Je radioaktivita škodlivá? (3) Působení na živý organismus

Jak nám vlastně škodí radioaktivita? Co se stane s ozářenou tkání? Přímé a nepřímé škody.  (délka blogu 15 min.)

Nejspíše vás nepřekvapí, že různé druhy ionizujícího záření působí na různé materiály různými způsoby. Aby byla situace ještě zapeklitější - dokonce i stejný druh záření může způsobit odlišné škody. Záleží na tom, jak vysoká je jeho energie.

V dnešním blogu se chystám psát o škodách, které záření způsobuje v biologické tkáni. Snad se mi podaří opět sebrat radioaktivitě trochu její tajemnosti.

Přímé a nepřímé škody (vyprávění o kravách a blesku)

To, co nám na ionizujícím záření vadí nejvíce, je jeho schopnost poškodit buňky našeho těla. Je logické, že jejich poškození je pro nás nežádoucí.

Ionizující záření (“radioaktivita”) nás ohrožuje procesem, kterému říkáme ionizace organických sloučenin, ze kterých se skládají naše tkáně.Co přesně si pod tímto názvem můžeme představit?

Zjednodušeně se dá říci, že ionizující záření ničí chemické vazby v molekulách, které měly tu smůlu, že se ocitly záření “v cestě”. Může se to stát dvěma různými způsoby.

Přímá metoda…

… přijde ke slovu tehdy, když záření přímo narazí na určitou molekulu a poškodí její vazby. Přímá metoda odpovídá pomyslnému blesku, který trefí pomyslnou pasoucí se krávu, kterou majitel nezahnal před bouřkou do stáje.

Nepřímá metoda…

… působí na molekuly skrze reaktivní formy kyslíku a radikály, kterým se souhrnně říká ROS (reactive oxygen species). V našem pomyslném případě krávy na pastvě odpovídá nepřímá metoda situaci, kdy blesk neuhodí přímo do krávy, ale do stromu, pod kterým kráva stojí. Zvíře zemře tak jako tak - nezabije ho ovšem přímo blesk, ale strom, který se na něj skácel.

ROS jistě znáte pod jiným názvem - lidově se jim říká volné radikály. V buňkách vznikají vlivem ionizujícího záření - z vody. Ideální by bylo, kdyby se dalo vzniku volných radikálů nějak vyhnout. Bohužel to nejde. Buňky obsahují značné množství vody - kolem 80 %. Pro vznik ROS je jí vždycky dost.

H2O + energie ionizujícího záření › H2O+ + e- › OH.  + H+ 

Volný radikál je v horním řádku znázorněn jako OH. - v buňce ale zdaleka nevystupuje jen v této formě. V reálném prostředí živé buňky mohou vznikat různé jiné a daleko komplikovanější varianty volných radikálů.

Pro srovnání…

ionizující záření vyvolává v buňce typicky oba druhy těchto škod - jak přímé tak nepřímé. Jejich poměr vás možná udiví.

Přímé škody - změna struktury molekul přímým “zásahem” ionizující částicí - činí 30 až 40 % všech škod. Nepřímé škody, které jsou způsobeny ROS - se na nich podílejí z 60 až 70 %.

Ionizující záření tedy působí v buňce z větší části “oklikou”. Jinými slovy, dvě třetiny pomyslných krav na pastvě zabijí padající stromy, ne blesky.

Nejobávanější škody - škody na DNA

V buňkách se nachází pestrá sbírka různých komplikovaných molekul. Všechny se mohou stát pomyslnou krávou na pastvě. Ne každá z nich je ale pro nás při poškození ionizujícím zářením stejně nebezpečná.

Nejobávanější následky se týkají změny ve struktuře … dvojité šroubovice DNA. Ta je totiž nositelkou genetické informace. Pokud se poškodí, poškodí se také informace, kterou v sobě skrývá. Mohou vznikat různé mutace nebo škodlivé změny, které někdy vedou až ke vzniku rakoviny, tedy nekontrolovatelného bujení “ze řetězu utržených” a pozměněných buněk.

DNA je komplikovaná molekula, kterou si můžeme představit jako žebřík, stočený do vývrtky. Ionizující záření ji může poškodit principiálně několika různými způsoby. Může zničit příčky žebříku, nebo jednu z jeho bočnic. Nejobávanější změnou je destrukce, která proběhne zároveň u obou bočnic pomyslného žebříku DNA.

Radioaktivita není jen strašák, který vytvořili lidé k zabíjení jiných lidí. Patří k naší planetě stejně, jako vzduch nebo voda. Živá hmota se tedy musela v průběhu evoluce chtě-nechtě naučit škody, vznikající na DNA opravovat. A tak máme dnes k dispozici hned několik obranných mechanismů. O likvidaci nebezpečných volných radikálů se stará hned několik různých enzymů. Kromě toho existují mechanismy, které nepoužívají enzymy, ale pracují s vitamíny C, E a A. K naší smůle nejsou ale tyto mechanismy ani všemocné ani neomylné. Někdy se oprava nepodaří - nebo není provedena bezchybně.

Jak přesně tyto mechanismy (které vyhledávají v buňce poškozená místa a opravují je) fungují, přeskočím a přenechám toto téma biologům nebo lékařům. Pozorné čtenáře blogu tímto žádám o prominutí a odkazuji je na daleko zasvěcenější zdroje.

Dále se budu věnovat fyzikálním a chemickým změnám v ozářeném organismu.

Co se děje ve vašem těle po ozáření?

mechanismus	proces	trvání
fyzikální	ionizace
chemický
biologický
	karzinogenese

Čistě fyzikální interakce - přímá ionizace, tedy pomyslný blesk, který zabíjí pomyslnou krávu na pastvě - je odbytá nejrychleji, během nepatrného zlomku sekundy po dopadu dávky ionizujícího záření.

Chemické jevy, ke kterým počítáme také vývoj a vliv volných radikálů se mohou pohybovat v řádu sekund. (Tady jde o pomyslný strom, který zasáhl blesk a který pak zabíjí pasoucí se krávu.)

Poté, co buňka zaregistrovala škody, způsobené ionizujícím záření, dojde k opravám škod pomocí (výše zmiňovaných) různých enzymatických systémů. Tento proces trvá od několika minut do jednoho dne.

Tzv. akutní nemoc z ozáření může trvat až jeden rok.

Obávané pozdní následky - tvorba tumorů jako následek nedokonalé opravy DNA se mohou projevit i po desetiletích.

Překvapivě vysoká čísla

Ionizující záření, které odpovídá dávce 1 Gy způsobí v typické buňce zhruba 4000 - 5000 jednotlivých škod na “příčkách” žebříku DNA.

Gray

... značka Gy - je jednotka absorbované dávky záření v soustavě SI. Odpovídá energii záření jednoho joulu absorbované jedním kilogramem látky.

Může se zdát, že je to hodně vysoké číslo. Kyslíkový metabolismus, další zdroj volných radikálů v buňkách,  ale zároveň způsobuje kolem 10 000 - 150 000 takových škod… denně. Tím se údaj 4000 - 5000 škod poněkud relativizuje. Naše buňky jsou schopné opravit velké množství poškozených příček “žebříku”. Ale jeho možnosti nejsou nevyčerpatelné. Při opravdu vysokých dávkách záření není v buňce dostatečná koncentrace chemikálií, které by mohly okamžitě začít s opravami.

Vysvětluje se tím, proč jsou nízké dávky záření poměrně neškodné. Náš organismus je zkrátka na různá poškození zvyklý - a i když k “běžným” škodám, které způsobuje buněčný metabolismus, přibude pár set dalších podobných poškozených míst, je náš systém schopen tyto škody v klidu opravit. Nebezpečnou se stane situace až v momentě, kdy je systém přetížen. Aby to nebylo tak jednoduché - je onen bod zlomu pro každý jednotlivý organismus trochu odlišný. Někteří lidé mají větší “výdrž”, respektive aktivnější systém, který škody v buňce vyhledá a opraví.

Ionizující záření, které odpovídá 1 Gy, vyvolává navíc kolem 1000 jednoduchých “přetržení žebříkové bočnice a 30 - 60 přetržení obou bočnic zároveň. Tyto škody jsou z pohledu buňky daleko nebezpečnější. Dá se to zjednodušit přirovnáním právě k  onomu zmiňovanému žebříku. Na žebřík, kterému chybí pár příček, v klidu vylezete. U žebříku, kterému chybí boční strany - se to nepodaří.

Smrt - jako poslední záchrana

Oproti poškozenému žebříku má náš organismus obrovskou výhodu. Náš systém je natolik aktivní a schopný, že se mu podaří naprostou většinu škod v klidu opravit.

Pokud při opravě z nějakého důvodu selže, dostává se ke slovu několik dalších mechanismů, které se postarají o to, aby postižená buňka alespoň nemohla v budoucnosti škodit. Dochází pak k řízené nebo neřízené buněčné smrti.

Bloger a biolog Jan Švadlenka na téma buněčné smrti nedávno publikoval seriál velice zajímavých blogů, které chci tímto doporučit.

Složení buňky:

https://svadlenka.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=588093

Buněčná smrt:

https://svadlenka.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=641516

https://svadlenka.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=696444

https://svadlenka.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=699035

Příště: Okamžité a pozdější následky radioaktivního ozáření - co je horší?

Zdroje: www.bfs.de