Je radioaktivita škodlivá? (4) Co má největší vliv na škodlivost?

Není radioaktivita jako radioaktivita. Etika. Přepočet dávky záření podle jeho fyzikálních vlastností a podle odolnosti tkáně. Vliv času. (délka blogu 20 min.)

Shrnutí z minulých blogů

Není “radioaktivita” jako radioaktivita. Existují různé druhy ionizujícího záření. Může se jednat o proud jednotlivých (i složených) částic - nebo o elektromagnetické vlnění. Je jen logické, že fyzikálně rozdílné druhy záření mají různé následky.Za ionizující přitom mimochodem považujeme záření s určitou minimální energií. Proto je také část elektromagnetického spektra v tomto ohledu neškodná a způsobuje jen zahřátí látky - a ne už její ionizaci.Kromě fyziky se na věci podílí také její mladší sestra - chemie. Tady už je situace ještě o něco komplikovanější. Radioaktivita (ionizující záření) způsobuje v organismu dva druhy škod - přímé a nepřímé. Přímé škody odpovídají přímému střetu záření s molekulami a jejich okamžité destrukci. Takové škody vznikají prakticky okamžitě po dopadu záření. Nepřímé škody mají na svědomí látky, které vznikly na místě, kam dopadlo záření z vody a různých chemikálií - tzv. “volné radikály”. Na škody, které záření způsobuje, je buňka připravena, volné radikály totiž vznikají ve velkém stylu také při jejím metabolismu. Nejsou pro buňku nic nového. Existuje zhruba deset různých mechanismů - opravářů. Podílí se na nich chemikálie, které musí buňka vytvořit, je tedy jasné, že se tyto mechanismy dají “přetížit” v případě, že je škod nepřiměřeně moc. Také pro tento případ má náš organismus speciální strategie - a poškozených nebo špatně opravených buněk se zbavuje. Teprve když selže i tato strategie - můžeme později pozorovat takové následky jako mutace nebo zhoubné bujení.

Vliv ionizujícího záření na živý organismus

Ionizující záření má tedy na živou hmotu vliv, který se nedá popsat jednou větou. Je komplikovaný nejen proto, že se u “radioaktivního” záření vlastně jedná o různé (a fyzikálně naprosto odlišné) druhy záření. Také interakce záření s živou hmotou má komplikovaný charakter. Navíc se (k naší nemalé radosti) umí živá hmota ionizujícímu záření v rámci svých možností dokonce i bránit.

Biologický vliv ionizujícího záření

 ... je závislý na fyzikálních podmínkách (typ a energie záření, jeho intenzita) a na chemických vlivech (přítomnost vody v dané tkáni, koncentrace kyslíku, ochranných látek jako jsou určité enzymy nebo senzibilizátory). Škodlivost různých typů záření se proto může (v závislosti na okamžitých podmínkách) značně lišit.

Nepodléhejme tedy všeobecné hysterii, podle které je jakákoliv radioaktivita smrtelně nebezpečná. Vždy se jedná o konkrétní vliv konkrétního druhu záření.

Na to, abychom zjistili, jestli od daného záření hrozí nebezpečí bychom měli nejprve vědět,

co přesně nás ozařuje

(typ záření, jeho množství, kvalita/energetičnost) a

kterou část těla nám takové záření ozařuje

(jinak reaguje kost a jinak tkáně, plné vody, ve které se mohou tvořit volné radikály - jinými slovy jinak reagují orgány a jinak náš skelet).  

Pokud přichází ionizující záření z okolí živého organismu, zpravidla ozařuje celý objekt stejnou měrou. Jiná situace vznikne při kontaminaci radioaktivní látkou. Některé z nich pronikají především do plic (když je vdechneme). Jiné mají pro změnu ve zvyku se koncentrovat v určitých částech těla, kde mohou delší dobu škodit tamní tkáni. Typicky je to jód ve štítné žláze nebo stroncium, které se chemicky “podobá” vápníku a naše tělo ho s radostí zabudovává do kostí.

Etika

A přesně tady narážíme poprvé na problém s etikou. Je jen logické, že vědci nemohou vzít pokusnou osobu, ozářit ji - a sledovat, jak reagují její tkáně na ten či onen typ záření. Pro zjištění vlivu záření se používají nižší organismy, jednotlivé buňky nebo například laboratorní krysy, na kterých se pak simuluje vliv na skutečně živý komplexní organismus.

To musíme brát v úvahu při všech následujících úvahách. Při zjišťování vlivu záření se musíme spoléhat na “měkká” data. Často jsou jen odvozená nebo pocházejí ze zkušeností, které byly získány v minulosti, například po explozích atomových bomb ve  městech Hirošima a Nagasaki.

Etika nedovoluje získávat “tvrdá” data, ověřená pokusy na stovkách nebo tisících pokusných osob a opatřená příslušnou statistikou. Navíc může díky odchylkám v chemických koncentracích aktivních látek (enzymů apod.) každý organismus reagovat na stejnou dávku záření … poněkud odlišně.

Proč se někdy záření měří v Sievertech a někdy v Grayích?

Situace je tedy dost komplikovaná. Aby do věci vnesli trochu pořádku a logiky, zavedli odborníci různé pojmy. S jejich pomocí se snaží o škatulkování jak záření tak podmínek pro vznik škod.

Relativní biologický účinek (ionizujícího záření)

Už samo slovo “relativní” naznačuje, že se tu porovnává vliv daného konkrétního záření a záření, které se používá jako standard nebo vzor. (Za referenční záření bývá mimochodem považováno rentgenové záření, vznikající při napětí 200 - 250 kV.)

Dalšími často používanými pojmy jsou…

“absorbovaná dávka”, “dávkový ekvivalent” a “efektivní dávka”.

Jak spolu vzájemně souvisí? To pomůže vyjasnit následující obrázek.

První sloupec tabulky se věnuje absorbované dávce záření. Je to “hrubá” a ničím nepozměněná hodnota energie, která se na objekt přenesla ionizujícím zářením.

Jednotkou je Gray. S touto jednotkou se nejčastěji setkáte také při popisu vlivu záření na neživou hmotu.

Druhý sloupec tabulky se věnuje dávkovému ekvivalentu, který je někdy nazývaný ekvivalentní dávka. Vypočítává se z absorbované dávky (levý sloupec) a typu záření. Vyjadřuje tedy v podstatě vliv fyziky při ozáření živé hmoty.

Dávkový ekvivalent se z absorbované dávky spočítá vynásobením její hodnoty a faktoru kvality záření. Jednotkou dávkového ekvivalentu už není Gray, ale Sievert. Obě jednotky mají stejný fyzikální rozměr (J/kg). Díky odlišnému názvu se ale dá rozlišit, která z nich se týká prosté dávky záření, o kterém mluvíme například u neživé hmoty - a která se týká vlivu záření na živou hmotu.

Právě faktor kvality záření vystihuje mou úvodní větu “není radioaktivita jako radioaktivita”. Posuďte sami.

	1
	1
	51020105
	5
	20

Čím vyšší je faktor kvality záření, tím nebezpečnější je záření pro živou hmotu - to znamená tím horší škody můžeme od takového typu záření očekávat.

Z horní tabulky je vidět, že nejnebezpečnější jsou částice alfa a neutrony s určitou (nepříliš vysokou nebo nízkou) energií. Je to vlastně logické. Nejvíce škod napáchají částice, které mají relativně velkou hmotnost. To jsou právě alfa částice nebo neutrony (případně protony). Částice s malou nebo dokonce nulovou klidovou hmotou jsou relativně málo nebezpečné (fotony, myony a elektrony).

Jinými slovy - když na vás spadne kus skály, napáchá větší škody než když po vás někdo hodí relativně malý a lehký kámen.

Třetí sloupec horní tabulky pojednává o efektivní dávce. Ta vyjadřuje ještě navíc vliv chemie při pohlcení ionizujícího záření živou hmotou. Co si pod tím představit?

Vzpomínáte si na minulý blog, kde jsem zmínila krávy pasoucí se v bouřce na louce?

Část těchto pomyslných krav zabije blesk a část stromy, které padají po zásahu blesku. Blesk v daném případě vyjadřuje přímý zásah struktury molekuly zářením - a její destrukci. Strom, který nejdříve zasáhl blesk - a který pak spadl na pomyslnou krávu a zabil ji - je analog volných radikálů, které vznikají vlivem ionizujícího záření. Tyto volné radikály škodí struktuře molekul stejně jako přímý zásah ionizujícím zářením. Volné radikály jsou dokonce zodpovědné za většinu (zhruba dvě třetiny) všech škod, které způsobuje ionizující záření na struktuře našich molekul.

Na některých pastvinách neroste moc stromů, které by mohly být zasaženy bleskem a zabít pomyslnou krávu, na jiných pastvinách je jich tolik, že se nebezpečí zabití padajícím stromem zmnohanásobí. Některé části našeho těla jsou na ionizující záření citlivější a některé méně citlivé.

Znamená to pak, že se efektivní dávka musí pro každou (odlišně se chovající) část těla přepočítávat pomocí dalšího speciálního koeficientu (většinou má hodnoty mezi 0,01 a 0,2). Odměnou nám je pak hned několik různých částečných efektivních dávek, které se sčítají, aby vyjádřily efektivní dávku celého organismu. I ona se počítá v Sievertech, jednotkách, které (jak už víme) se používají pro vyjádření dávky záření absorbovaného živou hmotou.

Čas

Zdá se vám to složité?

Aby byla situace ještě zajímavější, je kromě fyzikálních a chemických vlivů důležitým faktorem také čas - tedy doba, po který ionizující záření působilo - a jeho intenzita.

Situace se dá dobře přirovnat k opalování. Když vycházíte na sluníčko každý den, ale strávíte sluněním jen čtvrt hodiny denně - bude výsledek úplně jiný než když byste vyrazili na sluníčko nepřipravení a strávili sluněním bez přestávky hned deset nebo více hodin. V prvním případě získáte příjemné opálení - ve druhém případě si kůži spálíte.

Pokud se vaše tělo setkává s malými a pravidelnými dávkami ionizujícího záření, odpovídá tento stav krátkému a častému opalování. Náš organismus stihne vzniklé škody průběžně opravovat, takže k nějakému závažnému poškození nejspíše nedojde. Stihne také vyrábět dostatečné množství enzymů/opravářů.

Pokud je donucen organismus absorbovat velkou dávku záření rychle a naráz, je přetížený podobně jako při nadměrném a rychlém opalování.

Shrnutí

O tom, jaký vliv bude mít na váš organismus ionizující záření, rozhoduje jeho typ a energie, kterou dostalo do vínku. Kromě toho záleží také na druhu ozářené tkáně - a také době, po který záření působilo. Důležitá je samozřejmě i jeho intenzita.

Každý organismus je sice jiný a reaguje poněkud odlišně, přesto se dá zhruba říci, jaké škody bude vyvolávat určitá dávka určitého záření, absorbovaného v určitých podmínkách. Odborníci přepočítávají hrubé hodnoty záření na relevantní hodnoty. K výpočtům se používají různé koeficienty, zohledňující fyzikální a chemické vlivy.

Pomocí výsledné hodnoty pak odborník umí odhadnout, jestli je dané záření škodlivé. Principiálně škodlivější je totiž vliv vyšších dávek záření. I tady ale existují výjímky, které zmíním v některém z dalších blogů.

Příště - rozdílný vliv malých a velkých dávek záření