Utjecaj zračenja na organizam

ČIMBENICI KOJI UTJEČU NA STUPANJ OŠTEĆENJA ORGANIZMA

Stupanj oštećenja organizma zbog izloženosti ionizirajućem zračenju ovisi o nekoliko čimbenika. Energija koja se prolazom zračenja kroz materiju predaje toj materiji jest 1 eV (elektron volt). Omjer te energije i mase nazivamo apsorbiranom dozom. Apsorbirana doza jest količina energije predana jediničnoj masi tvari tijekom prolaska zračenja kroz nju. Što je apsorbirana doza veća, to će biološki učinak biti veći. Fizikalna jedinica kojom se izražava apsorbirana doza jest grej (Gy). Efektivna doza jest proračunom modificirana apsorbirana doza kojom se izražava rizik izlaganja ionizirajućem zračenju uzimajući u obzir različitu biološku učinkovitost različitih vrsta ionizirajućeg zračenja i različitu osjetljivost tkiva i organa ljudskog tijela s obzirom na ionizirajuće zračenje. Fizikalna jedinica kojom se izražava efektivna doza jest jedan sivert (Sv). U terminu efektivne doze dane su sve granice koje se propisuju u zaštiti od zračenja za cijelo tijelo. Efektivna doza za cijelo tijelo dobije se zbrajanjem efektivnih doza za sva tkiva. Efektivna doza se izračunava, a apsorbirana doza se mjeri dozimetrima. Jednaka apsorbirana doza različitih vrsta zračenja uzrokuje u istom tkivu različite učinke. Zbog toga, da bi dobili mjeru koja uvažava različiti učinak pojedinih vrsta zračenja, apsorbiranu dozu množimo faktorom karakterističnim za tu vrstu zračenja. Tako dobivenu veličinu zovemo ekvivalentna doza.

U biološkim sustavima zračenje ovisi o količini apsorbirane energije i o njenoj prostornoj raspodjeli. Osjetljivost pojedine vrste tkiva ovisi o diobi stanica u tom tkivu. Stanice koje grade mišićna, živčana i koštana tkiva vrlo se rijetko, gotovo nikad ne dijele, te su stoga slabo osjetljive na izloženost zračenju. Nasuprot njima, na ionizirajuće zračenje su puno osjetljivije nediferencirane stanice, odnosno matične stanice koje susrećemo u krvotvornom tkivu i spolnim žlijezdama, odnosno stanice kože i sluznica koje se neprekidno dijele. Zbog toga rizik od izloženosti zračenju za sve dijelove ljudskog tijela nije isti. On varira od organa do organa. To je izraženo kroz veličinu koju nazivamo težinski koeficijent za pojedino tkivo ili organ. Veličina koja uvažava sve navedene čimbenike naziva se efektivna doza. Izračunava se tako da se zbroje umnošci ekvivalentnih doza i težinskih koeficijenata za ozračena tkiva i organe.

Brzina primanja doze je također jedan od čimbenika koji utječu na stupanj oštećenja organizma. Ako je brzina doze dovoljno mala ili je primljena u dijelovima između kojih su razmaci dovoljno dugi, tkivo će biti u mogućnosti normalnom mitozom nadomjestiti izgubljene stanice. Zbog toga, doza koja bi primljena odjednom imala letalni učinak, primljena kroz duže vremensko razdoblje neće nužno imati za posljedicu smrt. Relativno velike doze primljene kroz duže vremensko razdoblje mogu ostaviti male ili nikakve vidljive posljedice.

Oštećenja u znatnoj mjeri ovise o veličini dijela tijela koje je ozračeno (raspodjela doze). Učinak zračenja na tijelo će biti to manji što je ozračeni dio manji.

Na stupanj oštećenja tijela utječe i Linearni prijenos energije (LET). Visoko LET zračenje za istu ukupnu dozu je letalnije od niskog LET zračenja. Jako LET zračenje deponira veće količine energije po jedinici tvari kroz koju prođe te je mogućnost višestrukih lezija u blizini u kratkom vremenu vrlo visoka.

Stupanj oštećenja organizma ovisi i o životnoj dobi i spolu osobe: mlađe osobe su u pravilu osjetljivije na zračenje od starijih (fetus je daleko najosjetljiviji), žene su nešto manje osjetljive na zračenje u odnosu na muškarce (3-7).

MEHANIZAM OŠTEĆENJA I POPRAVKA DNA MOLEKULE

U molekuli DNA događaju se različite kemijske promjene, bilo spontano bilo kao posljedica izloženosti kemikalijama ili zračenju. Budući da DNA služi kao jedinstvena, trajna kopija staničnoga genoma, promjene njezine strukture imaju znatno veće posljedice nego promjene drugih staničnih komponenti, poput RNA ili proteina. Precizna replikacija DNA i popravak oštećenja DNA nužni su za održanje genetičke informacije i osiguranje njezina točnog prijenosa s roditelja na potomstvo.

Ionizirajuće zračenje može DNA molekulu oštetiti na dva načina: izravnom interakcijom ili neizravno, putem slobodnih radikala. Izlaganje stanica zračenju dovodi do unosa energije u stanice, što uzrokuje niz različitih promjena kemijskih i bioloških strukturnih elemenata ovisno o količini i vrsti energije zračenja. Učinci djelovanja zračenja su posljedica ionizacije u procesu interakcije zračenja i atoma/molekula koji su strukturni dijelovi stanica. Sve promjene na živim stanicama koje nastaju djelovanjem zračenja nazivaju se skupnim imenom biološko djelovanje ionizirajućeg zračenja.

Postoje dvije mogućnosti oštećenja: a) pogodak vitalnih struktura (karioreksa, karioliza, stvaranje vakuola u citoplazmi, pucanje stanične membrane itd.) - izravno djelovanje zračenja (teorija izravnih pogodaka) i b) neizravna oštećenja: nastaju u srazu zračenja s molekulama vode (koje čine 70-80% tjelesne mase). Najveći broj oštećenja događa se posljednjim mehanizmom, a samo oko 5% izravnim djelovanjem zračenja.

Stanične membrane su veoma važne za uredno funkcioniranje stanica i tkiva. Oštećenja zračenjem se ispoljavaju i pucanjem stanične membrane koja postaje abnormalno propusna.

Zračenje također usporava i inhibira diobu. Ako se stanice koje se dijele ozrače, ovisno o dozi zračenja, tipu stanica i stadiju ciklusa, može doći do: a) trenutne smrti (smrt za vrijeme ozračivanja), b) stanice umiru nakon nekog vremena nakon ozračivanja (interfazna smrt), c) stanica preživi, ali ima mutaciju.

Današnji živi organizmi rezultat su duge evolucije u svijetu u kojem smo stalno izloženi brojnim kemijskim i fizičkim čimbenicima, u koje ubrajamo i ionizirajuće zračenje. Ova izloženost uzrokuje svakodnevna oštećenja stotina nukleotida sadržanih u stanicama. Takva oštećenja DNA mogu blokirati replikaciju ili transkripciju, a mogu i rezultirati visokom učestalošću mutacija čije su posljedice neprihvatljive s gledišta stanične reprodukcije.

Da bi održale integritet svojega genoma stanice su morale razviti mehanizme za popravak oštećene DNA. Mehanizmi popravka DNA mogu se podijeliti u dvije opće skupine: a) izravni obrat kemijske reakcije odgovorne za oštećenje DNA i b) uklanjanje oštećenih baza nakon čega slijedi njihova zamjena s novosintetiziranom DNA. U slučajevima kad zataje oba mehanizma popravka DNA, evolucija je razvila dodatne mehanizme koji stanici pomažu da se nosi s oštećenjima.

Većina oštećenja DNA popravlja se uklanjanjem oštećene baze nakon čega slijedi ponovna sinteza uklonjenog područja (izravni obrat oštećenja DNA). Premda je izravni popravak učinkovit za određeni tip oštećenja DNA, popravak izrezivanjem je općenitiji način popravka široke skupine kemijskih promjena molekule DNA. Prema tome, različiti tipovi popravka izrezivanjem predstavljaju najvažnije mehanizme popravka DNA. U popravku izrezivanjem, oštećena DNA biva prepoznata i uklonjena bilo u obliku slobodnih baza ili nukleotida. Nastala pukotina se zatim popunjava sintezom novog lanca DNA korištenjem neoštećenoga komplementarnog lanca kao kalupa. Tri tipa popravka izrezivanjem – izrezivanje baza, izrezivanje nukleotida i popravak pogrešno sparenih baza (engl. mismatch repair) – omogućuju stanicama da se bore sa širokim spektrom različitih oštećenja DNA.

Većina mehanizama popravka DNA molekule sastoji se od slijedeća tri koraka: a) izrezivanje (oštećeni dio biva prepoznat i uklonjen uz pomoć specijaliziranog enzima nukleaze, ostavljajući pukotinu od 3 do 4 nukleotida), b) sinteza (polimeraza tijekom druge faze nadomješta izrezani dio s novim dijelom načinjenim na osnovu informacije uzete s neoštećenog lanca DNA), c) spajanje (novo sintetizirani lanac se spaja s neoštećenim dijelom djelovanjem enzima ligaze).

Sadržaj stanice možemo smatrati vodenom otopinom jer ga čini preko 80% vode u slobodnoj formi ili u spoju s drugim molekulama. Tijekom izlaganja stanice zračenju, radiolizom vode nastaju ioni i slobodni radikali. Ukoliko difuzijom dospiju do DNA molekule najčešće reagiraju s njom što uzrokuje promjene. Tijekom difuzije radikali reagiraju i s drugih molekulama, a i međusobno, zbog čega se znatno smanjuje mogućnost njihove reakcije s DNA molekulom.

Prolaskom kroz materiju, zračenje gubi energiju. Gubitak energije u blizini dvostruke DNA uzvojnice najčešće uzrokuje oštećenje samo jednog od lanaca. Takvo oštećenje nazivamo jednolančani lom. Postoji vjerojatnost da takav događaj ili više istodobnih događaja u blizini DNA molekule uzrokuje podudarna oštećenja na oba lanca. Takvo oštećenje nazivamo dvolančani lom.

Ako je oštećenje ograničeno samo na jedan lanac, takav jednolančani prekid može biti popravljen brzo i efikasno bez grešaka. Ovo je moguće jer uključeni enzimatski sistemi, tijekom procesa staničnog popravka, koriste dijelove na neoštećenom lancu kao kalup za izradu novog dijela kojim će se zamijeniti oštećeni. Ako su prekinuta oba lanca DNA molekule unutar vremena koje je potrebno stanici da popravi jednolančani lom, a lomovi su nastali na udaljenosti manjoj od tri para baza, nastaju dvolančani lomovi. Dio tih lomova će se popraviti, ali popravci neće biti bez greške. Prekidi lanaca DNA se događaju na spojevima šećera i fosfornih veza ili između šećera i purinskih ili pirimidinskih baza, a posljedica su oštećenja enzima koji kontroliraju procese sinteze i reduplikacije. Pogreška u popravku dvolančanog loma dovodi do nastanka različitih tipova kromosomskih aberacija poput terminalnih delecija, translokacija, prstenastih kromosoma te acentričnih i dicentričnih kromosoma. Ovi posljednji su ujedno i najspecifičnije vrste kromosomskih aberacija uzrokovanih zračenjem (7-9).

KARCINOGENEZA

Djelovanja vanjskih faktora koja uzrokuju promjenu u genomu nazivaju se mutagenost i genotoksičnost. Mutagenost je sposobnost neke tvari da u stanicama živog organizma izazove stalne promjene strukture genetičkog materijala (mutaciju), dok je genotoksičnost općenitiji pojam koji se odnosi na sve promjene genoma in vitro uzrokovane vanjskim faktorima. Mutagen je tvar koja može uzrokovati promjenu u genetičkom materijalu stanice (mutaciju). Mutageneza je proces nastajanja mutacije djelovanjem mutagene tvari. Mutacije su promjene u molekuli DNA koje nastaju unutar same stanice djelovanjem određenih kemijskih, fizikalnih i bioloških čimbenika. Nastale genetičke promjene su trajne (ireverzibilne).

Nastanak tumora je proces koji se sastoji od više koraka tijekom kojih stanice zbog niza progresivnih promjena postupno postaju zloćudne:

1. Inicijacija tumora je prvi korak. Genetičke promjene u stanici vode k njenoj abnormalnoj

proliferaciji i nastanku početne monoklonalne populacije tumorskih stanica. 2. Drugi korak je progresija tumora tijekom kojeg se nakupljaju dodatne mutacije u tumorskim stanicama što dovodi do selekcije onih stanica koje sve brže rastu. Time tumorske stanice postaju sve zloćudnije. 3. Zadnji korak u procesu nastanka tumora je metastaziranje. Dolazi do širenja tumorskih stanica s

mjesta nastanka u susjedna normalna tkiva, te putem krvi i limfe po cijelom organizmu.

Karcinogen je tvar koja uzrokuje ili se smatra da uzrokuje rak kod čovjeka ili životinja, a karcinogeneza je proces u kojem dolazi do nastanka raka. Karcinogenost je svojstvo neke tvari da izazove nekontroliranu proliferaciju i metastaziranje.

S obzirom na njihovu ulogu u karcinogenezi, karcinogene tvari možemo podijeliti na:

1. Genotoksične karcinogene – tvari koje uzrokuju oštećenja DNA na razini gena (mutacije gena) ili

kromosoma (aneuploidija, translokacija, inverzija, delecija) ili dovode do amplifikacije gena.

2. Negenotoksične karcinogene – tvari koje ne djeluju direktno na DNA, ali povećavaju mogućnost maligne transformacije kroz mnoge druge mehanizme djelovanja (uključujući proliferaciju stanica, hormonske poremećaje, supresiju imunološkog sustava, poremećaje DNA metilacije).

3. Kompletne karcinogene – tvari koje mogu izazvati sva tri stadija karcinogeneze (inicijacija,

progresija i metastaziranje).

Izloženost karcinogenim i mutagenim tvarima može dovesti do oštećenja stanice i do procesa koji mogu rezultirati malignom transformacijom te potencijalno neoplastičnim rastom i razvojem raka. Mnogi fizički, kemijski i biološki čimbenici koji se nalaze u životnom i radnom okolišu imaju karcinogene i mutagene učinke, a genetska predispozicija, životne navike i prisutnost takvih tvari u radnom okolišu mogu uvelike pridonijeti pokretanju štetnih procesa u ljudskom tijelu koji dovode do nastanka neoplastičnih bolesti s ozbiljnim posljedicama na ljudsko zdravlje.

Zračenje i mnogo kemijskih karcinogena djeluje tako da oštećuju DNA i induciraju mutacije. Drugi karcinogeni ne uzrokuju mutacije, već pridonose nastanku raka stimulirajući proliferaciju stanica. Takve spojeve nazivamo promotorima tumora. Uzrokuju povećanje broja dioba stanica što omogućuje staničnoj populaciji koja proliferira da u ranim fazama razvoja tumora preraste ostale stanične klonove.

Kako bi spriječili štetne učinke karcinogenih i mutagenih tvari na ljudsko zdravlje, potrebno je utvrditi njihovu prisutnost na radnom mjestu i poduzeti odgovarajuće mjere zaštite. Prevencija i rano otkrivanje tih tvari najvažniji su faktori u smanjivanju učestalosti mutacija i posljedica njihovih učinaka.

Testovi za procjenu karcinogenog i mutagenog potencijala određene tvari temelje se na spoznajama da je DNA ciljna molekula za sve mutagene, a vjerojatno i većinu karcinogenih tvari. DNA je nasljedni materijal svih staničnih organizama te svaka tvar koja promijeni DNA bilo kojeg višestaničnog organizma predstavlja potencijalnu opasnost za čovjeka. Procjena karcinogenog i mutagenog potencijala određene tvari temelji se na četiri razine složenosti:

1. In vitro testovi mutagenosti i genotoksičnosti neophodni za procjenu mehanizma djelovanja

tvari.

2. Duga istraživanja na životinjama nepohodna za procjenu potencijala povećavanja rizika od nastanka zloćudnog tumora kod netaknutih složenih organizama i procjene odnosa doza- odgovor.

3. Epidemiološke studije na ljudima za procjenu potencijala povećavanja rizika od nastanka

zloćudnog tumora kod ljudi.

4. Analiza strukturalne sličnosti tvari s već poznatim karcinogenom. (4,7-11)

STOHASTIČKI I DETERMINISTIČKI UČINCI IONIZIRAJUĆEG ZRAČENJA

Biološke učinke zračenja možemo podijeliti u dvije grupe. Jedni su deterministički (nestohatički), a drugi su stohastički učinci. Deterministički su učinci posljedica gubitka velikog broja stanica, nastaju primjenom velikih doza zračenja (jačina im je ovisna o efektivnoj dozi) i vidljivi su brzo nakon ozračenja. Da bi učinak bio vidljiv potrebna je određena količina ("prag") zračenja.

Gubitak stanica ne predstavlja velik problem za čovječji organizam u kojem svakodnevno umire preko milijun stanica. Smrću stanice onemogućuje se prijenos izmijenjene genetičke informacije na stanicu kćerku. Ukoliko je postotak uništenih stanica u nekom organu ili tkivu velik, tada funkcija organa ili tkiva može biti oslabljena, a u pojedinim slučajevima gubitak stanica dovest će i do smrti organizma.

Greške u popravku važnih DNA regija kod preživjelih stanica mogu rezultirati stabilnim genetskim promjenama. Stohastički učinci, kao što su mutacije, nasljedne promjene, te tumori vidljivi su tek nakon određenog vremena latencije, za njih nema praga, tj. može ih izazvati i veoma mala doza zračenja. Stoga ih se niti ne može predvidjeti, kao što se to može učiniti za točno određeni - determinirani učinak, nego ih se može samo statistički predvidjeti. Stohastički učinci mogu nastati u somatskim, ali i u spolnim stanicama, pa se promjene mogu prenijeti na potomstvo (nasljedne promjene, indukcija leukemija, mentalna retardacija, malformacije, smrt ploda). Ako se takove stanice nastave dijeliti, nastat će klonovi izmijenjenih stanica. Većina ovako izmijenjenih stanica ne napreduje do karcinoma jer gotovo ni jedna ne ostaje sposobna za život nakon nekoliko dijeljenja. One koje su sposobne za više dijeljenja često se diferenciraju u funkcionalne stanice koje se dalje ne dijele, može izostati slijed događaja iz okruženja stanice potreban za poticanje stanične diobe ili dolazi do programirane stanične smrti (apoptoza).

Zračenje može izazvati čitav spektar nasljednih promjena koje mogu biti veoma male, poput promjene u pojedinom genu, veće, poput onih nastalih lomovima kromosoma i spajanjem preostalih

dijelova, do veoma opsežnih kada se mijenja i broj kromosoma. Jasno je da će i biološke posljedice biti to teže što su promjene genoma opsežnije, a veoma velike promjene, uslijed odumiranja stanica, tkiva, te organa, nespojive su sa životom jedinke.

Mada vrlo djelotvorni, opisani mehanizmi ne mogu u svim slučajevima spriječiti daljnju diobu stanica čiji genetski zapis ne odgovara stanici od koje su nastale. Takve stanice može potaknuti na daljnju diobu i agens čiji je karcinogenetski potencijal vrlo nizak. Koncentracija agensa ili doza potrebna za poticaj diobe kod kronične izloženosti ne mora biti tako visoka kao za nastanak osnovne promjene.

Promjene u organizmu čiji nastanak povezujemo s promjenama u genetskom materijalu pojedinih stanica mogu se, ali i ne moraju dogoditi pa se može govoriti samo o vjerojatnosti njihova nastanka i zato ih nazivamo stohastičkim. Vjerojatnost nastanka tih promjena u organizmu ovisna je o efektivnoj dozi. Što je doza manja i vjerojatnost nastanka promjena je to manja, ali ne postoji tako mala doza za koju bi vjerojatnost nastanka promjena bila jednaka nuli.

Cilj zaštite od ionizirajućeg zračenja je spriječiti nastanak determinističkih učinaka koji su posljedica izlaganja zračenju i ograničiti pojavu stohastičkih učinaka na najmanju moguću mjeru te osigurati da pri obavljanju djelatnosti kod kojih dolazi do izlaganja ionizirajućem zračenju to izlaganje bude opravdano, odnosno da korist od tog izlaganja uvijek bude veća od štete (4,7,9).

POSLJEDICE IZLAGANJA IONIZIRAJUĆEM ZRAČENJU

Zbog odlaganja energije ionizirajuće zračenje u tkivu može uzrokovati oštećenje ili smrt stanica. Zračenje može direktno djelovati na ozračenu osobu i na potomke ozračene osobe, prijenosom genetskog materijala. Biološki učinci zračenja ovise o djelotvornosti pojedinih vrsta zračenja i osjetljivosti pojedinih tkiva na zračenje. Kad stanica apsorbira zračenje, moguća je nekoliko ishoda. Stanica može biti toliko oštećena da prestane normalno funkcionirati i odumre, može izgubiti sposobnost reprodukcije i dalje živjeti, genetski materijal unutar stanice (DNA) može biti oštećen tako da su buduće kopije stanice promijenjene. Ako je promijenjena stanica tkiva ili organa, daljnjim razmnožavanjem može takva stanica biti inicijator raka ako su ozračenjem izazvane mutacije DNK reproduktivnih stanica, mutacija se može, ali ne mora očitovati kao nasljedni učinak zračenja kod potomstva izložene osobe. Mutacije se obično ne vide u prvih potomaka, jer svaka osoba ima za isto svojstvo dva gena, svaki od jednog roditelja, a mutirani gen je u pravilu recesivan. Štetna posljedica mutacija nastaje ako se slučajno za isto svojstvo nađu oba gena mutirana. Većinu oštećenja stanice poprave zato što je sustav za sprječavanje promjena u genomu vrlo djelotvoran i u većini slučajeva stanica popravlja nastala oštećenja. Od 1000 oštećenja popravi se njih 999. Od 1000 oštećenih stanica, koje stanica nije uspjela popraviti, njih 999 umire, tako da u konačnici tek jedna od 100 000 oštećenih stanica s promijenjenim genetskim kodom preživi. Još nije posve razjašnjeno na koji se način mutirana stanica brani od daljnje tijeka prema razvoju karcinoma. Pretpostavlja se da je to uloga i imunološkog aparata, ali i neimunoloških mehanizama otklanjem preneoplastičnih stanica. Ostali mehanizmi koji štite organizam od začetka i stvaranja tumora, uključuju popravak DNK, apoptozu (programiranu smrt stanice), terminalnu diferencijaciju i fenotipsku supresiju. Svi ti mehanizmi zajedno umanjuju vjerojatnost razvoja oštećene stanice u tumorsku, ali je vrlo teško procjenjivati kolika je točno uloga pojedinog od navedenih mehanizma.

Na kraju se može dogoditi da zračenje uopće nije uzrokovalo oštećenje stanice. Da li će stanica biti oštećena ili ne ovisi i o razini i o brzini zračenja. O dozi koja ne izazove više od jednog kritičnog oštećenja po stanici u vremenu u kojem su mehanizmi popravka stanice učinkoviti, govorimo kao o maloj dozi (procjenjuje se da je gornja granica male doze 200 mSv ukupnog ozračenja odnosno 0,1 mSv po minuti za brzinu doze). Po nekim autorima, osim negativnog učinka na stanice, ionizirajuće zračenje može imati i koristan učinak (hormeza). Neke studije pokazuju da niske doze zračenja na neki način mogu stabilizirati stanicu te postaje otpornija na zračenje. Taj je adaptivni mehanizam ograničenog trajanja i vjerojatno je posljedica stimuliranja staničnih mehanizama popravka kod opetovanih izlaganja.

Nisu sva tkiva jednako osjetljiva na zračenje te kod ocjene štetnosti određene vrste zračenja treba uzeti u obzir i tu osjetljivost. Osim toga bitan je i način ozračenja; bitno je da li se radi o ozračenju izvana ili o unutarnjem ozračenju, dakle onom koje nastaje kada je izvor tračenja progutan, udahnut ili je izvor zračenja implantiran u tijelo.

PATOGENEZA RADIJACIJSKIH OZLJEDA

Stupanj oštećenja ionizirajućim zračenjem ovisi o vrsti ionizirajućeg zračenja, brzini zračenja, apsorbiranoj dozi, dakle bitna je količina energije i vrijeme u kojem i kojom brzinom prima jedinična masa neke tvari energiju zračenja. Učinak zračenja na stanicu ovisi o vrsti i mjestu oštećenja, vrsti i funkciji ozračene stanice i broju oštećenih stanica. Kada je brzina primanja doze mala ili je doza primana tako da su razmaci između primljenih pojedinačnih doza dovoljno dugi, tkivo normalnom mitozom nadomješta izgubljene stanice. Zbog toga, ista primljena doza kada se primi odjednom, može imati i letalni učinak, a doza primljena kroz duže vremensko razdoblje neće nužno za posljedicu imati smrt. Na ionizirajuće zračenje daleko su osjetljivije nediferencirane stanice, odnosno matične stanice krvotvornog tkiva i spolnih žlijezda, stanice kože i sluznica, a osobito crijevnih resica, dakle one stanice koje se neprekidno i brzo dijele. Mišićne stanice, živčanog sustava, koštanog i solidnih tkiva koja se rijetko, odnosno nikad ne dijele, slabo su osjetljiva na izloženost zračenju. Visoke lokalne doze zračenja mogu zbog strukturnog oštećenja stanične membrane ili citoplazme izazvati izravnu smrt stanice. Kada je genetski kod stanice oštećen, a stanica preživjela, budući potomci tj. “kopije stanice” su tako promijenjene da se to može očitovati neoplastičnim rastom, kromosomskim aberacijama, aktivacijom onkogena (podloga za nastanak leukemije ili limfomi), ili gubitkom supresorskih gena što dovodi do pojave solidnih tumora. Na tim mjestima nastaje tkivna hipoplazija ili se stanice tkiva zamijene fibrozim odnosno manje vrijednim tkivom. Relativno velike doze primljene kroz duže vremensko razdoblje mogu ostaviti male ili nikakve vidljive posljedice. Učinak zračenja na tijelo će biti to manji što je ozračeni dio tijela manji bez obzira na veličinu primljene doze.

Izloženost ionizirajućem zračenju može biti kronična i akutna. Kronična izloženost predstavlja kontinuiranu izloženost niskim dozama zračenja kroz dugi vremenski period, a učinci se mogu vidjeti nakon niza godina. Ti učinci uključuju genetske promjene, razvoj malignih i benignih tumora, razvoj katarakte i oštećenja kože.

AKUTNA RADIJACIJSKA BOLEST (radijacijska bolest, radijacijski sindrom, akutna bolest

radijacije, akutni sindrom zračenja, trovanje zračenjem)

Akutna radijacijska bolest je oštećenje tkiva ili organa prekomjernom dozom ionizirajućeg zračenja u vrlo kratkom vremenskom periodu (sekunde ili minute). Ova bolest u početku liči prehladi i ima sva obilježja akutne febrilne bolesti. Uzrokovana je ozračenjem cijelog tijela (ili većeg dijela tijela) visokom dozom zračenja u vrlo kratkom vremenskom razdoblju tj. obično nekoliko minuta. Javlja se obično kod svih izloženih kada je akutna apsorbirana doza oko 1 Gy. Ovisno o razini ozračenja, tijek je predvidiv, a traje od nekoliko sati do nekoliko tjedana. Nema specifičnog liječenja, već se poduzimaju mjere za prevladavanje oštećenja pojedinih sustava, nadoknada tekućine i krvnih preparata, antibakterijske, gljivične i antivirusne zaštite od infekcije bakterijama, gljivama i virusima i potpore oporavka oštećenih organskih sustava. Ova bolest je u pravilu posljedica zračenja iz vanjskih izvora, a iznimno je posljedica ozračenja radionuklidima inkorporiranim u tijelu. Od apsorbirane doze ovisi i klinička slika bolesti. Akutna radijacijska bolest je vrlo rijetka bolest koja obično u profesionalnoj ekspoziciji nastaje nakon nuklearnih nesreća na radu. Poznati primjeri iz bliske prošlosti su onaj iz 1986. godine kada je požar oštetio nuklearnu elektranu u Černobilu ili onaj iz 2011. godine kada je potres oštetio nuklearnu elektranu Fukushima na istočnoj obali Japana. Klinička slika i simptomi radijacijske bolesti ovise o apsorbiranoj dozi i površini izlaganja, načinu kontaminacija (unutarnja ili vanjska) te osjetljivosti tkiva pogođenog zračenjem. Simptomi kod jednokratnih pojedinih efektivnih

doza/ozračenje cijelog tijela su različiti. Tako apsorbirana doza od 0.05 do 0.2 Gy ne izaziva nikakvih akutnih simptoma, a nakon četrdesetak dana pri ovim dozama može se javiti prolazna oligospermija i postoji mogućnost razvoja karcinoma godinama kasnije. Subkliničkim oblikom naziva se oštećenje pri apsorbiranoj dozi približno 0.4 Gy, a višoj od 0.2 Gy. U tom obliku nema uobičajenih znakova bolesti, tek su ponekad primijećene promjene na koži kao posljedica lokalne radijacijske ozljede. Kod ozračenja cijelog tijela dozom od 0.5 Gy javljaju se znaci oštećenja koštane srži, a to se očituje prolaznom limfopenijom. Pravi znakovi i simptomi radijacijske bolesti obično se pojavljuju kada cijelo tijelo apsorbira dozu od najmanje 1 Gy. Prema nekim autorima ozračenja cijelog tijela dozama višim od 6 Gy smatraju se smrtonosnim u roku od dva dana do dva tjedna. Kod ozračenja velikog dijela, ali ne i cijelog tijela, postoje podaci o preživljavanju i kod apsorbiranih doza višim od 8 Gy. Različita tkiva različito reagiraju na različite apsorbirane doze, te je klinička slika kod različitih akutno apsorbiranih doza različita, iako može sadržavati elemente oštećenja više organskih sustava. Ipak se u literaturi se klinička slika obično prema prevladavajućim simptomima dijeli u tri oblika/sindroma. Pri akutno apsorbiranoj dozi od 0.7 do 7.0 Gy dolazi prvenstveno do oštećenja hematopoetskog sustava. Javlja se tzv. hematopoetski sindrom u kojem prevladavaju simptomi vezani uz oštećenje krvnih stanica od kojih najveću radiosenzitivnost pokazuju limfociti, slijede eritroblasti pa onda mijeloblasti. Kako se eritrociti u cirkulaciji zadržavaju 120 dana oni se dugo nakon ozračenja nalaze u cirkulaciji i tek se kasnije vide posljedice ozračenja u vidu pada broja eritrocita, naravno ukoliko se eritrociti nisu gubili krvarenjima u ranijim stadijima bolesti. Ovaj sindrom karakteriziraju granulocitopenija, trombocitopenija i supresija imunosnog sustava, a očituje se hemoragičnom dijatezom, povišenim temperaturama, bakterijemijom, zimicom i tresavicom. Javljaju se i pneumonije, upale različitih organa, gljivična oboljenja, te krvarenja u desni i sl. Uz to ozračeni se tuži na opću slabost. Kod ozračenja cijelog tijela dozama od približno 7 Gy uz sliku oštećenja hematopoetskog sustava javlja se i slika tzv. gastrointestinalnog sindroma. Naime, poslije stanica hematopoetskog sustava po visoku osjetljivost na zračenje pokazuju stanice sluznice tankog i debelog crijeva. Uzrok ovom sindromu je zaustavljanje mitoze nediferenciranih stanica sluznice tankog i debelog crijeva te posljedičnog gubitka tekućine i elektrolita. U normalnim se uvjetima epitel crijevnih resica zamijeni u tri do četiri dana, što se ne događa kod zračenjem oštećene sluznice. Povoljan učinak za preživljavanje nakon akutnog ozračenja kod navedenih razina ozračenja je djelomično ozračeno tijelo, mlađa dob, produljeno ozračenje i dostupnost pravodobnog liječenja, a nepovoljni su čimbenici velika brzina doze, pobol od kroničnih bolesti, velika ozračena površina i kronične infekcije. CNS sindrom/ cirkulacijsko- neurovegetativni sindrom javlja se pri ozračenju cijelog tijela dozama većim od 20 Gy ili dozama od 40 Gy u područje same glave. Svi navedeni sindromi imaju nekoliko stadija. Najprije se, neposredno po ozračenju javlja prodromalna faza. U njoj se javljaju simptomi i promjene unutar prvih nekoliko sati do dva tri dana, a zatim se simptomi povlače. Javljanje simptoma i promjena u laboratorijskim nalazima ovisi o apsorbiranoj dozi, ozračenoj površini te brzini doze. Nakon ove faze nastaje latentna faza. U njoj nema simptoma, ali se događaju promjene na hematopoetskom aparatu i na sluznici crijeva koje će se kasnije u manifestnoj fazi očitovati kliničkom slikom koja odgovara razini ozračenja. Ukoliko je ozračeni preživio ranije faze ulazi nakon manifestne faze u kasnu fazu (faza oporavka i/ili smrti). U ovoj fazi se većina pacijenata ili oporave ili umire. Kod preživjelih proces oporavka traje od nekoliko tjedana do dvije godine, a prestanak simptoma je postepen. Na tablicama 1. do 5. prikazan je tijek akutne radijacijske bolesti kod različitih razina apsorbirane doze. Vidljivo je da može doći do preklapanja simptoma oštećenja više organskih sustava, što ovisi o brzini apsorpcije, ozračenoj površini, dobi i prisustvu ili odsustvu kroničnih bolesti. Liječenje akutne radijacijske bolesti ovisi o kliničkoj slici i tijeku bolesti. Nema specifičnog liječenja već su terapijske mjere usmjerene na prevladavanje depresije koštane srži i oštećenja crijevnog epitela. Infekcije se sprječavaju izolacijom ozračenih, antibioticima, antivirusnim lijekovima, sprječavaju infekcije gljivicama, daje potporna terapija epitelu crijeva, vrši transplantacija koštane srži ako je indicirana. Daje se transfuzija trombocita kada im se broj smanji ispod 20000/μL, a anemija se korigira koncentratom eritrocita. Ako se radi presađivanje koštane srži ono se radi isključivo u prvom tjednu nakon ozračenja. Ozračenima se uz to nadoknađuje tekućina, elektroliti, daje parenteralna prehrana. Liječenje CNS sindroma je isključivo simptomatsko.

KASNI UČINCI ZRAČENJA

Javljaju se kliničkim simptomima mjesecima i godinama nakon izloženosti zračenju. Glavni su kasni učinci zamućenje i katarakta leće, kronični radiodermitis, sterilitet, deformacije novorođenčadi ranije izloženih roditelja, usporenje rasta i fizičkog ili psihičkog razvoja djece, genetske promjene uključujući i fiksirane kromosomske aberacije te povećana incidencija pojedinih malignih bolesti.

Leća je vrlo osjetljiva na zračenje. Koagulacija proteina (opaciteti) se javlja već pri jednokratnoj apsorbiranoj dozi višoj od 2 Gy, iako su opisani i opaciteti kod jednokratne izloženosti od 0.5 Gy. Opaciteti su zabilježeni i kod osoba koji su kronično bili izloženi dozi višoj od 0.1 Sv/godišnje kroz duži niz godina. Počinje kao plak u subkapsularnom stražnjem polu leće i širi se prema prednjem dijelu korteksa. Slične se promjene vide kod dijabetesa i infracrvenog zračenja. Dvije odvojene studije objavljene u 2010. godini utvrdile su da interventni kardiolozi imaju povećan relativni rizik od razvoja katarakte, a kumulativna efektivna doza bila je oko 6.0 Sv. Kod ostalih zdravstvenih radnika izloženih kumulativnoj efektivnoj dozi od 1.5 zabilježena je katarakta. Na temelju tih podataka, u 2011. godini Međunarodna komisija za zaštitu od zračenja (ICRP) smanjila je prag za jednokratnu absorbiranu dozu za kataraktu sa 5,0 Gy na 0,50 Gy. Latentno razdoblje za nastanak promjena na leći iznosi više od 10 godina. Kronični radiodermitis nastaje nakon radijacijske opekline. Karakterizira ga atrofična, suha koža, bez dlaka i kose, teleangiektazije i pigmentacije. Promjene uzrokuje akutna lokalna doza viša od 10 Gy ili prolongirana izloženost ukupnoj dozi višoj od 20 Gy. Kromosomske aberacije koje mogu perzistirati desetljećima posljedica su dijagnostičkih postupaka, akcidentalnih situacija i u linearnoj su ovisnosti s apsorbiranom dozom. U uvjetima profesionalne izloženosti, uz primjenu mjera zaštite na radu ne očekuju se kromosomske aberacije.

Zloćudni tumori općenito nemaju veću incidenciju među izloženim radnicima u odnosu na opću populaciju, ako izloženost nije prelazila 0.1 Gy. Iako ovo vrijedi za skupinu svih izloženih, pojedina istraživanja upućuju na jasnu povezanost veće učestalosti pojedinih karcinoma u izloženih. Prema Znanstvenom komitetu Ujedinjenih naroda za učinke atomskog zračenja (UNSCEAR) male doze zračenja imaju nizak kancerogeni potencijal, a gotovo nema dokaza da uzrokuju nasljedne bolesti. Prema UNSCEAR-u samo 4% oboljenja od karcinoma treba pripisati ionizirajućem zračenju s tim da je ozračenje niskom dozom (ispod 200 mSv), uzrok manje od 1% od tih 4% karcinoma za koje se pretpostavlja da ga izaziva ionizirajuće zračenje. UNSCEAR-ovim modelom procijenjeno je da je vjerojatnost da osoba dugotrajno izlagana niskoj dozi od 1 mSv/godinu oboli od malignoma iznosi od 0,5% tijekom cijelog životnog vijeka. Neke vrste karcinoma koje se povezuju s visokim dozama zračenja su leukemija, karcinom dojke, mjehura, debelog crijeva, jetre, pluća, multipli mijelom. Vremenski period između izloženosti zračenju i pojave karcinoma naziva se latentni period. Za leukemiju, minimalni vremenski period između izloženosti zračenju i pojave bolesti iznosi 2 godine. Za čvrste tumore latentni period iznosi više od 5 godina. Američka nacionalna akademija znanosti objavila je 1998. izvještaj odbora BEIR VI (Biological Effects of Ionizing Radiation) o učinku izloženosti radonu na zdravlje. Taj izvještaj je najkonkretniji skup znanstvenih podataka o radonu i potvrđuje da je radon drugi po redu uzrok karcinoma pluća u Sjedinjenim Američkim Državama. Studija procjenjuje da radon uzrokuje otprilike 15000 smrti od raka pluća godišnje. Tu su u prvom redu malignomi koštane srži (osim kronične limfatičke leukemije), rak dojke, pluća, štitne žlijezde i kostiju. U djece čije su majke za vrijeme trudnoće primile više od 0.05 Sv efektivne doze u 2. i 3. trimestru trudnoće statistički su značajno češće leukemije nego u njihovih vršnjaka čije majke nisu bile ozračene. Fetus koji je između 8. i 15. tjedna trudnoće primio dozu od 0.1Gy ima značajnu mogućnost razvoja blage mentalne retardacije.

OSTALI UČINCI ZRAČENJA

Do deformacija fetusa ili embrija može doći ako je u ranoj trudnoći zračena zdjelica majke. Kod visokih doza nerijetko se javljaju nakaznosti djece. Zaostali razvoj koštanog sustava zabilježen je kod djece izložene terapijskom zračenju ili kod one djece čije su majke bile u području izvođenja nuklearnih pokusa. To je vrlo bitno znati jer kod ozračenja embrija u ranom preembrionalnom razdoblju (0. do 3. tjedan) odnosno embrionalnom razdoblju ( od 4. do 8. tjedna trudnoće) ili u fetalnom razdoblju (od 9. tjedna trudnoće do kraja trudnoće) može doći do malformacija djeteta. Iznimno, pri ozračenju u preembrionalnoj i embrionalnoj fazi može uništavanje nekih stanica u vrijeme razvoja pojedinih organa, ako embrij, a kasnije fetus preživi, izazvati teške kliničke slike kod novorođenčeta, a i kasnije u životu. Zato se učinci ozračenja embrija promatraju kao izdvojena kategorija. Ozračenje ploda u maternici može uzrokovati smrt djeteta, tjelesne deformacije, mentalnu zaostalost i pojavu raka. Ozračenje fetusa u periodu između 8. i 15. tjedna trudnoće dovodi do snižene inteligencije djece čije su majke bile ozračene u tom periodu. Teratogeni učinci opisani su već iznad praga od 0.01 Sv, ako je fetus bio ozračen u prvih 12 tjedana od začeća. Nacionalno vijeće za zaštitu od zračenja i mjerenja (NCRP) preporuča da fetus profesionalno izloženih majki ne dobije dozu veću od 5,0 mSv tijekom cijele trudnoće, da dnevna granica izlaganja ne prelazi 0.025 mSv, a da mjesečna ozračenost bude niža od 0,5 mSv . International Commission on Radiological Protection) - ICRP preporuča da 1,0 mSv bude ukupna fetalna izloženost tijekom cijele trudnoće. U cjelini, prema preporukama ICRP granice su ostvarive uz odgovarajuće mjere zaštite na radnom mjestu.

Literatura:

1. Hrvatska enciklopedija (on-line izdanje), Leksikografski zavod Miroslav Krleža,

http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=51477 (pristupljeno 30.08.2014.) 2. Kopjar N, Kašuba V, Milić M, et al. Normalne i granične vrijednosti mikronukleus-testa na limfocitima periferne krvi u ispitanika opće populacije republike hrvatske. Arh Hig Rada Toksikol 2010;61:219-234 3. Zakon o radiološkoj i nuklearnoj sigurnosti (NN 28/10) 4. Zakon o zaštiti od ionizirajućeg zračenja i sigurnosti izvora ionizirajućeg zračenja (NN 64/06) 5. Pravilnik o poslovima s posebnim uvjetima rada (NN 5/84) 6. Pravilnik o granicama izlaganja ionizirajućem zračenju te o uvjetima izlaganja u posebnim

okolnostima i za provedbe intervencija u izvanrednom događaju (NN 125/06) 7. Lomax ME, Folkes LK, O’Neill P. Biological Consequences of Radiation-induced DNA Damage:

Relevance to Radiotherapy. Clin Oncol 2013;25:578-585 8. Cooper GM, Hausman RE. Stanica-molekularni pristup (V. izdanje), Medicinska naklada,

Zagreb, 2010. 9. Manning G, Rothkamm K. Deoxyribonucleic acid damage-associated biomarkers of ionising radiation: current status and future relevance for radiology and radiotherapy. Br J Radiol 2013;86:20130173. 10. Pravilnik o zaštiti radnika od rizika zbog izloženosti karcinogenim i/ili mutagenim tvarima (NN

40/07) 11. Garaj-Vrhovac V. Karcinogenost i mutageneza: analiza somatskih mutacija. Arh Hig Rada

Toksikol 2000;51 Supp: 115–124