea seminelor pn la 35-85% duce la micorarea leziunii actinice. Se presupune c aciunea protectoare a temperaturilor nalte este determinat de micorarea efectului de oxigen din contul micorrii solubilitii oxigenului la nclzire.

FACTORI CHIMICI RADIOPROTECTORI I RADIOSENSIBILIZANI

n a. 1949 practic n acelai timp radiobiologii Bacq Z. i Herve A. din Belgia i Patt H. cu colab. din USA au comunicat despre doi compui chimici care injectai animalelor de laborator nainte de iradierea cu raze roentghen sporesc supravieuirea lor. Unul din aceti compui a fost cianura de sodiu i al doilea aminoacidul cisteina.Bacq Z. i colab. au descoperit i alte substane cu proprieti radioprotectoare cisteamina, beta-mercaptoetilamina i cistamina. Exist dou tipuri de substane cu proprieti antiactinice:

- compui cu aciune universal, manifest proprieti radioprotectoare la iradierea tuturor organismelor, se manifest la etapele incipiente ale iradierii; - compui cu aciune nespecific care sporesc rezistena organismului la iradiere, efectivi numai la anumite clase de organisme. Serotonina se manifest la animale, fitohormonii numai pentru plantele superioare.

La primul tip compuii sulfhidrilici cisteina, cisteamina, cistamina, aminoetilizotiuroniu, amidofosfortioaii, ditiopropanolul, glutationul, tiourea .a. muli compui care conin grupele sulfhidrilice (SH-).

Ali reductori. Hidrosulfatul de sodiu, hiposulfitul, metabisulfitul, sulfhidratul de sodiu, etanolaminul hidroclorit, acidul ascorbic, alcooli (metilic, propilic, etilic)

Ionii metalelor. Srurile de sodiu, calciu, magniu, potasiu, fier, zinc, mangan, cobalt.

Substane de cretere. Fitohormonii auxinele, giberelinele, citochininele, acidul abscinic i etilena.

Inhibitori ai metabolismului. Inhibatori ai sintezei ADN oxiurea, 5-aminouracil, 5-bromuracil, 5-flordezoxiuridin; inhibatorii sintezei ARN 6-azouracil, actinomicin D s. a.

**