Czy promieniowanie jonizuj¹ce jest zawsze szkodliwe dla zdrowia [1]

Transkrypt

1 IX SYMPOZJUM POSTAWY PROEKOLOGICZNE U PROGU XXI WIEKU Su³ów k/milicza, 29 wrzeœnia 2007 Czy promieniowanie jonizuj¹ce jest zawsze szkodliwe dla zdrowia [1] Ludwik Dobrzyñski Uniwersytet w Bia³ymstoku Instytut Problemów J¹drowych, Œwierk ród³em promieniowania jonizuj¹cego jest Kosmos. W zewnêtrznych warstwach atmosfery odnotowuje siê ca³e widmo promieniowania elektromagnetycznego: od widzialnego do wysokoenergetycznych kwantów gamma, a tak e intensywne promieniowanie korpuskularne. Wyniki pomiarów wskazuj¹, e na pó³kuli pó³nocnej Ziemi, na szerokoœci geograficznej powy ej 55 przez ka dy centymetr kwadratowy przechodzi w ci¹gu godziny [2] oko³o 4500 protonów, 600 cz¹stek alfa, 30 jonów wêgla, tlenu i azotu, 8 atomów magnezu, 3 wapnia i jeden elaza. Wielkie energie promieniowania kosmicznego (od oko³o 100 MeV do ev) s¹ wytracane w procesach zderzeñ cz¹steczek z j¹drami i atomami atmosfery otaczaj¹cej Ziemiê. Skorupa ziemska zawiera sporo j¹der (nuklidów) promieniotwórczych, z których g³ówne mo na zebraæ w cztery szeregi (rodziny) promieniotwórcze: uranowo-radowy, uranowo-aktynowy, toru i neptunu. Utworzone kilka miliardów lat temu promieniotwórcze j¹dra takie jak 144 Nd czy 235 U przetrwa³y do dziœ. Spoœród d³ugo yciowych pierwiastków zasadniczy wk³ad do promieniotwórczoœci naturalnej Ziemi wnosz¹ 235 U, 238 U, 226 Ra, 228 Ra oraz 210 Pb. Najczêœciej spotykanymi pierwiastkami promieniotwórczymi w ska³ach s¹: 40 K, 87 Rb oraz produkty rozpadów promieniotwórczych 238 U i 232 Th. Do organizmu cz³owieka, poprzez ³añcuch pokarmowy, dostaj¹ siê najczêœciej: 40 K oraz 137 Cs i 90 Sr, które jako produkty reakcji rozszczepienia uranu mog¹ byæ rozpraszane w œrodowisku po wybuchach j¹drowych oraz w wyniku awarii reaktorów, jak to mia³o miejsce po po arze elektrowni czarnobylskiej w 1986 r. Zarówno promieniotwórczy cez, gromadz¹cy siê w tkankach miêkkich, jak i promieniotwórczy stront, gromadz¹cy siê w koœciach, mog¹ byæ groÿne dla organizmu ludzkiego.

2 16 Ludwik Dobrzyñski Œlady pierwiastków promieniotwórczych znajduj¹ siê w wêglu, w dymie i popiele, pochodz¹cym ze spalanego wêgla, st¹d produkty spalania typowe dla elektrowni konwencjonalnych osadzaj¹ siê w glebie, przenikaj¹ do roœlin i za ich poœrednictwem trafiaj¹ do przewodów pokarmowych ludzi i zwierz¹t. Powszechnie stosowane nawozy fosforowe te zawieraj¹ pewne iloœci pierwiastków szeregu uranowego. Szczególnym radionuklidem jest 14 C, pochodzenia kosmicznego, maj¹cy pó³okres rozpadu 5730 lat. Tworzy siê on w wyniku reakcji j¹drowych protonów z j¹drami azotu i jest ³atwo wch³aniany przez organizmy ywe. Gdy organizm umiera, wch³anianie tego nuklidu ustaje. Dziêki temu, porównuj¹c wzajemne stosunki izotopów wêgla, okreœliæ mo na wiek ró nych przedmiotów pochodzenia organicznego. W wyniku rozpadu szeregów promieniotwórczych z toru i uranu oprócz innych tworz¹ siê izotopy gazu szlachetnego radonu, które dyfunduj¹c przez glebê i szczeliny skalne, wydostaj¹ siê na zewn¹trz z³o a i mieszaj¹ z powietrzem. Ze wzglêdu na czasy ycia izotopów radonu uwa a siê, e tylko jeden z nich, 222 Ra (o po³owicznym okresie rozpadu 3,8 dnia) wnosi istotny wk³ad do dawki pochodz¹cej ze Ÿróde³ naturalnych. Chocia radon jest s³abo rozpuszczalny w wodzie, a wiêc morza i oceany zawieraj¹ go stosunkowo niewiele, przy wypompowywaniu wody z g³êbokich pok³adów mo e siê zdarzyæ, e pozyskiwana woda uwalnia go w znacznej iloœci. W niektórych oszacowaniach podaje siê, e 6 12% wszystkich przypadków zacho- Rys. 1. Gazowy radon (Dwa izotopy! Okresy po³owicznego zaniku 222 Rn i 226 Rn wynosz¹ odpowiednio 3,8 dnia oraz 55 s) jest stale obecny w naszych pomieszczeniach. Znaczny wk³ad do dawki wnosi te promieniotwórczy 40 K

3 Czy promieniowanie jonizuj¹ce jest zawsze szkodliwe dla zdrowia 17 Aktywnoœci radonu w naszym otoczeniu (oszacowanie) Miejsce pomiaru Aktywnoœæ [Bq/m 3 ] Powietrze przy gruncie 10 Wietrzony pokój 40 Pokój zamkniêty 80 Piwnica 400 Pieczara Odwierty o wysokiej aktywnoœci rowañ na raka p³uc pochodzi w³aœnie z dzia³ania radonu, przy czym groÿny jest nie tyle sam gaz, co produkty jego rozpadu czyli jony polonu, bizmutu czy o³owiu. Obecnie medycyna szeroko korzysta ze zdobyczy chemii i fizyki nuklearnej. Powsta³a nowa dziedzina: medycyna nuklearna, dziêki której lekarze uzyskali pomoc w walce ze schorzeniami, z którymi tradycyjna medycyna nie daje sobie rady. Diagnostyka nuklearna pozwala na uzyskiwanie informacji o funkcjonowaniu i strukturze narz¹dów wewnêtrznych, Bez koniecznoœci interwencji chirurgicznej, dziêki czemu mo na podj¹æ w³aœciwe leczenie a tak e prowadziæ efektywn¹ profilaktykê. Medycyna nuklearna korzysta z bardzo niewielkich iloœci promieniowania jonizuj¹cego, emitowanego z wprowadzanych do cia³a pacjenta tzw. radiofarmaceutyków, tj. substancji, które preferencyjnie s¹ wch³aniane przez interesuj¹ce lekarza organy wewnêtrzne, tkanki lub koœci. Najczêœciej korzysta siê z radiofarmaceutyków emituj¹cych promieniowanie gamma, które jest rejestrowane przez tzw. gam- Rys. 2. Procesy typowe dla medycyny nuklearnej

4 18 Ludwik Dobrzyñski ma-kamery. W szczególnym wypadku pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) radiofarmaceutyk zawiera emiter pozytonów. Oddzia³ywanie pozytonów z elektronami prowadzi do powstawania kwantów promieniowania gamma, które s¹ rejestrowane w kamerze PET. Dawka promieniowania poch³oniêta przez pacjenta w trakcie procedur stosowanych przez medycynê nuklearn¹ jest porównywalna z dawkami typowymi dla diagnostyki rentgenowskiej. Terapeutyczna medycyna nuklearna najczêœciej stosowana jest do zwalczania ró nych odmian nowotworów. W leczeniu raków narz¹dów rodnych, g³owy i szyi najczêœciej stosuje siê Ÿród³a zamkniête, w innych przypadkach czêœciej stosuje siê radiofarmaceutyki. Znacz¹c¹ popularnoœæ zyska³a sobie brachyterapia, gdy potrzebn¹ dawkê dostarcza bezpoœrednio do guza. Metoda implantacji Ÿróde³ sprawdzi³a siê szczególnie dobrze w wypadku raka prostaty oraz w zapobieganiu zamykaniu siê arterii po angioplastyce z u yciem baloników, których wprowadzenie powoduje czêsto zdzieranie œcianek arterii, których reperacja koñczy siê czêsto ponownym zamykaniem arterii. Dostarczenie do uszkodzonej tkanki dawki 8 30 Gy pozwala zapobiec temu efektowi. Najczêœciej stosowanymi izotopami s¹ tu emitery beta takie jak: 32 P, 90 Sr czy 90 Y. Materia³y promieniotwórcze mo na te wprowadzaæ bezpoœrednio do narzêdzi do angioplastyki, np. przez u ycie stentu impregnowanego 32 P, 103 Pd, lub 48 V. Rozwa a siê te i próbuje nape³niaæ baloniki promieniotwórczym gazem, jak np. 133 Xe. Optymalizacja takich procedur jest jednak wci¹ kwesti¹ bie ¹cych analiz. Dla rozwoju metod terapeutycznych zasadnicz¹ spraw¹ by³o wynalezienie specyficznego systemu dostaw, pozwalaj¹cego lekarzowi na skierowanie izotopu do odpowiedniej tkanki. W powszechnie utrwalonej opinii skutki promieniowania jonizuj¹cego na organizm cz³owieka mo e byæ tylko negatywny. Tymczasem skutek biologiczny promieniowania jonizuj¹cego zale y nie tylko od wielkoœci dawki i rodzaju promieniowania, ale i od cech biologicznych ustroju oraz warunków promieniowania, czyli: mocy dawki, sposobu frakcjonowania, masy napromienianych tkanek, rodzaju napromienianych narz¹dów oraz natlenowania tkanek. O ile skutki naœwietlania silnymi dawkami promieniowania s¹ doœæ dobrze zbadane i opisane, wci¹ istnieje wiele kontrowersji wokó³ wp³ywu ma³ych dawek promieniowania (poni ej msv). W tym obszarze dawek stosunkowo trudno jest znaleÿæ wiarygodny materia³ statystyczny, a znaczna czêœæ wniosków wyci¹gana jest nie tyle z samej obserwacji skutków popromiennych, ile z ich braku. Sprawa ta ma wymiar naukowy, ale jest osadzona w wa kim kontekœcie spo³ecznym, gdy jej jednoznaczne rozstrzygniêcie powinno przes¹dziæ o stosunku spo³eczeñstw do wykorzystania promieniowania jonizuj¹cego. Powszechnie dziœ odczuwana radiofobia stanowi po ywkê dla dzia³añ politycznych i licznych manipulacji opini¹ publiczn¹. Przes¹dza te ona o kosztach ponoszonych przez ludzkoœæ na ochronê ra-

5 Czy promieniowanie jonizuj¹ce jest zawsze szkodliwe dla zdrowia 19 diologiczn¹. Bez wzglêdu jednak na obecny stan wiedzy i ocenê wiarygodnoœci pewnych obserwacji i interpretacji, faktem jest, e w ochronie radiologicznej przyjmuje siê za podstawê tzw. hipotezê liniow¹ bezprogow¹ (LNT Linear No-Treshold Theory), zgodnie z któr¹ ryzyko œmiertelnego zachorowania w wyniku naœwietlania promieniowaniem jonizuj¹cym jest proporcjonalna do dawki. Jest to typowa hipoteza wynikaj¹ca z przyjêcia addytywnoœci efektów. Hipoteza ta, choæ stanowi podstawê zaleceñ Miêdzynarodowej Komisji Ochrony Radiologicznej (ICRP), sama staje siê przedmiotem manipulacji przez uznanie, e wspó³czynnik ryzyka œmiertelnej choroby zainicjowanej przez promieniowanie zale y od tego czy dawka by³a ma³a czy du a, nie precyzuj¹c tych pojêæ. Jeœli pomin¹æ niespójnoœæ LNT w odniesieniu do oceny ryzyka, pozostaje problem logicznej spójnoœci tej hipotezy w obszarze ma³ych dawek. Przeciwnicy tej teorii przytaczaj¹ wiele argumentów: Napromieniowanie cia³a ma³¹ dawk¹ roz³o on¹ w czasie mo e zwiêkszyæ si³ê odpowiedzi immunologicznej, choæ zastosowanie wiêkszej dawki ma dzia³anie przeciwne. Stwierdzono np., e napromienienie myszy dawk¹ 0,2 Sv zaowocowa³o znacznym wzrostem poziomu przeciwcia³ w surowicy. Napromieniowanie myszy dawk¹ 0,5 1 Gy (promieniowaniem gamma Cs 137, 662 kev) przynios³o dwukrotne zmniejszenie czêstoœci wystêpowania raków i miêsaków. U mieszkañców Nagasaki napromienionych dawk¹ poni ej 0,1 Sv stwierdzono zmniejszenie zapadalnoœci na bia³aczki, raka p³uc i raka jelita grubego. Rys. 3. Œmiertelnoœæ wskutek bia³aczek wœród ocala³ych po bombardowaniach Hiroszimy i Nagasaki

6 20 Ludwik Dobrzyñski Napromieniowanie ca³ego lub po³owy cia³a ma³ymi dawkami przynios³o pozytywne skutki w eksperymentalnym leczeniu nowotworów. W obszarach o podwy szonym (dziesiêciokrotnie lub wiêcej) poziomie promieniowania naturalnego nie obserwuje siê zwiêkszenia zapadalnoœci na choroby nowotworowe i inne. W du ych populacjach naœwietlanych ma³ymi dawkami zmniejsza siê œmiertelnoœæ i to nie tylko z powodu raka. W porównaniu z pracownikami przemys³u j¹drowego, lekarze i pacjenci zwi¹zani z radiologi¹ i medycyn¹ nuklearn¹ otrzymali znacz¹ce dawki promieniowania. Praktykuj¹cy przed 1925 rokiem radiolodzy, w³¹czaj¹c w to pracuj¹cych na frontach I wojny œwiatowej, otrzymali bardzo wysokie dawki. Do osób tych nale a³a Maria Sk³odowska-Curie, która jeÿdzi³a samochodami radiologicznymi i wyuczy³a zawodu setki radiologów. Badania tej grupy wykaza³y zwiêkszon¹ zapadalnoœæ na nowotwory i bia³aczki. Jednak e u tych, którzy rozpoczynali pracê póÿniej i podlegali ju ochronie radiologicznej, mimo, e otrzymali dawki oko³o 5000 msv, nie zaobserwowano ponadnormatywnych zachorowañ na raka lub bia³aczki [3]. Przeprowadzone w 1994 r. badania personelu armii amerykañskiej wykaza³y, e u 6500 techników, którzy otrzymali dawkê 500 msv podczas dwuletniej pracy na frontach II wojny œwiatowej, nie widaæ po up³ywie 49 lat wzrostu liczby zachorowañ na nowotwory w porównaniu z technikami medycznymi i farma- Rys. 4 Liczba œmiertelnych zachorowañ na raka piersi w funkcji dawki. Linia ci¹g³a dopasowana zale noœæ; lini¹ przerywan¹ pokazano oczekiwania oparte o hipotezê liniow¹ bezprogow¹ (LNT)

7 Czy promieniowanie jonizuj¹ce jest zawsze szkodliwe dla zdrowia 21 ceutycznymi. Podobnie, u kobiet-techników radiologów zatrudnionych w armii od 1929 roku, nie stwierdzono podwy szonej zapadalnoœci na raka piersi i to bez wzglêdu na to, czy pracowa³y w radioterapii, z radioizotopami czy fluoroskopi¹. Nie stwierdzono te, wbrew pocz¹tkowym przypuszczeniom, aby lekarze-radiolodzy yli krócej ni lekarze innych specjalnoœci. Badania wp³ywu niskich i œrednich dawek (do 3000 mgy), otrzymanych podczas normalnych ekspozycji na promieniowanie rentgenowskie, nie wskazuj¹ na wystêpowanie opóÿnionych efektów szkodliwych. Mo liwie precyzyjne oszacowanie ryzyka zwi¹zanego z niskimi dawkami napotyka na powa ne trudnoœci zwi¹zane z brakiem wiarygodnych danych statystycznych. St¹d te przyjmowane w ochronie radiologicznej wielkoœci ryzyka s¹ na ogó³ zawy one w stosunku do najbardziej prawdopodobnych. W praktycznym postêpowaniu ekstrapoluje siê liniowo dane otrzymane z dawek silnych i poprawia nachylenie prostej, zmniejszaj¹c je dwukrotnie. Nie rezygnuje siê przy tym z podstawowego za³o enia LNT, i nawet najmniejsza dawka promieniowania mo e byæ groÿna, a skutek zawsze proporcjonalny do dawki. Jest rzecz¹ oczywist¹, e ochrona obywateli przed œmiertelnymi zagro eniami jest powinnoœci¹ ka dego rz¹du. Niemniej jednak koszt ochrony musi staæ w jakiejœ sensownej proporcji do uzyskiwanych efektów. atwo wykazaæ, e w miarê powiêkszania bezpieczeñstwa, niezbêdne nak³ady rosn¹. Dzia³a tutaj w istocie prawo zmniejszaj¹cego siê zysku. Okazuje siê, e np. jeœli koszt wyeliminowania 90% zanieczyszczeñ wody oceniæ na 1, koszt wyeliminowania kolejnych 9% jest 100- krotnie wy szy, a koszt wyeliminowania dalszych 0,9% mo e byæ kolejne 100 razy wiêkszy. Zysk w postaci uratowania hipotetycznego ycia przy tym ostatnim stadium oczyszczania zale y od przyjêcia albo odrzucenia hipotezy liniowej (rozumowanie typu: skoro ka de, najdrobniejsze zanieczyszczenie mo e skutkowaæ zejœciem œmiertelnym, a ycie ludzkie jest wartoœci¹ najwy sz¹, to...). Zwróæmy uwagê na to, e jeœli przyjmiemy tê hipotezê, realny zysk w tym ostatnim przypadku staje siê w¹tpliwy, gdy podniesienie kosztów oczyszczania wody musi zaowocowaæ spadkiem jej zu ycia, a wiêc obni eniem poziomu higieny. Tak wiêc mo na osi¹gn¹æ efekt odwrotny od zamierzonego. Warto te zrobiæ, na marginesie, drobn¹ uwagê: pomiar promieniowania jonizuj¹cego jest wzglêdnie ³atwy. Dysponujemy œwietnym sprzêtem, wyniki pomiaru s¹ podawane natychmiast. W³¹czymy aparat i ju wiemy: jest czy nie ma promieniowania jonizuj¹cego. Tymczasem pestycydy w wodzie pitnej, azbest w kurzu domowym, barwniki benzenowe w tkaninie dywanu itp. nie s¹ tak ³atwe do sprawdzenia. Jest ironi¹, e ten elementarny fakt, miast wzbudzaæ zaufanie do mo liwoœci kontroli poziomu promieniowania, wyzwala efekt strachu przed nim, zaœ brak mo liwoœci prostego stwierdzenia obecnoœci innych zagro eñ poczucie, e ich nie ma lub nie s¹ istotne.

8 Ludwik Dobrzyñski Literatura [1] W oparciu o wyk³ad zamieszczony pod adresem: alpha.uwb.edu.pl/ludwik. Wszystkie skróty takie jak w owym wyk³adzie. [2] W. Leyko w: Biofizyka dla biologów, pod red. M.Bryszewskiej i W. Leyko, PWN, Warszawa 1997, s [3] P.D.Doll, R.Smith, Mortality from all causes among British Radiologists, Br. J. Radiol. 54(1981), p