Cuprins

Introducere.... 41. Mrimi dozimetrice... 41.1. Sistemul roentgenologic. 41.2. Sistemul radiobiologic... 51.3. Doza letal.. 91.4. Doza fondului de radiaii 91.5. Dozimetria radiaiilor ionizante. 92. Particularitile efectelor biologice... 103. Clasificarea efectelor biologice. 124. Fazele tipice ale evoluiei mbolnvirii n urma iradierii.. 135. Clasificarea efectelor biologice dup natura lor 145.1. Efecte biologice precoce 145.2. Efecte somatice trzii. 175.3. Efecte genetice... 185.4. Efecte biologice teratogene 19Bibliografie 21

3

Efecte radiobiologice asupra omuluiIntroducere

Imediat dup descoperirea radiaiilor rentgen i apoi a radioactivitii, s-a sesizat i caracterul periculos al radiaiilor ionizante, n cazul folosirii neraionale. Pionierii roentgenografiei au cunoscut pe propria lor piele aciunea radiaiilor ionizante, iar dup descoperirea radioactivitii, primele victime au aprut n 1920, n S.U.A., n rndul muncitorilor care aplicau vopsele luminoase pe cadranele ceasornicelor. Acestora li s-au adugat savanii Marie Curie i Irne Joliot-Curie, renumii cercettori n domeniul radioactivitii, care au decedat dup grele suferine, de leucemie radioindus. Dar, cele mai mari victime s-au nregistrat la sfritul celui de al doilea rzboi mondial, n urma exploziilor celor dou bombe atomice, lansate de ctre S.U.A., asupra Japoniei, la Hiroima i Nagasaki.

1. Mrimi dozimetrice

Gsirea unui sistem de mrimi i uniti capabili 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 si uniti, menite sa realizeze legturi ntre factorul fizic activ i efectele biologice generate: sistemul roentgenologic i sistemul radiobiologic.

1.1. Sistemul roentgenologic

n trecut, pentru evaluarea efectelor biologice datorate radiaiilor electromagnetice penetrante (X sau ) cu energii pn la 3 MeV, s-a utilizat sistemul roentgenologic, care se baz pe msurarea ionizrii n aer. Folosirea aerului ca mediu absorbant constituie principala deficien a sistemului roentgenologic, 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 1,293 10-6 kg de aer uscat, ionii purtnd sarcina de 1/3 109 coulombi pentru fiecare semn:

1 R = 2,57976 10-4 Ckg-1~258 Ckg-1

4

Valoarea 1,293 10-6 kg se refer la masa de 1 10-3 m3 de aer uscat n condiii normale.O ncercare de nlturare a deficientei sistemului roentgenologic a constat din

introducerea unei noi uniti de msur, denumita rep (Roentgen Equivalent Physical), o unitate de energie absorbit masic i nu o unitate de doza:

1 rep = 93 erg/g sau, dup alii, 1 rep = 83 erg/g.

1.2. Sistemul radiobiologic

n prezent, pentru evaluarea efectelor biologice, s-a renunat la principiul ionizrii aerului i s-a introdus noiunea de doza, care desemneaz cantitatea de energie a radiaiilor absorbit de un mediu. Aceasta 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 ionizanta unitii de mas a esutului. Altfel spus, ea exprim raportul dintre cantitatea de energie medie d cedat de radiaia ionizant ctre cantitatea de mas dm a unei substane:

dmEdD = [Gy]

Unitatea dozei absorbite n SI este gray (simbol Gy), dup numele unui savant britanic i ea se exprima n Joul pe kilogram:

1 Gy = 1 Jkg-1n practic se folosesc submultiplii grayului, cum este microgray-ul (Gy):

1 Gy = 10-6 Gyn 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 1 10-2 Jouli absorbit de 1 kg substana iradiat:

1 rad = 100 ergi g-1 = 10-2 J kg-1Conversia ntre gray i rad este data de relatiile:

1 Gy = 100 rad1 rad = 0,01 Gy ~ 1cGy

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

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

H = D Q N [Sv]N este un alt factor de corecie, care n mod curent are valoarea 1.

Unitatea de msura a echivalentului de doza n SI este sievert (simbol Sv) dup numele unui savant suedez i ea se exprima n Joul pe kilogram:

1 Sv = 1 J kg-1n mod curent se folosesc submultiplii sievertului, cum ar fi milisievert-ul (mSv) i microsievert-ul (Sv):

1 mSv = 10-3 Sv1 Sv = 10-6 Sv

5

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

1 rem = 10-4 j kg-1 = 10-2 Sv1 Sv = 100 rem

Pentru a avea o idee despre ceea ce nseamn o doza de 1 Sv, se arat ca 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 din doza primita n cursul unei calatorii cu un avion cu reacie pe distanta Londra-Madrid.

Factorul de calitate (Q) pondereaz doza absorbita (D) n funcie de echivalentul de doza (H) i tine cont de faptul c la energii egale comunicate unui organism, efectele biologice variaz dup natura radiaiilor.

Factorul de calitate n funcie de transferul liniar de energie, n apa*) Tabelul 1.1.Transferul liniar de energie ( L ) n apa [keV/m]

Factorul de calitate, Q 1 2 5 10 20*) Dup publicaia 26 din 1977 a CIPR

n tabelul 1.1 se dau valorile factorului de calitate pentru diferite valori ale transferului de energie n apa, iar n fig. 1.1 se prezint variaia factorului de calitate n funcie de transferul liniar de energie n ap.

Fig. 1.1. Valorile interpolate ale lui Q n funcie de L n apa

Atunci cnd se cunoate valoarea factorului de calitate (Q), se poate calcula echivalentul de doza (H), n funcie de transferul liniar de energie ( L ), cu ajutorul relaiei:

=

0

)( dLdLdDLQH

Pe baza acestei relaii se poate calcula, n punctul de interes, valoarea factorului de calitate mediu ( Q ):

==

0

)(1 dLdLdDLQ

DDHQ

6

n tabelul 1.2. se dau valorile factorului de calitate mediu ( Q ) care pot fi utilizate n funcie de diferitele tipuri de radiaii primare, n cazul iradierii interne sau externe.

Valorile factorului de calitate mediu n funcie de diferitele tipuri de radiaii primare*) Tabelul 1.2

Tipuri de radiaii primare prin iradiere interna i externa

Factorul de calitate mediu,Q

Radiaii X i gamma, electroni 1Neutroni, protoni, particule cu sarcina unica i masa de

repaus superioara unitii de masa10

Particule alfa i particule cu sarcina multipla 20*) Dup publicaia: Standarde de baza de radioprotecie a Institutului de Fizica Atomica, Bucureti, 1991.

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

Echivalentul dozei are important deoarece ine cont de modul n care un anumit tip de radiaie ionizanta i distribuie energia n esut, influennd prin aceasta eficacitatea producerii de efecte biologice reale.

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 (vezi tabelul 4).

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:

=T

TTE HWH [Sv]n care HT este valoarea medie a echivalentului dozei n esut (T), iar WT este un factor de pondere denumit i coeficient de risc, reprezentnd proporia din detrimentul total datorat efectelor biologice stochastice (efecte somatice trzii, fr prag), la iradierea uniforma a ntregului corp. Valorile coeficienilor de risc sunt prezentate n tabelul 1.3, publicate de Comisia Internaionala de Protecie Radiobiologica (CIPR) n 1977. Pentru fiecare din celelalte organe sau esuturi din organism necuprinse n tabel, cum este ficatul, se acord cte un coeficient egal cu 0,06. Echivalentele de doza primite de mini, antebrae, picioare, glezne, piele i cristalin nu se iau in calculul echivalentului de doza efectiv.Ponderile factorilor de risc*)

7

Tabelul 1.3.esutul sau organul Factorul de risc

WTGonade (testicule, ovare) 0,25

Piept (sni) 0,15Mduva osoas 0,12

Plmni 0,12Tiroida 0,03

Suprafaa oaselor 0,03Restul organismului 0,03

Tot corpul 1,00*) Dup publicaia 26 din 1977 a CIPR

n tabelul 1.4 se d un exemplu de calcul a echivalentului de doza efectiv primit uniform de ntreg organismul, n cazul iradierii mai multor esuturi i organe (gonade, plmni, tiroida, suprafaa oaselor i ficat) cu diferite echivalente de doza (H), n funcie de factorii de pondere (Wt) corespunztori acestor esuturi. Exemplu de calcul a echivalentului cu doza efectiv n cazul iradierii mai multor esuturi

cu diferite echivalente de doza Tabelul 1.4.

esutul Echivalentul dozei, H [mSv]

Factorul de risc, WT Echivalentul dozei efectiv, HE [mSv]

Gonade 100 * 0,25 = 25,00Plmni 80 * 0,12 = 9,60Tiroida 70 * 0,03 = 2,10

Suprafaa oase 300 * 0,03 = 9,00Ficat 60 * 0,06 = 3,60

Total corp 49,30

Echivalentul dozei efectiv angajat (HE,50) se refera la doza acumulata de un individ n cursul vieii sale (evaluat la circa 50 ani pentru lucrtorii din domeniu), prin incorporarea unic sau a mai multor izotopi, la nivelul unui organ sau esut dat. Aceast doza, care se apreciaz c se acumuleaz pe o perioad de 50 de ani, se calculeaz cu ajutorul relaiei:

+

=

50

50,

0

0

)(t

tEE dttHH

n care HE,50 este echivalentul de doza efectiv, rezultat dup o incorporare timp de 50 de ani, iar t0 momentul nceperii ncorporrii. n cazul n care iradierea se extinde dincolo de 50 de ani, se opereaz cu noiunea de doza relativ la ntreaga via a individului.

Echivalentul dozei efectiv colectiv (SE) este o msur a detrimentului (prejudiciului) total al sntii, provocat de o sursa de radiaii ionizante asupra unui grup de populaie dat. Practic, el reprezint produsul dintre echivalentul dozei efectiv mediu

8

(HE) caracteristic grupului dat i numrul de persoane care primesc aceasta doza ntre HE i HE + d HE, respectiv P(HE)d HE, conform relaiei:

=0

)( EEEE dHHPHS [Sv. om]

Unitile echivalentului dozei efectiv colective, denumita pe scurt i doza colectiva, se exprima n sievert om (Sv om). De regula aceasta se calculeaz dup gonade i se pondereaz n funcie de vrst i de sex.

1.3. Doza letal

Doza letal (DL) este doza de radiaii ionizante data de o cantitate minim de substan radioactiv care provoac moartea unui animal adult. Deoarece la administrarea de doze letale se observ o variaie de rspuns individual, n practic se lucreaz cu urmtoarele tipuri de doza letal:

- doza letal zero (DL0), doza care determin fenomene grave, dar nu letale n lotul de experien;

- doza letal 50 (DL50), doza minim letal care ucide 50% din indivizii iradiai, respectiv unul din doi.

1.4. Doza fondului de radiaii

Independent de voina sa, omul ca de altfel toate fiinele de pe Terra sunt supuse continuu i n orice loc, unui fond de radiaii ionizante. Se apreciaz ca la vrsta de 60 de ani, un om ar fi primit o doz de 0,05-0,1 Sv, doza care la nlimi (n muni) poate fi de zece ori mai mare. Sursele acestor radiaii se gsesc n scoara terestr i n toate materialele nconjurtoare, n hidrosfer (apele oceanelor, mrilor, rurilor, n apa de but) i n cosmos.

n scoara terestr ele se datoresc unor zcminte de minerale ce conin uraniu, toriu i actiniu n echilibru cu descendenii lor din cele trei familii radioactive naturale, precum i a unor izotopi naturali ai unor elemente, cum ar fi: 40K, 87Rb, 115In, 130Te, 138La i alii. Prin solubilizare, sub aciunea agenilor exogenici, srurile solubile ale acestor radioelemente trec n apele de pe suprafaa pmntului, precum i n cele subterane, n apa de but i a unor izvoare.

O contribuie important la doza fondului de radiaii o aduc radiaiile cosmice, care, pe lng iradierile directe ale mediului, provoac n atmosfera reacii nucleare cu azotul, genernd carbon-14 i tritiu-3, care acompaniaz elementele naturale cu care se vor afla n echilibru n regnul animal i vegetal.

n epoca modern, aceasta doza este adesea mrit datorit utilizrii tehnicii nucleare, a instalaiilor de preparare i producere a ei, a experienelor cu aceasta tehnic sau n urna unor accidente i defeciuni ntmpltoare a acestora.

1.5. Dozimetria radiaiilor ionizante

Msurarea dozelor individuale de radiaii se realizeaz cu ajutorul unor metode bazate pe ionizare i metode fotografice.

9

Metodele bazate pe ionizare utilizeaz mici camere de ionizare de forma unui stilou stilodozimetrie, ce conin doi electrozi coaxiali. La sfritul iradierii se msoar cantitatea de electricitate acumulata pe electrozi, cu ajutorul unui instrument electronic, avnd scala gradata n uniti de doza. n alte variante, stilodozimetrele conin un fir de cuar montat direct n corpul su, constituind un minielectrometru (stilodozimetru cu citire direct) (fig. 1.2 si 1.3).

Fig. 1.2. Seciune printr-un stilodozimetru bazat pe acumularea sarcinilor de ionizare:

1 izolator; 2 peretele camerei; 3 electrodul central; 4 capac.

Metodele fotografice, bazate pe efectul de nnegrire a emulsiilor fotosensibile sub aciunea radiaiilor, utilizeaz pentru msurare fotodozimetre. Experimental, un fotodozimetru este constituit dintr-o pelicula fotosensibila nvelit n hrtie neagr i montata ntr-o caset de plastic. Dup developare se determina densitatea de nnegrire a peliculelor cu ajutorul unor fotometre sau densitometre etalonate n uniti de doz.

Fig. 1.3. Seciune printr-un stillodozimetru cu fir:1 fir de cuar metalizat; 2 lentila; 3 scala; 4 gradaie; 5 izolator.

Msurarea dozelor de radiaii n laboratoare i uniti nucleare, urmrind verificarea contaminrii suprafeelor ori a masurilor de protecie, se efectueaz periodic sau continuu cu aparate fixe sau portabile, folosindu-se cele mai diferite metode de nregistrare: camere de ionizare, contoare Geiger-Mller, detectoare cu scintilaie, dozimetrie chimice etc.

2. Particularitile efectelor biologice

Indiferent 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 simt care sa 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 care variaz de la cteva ore, 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.

10

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. Evenimentele iniiale, sunt ionizri i excitri ale atomilor i moleculelor din mediul de interaciune de-a lungul traiectoriilor particulelor ionizante. Ulterior aceste perturbri fizice antreneaz reacii fizico-chimice, urmate de reacii chimice, genernd n final efecte biologice. Schematic cronologia acestor evenimente este data n Fig. 2.1.

Fig. 2.1. Prezentarea schematic a fenomenelor declanate deradiaiile ionizante n mediu biologic *

11

3. Clasificarea efectelor biologice

n prezent efectele nocive ale radiaiilor ionizante asupra fiinelor, n special a omului, a descendenilor si i asupra umanitarii n general se clasifica 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 determinate ntre doza i efect, ele apar atunci cnd doza primita depete o anumita valoare de prag (fig. 3.1).

Fig. 3.1. Dependenta efectului biologic de doza biologicaa efecte stochastice fr prag; b efecte nestochastice cu 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 importanta administrarea fracionata a dozelor de radiaii.

Printre efectele nestochastice se numra: leziunile nemaligne ale pielii, cataracta, hipolezia medular care antreneaz o deficien hematologic a vtmrilor provocate celulelor gonadelor cu repercusiuni asupra fertilitii.

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

Printre ele se numra efectele somatice care se manifesta cu ntrziere, sub forma 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 dozelor absorbite pentru radiaiile cu transfer liniar de energie mic, rezult ca 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 absorbita a fost denumit factor de risc.

12

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 luna.

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

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

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):

=j

ijijj gPG

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

iji GPPG

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 doza se stabilete o relaie liniar fr prag, aplicat la doze slabe. De aceea, detrimentul colectiv al sntatii este proporional cu echivalentul de doza efectiv colectiv. Totui, n mod practic, detrimentul unui grup de indivizi nu poate fi redus la o nsumare a vtmrilor individuale, fapt pentru care echivalatul de doza colectiv se ia ca un partener printre altele.

4. 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 i perioada secundar.

Reaciile n perioada primar de aciune a radiaiilor ionizante se datoreaz 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, multa vreme s-a considerat c aciunea nociv a radiaiilor ionizante este cauzat de produsele de descompunere a ei i n special de apa oxigenat, care acioneaz ca agent oxidant (ipoteza aciunii prin apa oxigenat). O ipoteza mai verosimila considera ca rolul principal n aciunea biologica primara il au radicalii H, OH, i O2H care apar la radioliza apei (ipoteza aciunii prin radicali liberi). Conform acestei ipoteze, radioliza apei constituie o surs pentru aciunea indirect a radiaiei, deoarece radicalii liberi formai pot afecta att cromozomii ct i proteinele citoplasmatice.

13

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 distanta sau al aciunii secundare).

Perioada latent care apare n organism, dup perioada primara, 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 formarii unor substane toxice). Reaciile din aceasta perioad sunt de natur necunoscut i, n decursul timpului, ele au fost atribuite aciunii apei oxigenate, peroxizilor organici i histaminei, problema fiind ns n discuie. Cert este faptul ca, sub aciunea radiaiilor ionizante, apar molecule active, n primul rnd n celulele din esuturi i n paralel n snge i n limf.

5. Clasificarea efectelor biologice dup natura lor

Cel mai frecvent, efectele biologice se clasifica dup natura lor n:- efecte precoce, care nu apar dect pentru doze ridicate;- efecte somatice trzii, care se manifesta dup mai muli ani, chiar mai muli zeci

de ani;- efecte genetice, care privesc descendenii; - efecte teratogene, care se refera la afectarea embrionului i a fetusului.

5.1. Efecte biologice precoce

Efectele biologice precoce survin la puin timp dup iradiere, uneori dup cteva ore sau mai puin i sunt efecte cu prag, fapt pentru care nu apar dect dac doza depete un anumit nivel. Deasupra pragului ele cresc cu doza. De aceea, pentru a evita producerea lor, s-au elaborat reglementri care impun limitarea sub nivelul de prag al dozelor ce le pot primi operatorii care lucreaz n medii de radiaii ionizante. Cele mai fragile esuturi care sufer efecte biologice cu prag sunt: pielea, celulele formate de snge, mduva osoas, intestinul i organele sexuale sau gonade.

Efectele 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 cldura. La doze ntre 10 i 20 Gy apar epidermite exudative, urmate dup un timp de o latenta de trei sptmni, de eritema secundar, apoi de epitelitaexudativ, dup 3-6 luni fcndu-se restaurarea fr recurs. n cazul unor iradieri foarte importante i profunde, se alterneaz vascularizaia i apare ulceraia, care necesit un tratament chirurgical.

14

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 printre cele dou funcii de productore 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 reversibila, iar la doze de circa 2 Gy apare o azoospermie i sterilitate temporar, n jur de un an. Experienele efectuate de americani pe deinui voluntari au artat ca n cazul iradierii testiculelor cu doze de 6 Gy, sterilitatea este temporar la om. De asemenea, supravieuitorii dintre cei 23 pescari japonezi care au fost iradiai n urma exploziei experimentale a armei termonucleare de la Bikini, n 1954, i care se estimeaz ca au primit doze de 3 - 6,6 Gy, dup o sterilitate de 2-3ani, au avut copii normali (n total 45 copii).

- 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 de ani este necesar o doza de 12-15 Gy pentru a provoca o menopauz artificial, la o femeie de peste 40 de ani este suficient o doza de numai 7 Gy. Se menioneaz ca la femei sterilitatea este nsoit de oprirea funciei endocrine.

Din cercetrile efectuate, precum i din constatrile asupra descendenilor celor iradiai n urma exploziilor atomice de la Hiroima i Nagasaki, a rezultat ca n urma unei iradieri puternice care a provocat sterilitatea temporar, nu s-au produs urmri genetice, prin afectarea celulelor sexuale.

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 doza de 25 Gy, se mbolnvesc de fibron 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 dup cteva sptmni de la iradiere, pe cnd vezica poate suporta doze mult mai mari. Diversele organe ale aparatului digestiv au radiosensibilitii diferite. Cel mai radiosensibil 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 circa 50 Gy, timp de 5-6 sptmni.

Efecte biologice precoce n cazul iradierilor globale. n urma unor iradieri globale cu doze n jur de 1 Gy, care sunt fr gravitate imediat, nu se observa dect foarte discrete modificri hematologice, n ceea ce privete globulele albe, dar ele se regenereaz rapid. n astfel de cazuri se aplica un tratament modest, fr a fi necesar spitalizarea.

15

La doze cuprinse ntre 1 i 2 Gy, dei semnele fizice nc lipsesc, se observ o scdere a globulelor albe i a plachetelor, iar numrul globulelor roii este modest. n acest caz sunt necesare transfuzii i tratament antibiotic. Din contra, la doze de peste 2Gy, se observ o evoluie stereotipa a bolii, cu afectarea celulelor formatoare de snge i scderea corespunztoare a numrului maxim de elemente reprezentative din snge. Evoluia mbolnvirii se face urmnd cele patru faze tipice: Dup o perioad de debut care dureaz trei zile, nsoit de simptome discrete, urmeaz de perioada latent, practic silenioas, care dureaz peste trei sptmni. n continuare, se instaleaz perioada de stare (perioada critica), creia i se asociaz semne generale cum sunt oboseal intens, tulburri digestive, hemoragii i infecii, formula sangvina fiind foarte modificata. n acest moment, viaa bolnavului este n pericol. Abia dup circa trei luni, el intr n coalescen. n acest caz, spitalizarea este indispensabil ntr-un centru specializat, cu locuri sterilizate, repaus absolut i eliminarea posibilitilor de infectare. n cadrul tratamentului se recomanda grefe de mduva osoas. La doze mai mari, grefa cu mduva osoas poate fi singura ans, iar la doza peste 12 Gy, de iradiere instantanee, orice tratament terapeutic nu este eficace.

Efecte biologice precoce n cazul iradierilor accidentale. n ultimele decenii s-au nmulit numrul iradierilor accidentale. Principal, ele pot fi clasificate n iradieri implicnd una sau mai multe persoane, ori a unor grupuri mari de persoane.

Iradieri accidentale implicnd una sau mai multe persoane. Pn n anul 1965 au fost nregistrate 12 astfel de accidente critice n lume, n care persoane au fost expuse global n cursul unor cercetri sau operaii chimice, dintre care au rezultat 9 decese.

De asemenea, se cunosc 24 accidente cu surse gamografice, dintre care 15 accidente cu 192Ir i 9 accidente cu 60Co, din care au rezultat 17 mori i 38 grav iradiai. n ultimii 40 de ani au avut loc 115 cazuri de iradieri locale, care au fcut 156 victime. Principalele cauze se datoresc: instalaiilor de radiaii X pentru analiza cristalografica (69), surselor de gamografice cu 192Ir (34), 60Co (25), imitatori -activi (11), acceleratori de particule (8) i diverse surse (8). Iradierile interne sunt mai rare i mai greu de cunoscut. n Frana sunt cunoscute numai o zecime din decese: 7 sunt imputabile activitii medicale.

Iradieri accidentale a unor grupuri mari de persoane. Iradierile simultane asupra unui numr ridicat de persoane au fost nregistrate n urma unor experiene cu arme termonucleare sau a unor defeciuni survenite n funcionarea unor centrale atomoelectrice.

Explozia experimentala a armei termonucleare de la Bikini, de la 1 martie 1954, a provocat printre altele i iradierea puternica, prin cderi de pulberi radioactive, a locuitorilor de pe Insula Marschall precum i a 23 de pescari marinari de pe vasul japonez Fukuriu Maru.

Recent prin defectarea centralei atomoelectrice de la Cernobal (Ucraina) din aprilie 1986, au fost iradiate 22 persoane cu doze peste 8 Gy, 22 persoane cu doze ntre 4 i 8 Gy, 53 persoane cu doze ntre 2 i 4 Gy i 203 persoane cu doze peste 1 Gy, fiind nregistrate 31 decese.

16

Fig. 5.1. Centrala atomoelectric de la Cernobal (Ucraina)

5.2. Efecte somatice trzii

Efectele somatice trzii, n general, sunt fr prag. Ele pot fi necancerigene (cataracte, tulburri ale creterii, scderea longevitii i a unor reacii imunologice), ns principalul efect ntrziat este cancerul, care apare dup civa ani sau zeci de ani de la iradiere. Principalele efecte somatice trzii necancerigene se caracterizeaz prin urmtoarele:

Cataractele sunt boli care provoac opacifierea cristalinului. Radiaiile ionizante genereaz cataracte la doze superioare la 10 Gy de radiaii X. Ele sunt efecte cu prag, care la brbai este foarte ridicat i apare ntre 1 i 10 ani de la iradiere. n cazul neutronilor rapizi, pragul este mult mai jos 0,8 Gy, respectiv 8 Sv.

Tulburri de cretere. Constatrile efectuate pe supravieuitorii de la Hiroima i Nagasaki au evideniat ca, prin expunere la doze de 1 Gy, au loc tulburri de cretere i anume: un deficit n greutate, o scdere a taliei i a circumferinei capului.

Longevitatea. De asemenea, studiile de supravieuitori de la Hiroima i Nagasaki, precum i pe animale n laborator, au artat ca la doze ridicate (4 Gy) de radiaii, se scurteaz durata medie de via, indiferent dac iradierea a produs leucemie sau cancer.

Reaciile imunologice. La iradierea cu doze de 1 Gy scad reaciile imunologice i organismele devin vulnerabile la infecii.

Pielea dei nu este radiosensibil, se manifesta ca un organ critic, avnd un prag de toleranta de 2mGy/zi. Prin iradierea minilor cu doze superioare (5 mGy/zi) apar leziuni cutanate cronice, sau uscate i atrofice, care fisureaz, dnd ulceraii grave.

Cancerele, principalele efecte ntrziate, se caracterizeaz prin faptul c nu au prag i se produc mai ales cu doze slabe de radiaii. Frecventa lor este influenat de o serie de factori, printre care se numra: doza de radiaie, natura radiaiilor, sexul, vrsta i natura esuturilor iradiate.

Dintre toi factorii, doza de radiaii este cel mai important, iar dintre radiaii, particulele i neutronii sunt cele mai periculoase. Radiosensibilitatea organismelor este

17

diferita n funcie de sex: ea este mai important la femei dect la brbai, n special pentru sni i tiroida i are un efect invers pentru mduva osoas i pulmon. Totodat, efectele difer cu vrsta, copiii tineri, adolescenii i persoanele n vrsta fiind mai radiosensibile dect adulii. Timpii de latenta sunt foarte variabili i depind n mod esenial de natura esutului iradiat. Ei sunt cuprini ntre 4 i 20 de ani de la iradiere pentru leucemie , de 10 ani pentru tumori, 22-25 de ani pentru sni etc. Cancerul cutanat apare la doze de circa 15 Gy radiaii electromagnetice, ntre 25 i 40 de ani. Cancerul osos apare la doze >8Gy, iar leucemia la doze >1 Sv. Cancerul snului apare la doze de 0,20 Gy (la iradieri radiologice), iar cancerul tiroidei la 0,1 Gy la copii ntre 13 i 14 ani.

Fig 5.2. Hiroima i Nagasaki

5.3. Efecte genetice

Alturi de ali ageni fizico-chimici (substane chimice, radiaiile electromagnetice, cldura etc.) care pot provoca efecte mutagene se afl i radiaiile ionizante.

Dac la doze slabe nu s-au nregistrat astfel de efecte la om, n schimb printre copiii supravieuitorilor de la Hiroima i Nagasaki, iradiai cu doze puternice, s-au nregistrat cazuri de anomalii genetice semnificative.

Pe plan uman, singurele informaii de care dispunem sunt descendenii iradiailor de la Hiroima i Nagasaki i ai pescarilor de la Bikini, dar n ambele cazuri, dozele nu sunt cunoscute cu precizie. n cazul supravieuitorilor de la Hiroima i Nagasaki, dei au prezentat forme cancerigene pentru doze ridicate (>1 Gy), nu s-au nregistrat efecte genetice. De asemenea, n cazul celor 23 marinari pescari de la Bikini, iradiati de caderile radioactive, cu excepia unuia care a decedat, dup o sterilitate de doi ani, ceilali au avut copii normali (45 copii), la care nu au fost observate efecte genetice aparente la prima generaie.

n modul de evaluare a efectelor genetice se ntmpl unele dificulti datorate urmtorilor factori: caracterul particular al efectelor genetice; necesitatea extrapolrii rezultatelor obinute experimental pe animale, la om; i de asemenea, extrapolarea rezultatelor obinute experimental cu doze forte, la doze slabe.

18

Din investigrile pe animale, s-a stabilit ca frecvena anomaliilor genetice se observa la doze >1 Gy. La om, anomaliile (de ex. structura cromozomilor) reprezint un risc de 1-10 pe milion de nateri vii, pe centiGy, iar mutaiile genetice apar, la iradierea celor doi prini, cu o frecventa de 5-65 pe milion de nateri vii, pe centiGy. Dup prima generaie i la echilibru (dup 5 generaii), frecvena lor este de 40-200 pe milion de nateri vii pe centiGy, pe generaie. Mutaiile sunt legate de sexe, n sensul ca ele se transmit prin femei. n prima generaie, numrul de afeciuni adugat este 1 Gy), printre care se

remarc deficitul ponderal, scderea taliei i a circumferinei capului i o ntrziere a osificrii;

19

- cancerul, care apare la iradieri n uter cu doze de 0,02 Gy;-mortalitatea intrauterin i neonatal crete. n cazul supravieuitorilor de la

Hiroima i Nagasaki, ea a fost cu 40% mai mare dect cea normal; - efecte genetice nu s-au observat nici printre descendenii celor iradiai n uter cu

ocazia exploziilor nucleare de la Hiroima i Nagasaki.Pe baza acestor observaii, se impune luarea unor precauii n cazul femeilor

nsrcinate, care sunt expuse profesional la doze de radiaii ionizante i excluderea lor de la orice fel de examen radiologic.

20

Bibliografie

1. Marcu, GH., - Elemente radioactive. Poluarea mediului i riscurile iradierii, Editura Tehnic, Bucureti, 1996.

2. Ciplea L.I., Ciplea Al., - Poluarea mediului ambiant, Editura Tehnic, Bucureti, 1978.

3. Gaspar E., erban D., - Elemente de radioprotecie, Editura Tehnica, Bucureti.4. Cartas V., - Curs de fizic nuclear, Universitatea Dunrea de Jos, 2004.

21