Kolik vydržíte “radioaktivity”?

A jak je na tom váš psí přítel nebo třeba myš a ryba? Ne každý je stejně citlivý - a někteří savci vydrží v relativním zdraví obdivuhodnou dávku ionizujícího záření. (délka blogu 10 min.)

Nejprve malé opakování z minulých blogů. Evoluce nás vybavila obdivuhodným a komplikovaným systémem. Ten nám pomáhá opravovat škody, které v našich buňkách způsobuje tzv. “radioaktivita” - ionizující záření. To škodí převážně tím, že v našich buňkách ničí strukturu organických látek. Jiným a daleko částějším následkem dopadu ionizujícího záření na živou hmotu je pak ionizace vody v buňce. Vzniklé ionty způsobují sekundární škody. (Možná si vzpomenete na můj příklad stáda krav, pasoucích se v bouřce pod stromy. Jen nepatrná část z nich zahyne přímo díky blesku. Daleko větší podíl mrtvých krav jde na konto popadaných stromů, do kterých uhodil blesk.)

Ne všechny organismy jsou vůči “radioaktivitě” stejně citlivé. Rozdíly najdeme dokonce i mezi jednotlivými lidmi. Kromě systému, který opravuje škody v buňkách, tu tedy musí být relevantní ještě i další vlivy. Které to jsou?

Druh záření

O tom, že existují různé druhy záření, jsem se zmiňovala už v předchozích blozích. Jedná se o různé fyzikální jevy, není tedy divu, že na organismus působí rozdílně. Díky různému elektrickému náboji působí dokonce rozdílně i na neživou hmotu (nabité částice samy logicky reagují s atomy hmoty jinak, než částice elektroneutrální). Co se týká příkladu krav a pastviny - různé druhy ionizujícího záření se navzájem liší tak silně, jako blesk od tornáda. Tornádo může naráz zabít daleko více krav než jediný blesk - a podobně jsou na tom i některé ionizující částice.

Odborně pak mluvíme o tzv. ionizační hustotě. Je logické, že částice, které vyvolají v látce (těle) velké množství ionizovaných center (molekul), budou nebezpečnější než ty, které tělem jednoduše proletí aniž by po sobě zanechaly znatelnější množství stop. A tak je alfa záření, skládající se z relativně velkých složených částic kladně nabitého helia, schopno ionizovat daleko více částic na daleko menším úseku své dráhy než je tomu třeba u beta záření (rychle letících a relativně lehkých elektronů).

Dávka

Zjednodušeně se dá říci, že čím větší dávka záření - tím horší škody vyvolává. Přitom se musí rozlišovat škody přímé a okamžité (nemoc z ozáření) a škody pozdní. To jsou škody, které o sobě dávají vědět klidně až po letech.

U okamžitých škod víme, že existuje určitá prahová hodnota. Tou je dávka záření, která nevyvolá žádné znatelné obtíže. Náš organismus zvládne průběžně škody v buňkách opravovat - naše těla jsou určitým menším dávkám záření díky evoluci přizpůsobena.

U pozdních následků je určení takové hraniční dávky nesnadné. Škody, které způsobuje ionizující záření, se totiž podobají škodám, které v buňkách vyvolává jejich vlastní metabolismus.

Jinými slovy - v případě pozdních následků víme, že před třiceti lety byla na onom místě pastvina, víme, že na ní byly krávy a že přišly o život, protože jsme vykopali jakési kosti. O tom, co je skutečně zabilo, se můžeme po letech jen dohadovat. Pozdní škody jsou a nejspíš ještě delší dobu zůstanou předmětem sporů odborníků. A pokud se vůbec nedá přesně určit přímá souvislost mezi škodami a zářením, nedá se logicky ani zjistit hraniční dávka. To je někdy zneužíváno aktivisty. Tvrdí, že “jakákoliv dávka radioaktivity je škodlivá” a že to říkají sami odborníci. Ano, tuto větu můžete příležitostně slyšet i od odborníků - říkají to pro jistotu.

Časové rozložení dávky

Pokud je určitá dávka ionizujícího záření rozdělena na několik časově oddělených dávek, jsou celkové škody, které v organismu vyvolala, nižší než při jednorázovém ozáření.

Ne nadarmo se tento mechanismus přirovnává tomu, jak reaguje naše tělo na slunění. Když se půjdete opalovat desetkrát do měsíce po relativně krátkou dobu - nasbíráte na kůži příjemný bronz. Když se ale budete opalovat jen jeden den od rána do večera, kůži si spálíte.

Obranný mechanismus, kterým nás vybavila evoluce, potřebuje ke své práci dost času. Když nedostane možnost všechny škody opravit, když naopak dostane během krátké doby ještě víc práce - musí být logicky přetížený.

Tady odbočím ke svému oblíbenému tématu - cestám na Mars. V diskuzích o škodlivosti kosmického záření se občas objevuje argument, že celková zátěž odpovídá hodnotě, která je už dnes povolená pro astronauty v NASA. To klidně může být pravda - jistě ale není tato hodnota povolená jako jedna jediná dlouhodobá dávka. Jedná se o zatížení, které astronauti absolvují po částech a v průběhu celého svého aktivního života. Mezi jednotlivými menšími dávkami mají možnost si “odpočinout” a zdaleka ne každý kosmonaut vůbec nasbírá maximální dávku záření.

Časové rozložení dávky svým způsobem určuje, jestli se ozářená osoba má obávat okamžitých nebo spíše jen statistických pozdních škod. Pro cestovatele na Mars nebude podstatným nebezpečím riziko pozdější rakoviny. Daleko horší pro ně bude akutní nemoc z ozáření.

Prostorové rozložení dávky

Velkou roli hraje také prostorové rozložení dávky ionizujícícho záření. Na tom je založena například léčba nádorů. Pacient, který byl ozářen dávkou, odpovídající 30 nebo 50 Sv - léčbu přežije díky tomu, že se ionizující záření koncentrovalo jen na oblast nádoru a zbytek těla zůstal v podstatě nedotčený. Pokud by pacient podstoupil ozařování celého těla, zemřel by.

Z prostorového rozložení dávky ionizujícího záření může vyplývat pro různé orgány různá intenzita ozáření. Například alfa záření, které vdechujeme spolu s radioaktivním prachem, bude logicky ozařovat plíce a ne třeba ledviny.

Ne všechny orgány našich těl jsou stejně citlivé. Ty nejnáchylnější mají ale jedno společné - probíhá v nich relativně rychlé dělení buněk. Pokud je zasáhne ionizující záření, dělení se zpomalí nebo dokonce pozastaví. Poškodí se tak rovnováha mezi tvorbou nových buněk a jejich ztrátami. Ze stejného důvodu jsou nejcitlivější - rostoucí embrya během prvních čtyř týdnů růstu.

Nejméně citlivé na “radioaktivitu” jsou naše kosti. Následují je svaly, ledviny a štítná žláza. To možná udiví, vždyť víme, že právě ona byla často zasažená u obětí katastrofy v Černobylu. Jednalo se ale o následky specifického ozáření jedním určitým izotopem prvku, ke kterému má štítná žláza afinitu - jódu. Kdyby se v Černobylské havárii uvolnily jiné izotopy, rakovinu štítné žlázy bychom pak nezaznamenali.

Ještě náchylnější je kůže a kořínky vlasů. V žebříčku citlivosti jsou na horních příčkách sliznice (často se obnovující buňky), trávící trakt (totéž), a logicky také systém tvorby krve.

Nejcitlivější ze všech našich orgánů je ovšem mozek a celkově nervová soustava.

Tady se znovu vrátím k problematice cesty na Mars.  Pro eventuální astronauty, kteří se vydají na Mars, se budou následky ozáření manifestovat v akutní nemoci z ozáření. Vzhledem k tomu, že ozářeno bude celé tělo a ne jen ruce nebo nohy astronauta, musí se počítat se škodami na všech orgánech. Připadá mi logické, že se budou nejvíce manifestovat na funkci nejcitlivějších složek těla. Limitujícím orgánem při dlouhodobých expozicích kosmickým zářením je tedy mozek - i když nezanedbatelné škody budou nejspíše pozorovány i na tvorbě nových krvinek a funkci zažívacího ústrojí. To, že astronautům vypadají vlasy nebo se objeví “radioaktivní opálení” je oproti tomu celkem málo pravděpodobné - i když možné. Hlavně tehdy když právě během jejich cesty dojde k větší aktivitě buď slunečního větru nebo dokonce i samotného kosmického (galaktického) záření. Destrukce kostí kvůli radioaktivitě se bát nejspíše nemusí. O tu se postará pokročilá osteoporóza, pokud poletí na Mars delší dobu ve stavu beztíže.

Způsob života

Jídlo, které jíme, alkohol, medikamenty - to všechno jsou aspekty, které mohou mít vliv na celkovou citlivost organismu na “radioaktivitu”. Všechno, co zlepšuje zásobení buňky kyslíkem, například zhoršuje vliv ionizujícího záření.

Také pohlaví předurčuje k určité citlivosti. Muži jsou kupodivu k vlivům ionizujícího záření citlivější než ženy. Mohou za to odlišné hormony.

A jak jsou na tom zvířata?

Sdílí s námi stejnou planetu a vytvořila je stejná evoluce. Také ona mají ochranný systém, který opravuje škody v jejich buňkách. Jejich citlivost se přesto liší od té naší.

Porovnejme tzv. střední úmrtnost - tedy následky akutní nemoci z ozáření (neměli bychom to plést s pozdním statistickým nebezpečím vzniku rakoviny - to platí také pro menší dávky záření, které nevedou k akutní nemoci z ozáření a způsobuje je jiný mechanismus).

Střední úmrtnost 50/30

= dávka, která vede při celkovém ozáření zářením rentgenového typu v 50 % případů k úmrtí během 30 dnů. 

U člověka činí kolem 3 - 5 Sv. Ještě méně odolní než my jsou naši psi - kolem 2,6 Sv.  Prase s 2,5 sieverty má podobnou smůlu jako koza s 2,4 Sv.

Naši vzdálení příbuzní (opice) mají většinou vyšší odolnost než my, kolem 5,5 Sv.

Jistě znáte zvěsti o tom, že jadernou válku by přežily hlavně krysy. Není to pravda. Běžná myš má odolnost podobnou té naší - 5,6 Sv. Jen krysa je trochu odolnější - 8 Sv. Tam, kde nepřežijí krysy, pořád ještě budou plavat ryby. U zlatých rybek se hodnota pohybuje kolem 8,5 Sv a u pstruhů dokonce 15 Sv.

Nejspíš překvapivá je odolnost bakterií. Escherichia Coli B vykazuje střední úmrtnost 50/30 kolem 40 Sv. Je tedy 8 - 13x odolnější než člověk.

V tomto ohledu překvapí jeden ze savců - netopýr. Jeho střední úmrtnost odpovídá dávce 150 Sv.

Dalšími rekordmany jsou nižší zvířata - šneci se svými 200 Sv - a hmyz. Vosa vydrží 1000 Sv. Je tedy celkem jasné, kdo by vyhrál atomovou válku...

Zdroje pro další informace: Sauter E., Grundlagen des Strahlenschutzes, München, RWTH Aachen, Hanno Krieger, Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes.