08.07.2020

Wpływ małych dawek promieniowania na organizm

Wpływ małych dawek promieniowania na organizm


Intensywne testy broni jądrowej w połowie XX wieku, wykorzystanie energii atomowej, promieniowanie jonizujące w gospodarce narodowej doprowadziły do ​​wzrostu tła radiacyjnego na planecie. Procesy te doprowadziły do ​​zmiany nacisku na badania radiobiologiczne. Zaczęli zwracać większą uwagę na badania skutków promieniowania w stosunkowo małych dawkach, które są rozciągnięte w czasie.


Jakie dawki promieniowania są uważane za małe?


W tej kwestii nie ma jednomyślności wśród naukowców, ale większość uważa, że ​​zakres małych dawek jest powyżej naturalnego tła i przekracza go dziesięciokrotnie. Górna granica zakresu niskich dawek jest mniej pewna, ponieważ istnieje duża różnica między różnymi organizmami pod względem wrażliwości na promieniowanie. Miarą górnej granicy małych dawek jest dawka promieniowania, przy której 50% osobników danego gatunku umiera w ciągu 30-60 dni (LD50\30) lub 100% w tym samym czasie (LD100/30). Zakres małych dawek jest ograniczony „od góry” wartością, która jest o 2 rzędy wielkości (sto razy) mniejsza niż LD50 \ 30 dla określonego typu żywych stworzeń (organizmów). W przypadku, gdy człowiekowi przypisuje się małe dawki, mówimy o dawkach 4-5 rad (0,04 - 0,05 Gy) na jednorazową ekspozycję.


Jaki jest biologiczny efekt niskich dawek promieniowania?


Aby odpowiedzieć na to pytanie, należy zwrócić się do tego, w jaki sposób efekt promieniowania jonizującego realizowany jest na poziomie pojedynczych cząstek jonizujących (kwantów) podczas interakcji z DNA (DNA w tej sytuacji traktowane jest jako cel). Nawet pojedyncze trafienie w cel biologiczny (interakcja) może prowadzić do nieodwracalnego uszkodzenia genu (mutacji). Zmiany w informacji genetycznej mogą prowadzić do śmierci komórki. Tak więc promieniowanie jonizujące nie jest jedynym znanym ludzkości czynnikiem fizycznym, który nie ma progu działania. Ponieważ nawet przy najmniejszym narażeniu (jedna jonizująca cząstka) mogą wystąpić poważne konsekwencje biologiczne (oczywiście z bardzo małym prawdopodobieństwem). Z powyższego wynika bezpośredni wniosek, że każde dodatkowe narażenie organizmu na istniejące tło promieniowania jest szkodliwe i niebezpieczne.


Ale nie takie proste. Probabilistyczny charakter działania promieniowania dotyczy tylko tych procesów biologicznych, które są bezpośrednio związane z funkcjonowaniem aparatu genetycznego komórki. Takie efekty rozwijają się zgodnie z zasadą „wszystko albo nic” (jonizująca cząstka albo uderzyła, albo nie trafiła w „cel”). Wraz ze wzrostem dawki promieniowania wzrasta liczba takich elementarnych zdarzeń, a nie ich wielkość. Wszystkie inne biologiczne skutki promieniowania zależą od wielkości otrzymanej dawki - wraz ze wzrostem dawki promieniowania wzrasta wyrazistość efektu. Na przykład wraz ze wzrostem dawki promieniowania zwiększa się czas trwania opóźnienia podziału komórek.
Co więcej, przy niskich dawkach promieniowania, których poziom graniczy z naturalnym tłem, naukowcy odnotowują stymulujące działanie promieniowania. Efekt ten objawia się wzrostem częstotliwości podziałów komórek, przyspieszeniem kiełkowania i poprawą podobieństwa nasion, a nawet wzrostem plonów. Wylęganie się kur wzrasta (ich śmiertelność spada, gdy wykluwają się z jaj). Kurczaki lepiej przybierają na wadze, a kurczęta poprawiają produkcję jaj. Wzrasta odporność zwierząt na infekcje bakteryjne i wirusowe. Tak więc nie tylko u roślin, ale nawet u zwierząt (nawet u ssaków wrażliwych na promieniowanie) izoluje się zakres dawek wywołujących stymulację czynności życiowych (1-10-25 rad). Naukowcy nazywają ten efekt hormesis. Należy zauważyć, że dla efektów probabilistycznych (stochastycznych), czyli mutacji, nie udowodniono zjawiska hormesis.


 

W takich warunkach zastosowanie teorii bezprogowego działania promieniowania jest znacznie ograniczone i ma uzasadnienie jedynie dla efektów stochastycznych.
Z drugiej strony wielu naukowców wykazało, że istnieje próg w działaniu promieniowania nawet dla efektów stochastycznych. Należą do nich np. wzrost zachorowalności na białaczki i nowotwory (co wynika z uszkodzenia chromosomów). W zakresie znacznych dawek promieniowania (od 20 do 30 rad) wyraźnie zaznacza się liniowa zależność częstości odległych skutków od dawki promieniowania. Przy zmniejszających się dawkach coraz trudniej ustalić taki związek, a jeśli weźmiemy pod uwagę, że istnieje naturalny poziom nowotworów i białaczek (ich występowanie nie jest związane z promieniowaniem i promieniowaniem), to niezwykle trudno jest ustalić zależność dawka-efekt. W takich warunkach, aby określić skutki małych dawek promieniowania, czyli ustalić wiarygodność eksperymentu naukowego, konieczne jest tysiąckrotne zwiększenie liczby zwierząt doświadczalnych. W takim przypadku konieczne jest, aby zwierzęta (na przykład myszy) stanowiły jednorodną populację, co jest niezwykle trudne do osiągnięcia. Ponadto takiej liczbie zwierząt bardzo trudno jest stworzyć jednolite (jednolite) warunki środowiskowe. Biorąc pod uwagę powyższe, możemy stwierdzić, że eksperymentalna weryfikacja bez progu, czyli koncepcji progowej wpływu promieniowania na organizm, jest zadaniem niezwykle trudnym i dziś kwestia ta nie została rozwiązana.


Odnośnie koncepcji progowej skutków promieniowania należy dodać, że koncepcja ta ma istotne potwierdzenie teoretyczne i doświadczalne. Główna treść polega na tym, że w komórce znajdują się całe systemy odpowiedzialne za przywrócenie uszkodzeń aparatu genetycznego. Te systemy naprawy DNA (chromosomów) nazywane są systemami naprawczymi (naprawczymi). Systemy te są niezwykle skuteczne i mają potężną rezerwę funkcjonalnej odporności na stres spowodowany naprawą uszkodzonego DNA. Na podstawie wiedzy o układach naprawczych w komórce stwierdza się, że przy niskich dawkach promieniowania (kiedy obserwuje się stosunkowo niewielkie uszkodzenia aparatu genetycznego), układy naprawcze (odnawianie) potrafią całkowicie wyeliminować uszkodzenia genów. Dopiero gdy dawka (moc promieniowania) zostanie zwiększona powyżej pewnego poziomu, systemy przywracania aparatu genetycznego po prostu nie mają czasu (nie radzą sobie) na odtworzenie uszkodzonego DNA. Konsekwencje promieniowania (efekty) są rejestrowane jako wzrost uszkodzeń genetycznych.

Jak rozumieć obecność dwóch przeciwstawnych koncepcji działania niskich dawek promieniowania?


Według niektórych naukowców (na przykład V.A. Baraboy) istnieje wyjaśnienie wyjaśniające celowość i sens tych dwóch pojęć. Należy zwrócić uwagę na fakt, że pomimo obecności potężnych systemów naprawy DNA, nie są one w stanie całkowicie wyeliminować uszkodzeń aparatu genetycznego (zarówno radiacyjnych, jak i nieradiacyjnych). Systemy przywracania aparatu genetycznego komórki powstały wraz z pojawieniem się życia na Ziemi. Wraz z żywymi organizmami wykształciły się systemy odbudowy (ochrony) aparatu genetycznego komórki, organizmu przed mutagennym wpływem środowiska (w tym tła radiacyjnego).


Z drugiej strony pełne przywrócenie zmienionej informacji genetycznej nie leży w interesie gatunku biologicznego. Ponieważ warunki życia na Ziemi zmieniają się stopniowo i nieustannie. W obliczu zmieniających się warunków życia (środowiska) dla gatunku biologicznego niezbędna jest umiejętność przystosowania się do zmian. W warunkach, gdy gatunek w 100% chroni swoją dziedziczność, traci zdolność adaptacji iw efekcie w zmienionych warunkach życia umrze. W takiej sytuacji staje się oczywiste, że dla gatunku biologicznego niezwykle ważne jest zachowanie pewnej liczby osobników zmutowanych, które w zmienionych warunkach życia dzięki lepszej adaptacji byłyby lepiej przystosowane do egzystencji. Dzięki tym osobnikom, w zmienionych już warunkach środowiskowych, gatunek może z powodzeniem rozmnażać się, a docelowo zachować gatunek (zapobiegać wyginięciu).


Na podstawie tych założeń można wnioskować, że pomimo obecności najsilniejszych systemów przywracania (ochrony) aparatu genetycznego komórki, w warunkach naturalnego promieniowania (w szerokim znaczeniu - mutagennego) tła, osobniki zmutowane powstają wśród populacje wszystkich typów istot żywych. Proces mutacji odbywa się w sposób ciągły. Tak więc organizmy zmutowane są „surowcem”, dzięki któremu dokonuje się selekcji naturalnej i zachowane są organizmy (gatunki) najlepiej przystosowane do warunków środowiskowych.

 

Okazuje się, że systemy naprawcze eliminują nie wszystkie, a jedynie część uszkodzeń DNA. Pewna ilość uszkodzeń nie zostaje przywrócona i jest początkiem mutacji, które zachodzą z częstotliwością najbardziej korzystną dla populacji danego gatunku. Tak więc nawet naturalne promieniowanie tła, które współistnieje z życiem na Ziemi przez miliardy lat, pełni rolę „dostawcy” mutacji. W ten sposób próg jest nieobecny lub znajduje się poniżej tła. Ta mutagenna rola promieniowania i na tle obszaru niskich dawek promieniowania. Systemy naprawcze eliminują większość mutacji, z wyjątkiem mutacji niezbędnych biologicznie. Dlatego w granicach małych dawek promieniowania nie ma liniowej (bezpośredniej) zależności w zależności dawka-efekt, ale obserwuje się zależność falową lub krzywa osiąga plateau. Dopiero wychodząc od określonej wartości dawki (dla każdego typu organizmu jest ona unikalna), zależność dawka-efekt ma zależność liniową - następuje liniowy wzrost uszkodzenia DNA, który jest wskaźnikiem przejścia od niskich dawek promieniowania do już znaczące wartości, przy których rezerwują możliwości systemów naprawy ogniw.


Kierując się tym wyjaśnieniem można stwierdzić, że w granicach małych dawek promieniowania możliwe są efekty pobudzenia funkcji fizjologicznych komórek lub całego organizmu (hormesis), a także efekty mutagenne porównywalne do działania naturalnego mutagenne tło.

+
Nie spiesz się, aby zamknąć stronę

Czy na pewno zapoznałeś się ze wszystkimi ofertami i promocjami naszej firmy?