background image

                                                                                      

 

 

BIOLOGICZNE SKUTKI PROMIENIOWANIA 

JONIZUJĄCEGO 

 

Monika Szymańska  

Fundacja FORUM ATOMOWE 

Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej 

 

 
 

Wstęp 

Promieniowanie  jest  nieodłącznym  elementem  naszego  życia.  Światło  i  ciepło 
pochodzące  z  reakcji  jądrowych  zachodzących  na  Słońcu  jest  niezbędne  dla 
funkcjonowania  każdej  formy  życia.  Niektóre  materiały  radioaktywne  naturalnie 
występują  środowisku,  a  nasze  organizmy  zbudowane  są  m.in.  z  radionuklidów 
takich jak: węgiel- 14, potas-40 i polon-210. 
Od momentu odkrycia promieniotwórczości i promieni X minęło ponad 100 lat. W tym 
czasie  człowiek  odkrywał  nowe  sposoby  wykorzystania  sztucznych  źródeł 
promieniotwórczych. Bardzo szybko dostrzeżono korzyści jakie płyną z zastosowania 
promieniowania  w  życiu  codziennym.  Po  raz  pierwszy  promieniowanie  X 
zastosowano  w  diagnostyce  medycznej  w  sześć  miesięcy  po  ich  odkryciu.  Jednak 
promieniowanie niesie za sobą również skutki negatywne, o czym przekonali się po 
raz pierwszy na początku XX wieku,  lekarze obsługujący aparaty rentgenowskie. Od 
tego  momentu  zapoczątkowano  badania  nad  istotą  promieniowania  jego  wszelkimi 
zastosowaniami i skutkami jakie niesie na środowisko i organizmy żywe. 
 
 
1. Działanie promieniowania na organizmy żywe. 

 

 
Promieniowanie  jonizujące  jest  elementem  środowiska,  a  wiec  każdy  z  nas  jest 
narażony  na    otrzymanie  dawki  od  tła  promieniowania,  czyli  od  źródeł  naturalnych 
oraz  źródeł  sztucznych  znajdujących  się  w  naszym  otoczeniu.  Niektóre  osoby  są 
ponadto zawodowo narażone na promieniowanie. Należą do nich  m.  in. operatorzy 
akceleratorów i urządzeń do teleterapii, inspektorzy ochrony radiologicznej, personel 
pracowni  rentgenowskich  i  izotopowych.  Przy  napromienieniu  żywego  organizmu 
okazuje  się,  że  dawka  pochłonięta  to  bardzo  ważna  informacja,  ale  -  niestety  -  nie 
wystarczająca  do  oceny  narażenia.  Na  końcowy  efekt  wpływa  bowiem  wiele 
czynników: 

1.1. Czynniki od których zależy rodzaj oraz czas wystąpienia biologicznych 

skutków promieniowania  

background image

                                                                                      

 

 

  wielkość pochłoniętej energii na jednostkę masy, czyli dawka pochłonięta, 

  rozkład dawki w czasie, 

  rodzaj promieniowania, 

  napromienienie całego ciała lub tylko jego części, 

  wielkość napromienionego obszaru ciała, 

  rodzaj narządu lub tkanki, jakie zostały napromienione, 

  rodzaj napromienienia: zewnętrzne czy wewnętrzne, 

  wiek, płeć i stan zdrowia (na ogół mężczyźni są bardziej wrażliwi na 

promieniowanie niż kobiety, a dzieci i młodzież - bardziej niż dorośli), 

  wrażliwość osobnicza  i gatunkowa. 

 

1.1.1. Dawka pochłonięta, skuteczna, równoważnik dawki 

Dawka  jest  miarą  energii  przekazanej  przez  promieniowanie  jednostce  masy 

pochłaniacza.  Dawka  pochłonięta  (D)  jest  miarą  pochłaniania  energii 
promieniowania  przez  różne  materiały,  czyli  różne  ośrodki,  w  których  rozchodzi  się 
promieniowanie. Takim ośrodkiem może być ciało ludzkie, ale może być również np. 
powietrze,  woda,  ściana  czy  podłoga.  Obecnie  dawkę  pochłoniętą  wyrażamy  w 
grejach (Gy), czyli dżulach na kilogram (J/kg), dawniej w radach. Mając na uwadze 
różnice  w  reakcji  różnych  tkanek  na  promieniowanie  należy  jeszcze  wspomnieć  o 
pojęciu  dawki  efektywnej,  która  musi  uwzględnić  dawkę  równoważną.  Zgodnie  ze 
Słownikiem  Specjalistycznych  Terminów  dostępnym  na  stronie  Państwowej  Agencji 
Atomistyki, dawka skuteczna (E) jest to suma dawek równoważnych pochodzących 
od  zewnętrznego  i  wewnętrznego  narażenia  wyznaczona  z  uwzględnieniem 
odpowiednich  współczynników  wagowych  narządów  i  tkanek  (Tab.1),  obrazująca 
narażenie całego ciała. Natomiast dawka równoważna (H) jest to dawka pochłonięta 
w  tkance  lub  narządzie  wyznaczona  z  uwzględnieniem  rodzaju  i  energii 
promieniowania jonizującego

 

Tabela 1. Wartości wagowego czynnika dla różnych tkanek 

Tkanka lub narząd 

W

T

 

Gonady 

0,20 

Płuca 

0,12 

Jelito grube 

0,12 

Szpik czerwony 

0,12 

Żołądek 

0,12 

Wątroba 

0,05 

Tarczyca 

0,05 

Przełyk 

0,05 

Pęcherz moczowy 

0,05 

Gruczoły sutkowe 

0,05 

background image

                                                                                      

 

 

Skóra 

0,01 

Powierzchnia kości 

0,01 

Pozostałe 

0,05 

Całe ciało 

1,00 

Źródło:  UNSCEAR  2000  „Sources  and  effects  of  ionizing  radiation”  Raport  to  the  General  Assembly,  with 

Scientific Annexes, Vol.1, Annex A, s.56

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Dawka skuteczna  może być rozumiana jako suma iloczynów dawek 

równoważnych dla poszczególnych narządów i odpowiednich czynników 

wagowych danego narządu i wyrażona wzorem: 

E = ΣH

T

 x w

T

 

 

w

T

 

wyraża 

stosunek 

ryzyka 

wystąpienia 

nowotworu 

wywołanego 

napromieniowaniem narządu lub tkanki T do ryzyka nowotworu po równomiernym 
napromieniowaniu całego ciała taką samą wartością dawki (Tab.1) 
 
w

R

 jest to

 

wagowy współczynnik promieniowania 

 

Tabela 2. Wartości wagowego współczynnika promieniowania 

Rodzaj i zakres energii 

promieniowania 

w

Fotony, elektrony i miony wszystkich 

energii 

Neutrony, 10keV lub. 20 MeV, 

protony.2 MeV 

Neutrony 10-100 keV lub .2-20MeV 

10 

Neutrony 100 keV-2 MeV, 

Cząstki  , ciężkie jony, fragmenty 
rozszczepienia wszystkich energii 

20 

Źródło:  UNSCEAR  2000  „Sources  and  effects  of  ionizing  radiation”  Raport  to  the  General  Assembly,  with 
Scientific Annexes, Vol.1, Annex A, s.56 

 

Dawka równoważna w narządzie (H

T

) jest to iloczyn dawki pochłoniętej w 

określonym punkcie narządu i odpowiedniego współczynnika jakości 

promieniowania, wyrażona wzorem 

H

T

 = D x w

R

  

 

Jednostką równoważnika dawki (H) oraz dawki skutecznej (E) jest siwert [Sv]: 

1 Sv= 1 J/kg 

 

 

background image

                                                                                      

 

 

Jednorazowe napromienienie daną dawką przyniesie inne skutki niż rozłożenie tej 

dawki na kilka dni, tygodni, miesięcy, czy nawet lat. Niekorzystne zmiany wywołane 
małymi mocami dawek (moc dawki jest to stosunek dawki pochłoniętej do czasu w 
jakim  była  podana,  np.  Gy/h,  Gy/h)  mogą  być  skutecznie  naprawiane  przez 
komórkowe mechanizmy naprawcze. Wiadomym jest również fakt, iż organizm jest w 
stanie  łatwiej  tolerować  dużą  dawkę  sumaryczną  rozłożoną  na  więcej  frakcji  niż 
naświetlanie  kilkoma, relatywnie  dużymi dawkami. W radioterapii tak dobierana jest 
dawka sumaryczna oraz poszczególne dawki frakcjonowane i odstępy między nimi, 
aby 

stosunek 

prawdopodobieństwa 

miejscowego 

wyleczenia 

do 

prawdopodobieństwa  wystąpienia  powikłań,  był  jak  najbardziej  korzystny  dla 
pacjenta.  Jednocześnie,  napromieniowanie  dużej  masy  tkanek  przyniesie  bardziej 
wyraźne  ogólnoustrojowe  efekty,  zarówno  w  sensie  pozytywnym  jak  i  negatywnym, 
niż  skupienie  całej  energii  promieniowania  na  wybranej,  małej  części  ciała  (z 
pominięciem narządów krytycznych). Odnieść to możemy do przykładu pozytywnego 
działania promieniowania: w terapiach stosowanych w celu podwyższenia odporności 
organizmu poprzez naświetlanie całego ciała. A w przypadku szkód powodowanych 
przez naświetlenie zbyt dużymi dawkami, w uszkodzonych tkankach powstają różne 
substancje  działające  niekorzystnie  na  cały  organizm,  a  ich  ilość  jest  wprost 
proporcjonalna do masy uszkodzonych tkanek. 

 

1.1.2. Wrażliwość osobnicza 

Przedstawiciele  tego  samego  gatunku  różnią  się  między  sobą  osobniczą 
wrażliwością 
na promieniowanie. Jednocześnie wrażliwość ta może ulegać zmianie 
u  tego  samego  osobnika  np.  wraz  z  wiekiem.  Nie  należy  zapominać  o  wrażliwości 
gatunkowej,  która  także  jest  bardzo  zróżnicowana.  Wiadomym  jest,  że 
przedstawiciele  niższych  grup  taksonomicznych  są  bardziej  odporni  na  działanie 
promieniowania  jonizującego  (np.  najbardziej  wrażliwe  są  ssaki,  a  wśród  nich 
człowiek, a najmniej- wirusy i bakterie). 
 

1.1.3. Dawka LD 

Dawka  LD

50/30   

jest  to  miara  wrażliwości  organizmu  na  promieniowanie-  oznacza 

dawkę promieniowania, która powoduje śmierć połowy badanej populacji w ciągu 30 
dni  od  ekspozycji.  Przy  ekspozycji  całego  ciała  człowieka,  LD

50/30 

wynosi    średnio 

3,5Gy.  
 
 
 

 
 
 
 
 
 

Oprócz dawki LD

50/30

 rozróżniamy  minimalną i maksymalną dawkę śmiertelną: 

 
LD 

min

  minimalna dawka śmiertelna-  jest  to najmniejsza dawka promieniowania, 

przy  której  pojawiają  się  przypadki  śmierci  w  wyniku  napromienienia  danej 
populacji. 
 
LD

max

  maksymalna  dawka  śmiertelna-  oznacza  minimalną  dawkę,  która 

spowoduje śmierć wszystkich osób w napromienionej populacji. 

background image

                                                                                      

 

 

1.1.4. Narażenie i napromienienie zewnętrzne i wewnętrzne- różnice 

O  narażeniu  zewnętrznym  mówimy,  gdy  źródło  promieniowania  znajduje  się  poza 
organizmem  człowieka,  a  o  narażeniu  wewnętrznym,  gdy  źródło  jest  wewnątrz 
organizmu (w wyniku wchłonięcia substancji promieniotwórczej np. drogą oddechową 
lub pokarmową). 

Każde  źródło  promieniowania  jonizującego  stwarza  możliwość    napromienienia 

(napromieniowania).  Napromienienie oznacza pochłonięcie energii promieniowania, 
i  co  za  tym  idzie-  otrzymanie  dawki  promieniowania. W  zależności  od  usytuowania 
źródła  względem  organizmu  może  to  być  napromienienie  zewnętrzne  (np. 
napromienienie  pacjenta  przy  użyciu  akceleratora  lub  zdjęcie  rentgenowskie)  lub 
wewnętrzne  (np.  od  potasu  -  40  w  naszych  kościach,  irydu-192  stosowanego  w 
brachyterapii    lub  jodu-131  stosowanego  w  terapii  radioizotopowej  do  leczenia 
nadczynności tarczycy). Natomiast przy pracy ze źródłami promieniotwórczymi mogą 
powstać  skażenia  promieniotwórcze.  Nazywamy  tak  obecność  substancji 
promieniotwórczej  poza  źródłem.  Jeżeli  np.  podczas  pracy  w  laboratorium  rozsypie 
się lub rozleje substancja promieniotwórcza to stół czy podłoga  zostaną skażone i z 
kolei mogą stać się przyczyną skażeń wewnętrznych ludzi, co spowoduje otrzymanie 
dawki w wyniku napromienienia wewnętrznego. Substancje promieniotwórcze mogą 
wnikać do organizmu trzema drogami. Są to: 

  układ pokarmowy,  

  układ oddechowy,  

  uszkodzenia skóry.  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 1. Schemat przedstawiający różne drogi wnikania substancji promieniotwórczych do 
organizmu. 

 

 

Różne  narządy  i  tkanki  mają  różną  wrażliwość  na  promieniowanie.  Z  kolei 

różne izotopy gromadzą się w różnych narządach i tkankach. I tak np. izotopy 

jodu

 

gromadzą  się  przede  wszystkim  w 

tarczycy

,  a 

radu  i  strontu

  - 

w  kościach

.  W 

związku z tym wprowadzono pojęcie narządu krytycznego.  
 

 

Inhalacja 

(wdychanie) 

Uszkodzenie 

skóry 

Przenikanie 

przez kontakt 

(bezpośrednie 

wnikanie) 

Ingestia 

(spożycie) 

 

ORGANIZM 

background image

                                                                                      

 

 

1.1.5. Narządy krytyczne  

To narządy lub tkanki, których uszkodzenie przez promieniowanie jest najgroźniejsze 
dla  napromienionego  osobnika  lub  jego  potomstwa  (z  uwzględnieniem 
promienioczułości,  ważności  funkcji  narządu  oraz  dawki,  jak  również  gromadzenia 
wybiórczego  w  przypadku  skażenia  wewnętrznego).  I  tak  dla  promieni  X  i  gamma 
narządem krytycznym będą: szpik kostny, gonady i soczewka oka. Dla wchłoniętego 
promieniotwórczego izotopu jodu- tarczyca,  a dla substancji alfa- promieniotwórczej 
wprowadzonej  do  przewodu  pokarmowego-  śluzówka  jelit.  Promienioczułość 
tkanek
  natomiast  zależy  od  stopnia  zróżnicowania  komórek  tkanki  i  ich  aktywności 
proliferacyjnej  (proliferacja-  namnażanie  komórek).  Najbardziej  wrażliwe  na 
promieniowanie  są  komórki  nie  wyspecjalizowane  i  często  dzielące  się.  Komórki, 
które już osiągnęły swój stopień specjalizacji lub te, które dzielą się rzadko lub wcale 
są  względnie  oporne  na  dawki  promieniowania  powodujące  śmierć  komórek  nie 
wyspecjalizowanych  lub  ulegających  częstym  podziałom.  Promienioczułymi  są  więc 
szpik i tkanka limfatyczna, komórki płciowe i komórki nabłonka jelit. Mniej wrażliwymi 
są komórki mięśniowe, narządy miąższowe (np. wątroba), tkanka łączna (np. tkanka 
kostna)  i  nerwowa.  Tkanki  posiadające  bogate  unaczynienie  są  bardzo  dobrze 
zaopatrywane  w  tlen,  a  to  z  kolei  zwiększa  ich  promienioczułość.  Jako  przykład 
można tu podać nowotwory złośliwe, które charakteryzują się m.in. właśnie bogatym 
unaczynieniem  i  ta  cecha  wykorzystywana  jest  w  radioterapii  do  walki  z  chorobą 
nowotworową. 

Warto  pamiętać,  że  osłonięcie  przed  napromienieniem  narządów,  które  są 

szczególnie  ważne  dla  funkcjonowania  organizmu,  a  przy  tym  najbardziej 
narażonych  na  uszkodzenie,  może  przyczynić  się  do  zwiększenia  lub  zmniejszenia 
szansy na przeżycie osoby, która została napromieniowana.  
 
 

 
Oddziałując z materią promieniowanie jonizujące wywołuje zjawiska fizyczne, w tym 
jonizację, której zawdzięcza swoją nazwę, a w żywych organizmach również zjawiska 
biologiczne.  Może  powodować  uszkodzenie  komórek  i  z  tego  względu  może  być 
szkodliwe.  Ogólne  skutki  działania  promieniowania  na  komórkę  obejmują  pełne 
spektrum  odpowiedzi:  od  braku  jakiejkolwiek  reakcji,  poprzez  przejściowe  zmiany 
czynnościowe lub morfologiczne, do zmian trwałych i wreszcie do śmierci komórki w 
wyniku poważnych uszkodzeń. 
 

1.2.1. Gęstość jonizacji 

 

Poszczególne rodzaje promieniowania różnią się gęstością jonizacji na swej drodze 
w  pochłaniaczu,  przy  czym  gęstość  jonizacji  zależna  jest  od  tzw.  liniowego 
przekazu  energii  (LET  
od  ang.  Linear  Energy  Transfer)  i  dlatego  wywierają 
odmienny skutek w odniesieniu do napromieniowanych przez nie tkanek.  
W przypadku cząstek o małych wartościach LET (mniejszych od ok. 5 keV/ m) liczba 
komórek biorących udział w absorpcji dawki jest porównywalna z liczbą komórek w 
naświetlanej tkance. 

Jeżeli daną tkankę naświetlimy taką samą dawką, ale pochodzącej od cząstek 

o dużej wartość LET (np. cząstek  ), dla których LET jest rzędu 100 keV/ m, tylko 

1.2. Działanie promieniowania na komórkę. 

background image

                                                                                      

 

 

znikomy  ułamek  komórek  podlega  bezpośredniemu  działaniu  promieniowania. 
Należy  pamiętać  również  o  tym,  że  im  większa  wartość  LET  tym  komórki  poddane 
działaniu  przechodzącej  cząstki  otrzymują  większą  dawkę.  Cząstki  o  wysokim 
wartościach LET charakteryzują się również wysokimi mocami dawek, co może mieć 
poważne konsekwencje dla funkcjonowania komórki, a to z kolei może przełożyć się 
na funkcjonowanie całego organizmu. 
 

1.2.2. Działanie promieniowania na materiał genetyczny 

Podstawową  jednostką  budulcową  i  funkcjonalną  całego  organizmu  jest  komórka. 
Zespoły  komórek  tworzą  tkanki,  zespoły  tkanek  tworzą  narządy,  narządy  tworzą 
układy  narządów,  a  wszystko  składa  się  na  organizm.  Jedną  z  najważniejszych 
cząsteczek  dla  funkcjonowania  komórek,  a  co  się  z  tym  wiąże,  także  i  całego 
organizmu,  jest  DNA.  DNA  znajduje  się  w  jądrze  komórkowym,  jest  zdolna  do 
samodzielnego powielania, kontroluje strukturę i funkcje komórki, a co najważniejsze, 
zawiera informację genetyczną danego organizmu. W chwili podziału komórkowego 
DNA  przybiera  formę  chromosomów,  które  można  zaobserwować  w  mikroskopie 
świetlnym.  Promieniowanie  jonizujące  może  powodować  uszkodzenia  materiału 
genetycznego,  a  można  wręcz  stwierdzić,  że  DNA  komórki  stanowi  „tarczę  dla 
promieniowania”.  Takie  uszkodzenia  mogą  rzutować  nie  tylko  ma  zdrowie  i  życie 
osoby  naświetlonej,  ale  także  na  jej  przyszłe  potomstwo  (lub  też  możliwość  jego 
posiadania).  Uszkodzenia,  które  powoduje  promieniowanie  jonizujące,  to  przede 
wszystkim  podwójnoniciowe  pęknięcie  helisy  DNA  (DNA  składa  się  z  dwóch  nici, 
tworząc helisę) (Rys.2.). 
 
  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 2. Struktura DNA. 

 
 

Podwójnonicowe  pęknięcia  DNA  mogą  powstać  albo  w  wyniku 

bezpośredniego  działania  promieniowania  (Rys.3.)  na  cząsteczkę  DNA,  albo  w 
wyniku  pośredniego  działania  promieniowania  na  inne  cząsteczki  (np.  wody),  z 
których w wyniku jonizacji generowane są  wysokoreaktywne wolne rodniki, które z 
kolei  uszkadzają  DNA.  W  każdym  jednak  przypadku  uszkodzenie  DNA  może  mieć 

 

Chromosom 
 

DNA 

background image

                                                                                      

 

 

Promieniowanie 

Pęknięcie 
podwójnoniciowe 

DNA 

negatywne  skutki  biologiczne,  prowadzące  do    powstania  mutacji  lub  rozwoju 
choroby nowotworowej. 

Oprócz  tego,  uszkodzenia  DNA  mogą  powodowane  toksyczne  związki 

chemiczne, a także uszkodzenia mogą powstawać w sposób spontaniczny. Niemniej 
jednak  zapis  genetyczny  jest  bardzo  trwały,  o  czym  może  świadczyć  trwałość 
gatunków i cech osobistych dziedziczonych przez potomstwo. Jest to możliwe dzięki 
temu,  ze    uszkodzenia  DNA  są  naprawiane  przez  komórkowe  mechanizmy 
naprawcze,  które  są  wysoko  konserwowane  ewolucyjnie.  Jednakże,  jeżeli  komórka 
zdoła  podzielić  się  zanim  zdoła  naprawić  swe  uszkodzenia  popromienne,  nowe 
komórki  mogą  nie  być  identycznymi  kopiami  komórki  macierzystej.  Dzięki  istnieniu 
mechanizmów naprawczych, nie można stwierdzić wpływu dawek porównywalnych z 
tłem  pojedynczego  osobnika,  wpływ  ten  można  stwierdzić  ewentualnie  dla  całej 
populacji. 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 

Rys. 3. Powstawanie podwójnoniciowych pęknięć DNA w wyniku działania promieniowania  
jonizującego. 

 
 

 
Duże  dawki  promieniowania  są  zawsze  szkodliwe,  natomiast  małe  dawki  mogą 
dawać  efekty  korzystne.  W  zakresie  małych  dawek  uszkodzenia  naprawiane  są 
przez stosunkowo silne, indukowane przez promieniowanie komórkowe mechanizmy 
obronne  i  naprawcze.  Substancje  chemiczne,  czy  inne  czynniki  wewnątrz-  lub 

1.3. Wpływ promieniowania na zdrowie 

background image

                                                                                      

 

 

zewnątrzkomórkowe,  powodują  podobne  uszkodzenia  materiału  genetycznego  co 
promieniowanie jonizujące, dzięki temu komórka jest ciągle w stanie „gotowości”, a to 
stawia ją w korzystnej sytuacji. Jednak w miarę zwiększania mocy dawki wydajność 
komórkowych mechanizmów obronnych maleje. 
 

1.3.1. Skutki napromieniowania małymi dawkami 

Napromienienie ciała małymi dawkami (poniżej 0,2Sv), które rozłożone są w czasie, 
może  przyczynić  się  do  zwiększenia  siły  odpowiedzi  immunologicznej,  ale  już 
zastosowanie  większej  dawki  może  przynieść  działanie  negatywne.  Jako  przykład 
można tutaj podać ludność Nagasaki, która została napromieniona dawką ok. 0,1Sv. 
W przypadku  tej  populacji  zaobserwowano zmniejszenie  zapadalności  na  białaczki, 
raka  płuc  i  raka  jelita  grubego.  Takie  działanie  promieniowania  jonizującego 
wykorzystuje się w terapii, polegającej na ekspozycji całego ciała lub jego połowy 3 
razy  w tygodniu  przez 5 tygodni, na działanie  dawki ok.0,1Gy.  Taki rodzaj  leczenia 
może być stosowany jako metoda uzupełniające w leczeniu np. nowotworów.      

Oczywiście  istnieje  koncepcja,  że  zbyt  małe  napromienienie  organizmu  jest 

szkodliwe. Jeżeli komórka znajdzie się w sytuacji niedoboru czynników stresujących, 
to może dojść do zmniejszenia sprawności jej mechanizmów obronnych i nie będzie 
w  stanie  reagować  na  małe  zagrożenia.  Taki  mechanizm  jest  prawdziwy  w 
odniesieniu  do  wybranych  tkanek,  jednak  ciągle  wymaga  szerszych  badań.  Jak 
pisano wcześniej, różne komórki, a co za tym idzie tkanki i narządy, charakteryzują 
się  większą  lub  mniejszą  promienioczułością  i  dlatego  odpowiedź  organizmu  na 
promieniowanie  nie  jest  rzeczą  prostą,  gdyż  uwzględnia  różne  regulacyjne 
mechanizmy tkankowe, narządowe i ogólnoustrojowe. 

 

1.3.2. Napromieniowanie dużymi dawkami, skutki deterministyczne, choroba 
popromienna, skutki stochastyczne
 

Skutki  napromieniowania  ciała  dużymi  dawkami,  powyżej  1Sv,  są  dobrze  znane. 
Wiadomo,  że  im  większa  dawka  tym  większe  uszkodzenia.  Mniejsze  dawki 
uszkadzają  tylko  te  tkanki,  które  charakteryzują  się  większą  promieniowrażliwością, 
natomiast duże dawki uszkadzają wszystkie tkanki lub ich większość. Rysunek nr 8. 
przedstawia biologiczne skutki promieniowania jonizującego. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

    
 

background image

                                                                                      

 

 

10 

 
 
 
 
 
 
 

 

  

 

 

 
 
 
 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 

Rys. 4. Schemat przedstawiający skutki biologiczne działania promieniowania jonizującego na 
organizm. 

 
 

 

 
 

 

SKUTKI STOCHASTYCZNE 

SKUTKI DETERMINISTYCZNE 

Uszkodzenia DNA 

Śmierć komórek 

Mutacje komórek 

Zakłócenia  

funkcji narządów 

Komórki  

somatyczne 

Komórki 

płciowe 

Śmierć 

organizmu 

Nowotwory 

 Skutki  

Genetyczne? 

Śmierć 

organizmu 

PROMIENIOWANIE

 

 

background image

                                                                                      

 

 

11 

 
1.3.2.1 Skutki deterministyczne 

 

Skutki deterministyczne są to następstwa nieodwracalnego spadku komórek poniżej 
poziomu niezbędnego do funkcjonowania szczególnie  ważnych tkanek i narządów, 
które  w  stosunkowo  krótkim  czasie,  po  przekroczeniu  OKREŚLONEJ  DAWKI 
PROGOWEJ
 (Rys.5.)pojawiają się u wszystkich napromienionych osób. 
 
 
 

 

 
 

 
 
 
 
 

 
    
    
 
 
 
    
    
 

 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 5. Zależność dawka- skutek dla skutków deterministycznych 

 

0

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 

9

 

10

 

Ostrość skutków 

Częstość  
skutków 

Dawka 
[Gy] 

background image

                                                                                      

 

 

12 

Tabela 4. Przykłady dawek progowych [Gy] dla niektórych skutków 
deterministycznych indukowanych przez promieniowanie X lub gamma 

 
 
 

 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
1.3.2.2. Ostra choroba popromienna  

Ostra  choroba  popromienna  to  zespół  zmian  ogólnoustrojowych  występujących  po 
napromieniowaniu  całego  organizmu  (lub  większej  jego  części)  dużą  dawką, 
poczynając  od    LD

50/30

.  W  zależności  od  wielkości  dawki  (Tab.5.),  po  okresie  tzw. 

zwiastunów (przed dojściem do pełnego obrazu choroby) z nudnościami i wymiotami, 
pieczeniem poparzonej skóry, na pierwszy plan wysuwają się objawy: 

  Ostry zespół szpikowy (szpik kostny)- w wyniku zniszczenia szpiku kostnego 

stale  maleje  we  krwi  ilość  elementów  morfotycznych  (białe  ciałka  krwi, 
czerwone ciałka krwi i płytki krwi), występują krwotoki i załamanie odporności 
organizmu 

 

Ostry  zespół  jelitowy  (nabłonek  przewodu  pokarmowego)-  do  objawów 
uszkodzenia  szpiku  kostnego  dochodzą  objawy  ostrego  zapalenia  śluzówki 
jelit (brak łaknienia, senność, wysoka temperatura i biegunka prowadząca do 
odwodnienia organizmu) 

 

  Ostry  zespół  Centralnego  Układu  Nerwowego  (CUN)-  śródbłonek  naczyń 

krwionośnych w mózgu; pierwszymi objawami są pobudzenie naprzemiennie 
z  apatią,  utrata  równowagi  i  zaburzenie  koordynacji  ruchowej,  drgawki  i 
śmierć  wśród  innych  pozostałych  objawów  ostrej  choroby  popromiennej. 
Przyczyną 

zgonu 

jest 

obrzęk 

mózgu 

zrost 

ciśnienia 

wewnątrzczaszkowego. 

 

 
 
 
 
 

Ostry zespól szpikowy 

1,0 

Trwała  niepłodność u 

mężczyzn 

2,5 - 6,0 

Trwała niepłodność u kobiet 

3,5 - 6,0 

Zmętnienie soczewki oka 

0,5 - 2,0 

Zaćma  oczna 

5,0 

Rumień   skóry 

3,0 

Sączące złuszczanie naskórka 

20,0 

Martwica skóry 

50,0 

Powstawanie wad rozwojowych 

płodu 

0,1 - 1,0 

background image

                                                                                      

 

 

13 

Tabela 5. Ostry zespół popromienny- przykłady dawek i objawów 

 

Dawka 
[Gy] 

Rodzaj zespołu 

Śmiertelność [%] 

1- 10 

Ostry zespół szpikowy 

0- 9 

10- 50 

Ostry zespół jelitowy 

90- 100  

> 50 

Ostry zespół CUN 

100 

 

 

1.3.2.3.Skutki stochastyczne 

Następstwa  działania  promieniowania  na  organizm  człowieka,  które  z  dużym 
opóźnieniem  czasowym  ujawniają  się  tylko  u  niektórych  osób  z  ogółu 
napromienionych.  Nie  można  jednak  przewidzieć,  u  której  z  pośród  osób 
napromienionych taką samą dawką, następstwa te wystąpią, a jeśli wystąpią, to czy 
na pewno z powodu działania promieniowania. 
Przykłady skutków stochastycznych: 

  Zwiększenie  prawdopodobieństwa  wystąpienia  jednej  ze  znanych  chorób 

nowotworowych u osoby napromienionej 

  Zwiększenie  prawdopodobieństwa  wystąpienia  jednej  ze  znanych  wad  lub 

chorób dziedzicznych u potomstwa napromienionej osoby. 

 

Różnice pomiędzy skutkami deterministycznymi i stochastycznymi przejawiają się 

we wpływie dawki na częstotliwość (prawdopodobieństwo) ich występowania oraz 
ostrość  wywołanych  objawów  chorobowych.  Po  przekroczeniu  dawki  progowej 
wzrost 

dawki 

powoduje 

gwałtowny 

wzrost 

częstotliwości 

skutków 

deterministycznych.  

Charakterystyczną  cechą  skutków  deterministycznych  jest  to,  że  ich  ostrość 

rośnie  wraz  ze  wzrostem  dawki  promieniowania.  Ostrość  skutków  stochastycznych 
nie  zależy  od  dawki  chociaż,  prawdopodobieństwo  ich  wystąpienia  rośnie  wraz  ze 
wzrostem  wielkości  dawki  efektywnej  (Rys.6).  Skuteczna  ochrona  przed 
deterministycznymi skutkami dużych dawek promieniowania polega na ograniczeniu 
dawek  pochłoniętych do  wartości  niższych  od  wartości  dawek  progowych.  Ochrona 
przed  stochastycznymi  skutkami  promieniowania  opiera  się  na  zmniejszeniu 
prawdopodobieństwa  ich  występowania  do  najniższego  poziomu  osiągalnego  przy 
rozsądnym uwzględnieniu czynników ekonomicznych i społecznych. 

background image

                                                                                      

 

 

14 

Rys. 6. Zależność dawka- skutek dla skutków stochastycznych 

 

 
1.3.3. Działanie promieniowania na zarodek i płód 

 
W  okresie  wczesnej  ciąży  napromienienie  dużą  dawką  prowadzi  najczęściej  do 
śmierci  zarodka,  ponieważ  ludzki  zarodek/płód  jest  bardziej  promieniowrażliwy  niż 
dorosły człowiek.  

  Od 2 do 8 tygodnia ciąży może dojść do wzrostu częstości występowania wad 

rozwojowych narządów i części ciała 

  Od  8-15  tydzień  ciąży  -  wzrost  częstości  zmian  strukturalnych  mózgu,  które 

będą powodować niedorozwój umysłowy różnego stopnia 

   W  drugiej  połowie  2  trymestru  i  w  3  trymestrze  ciąży  promieniowanie  nie 

powoduje już anomalii rozwojowych, a jedynie zwiększa ryzyko zachorowania 
na białaczkę przed 10 rokiem życia. 

 

1.3.4. Dziedziczne skutki promieniowania 

 

Około  13%  wszystkich  żywo  urodzonych  dzieci  wykazuje  mniej  lub  bardziej 

poważne  naturalne  wady  i  choroby  dziedziczne.  Przyczyną  pierwszych  są 
dominujące,  recesywne  i  dziedziczone  w  związku  z  płcią,  mutacje  genowe  w 
komórkach  rozrodczych  jednego  lub  obojga  rodziców.  Choroby  dziedziczne  są 

Efekty stochastyczne

Dawka [Gy]

C

st

ość

 wy

st

ąp

ie

ni

a e

fe

kt

u

background image

                                                                                      

 

 

15 

następstwami  wieloczynnikowymi,  co  oznacza,  że  wymagają  zmutowania  nie 
jednego, ale wielu genów warunkujących wystąpienie danego zaburzenia

U  potomstwa  napromienionych  osób  nie  stwierdzono,  jak  dotąd,  występowania 
żadnych  skutków  dziedzicznych  mimo,  że  napromienienie  ludzkich  komórek 
rozrodczych prowadzi do powstania w nich mutacji. 
Przypuszczalnie  dla  tego  typu  następstw  zależność  dawka  –  skutek  ma  charakter 
progowy i stąd wywołanie ich przez dawki mniejsze od 1 Gy nie powinno nastąpić. 
 

1.3.5.Rakotwórcze działanie promieniowania 

Za  przyczynę  skutków  stochastycznych  przyjmuje  się  mutacje  w  komórkach 
macierzystych. Wiadomo, że nowotwory popromienne są jedynym rodzajem skutków 
stochastycznych u ludzi i pojawiają się z dużym opóźnieniem czasowym, nazywanym 
okresem  utajenia.  Najkrótszy  okres  utajenia  występuje  w  przypadku  białaczek  i 
wynosi  dwa  lata.  W  przypadku  innych  rodzajów  nowotworów  czas  utajenie  może 
sięgać  nawet  30  lat.  Promieniowanie  nie  wywołuje  żadnego  charakterystycznego 
nowotworu,  a  jedynie  zwiększa  prawdopodobieństwo  występowania  tych,  które  z 
większą  lub  mniejszą  częstością  pojawiają  się  w  całej  populacji.  Oczywiście 
podatność na choroby nowotworowe wywołane promieniowaniem jonizującym zależy 
od  wielu  czynników,  takich  jak:  obszar  napromienionego  ciała,  wiek,  płeć.  Jak  już 
wspominano,  miejsca  ciała,  w  których  znajdują  się  narządy  krytyczne  czy  komórki 
silnie namnażające się, są bardziej podatne na rozwój nowotworu.  Należy też mieć 
na  uwadze,  że  taka  sama  dawka  zaabsorbowanego  promieniowania  może 
spowodować wystąpienie nowotworu u jednego osobnika, a u drugiego już nie. 

W  tej  sytuacji  nie  jest  rzeczą  możliwą  wskazanie,  który  nowotwór  został 

wywołany  przez  napromieniowania,  a  który  przez  inne  czynniki  rakotwórcze 
znajdujące  się  w  środowisku.  W  porównaniu  z    takimi  chemicznymi  czynnikami 
rakotwórczymi  jak  azbest,  benzen  czy  niektóre  składniki  dymu  tytoniowego, 
promieniowanie jest SŁABYM czynnikiem rakotwórczym. 

Przy  analizowaniu  wpływu  promieniowania  jonizującego  na  organizm  ludzki 

należy  też  mieć  na  uwadze  to,  że  radionuklidy  po  wchłonięciu  do  organizmu  są  z 
niego  wydalane.  Z  tego  względu,  oprócz  okresu  połowicznego  zaniku  danego 
izotopu,  należy  wziąć  pod  uwagę  tzw.  biologiczny  okres  połowicznego  zaniku
czyli  czas  po  którym  w  wyniku  procesów  biologicznych  pozostaje  w  organizmie 
średnio  połowa  pochłoniętego  radionuklidu.  Biologiczny  okres  połowicznego  zaniku 
może  być  o  wiele  rzędów  wielkości  krótszy  od  fizycznego  okresu  połowicznego 
zaniku (np. okresy zaniku dla trytu H

wynoszą: „biologiczny”: 10 dni, „fizyczny”:12,3 

lat). Do organizmu mogą też dostać się takie radionuklidu, których „biologiczny” okres 
połowicznego  zaniku  jest  dłuższy,  niż  przeciętny  czas  trwania  danego  izotopu  (np. 
Sr

90

 trwale osadza się w kościach). 

 
 

2. Dozymetria biologiczna w przypadkach awaryjnych 
 
W przypadku awarii urządzenia  wytwarzającego promieniowanie jonizujące, błędnej 
decyzji  pracownika  czy  ataku  terrorystycznego  ocena  dawki  pochłoniętej  metodami 
dozymetrii  fizycznej  nie  zawsze  jest  dokładna  i  możliwa  do  przeprowadzenia.  W 

background image

                                                                                      

 

 

16 

wiarygodny  sposób  można  ją  jednak  wykonać  metodami  dozymetrii  biologicznej, 
która zajmuje się rekonstrukcją dawki pochłoniętej na podstawie zmian wywołanych 
przez  promieniowanie  jonizujące  w  komórkach  i  tkankach  organizmu  człowieka. 
Znajomość  dawek  otrzymanych  przez  ofiary  nadzwyczajnych  zdarzeń  radiacyjnych 
umożliwia  ocenę  ryzyka  wystąpienia  w  przyszłości  niepożądanych  skutków 
zdrowotnych,  głównie  nowotworów.  Natomiast    w    przypadku  przekroczenia  dawek 
progowych  dla  skutków  deterministycznych,  znajomość  dawki  ułatwia  lekarzom 
wybór  najbardziej  odpowiedniej  metody  leczenia  ewentualnych  oparzeń  czy 
zespołów popromiennych.  
 

2.1 Analiza aberracji chromosomowych  

W  przypadku  promieniowania  mutacje  są  często  związane  z  tak  dużymi  ubytkami, 
czy  przemieszczeniami  materiału  genetycznego,  że  jest  to  widoczne  na  poziomie 
chromosomu.  Uszkodzenia  chromosomów,  nazwane  aberracjami,  pojawiają  się 
wkrótce  po  napromienieniu  i  utrzymują  się  przynajmniej  do  czasu  pierwszego 
podziału  komórkowego  (mitozy).  Aberracje  chromosomowe  powstają  w  komórkach 
każdej  napromienionej  tkanki,  a  ich  częstość  jest  proporcjonalna  do  wielkości 
pochłoniętej dawki. Aberracje można podzielić na stabilne (przekazywane komórkom 
potomnym) i niestabilne (nie są przekazywane komórkom potomnym).  
 
Analiza  aberracji  chromosomowych  w  limfocytach  krwi  opiera  się  na  wyznaczeniu 
liczby  chromosomów  dicentrycznych,  które  są  względnie  łatwo  rozpoznawalne. 
Zaletą tej metody jest to, że limfocyty dzielą się bardzo rzadko oraz krążą po całym 
organizmie.  Ustalenie  dawki  pochłoniętej  możliwe  jest  na  podstawie  oznaczania 
częstości  chromosomów  dicentrycznych  w  komórkach,  które  nie  podzieliły  się  od 
czasu  napromienienia.  Połowiczny  okres  życia  limfocytów  oszacowany  został  na 
około  3,5  roku:  to  znaczy,  że  po  tym  czasie  średnio  połowa  limfocytów  zostanie 
zastąpiona przez nowe komórki. Dlatego na podstawie wartości połowicznego okresu 
życia  limfocytów  można  oszacować  wysokość  dawki  nawet  wiele  lat  po 
napromienieniu. Ze względu na to, że limfocyty krążą po całym organizmie, oceniana 
dawka jest dawką otrzymaną na całe ciało Stwierdzenie, czy napromienieniu uległo 
całe  ciało,  czy  tylko  jego  część,  umożliwia  analiza  rozkładu  dicentryków 
indukowanych  w  limfocytach  napromienionej  osoby.  W  przypadku  napromienienia 
całego  ciała  rozkład  ten  jest  rozkładem  Poissona,  co  oznacza,  że  wariancja  równa 
jest  średniej.  W  przypadku  częściowego  napromieniowania  ciała  napromieniowane 
komórki 

mieszają 

się 

komórkami 

nienapromienionymi. 

Po napromienieniu dawką 0,1 Gy promieniowania rentgenowskiego (o mocy dawki 1 
Gy/min)  występuje  około  6  dicentryków  na  1000  komórek  co  szacuje  się  na  dolną 
granicę czułości. Górną  granicą jest dawka 5 Gy ponieważ powyżej podział komórek 
jest  hamowany.  Spontaniczne  dicentryki  powstają  rzadko  (średnio  1  dicentryk  na 
1000 limfocytów), a ich powstawanie nie zależy od takich czynników, jak: płeć, wiek, 
stan zdrowia, nawyki żywieniowe, palenie tytoniu czy narażenie na toksyczne związki 
chemiczne 
Promieniowanie  jonizujące  może  wywoływać  również  aberracje  stabilne  takie  jak 
translokacje.  Stabilne  aberracje  chromosomowe-  translokacje-  nie  „giną”  podczas 
podziału komórki i w sprzyjających dla nich warunkach mogą przetrwać przez wiele 
pokoleń komórkowych. Wynika to z faktu, że stabilne translokacje nie mają wyraźnie 
zmienionej  struktury  i  bez  trudności  przechodzą  do  jąder  komórek  potomnych. 
Dlatego ich poziom jest względnie stały w czasie i dokładna ocena dawki może być 

background image

                                                                                      

 

 

17 

przeprowadzona  nawet  kilka  lat  po  napromienieniu.  Translokacje  można  wykryć  za 
pomocą techniki prążkowania chromosomów lub fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ 
(FISH).  Metoda  prążkowania  chromosomów  wymaga  analizy  wzorów  prążkowych  i 
jest  niezwykle  pracochłonna,  stąd  obecnie  powszechnie  stosowaną  metodą  analizy 
translokacji  jest  wspomniany  już  FISH.  Oznaczanie  częstości  translokacji  w 
limfocytach krwi obwodowej pozwala na retrospektywną ocenę dawek od 0,25 Gy do 
5  Gy.  Technika  ta,  jak  wiele  innych,  ma  swoje  ograniczenia  np.  czułość  metody 
zmniejsza się wraz z wiekiem badanej osoby. 
 

2.2.1.Analiza mikrojąder 

 

Mikrojądra powstają wtedy,  gdy fragment lub cały chromosom nie jest wcielany do 
żadnego z jąder komórkowych powstających podczas mitozy (podziału komórki). Są 
to  drobne,  okrągłe  lub  owalne  twory,  które  można  zobaczyć  w  pobliżu  jądra 
niektórych  komórek,  będących  w  interfazie  (czyli  okres  w  cyklu  komórkowym, 
podczas którego komórka nie dzieli się). Tak jak jądra komórkowe zwierają DNA, a 
wielkość mikrojąder zależy od zawartości DNA i wynosi od 2 do 30% wielkości jądra 
komórkowego.  Mikrojądra  liczy  się  w   komórkach  znajdujących  się  w  drugiej 
interfazie  popromiennej,  czyli  komórki  które  podzieliły  się  tylko  raz.  Częstość 
występowania  mikrojąder  jest  proporcjonalna  do  dawki  promieniowania.    Podobnie 
jak  w  przypadku  dicentryków,  w  celu  ustalenia  dawki  pochłoniętej  analizuje  się 
limfocyty,  które  podzieliły  się  jeden  raz  od  momentu  napromienienia.  Daje  to 
pewność, że mikrojądra tylko w niewielkim stopniu zostały usunięte z komórek. Wadą 
testu mikrojądrowego jest mała czułość na niskie dawki promieniowania. Próg dawki 
rozpoznawalnej leży między 0,2 - 0,3 Gy dla promieni Rentgena lub gamma. 
 
 
 

 

1.  B.  Gostkowska;  Sz.  Rosiński;  „Ochrona  Radiologiczna”.  Materiały 

szkoleniowe dla operatorów akceleratorówi/ lub urządzeń do teleterapii. 
Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej, Warszawa, 2003. 

2.  L.  Dobrzyński;  W.  Trojanowski;  „Wybrane  zagadnienia  z  radiobiologii 

człowieka”. Raport nr 15, Świerk, 2002. 

3.  L. Dobrzyński, E. Droste, W. Trojanowski, R. Wołkiewicz; „Spotkanie z 

promieniotwórczością”.  Instytut  Problemów  Jądrowych  im.  A.  Sołtana; 
Świerk, 2005 

4.  Materiały szkoleniowe IAEA; „Radiation, People and the Environment”; 

2007 

5.  www.if.pw.edu.pl 
6.  Maria  Kowalska  „Symetryczne  aberracje  chromosomowe  jako 

biologiczny  dozymetr  promieniowania  jonizującego.”  Postępy  Techniki 
Jądrowej, 2002, Vol.45 Z.1, 33-41 

 

Literatura: