O tom, jak se naše těla brání radioaktivitě

Populisté a zelení aktivisté rádi šíří hypotézu o ultimativní škodlivosti třebas jen minimálních dávek radioaktivity. Není to pravda. Pojďme si popovídat o tom, jak a proč se naše těla umí radioaktivitě bránit.

Úžasný vývoj techniky, který proběhl v posledních desetiletích, přinesl lidstvu nejen nové technologie, internetové připojení, mobilní komunikaci a nové možnosti při fyzikálních experimentech. Zpřesnil také experimenty, které jsme schopni provádět na biologických materiálech.

Nové, dokonalejší a přesnější experimenty dokázaly, že naše těla reagují na nízké dávky ionizujícího záření (radioaktivity) jinak, než jsme původně předpokládali. Reakce a následky jsou jiné, než jaké pozorujeme při vyšších dávkách záření.

Původní teorie říkala, že je závislost mezi dávkou radioaktivity, kterou určitý organismus absorboval a následně pozorovanými škodami, které toto záření způsobilo, přibližně lineární. To znamená, že čím vyšší je dávka záření, tím vyšší jsou i škody, které způsobila. Tento jednoduchý vztah kupodivu přestává platit, když je dávka záření minimální a nedosáhne určité specifické hranice (dejme tomu 100 mSv). (Více se pojmem mSv budu zabývat v příštím blogu.)

Pokud zůstává hladina ionizujícího záření pod určitou hodnotou, nezpůsobuje například rakovinu, naopak, zdá se, že před ní takové záření dokonce chrání! Tento efekt dostal dokonce vlastní název – radiohormeze.

Biologicky pozitivní reakce se objevují hodiny po ozáření a mohou trvat dny, týdny, někdy dokonce měsíce. Jejich ochrana spočívá v tom, že tyto reakce přispívají k opravám škod na naší DNA. A zdaleka to nejsou jen škody, napáchané ionizujícím zářením. Ochrana se týká i podobných škod DNA, které mají jiný původ.

Mezi odborníky se proto vede velice intenzivní diskuze o vlivu nízkých dávek radioaktivity na naše zdraví. Proti sobě tu stojí dva trendy: pozorované výsledky a experimentální důkazy o tom, že malé dávky ionizujícího záření zdraví spíše chrání než podlamují – a nutná opatrnost, kterou se samozřejmě chtě nechtě musíme řídit při práci s radioaktivními látkami.

Jak působí radioaktivní záření na živý organismus?

Škodlivý efekt je způsoben hlavně energií, kterou může záření do živého systému zanést.

Tato dodatečná energie ionizuje molekuly vody v buňkách a tvoří tzv. reaktivní sloučeniny kyslíku, někdy nazývané volné kyslíkové radikály. Ty pak způsobují v buňkách živého organismu další, sekundární škody. Energie ionizujícího záření může na buňky (a jejich nejcitlivější složku, DNA) působit také přímo a DNA vratně nebo nevratně poškodit.

Poškozená a následně špatně nebo chybně opravená DNA pak může při dalším dělení buňky vyvolat v nejhorším případě zhoubné bujení (rakovinu) nebo geneticky předávané úchylky.

 

Pro zajímavost: dávka ionizujícího záření, kterou označujeme jako 1 mGy, vyvolává v buňce 4 – 5 změn. (O přesné definici jednotek Sievert a Gray, ve kterých se měří dávky radioaktivity, bude pojednávat příští blog.)

Druhy radioaktivního záření a jejich vliv

Ionizující záření (radioaktivitu)  a jeho vliv na živé organismy musíme dělit na několik typů podle druhu částic, které ho způsobují.

Jednotlivé druhy záření jsou označovány řeckými písmeny alfa, beta a gama. Speciální a nejméně častá forma se skládá z volných neutronů.

Alfa částice jsou prostorově největším druhem. Tvoří je jádra helia, která obsahují dva protony a dva neutrony.

Beta částice jsou volné elektrony. Elektrony jsou daleko menší než heliová jádra, mají tedy daleko vyšší schopnost proniknout dovnitř hmoty. Jádra helia, která na nás zvnějšku působí, zastaví už relativně slabá vrstva naší kůže. Jedná se přitom dokonce o svrchní, několik mikrometrů silnou vrstvu tzv. „mrtvou kůži“, která obsahuje jen odumřelé buňky. Alfa záření, působící zevně, tedy zpravidla není moc nebezpečné. Beta záření (elektrony) umí proniknout přímo do živého organismu. Jeho dosah je různý, typicky může být kolem 30 cm.

Podobně je na tom tzv. „gama“ záření. To je tvořeno elektromagnetickými kvanty, je tedy svou podstatou příbuzné světlu, které vnímáme očima. Gama záření má ale daleko vyšší energii a pro naše oči je neviditelné.

Neutrony se svou hmotností řadí mezi alfa a beta záření. Jsou menší než heliová jádra, mohou tedy pronikat až dovnitř organismu a nezastaví je svrchní vrstva kůže. Zároveň přenášejí daleko více energie než beta záření (elektrony). Mohou být tedy nebezpečnější.

Škody na  DNA

Škody na DNA se dají rozdělit na tři druhy. 75 % škod se týká částí, které spojují obě podélná vlákna DNA. Zhruba 25 % tvoří poškození jednoho z vláken a méně než 1 % připadá na škody, které postihnou hned obě vlákna naráz.

Jen pokud se organismu nepodaří je opravit, má poškození DNA také následky, jakými jsou genetické mutace nebo rakovina.

Škody se také dají rozdělit na prvotní (akutní) a druhotné (pozdější).

Akutní škody vznikají v organismu pouze při dávkách záření, které přesáhnou určitou hranici – typicky 1 Sv (Sievert). Pozdější škody mohou vznikat i při nižších dávkách záření.

Na základě dlouhodobého pozorování obětí z Hirošimy a Nagasaki mohou vědci a lékaři odhadnout, jak se ionizující záření podepisuje na zdraví ozářených obětí. Dávka záření,  která odpovídá 1 Sv zvyšuje riziko pozdějších (druhotných) škod o 5 %. Minimální dávky záření, kterým jsme vystaveni díky přirozené radioaktivitě našeho okolí, tedy zvyšují pravděpodobnost vzniku rakoviny o 1 % (výpočet vychází z délky života 70 let).

Proč kolem sebe přesto pozorujeme daleko více případů rakoviny? Odpověď je jednoduchá. Za škody na DNA mohou nejen částice ionizujícího záření, ale výše zmíněné reaktivní sloučeniny kyslíku . Ty vznikají i bez účasti záření – mohou být následkem jiných, částečně nevyhnutelných procesů, například metabolismu organismu.

Pokud bychom chtěli porovnat počet škod způsobených zářením a jinými vlivy, zjistíme, že škody, způsobené jinými vlivy okolí, způsobují v buňce vážné škody (jakými je například oboustranné poškození vlákna DNA) 1000x častější než dávka radioaktivního záření, odpovídající 1 mSv.

Dobrá zpráva - živé buňky se brání

Naštěstí je na to náš organismus připravený a umí se škodám na své DNA ubránit. Oprava poškozených části DNA trvá často jen několik hodin. Podílí se na ní především některé enzymy.

Obrana proti škodám, vzniklým radioaktivitou, by se dala zjednodušeně přirovnat k následkům fyzického tréninku. Po fyzické zátěži probíhají v organismu změny, které ho dělají odolnějším, takže je připraven na další zátěž. Čím víc své svaly trénujeme, tím jsou výkonnější a tím více námahy vydrží. Podobně se umí pomocí zátěže (tedy ozářením ionizujícím zářením) zaktivovat i obranné mechanismy našeho organismu. Výhodou pak je fakt, že opravují nejen škody vzniklé radiací, ale i všechny ostatní podobné škody. Že jich není málo, je jasné z vrchního obrázku.

Organismus  se brání proti radioaktivnímu záření dvěma způsoby. Jedním je snaha o opravu vzniklých škod a o jejich snížení při budoucí zátěži, druhým je vyhledávání a odstraňování poškozených nebo zmutovaných buněk.

Aktivní oprava vzniklých škod

Náš organismus je komplexní systém, na vzniklé škody tedy reaguje komplikovanými, mnohastupňovými reakcemi. Nechci je popisovat moc podrobně, jejich výsledek je ale zřetelný a zřejmý.

Vznik reaktivních sloučenin kyslíku vyvolává v našem organismu vznik opačně působících  antioxidantů. Ten je pozorován se zmíněným zpožděním několika hodin. Efekt může přetrvat i několik týdnů. Je zajímavé, že tato schopnost mizí se zvyšující se dávkou záření. Nebyla už pozorována od dávek kolem 100 mGy.

Také mechanismy, které se podílejí na opravě samotné DNA se aktivují při ozáření organismu malými dávkami ionizujícího záření. Kromě aktivace přitom dochází ke zvýšení jejich rychlosti i přesnosti.

 Experimentálně bylo dokázáno, že malé dávky záření zvyšují následnou odolnost organismu proti jeho větším dávkám. Tento jev je typický. Logicky také zvyšuje odolnost i proti škodám na DNA, způsobeným jinými okolními vlivy.

Odstranění poškozených buněk

Pokud oprava škod vzniklých zářením selže, má náš organismus ještě jednu možnost, jak se následkům ozáření bránit. Děje se tak odstraňováním poškozených buněk organismu. Tento jev dostal název apoptóza.

Apoptóza je jeden z hlavních typů programované buněčné smrti. Je to řada biochemických procesů vedoucích k typickým změnám vzhledu buňky (degradace cytoskeletu a následná změna tvaru cytoplazmatické membrány, smrštění buňky, fragmentace jádra i jejích chromozomů). Následně dochází k šetrnému odstranění zbytků této buňky.

Nemá tedy cenu, snažit se za každou cenu vyhýbat i sebemenším dávkám ionizujícího záření.

Náš organismus není v pozici bezmocné oběti.

Naopak, experimenty dokazují, že malé dávky radioaktivity zvyšují jeho odolnost nejen proti záření samotnému, ale také proti dalším, stejně zhoubným vlivům okolního prostředí.

Tím vás samozřejmě nechci motivovat k vyhledávání zdrojů radioaktivity. Chtěla jsem vám jen vzít podvědomý a různými populisty zneužívaný strach z této zajímavé, ale neviditelné a proto podezřelé a znepokojující přírodní aktivity.