RADIATIILE SI RADIOPROTECTIA

RADIATIILE SI RADIOPROTECTIA

Marimi si unitati legate de efectul biologic al radiatiilor

Doza de iradiere - este cantitatea de energie cedata unitatii de masa D = dW/dm;

< D >_SI = 1Grey = 1Gy = 1J/kg; < D >_tot = 1rad (rad-ul) = 10^-2J/kg; (rad = Radiation Absorbed Doze = doza de radiatii absorbita) ; 1 rad = 10^-2Gy

Expunerea (dQ/dm) - sarcina electrica totala a ionilor de un semn produsa in urma iradierii in unitatea de masa. Unitatea de masura este rntgen-ul R

Echivalentul de doza H = Q.D, unde Q este factorul de calitate al radiatiei

< H >_SI 1Sv (Sievert); < H >_tot = 1Rem; (rem = Rntgen Equivalent Man = rntgenu echivalent pentru om); 1 rem = 10^-2Sv

Marimile dozimetrice mentionate se refera la un timp de expunere oarecare. Daca se raporteaza efectul la unitatea de timp se definesc:

Debitul dozei d = dS/dt;    < d >_SI = J/kg.s

Debitul echivalentului de doza h = dH/dt < h >_SI = 1Sv/s

Doza permisa pentru o persoana in functie de varsta, se calculeaza cu formula:

D_max = 5(N - 18)rem, unde N - numarul de ani ai persoanei

Efectele biologice ale radiatiilor - radioprotectia

Mediul inconjurator contine surse naturale de radiatii, existente de miliarde de ani pe planeta Pamant inca de la formarea acestuia, insotind aparitia si evolutia vietuitoarelor, inclusiv a omului. Prin activitatea sa economica si sociala de-a lungul timpului, omul a modificat si modifica sursele naturale de radiatii, creand astfel o radioactivitate naturala suplimentara.

Radiatiile sunt de origine si natura foarte variate, clasificandu-le astfel:

o      radiatii electromagnetice, X sau g de inalta frecventa, avand aceiasi natura ca lumina

o     radiatii corpusculare incarcate electric: a b, ioni accelerati

o       radiatii corpusculare neutre electric: neutroni

Radiatiile nucleare pot actiona asupra organismului in trei moduri: actiune directa, actiune indirecta si actiune la distanta.

Prin actiune directa sunt lezate macromoleculele de mare importanta, chiar vitala (proteine, acizi nucleici) care sufera transformari datorita ionizarii sau excitarii directe.

Actiunea indirecta este datorata elementelor care apar in urma proceselor radiochimice. Mediul principal in care se desfasoara procesele biologice fiind apa, efectele apar datorita ionizarii acesteia (apar ioni sau radicali) care actioneaza ca agenti oxidanti si reducatori asupra unor componente esentiale celulare, perturband functionarea normala a acestora.

Efectele biologice care apar in urma iradierii, sunt dependente de: doza de radiatii si debitul dozei. Efectele biologice ale radiatiilor pot fi grupate astfel:

1. Efecte somatice - care apar la nivelul celulelor somatice si actioneaza asupra fiziologiei individului expus, provocand distrugeri care duc fie la moartea rapida, fie la reducerea semnificativa a sperantei medii de viata. Leziunile somatice apar in timpul vietii individului iradiat si pot fi imediate sau tardive - efectele somatice imediate sau pe termen scurt, se manifesta la cateva zile , saptamani sau luni de la iradiere. Aceste efecte sunt de regula nestochastice (nealeatorii) adica se produc la toti indivizii expusi la o doza superioara dozei de prag. Efectele somatice tardive sunt cele care apar dupa o perioada mai lunga de timp, de ordinul anilor, numita perioada de latenta si se manifesta in special sub forma de leucemie sau cancer. Aceste efecte sunt de natura stochastica (intamplatoare) in sensul ca este imposibil de evidentiat o relatie cauzala directa - probabilitatea producerii unui efect este proportionala cu doza de iradiere.

2.Efecte genetice - care apar in celulele germinale sexuale din testicule sau ovare - aceste mutatii letale sau subletale la descendenti se datoreaza unor efecte imediate ale radiatiilor cum ar fi: alterarea cromozomilor (translocatii, aparitia de extrafragmente) ruperea unor segmente de cromatina, alterarea chimica a codului genetic, fie prin actiunea radicalilor liberi asupra bazelor azotate ale acizilor nucleici, fie prin ruperea lantului acelorasi acizi. Gravitatea efectelor mutagene apare prin transmiterea la descendenti a unor translocatii cromozomiale, efect biologic, care apare si la doze mai mici.

Dozele de radiatii care pot produce aparitia unui minim de mutatii intr-o generatie de indivizi, intr-un ecosistem, daca sunt mentinute in permanenta pot conduce la adevarate catastrofe ecologice in generatiile urmatoare.

Dozimetrie si radioprotectie

Dozimetria - reprezinta totalitatea metodelor de determinare cantitativa a dozelor de radiatii in regiunile in care exista sau se presupune ca exista un camp de radiatii, cu scopul de a lua masuri adecvate pentru protectia personalului ce isi desfasoara activitatea in acea zona.

Radioprotectia = totalitatea metodelor si mijloacelor de reducere a efectelor nocive ale radiatiilor. Sursele de iradiere pot fi:

surse externe - aflate in afara organismului

surse interne - aflate in interiorul organismului.

Protectia impotriva efectelor nocive ale radiatiilor, produse de sursele externe, poare fi:

protectie fizica - realizata prin mijloace de reducere a dozei de expunere, ca: distanta, ecranarea, timpul de expunere;

protectie chimica - prin folosirea unor substante chimice (cistamina, gamofos, etc.), care se administreaza inainte sau dupa iradierea persoanei;

protectie biochimica - realizata prin folosirea unor preparate sau macromolecule biologice (sange, plasma, etc.) care administrate imediat dupa iradiere, ajuta la refacerea celulara;

protectie biologica - se realizeaza prin transplantul de celule viabile in maduva (hematoformatoare).

Reducerea gradului de contaminare radioactiva se poate realiza prin:

decontaminare - indepartarea izotopilor radioactivi din tubul digestiv (cu alginat de sodiu, fosfat de aluminiu, etc.) si din arborele traheobronsic (prin spalari cu ser fiziologic;

decorporare - eliminarea izotopilor radioactivi fixati in diferite organe (cu sare de Zn sau Ca a acidului dietilen - triamino - pentaacetic);

dilutie izotopica - administrarea iodurii de potasiu impotriva Iodului - 131, consumarea unor cantitati mari de apa pentru reducerea fixarii tritiului in organism, etc.

Masurile de radioprotectie, pot fi grupate in: masuri preventive; masuri de supraveghere; masuri de limitare si lichidare.

Efectul nociv al radiatiilor asupra materiei vii este datorat proprietatii de a ioniza mediul prin care trec, ionizarea fiind modul dominant de pierdere a energiei de catre radiatii cand traverseaza mediul material. Materia vie este caracterizata prin existenta unor molecule deosebit de mari ale caror proprietati si functionalitate biochimica pot fi ireversibil perturbate. Astfel, un act de ionizare, de trecere a unui electron pe un alt nivel in acest ansamblu, sau de smulgere a lui, provoaca mari schimbari in caracteristicile moleculei respective, schimbari care acumulate la nivelul celulei se pot traduce prin grave dereglari ale metabolismului, culminand cu moartea celulei sau cu erori de structura si functionare a aparatului genetic celular, de tip cancerigen sau mutagen.

Metodele de protectie contra radiatiilor se impart in:

1. Metode active - cand sursa radioactiva este inconjurata cu ecrane absorbante, care reduc mult intensitatea radiatiilor emergente, deci asigura securitatea celor ce se afla la limita exterioara a ecranelor.

Metode pasive - cand se iau masuri de genul:

persoanelor li se fixeaza durate limitate de lucru in spatiul respectiv

li se dau alimente, medicamente antidot, mijloace de protectie individuala, etc.

Din cercetari medicale rezulta ca:

doza minima de iradiere globala a intregului organism este sub 20 Rem

intre 75 - 150 Rem apare boala actinica, cu riscul cazurilor mortale la doza superioara

peste 700rem au efect letal.

Datorita efectului cumulativ al iradierii, normele prevad ca o persoana care la o singura iradiere a acumulat toata doza permisa, sa zicem intr-un an, nu mai are voie sa suporte alta iradiere in acel an. Iradierea accidentala cumulata maxima admisa este de 25Rem. Datorita efectelor genetice, pentru femeile gravide, dozele admise sunt mai mici fata d cele aratate mai sus. Deoarece nu toate partile organismului sunt la fel de rezistente la iradiere, s-au stabilit doze maxime pentru diferite organe si parti ale organismului, precum si cazul in care radiatia nu atinge intregul organism, ci doar portiuni din el.

o      pentru organe izolate, exceptand cristalinul si gonadele, doza este de 15Rem/an

o      pentru oase, tiroida, pielea intregului organism, cu exceptia extremitatilor, doza este de 30Rem/an

o      pentru maini, antebrate, picioare si glezne doza este de 75Rem/an.

Sunt cazuri cand unele elemente radioactive pot ajunge sa fie integrate de oameni prin apa de baut sau alimente, sau inhalate odata cu aerul. Elementul radioactiv poate intra in circuitul metabolic si in aceste cazuri insasi sursa radioactiva se afla in organism si singura protectie posibila este folosirea de substante care elimina si insolubilizeaza elementul respectiv. Poate aparea situatia ca un element radioactiv, cu toate ca este cantitativ sub limita admisa pentru intregul organism, concentratia sa intr-un anume organ sa fie suficient de ridicata pentru ca doza de radiatie permisa pentru organul respectiv sa fie depasita. Astfel de organe care concentreaza preferential un anume element se numesc organe critice, ca de exemplu: glanda tiroida pentru iod, sau sistemul osos pentru strontiu, care este omolog clinic pentru calciu. Pentru a exclude astfel de cazuri, normele de protectie admit concentratia limita ale acestor substante in apa si aer.

In tabelul de mai jos, redam expunerea normala a omului la radiatii nucleare, astfel incat sa va puteti calcula fiecare doza naturala:

In functie de valoarea dozei biologice a radiatiilor, apar efectele:

Se stie de mai multi ani ca doze mari de radiatii ionizante, mult mai mari decat radiatiile de fundal pot cauza cancer si leucemie la mai multi ani de la expunere. Se presupune, datorita experimentelor pe plante si animale, ca radiatiile ionizante pot provoca mutatii genetice care afecteaza generatiile descendente, cu toate ca nu exista dovezi in legatura cu radiatii care provoaca mutatii la om. La nivele foarte mari de radiatii, ele pot provoca stari de disconfort si moartea la saptamani de la expunere.

Nivelul efectelor cauzate de radiatii depind de mai multi factori: doza, frecventa dozarii, tipul radiatiei, organul expus, varsta si sanatatea. De exemplu, embrionul uman este deosebit de sensibil la radiatii.

Dar care sunt sansele de aparitie al cancerului de la doze mici de iradiere? "Teoria" cu cea mai larga raspandire este ca orice doza de iradiere cat de mica presupune riscuri asupra sanatatii omului. Cu toate acestea, nu exista dovezi stiintifice in legatura cu riscul dozelor sub 50 mSv pe o durata scurta de aproximativ 100 mSv pe an, cercetarile arata ca efectele benefice sunt la fel de posibile ca si cele adverse.

Doze mari, acumulate de radiatii pot produce cancer, care ar fi observat peste cativa (pana la 20) ani de la expunere. Acest decalaj face imposibil de precizat cu certitudine care din multimea de posibili agenti au cauzat cancerul respectiv. In tarile occidentale aproximativ un sfert din populatie moare datorita cancerului, avand fumatul, factorii dietetici, genetici si puternica expunere la lumina solara ca principale cauze. Radiatiile sunt un factor cancerigen slab, dar la expuneri indelungate cu siguranta cresc riscurile asupra sanatatii.

Organismul are mecanisme de aparare impotriva pagubelor produse de radiatii, la fel si impotriva altor factori cancerigeni. Acestia pot fi stimulati prin expuneri la doze mici de radiatii sau dimpotriva la doze foarte mari.

Pe de alta parte, doze mari de radiatii directionate spre o tumoare sunt folosite in terapii de iradiere impotriva celulelor canceroase si prin urmare, deseori se salveaza vieti omenesti. Adesea se foloseste impreuna cu chimioterapia si operatia. Doze mult mai mari sunt folosite pentru inlaturarea bacteriilor daunatoare din mancaruri, pentru sterilizarea pansamentelor si a altor echipamente medicale.

Zeci de mii de oameni din tarile dezvoltate lucreaza in medii in care pot fi expusi la doze mari de radiatii (mai mari decat nivelul radiatiilor de fundal). Prin urmare ei poarta ecusoane care monitorizeaza nivelul radiatiilor la care sunt expusi. Fisele medicale ale acestor categorii de angajati arata ca ei au o rata mai mica de mortalitate datorita cancerului sau altor cauze decat restul populatiei si in unele cazuri, rate mai mici decat angajatii care lucreaza in medii similare fara a fi expusi la radiatii. Ce cantitate de radiatii ionizante prezinta pericol?

10.000 mSv (10 Sv) pe durata scurta asupra intregului corp ar cauza stari de voma si scaderea brusca a celu-lelor albe din sange si moartea in cateva saptamani; intre 2 si 10 Sv pe durata scurta ar cauza boli de iradiere cu posibilitatea crescuta ca doza ar putea fi fatala;

1.000 mSv (1 Sv) pe o durata scurta este chiar deasupra limitei de a cauza boli de iradiere imediate la o persoana cu un fizic mediu, dar cu siguranta nu ar provoca moartea; daca o doza mai mare de 1.000 mSv actioneaza o perioada mai lunga de timp, nu exista posibilitatea unor probleme medicale imediate, dar creeaza cu certitudine posibilitatea aparitiei cancerului in anii care vor urma;

peste 100 mSv probabilitatea aparitiei cancerului (in contrast cu severitatea bolilor de iradiere) creste direct proportional cu doza;

50 mSv este limita minima la care exista dovezi ca produce cancer la adulti, este de asemenea cea mai mare doza permisa prin lege intr-un an de expunere la locul de munca;

20 mSv/an timp de 5 ani reprezinta limita angajatilor la radiologie, industria nucleara, extractia uraniului;

10 mSv/an reprezinta doza maxima la care este supus un miner din minele de uraniu din Australia;

3 mSv/an este doza tipica (mai mare decat cea de fundal) naturala la care este expusa populatia in America de Nord, inclusiv o medie de 2 mSv/an datorita radonului din aer;

2 mSv/an reprezinta radiatia de fundal din surse naturale. Aceasta este aproape de doza minima la care este expus orice om, oriunde pe planeta;

0,3-0,6 mSv/an este intervalul tipic al dozelor de la surse artificiale, cum ar fi cele medicale;

0,05 mSv/an este o fractiune mica a radiatiei de fundal care este tinta pentru nivelul maxim de radiatie la gardul unei centrale nucleare (doza reala este mult mai mica).

EUROPA