EFECTELE BIOLOGICE ALE RADIATIILOR IONIZANTE

Radiațiile ionizante sunt formate din radiațiile nucleare și radiațiile X (röntgen). Radiațiile nucleare sunt radiațiile pe care le emite nucleul atomic atât spontan – în urma dezintegrărilor caracteristice radioactivității naturale sau artificiale – cât și în urma reacțiilor nucleare. Radiațiile X sunt emise de electroni, fie la trecerea lor pe nivele profunde ale atomului (spectru caracteristic), fie prin frânarea electronilor liberi de mare energie (spectru continuu). Aceste radiații au energie mare și în urma interacției lor cu materia pot ioniza atomii, datorită acestui fapt purtând numele de radiații ionizante.

Mecanismul apariției efectului radiobiologic este extrem de complex. Pentru instaurarea lui este necesar mai întâi ca materia vie să interacționeze cu radiațiile ionizante, în limbaj fizic această afirmație traducându-se prin existența unui transfer de energie de la radiația ionizantă la materia vie. Aceasta este prima etapă din mecanismul efectului radiobiologic: etapa fizică. Aceasta durează extrem de puțin, un timp mai mic de 10-10 s, dar este extrem de importantă, de ea depinzând toată dezvoltarea ulterioară a efectului radiobilogic. În această etapă atomii și moleculele care au primit energie se ionizează sau se excită. În a doua etapă din mecanismul apariției efectului, etapa chimică, atomii și moleculele ionizante se recombină, cele excitate se dezexcită, producând, în general, radicali liberi – specii chimice cu o reactivitate remarcabilă. Având în vedere că în materia vie predomină apa, cei mai frecvenți radicali liberi care apar în această etapă sunt radicalii liberi obținuți în urma radiolizei apei. Și această a doua etapă durează foarte puțin, radicalii liberi având un timp de viață extrem de scurt.

Tipuri de radiațiiAvând în vedere importanța interacției radiațiilor ionizante cu materia vie, de care depinde

toată dezvoltarea ulterioară a efectului radiobiologic, nu este de mirare faptul că radiobiologia acordă o mare importanță capitolului interacției acestor radiații cu materia. Dar inainte de a trece la analiza interacției radiațiilor ionizante cu materia este bine să precizăm care sunt acestea și să le clasificăm.O primă categorie de radiații ionizante frecvent utilizate sunt radiațiile electromagnetice de mare energie (frecvență mare, lungie de undă mică): radiațiile γ și radiațiile X.Radiațiile γ. Sunt radiații electromagnetice de mare energie (mai mare decât ordinul de mărire al KeV) emise de către nucleul atomic atunci când nucleonii (neutronii și protonii) costituenți se restructurează trecând de pe nivelele excitate pe nivelele fundamentale.Radiațiile X (sau RÖNTGEN). Sunt radiații electromagnetice de mare energie, identice ca proprietăți cu radiațiile γ, dar a căror origine este diferită; apar în urma tranziției electronilor între diferite nivele energetice. Ele pot fi produse de către instalațiile clasice de producere a radiațiilor X sau de betatroane (în acest caz radiațiile sunt de mare energie). O a doua categorie de radiații ionizante sunt radiațiile corpusculare încărcate electric. Sunt formate din particule sau grupuri de particule cu masă de repaos diferită de zero, încărcate electric. Ele sunt:Radiațiile α. Sunt nuclee de heliu, formate din doi protoni și doi neutroni. Cel mai frecvent utilizăm radiațiile α produse de radionuclizi de la sfârșitul tabloului lui Mendeleev (elemente transuranice și elemente radioactive naturale). În radioactivitatea artificială radiațiile α sunt extrem de rare și de lipsite de importanță din puntul de vedere al radiobilogieiRadiațiile β -. Sunt formate din electroni emiși de către nuclee. Acești electroni apar în urma transformării spontane a unui neutron din nucleu într-un proton, un electron și un antineutrin (acesta din urmă fiind o particulă neutră, fără masă de repaus):

Electronul și antineutrinul părăsesc nucleul împărțindu-și energia eliberată în dezintegrare. Având în vedere faptul că modul de împărțire a energiei între cele două particule produse este întâmplător, spectrul energetic al electronilor beta emiși de un radionuclid dat este continuu, cuprins între zero și energia maximă (Wmax) eliberată de respectivul nucleu în dezintegrare. Radioactivitatea β – o întâlnim la fel de frecvent și în radioactivitatea naturală cât și în cea artificială.Radiațiile β +. Sunt formate din electroni pozitivi (pozitroni sau antielectroni) emișii de către nuclee. Acest tip de radioactivitate este caracteristic doar radioactivitătii artificiale. Pozitronul apare în interiorul nucleului în urma transformării spontane a unui proton într-un neutron, un electron pozitiv și un neutron:

și similar cu dezintegrarea β – spectrul electromagnetic al pozitronilor emiși de o specie nucleară dată este continuu, cuprins între zero și energia eliberată în urma dezintegrării. Pozitronul nu este însă o particulă sensibilă: ea își pierde energia cinetică prin ciocniri elastice și apoi ciocnind un electron obișnuit se anihilează – dispar împreună dând doi fotoni de 511 keV fiecare conform relației lui Einstein de echivalență a masei cu energia. Fluxuri de electroni. Sunt fluxuri de electroni accelerați obținuți cu ajutorul acceleratoarelor de particule (acceleratori lineari și betatroane). Ele sunt fluxuri de particule practic monoenergetice. Un caz particular de emisie spontană de electroni monoenergetici îl întâlnim în radioactivitatea naturală și artificială: electronii de conversie internă (ECI). Fluxuri de nuclee accelerate. Sunt nuclee de mare energie obținute de la acceleratori de particule (ciclotroane, sincofazotroane etc.). Utilizarea lor în radiobiologia experimentală este extrem de limitată datorită costului exorbitant al experimentului.O a treia categorie de radiații ionizante o constituie radiațiile cu masă de repaos nulă și cu sarcina electrică nulă. Din această categorie de radiații ionizante singurii importanți pentru radiobiologia experimentală sunt neutronii.Neutronii. Sunt particule fără sarcină electrică, cu masa de repaus apropiată de cea a protonilor. Sunt constituenți ai nucleului atomic. Se pot obține prin fisiunea elementelor grele sau prin reacții nucleare. Dispozitivul experimental cel mai utilizat pentru iradierea experimentală cu neutroni este reactorul nuclear, care prezintă și un dezavantaj esențial – neutronii se obtin împreună cu radiații γ de intensitate destul de ridicată, aceste radiații neputând fi disociate.

Interacțiunea radiațiilor Roentgen cu substanța vieCu studiul reacțiilor organismului față de energia radiantă și cu mecanismul acțiunii

radiațiilor ionizante se ocupă o ramură nouă a științei, radiobiologia, totalitatea reacțiilor de răspuns ale organismului față de acțiunea energiei radiante fiind denumită efect radiobiologic.În radiobiologie, lămurirea proceselor, reacțiilor și mecanismelor de acțiune a radiațiilor absorbite de organismul viu întâmpină multe greutăți. Aceasta, datorită în primul rând cunoașterii încă insuficientă a naturii vii și în al doilea rând, datorită necunoașterii în suficientă măsură a mecanismului intim de acțiune al radiațiilor ionizante absorbite. De aceea, știința nu posedă încă o teorie radiobilogică generală, capabilă să explice complet toate laturile și variațiile efectului radiobiologic, aplicabilă tuturor viețuitoarelor, tuturor condițiilor organismelor mediului și felul iradierii. Totuși materialul faptic acumulat și interpretarea lui s-au dovedit de acum suficiente pentru folosirea efectelor acțiunii biologice a radiațiilor ionizante în activitatea practică medicală, agrozootehnică etc.

Efectul biologic confundânduse cu suma reacțiilor organismului iradiat, se constată în general două posibilități de desfăsurare a interacțiunii radiațiilor cu substanța vie.

Prima posibilitate apare când intensitatea solicitării substanței vii se menține în condiții fiziologice și capacitatea reacțională a organismului este favorabilă, iar energia radiantă are un efect predominant funcțional de reglare metabolică, prin activizarea, stimularea trecătoare a metabolismului. Acesta se explică printr-o sporire, în anumite condiții, a reacțiilor energetice care întrețin procesele de sinteză (crește activitatea unor sisteme fermentative) și o dirijare a echilibrului metabolic în favoarea proceselor de sinteză.

A doua posibilitate apare în condițiile în care energia radiantă solicită substanța vie până peste limita capacităților ei fiziologice, dereglând metabolismul către catabolism și producând desfacerea și distrugerea moleculelor organice. Acest efect radiobiologic este predominat morfologic și poate merge desigur până la moartea celulelor și chiar a întregului organism. Descompunerea moleculelor și modificarea legăturilor macromoleculare duc la depolimerizarea și degradarea substanțelor biologice complexe, iar acestea provoacă mai departe modificarea permeabilității și a proprietății de absorbție a macromoleculelor, pe seama cărora are loc sinteza și transformarea diferitelor substanțe biolgice. Modificarea structurii formațiunilor intercelulare duce la perturbarea coordonării proceselor fermentative, a sintezei proteinelor, nucleoproteinelor, glicoproteinelor, anticorpilor și hormonilor, cu toate consecințele fiziologice și biologice respective.

Din lanțul modificărilor biologice de mai sus leziunile nucleoproteinelor joacă un rol dintre cele mai importante, apreciat de unii cercetători chiar ca substratul de bază al acțiunii radiațiilor ionizante, deoarece metabolismul acizilor nucleici reprezintă una din cele mai importante etape ale metabolismului general. S-a stabilit că sub acțiunea radiaților ionizante procesul de sinteză ADN este tulburat. El scade mult după o iradiere a organismului din a cărui măduvă osoasă sau splină a fost extras. De asemenea, sub acțiunea radiațiilor ionizante scade vâscozitatea soluțiilor de ADN; fragmentarea este accelerată de prezența ureei, care distruge legăturilor hidrogenice dintre două lanțuri de ADN.

Diferitele părți ale celulei manifestă sensibilități diferite față de radiații și drept urmare, funcțiile legate de aceste structuri sunt tulburate în mod inegal.Radiosensibilitatea diferențiată a diferitelor structuri și componenți celulari este un fenomen real care se explică și prin proprietatea morfo-funcțională specifică și determinată a fiecărei structuri celulare, ce se manifestă variabil în cadrul integrității celulei și a unității ei cu mediul.Efectul radiațiilor asupra ansamblului nervos, este socotit azi, la organismele superioare iradiate, de o importanță primordială, în stabilirea radiosensibilitații.Sistemul nervos se dovedește a avea o ridicată sensibilitate funcțională față de energia radiantă. Acest lucru reiese clar din cercetările reacțiilor primare directe, a reacțiilor reflexe indirecte și a reacților biochimice.

Sub influența acțiunii directe și indirecte a energiei radiante asupra sistemului nervos și asupra tuturor sistemelor ce conduc funcțiile integratoare ale organismului, sub conducerea sistemului nervos central se produc modificări ale activității de reglare neurohormonală, iar ca urmare apar tulburări funcționale biochimice și biofizice, în tot organismul acestea se adaugă la tulburările locale și generale provocate de substanțele biologice active produse local de radiații ionizante.

În rândul sistemelor de integrare, sistemul endocrin participă activ în special prin glanda hipofiză și glandele corticosuprarenale. Aceste glande, stimulate de doze mici de iradiere sau inhibate de doze mari, vin să completeze tabloul reacțiilor generale la energia radiantă, prin cantitatea și calitatea hormonilor secretați.