التأثيرات البيولوجية للإشعاع المؤين Ionizing radiation

التأثيرات البيولوجية للإشعاع المؤين 

يعتمد حدوث تأثيرات بيولوجية معينة على إثر التعرض للإشعاعات المؤينة، على مجموعة من العوامل مثل:

·         نوع الإشعاع: يمكن أن يترتب على مرور جميع أنواع الأشعة المؤينة بما في ذلك الأشعة السينية خلال أنسجة الكائنات الحية؛ آثارا بيولوجية. نوع الأشعة وطاقتها يحددان مدى اختراق الأنسجة والطاقة المكتسبة منها. فكلما زادت طاقة الأشعة كانت قدرتها أعلى للمرور خلال نوع محدد من الأنسجة بصرف النظر عن خصائصه الفيزيائية.

·         مقدار الجرعة المكتسبة: كلما كانت الجرعة الإشعاعية المكتسبة أعلى، ارتفعت احتمالات حدوث الآثار الصحية في نفس النسيج الذي تعرض للأشعة.

·         معدل تلقي الجرعة: يمكن للنسيج أن يتلقى جرعات أكبر على مدى فترة من الزمن. فإذا كان معدل الجرعة صغيرا، أو اكتسبت الجرعة الإشعاعية على مدى أيام عدة أو أسابيع، فإن التأثيرات الصحية غالبا لا تكون خطيرة، على النقيض من حالة تلقي النسيج جرعةمماثلة في غضون دقائق معدودة بمعدل جرعة عالي.

·         جزء الجسم المعرض للإشعاع: الأطراف، مثل: اليدين، و القدمين قادرة على تلقي جرعة كبيرة من الإشعاع مع ظهور أضرار أقل عن الأضرار الناتجة في أعضاء تكوين الدم الموجودة في الجذع عندما تتلقى نفس الجرعة. وهذا يرجع إلى اختلاف حساسية الأنسجة لنفس نوع الأشعة في كلتا الحالتين.

·         عمر الفرد: كلما تقدم الإنسان في العمر، تباطأ انقسام الخلايا عامة، ولذلك يكون الجسم أقل حساسية لتأثيرات الإشعاعات المؤينة من حيث المبدأ، لأنه بمجرد تباطؤ انقسام الخلايا، تتراجع التأثيرات الضارة للإشعاع عما كانت عليه عندما كان انقسام الخلايا سريعا، كما هو الحال في مراحل تكوين الجنين بالرحم، ومرحلة الطفولة. وبالرغم من ذلك عندما يصير الإنسان هرما تتراجع أنسجة جسمه عن مقاومة التأثيرات الضارة للإشعاع عما كانت عليه في مرحلة الشباب، أي: أنها تصير أكثر حساسية للأشعة المؤينة من الناحية العملية.

·         الاختلافات البيولوجية: بعض الأفراد أكثر حساسية للإشعاع من غيرهم. وبالرغم من ذلك لم تتمكن الدراسات حتى الآن من تحديد هذه الاختلافات تحديدا قاطئا إلا أنها أظهرت على المستوى العام أن بعض السلالات البشرية ذات قدرة على تحمل الإشعاع عن غيرها، وأن الإناث (عامة) تتمتع بقدرة على تحمل الأشعة المؤينة أكثر قليلا من تحمل الذكور وخاصة بعد الثلاثين من العمر.

تصف التأثيرات المشاهدة للإشعاع المؤين على الجسم البشري أو حيوانات التجارب إلى ثلاثة تصنيفات مزدوجة، بيانها كالأتي:

1.       جسدية ووراثية: تظهر التأثيرات الجسدية في جسم الشخص أو الكائن الحي الذي تعرض مباشرة للأشعة، في حين لا تظهر التأثيرات الوراثية في الشخص أو الكائن المتعرض، بل تظهر في أبناءه وربما أحفاده.

2.      حتمية واحتمالية: يوجد فصيلتين عريضتين هما: التأثيرات الاحتمالية Stochastic effects وتسمى أيضا التأثيرات العشوائية Random Efects، وأما الفصيلة الأخرى فتسمى التأثيرات الحتمية Deterministic effects. ويندرج تحت النوع الأخير فصيلة فرعية تسمى التأثيرات المسخية Teratogenic effects التي تحدث في أرحام الإناث وما تحتويه من أنسجة أو أجنة

3.      مبكرة ومتأخرة: التأثيرات المبكرة تتمثل في مجموعة الأعراض التي تظهر بعد دقائق عدة، أو ساعات وربما أشهر من التعرض للأشعة، وأما التأثيرات المتأخرة فتتمثل بالأعراض التي تظهر بعد فترة تمتد إلى سنوات من التعرض الإشعاعي.

ومن الناحية العملية، فقد تم الاتفاق مبكرا بين الباحثين في مجال البيولوجيا الإشعاعية radiobiology والفروع العلمية المتصلة بها على أن تأثيرات الأشعة على الكائنات الحية تمر عبر أربعة مراحل، هي:

1.       المرحلة الفيزيائية physical stage: وتنتقل طاقة الأشعة المؤينة أثناءها إلى ذرات وجزيئات المادة، ويظهر أثرها في صورة إثارة وتأين لتلك الذرات والجزيئات.

2.      المرحلة الفيزيائية – الكيميائية physic - Chemical stage: وتتكون أثناءها الجذور الحرة free radical .

3.      المرحلة الكيميائية chemical stage: ويحدث أثناءها التفاعل بين الجذور الحرة والجزيئات السليمة. وعلى إثر ذلك تتشكل الجزيئات بالتركيب غير الطبيعي مما يؤثر على وظيفتها.

4.      المرحلة البيولوجية biological stage: وتستمر من ثواني حتى عشرات السنين. وتظهر المخاطر أثناءها على كل المستويات ابتداء من تركيب الخلية إلى الكائن الحي والتجمعات السكانية. وكذلك تطور عمليات التلف والإصلاح البيولوجي.

ويتضح من خلال التقدير الزمني لكل مرحلة أن المراحل الثلاث الأولى تحدث أثناء عملية التعرض للأشعة. ومن ثم فإن التأثيرات البيولوجية لا تظهر مباشرة على المعرض مهما كانت الجرعة الإشعاعية وخاصة عندما تكون فترة التعرض قصيرة.

المصادر

1.E. B. Douple, et.al., Long-term Radiation-Related Health Effects in a Unique Human Population: Lessons Learned from the Atomic Bomb Survivors of Hiroshima and Nagasaki, Disaster Med Public Health Preparedness, Vol. 5, Mar. (2011) pages S122 - S133.

2. L. T. Dauer, et. al., Review and evaluation of updated research on the health effects associated with low-dose ionizing radiation, Radiat Prot Dosimetry, Vol. 140, Jul. (2010) pages 103 - 136.

3. H. Wang, et. al., Characteristics of DNA-binding proteins determine the biological sensitivity to high-linear energy transfer radiation, Nucleic Acids Research, Vol. 38, No. 10 (2010) pages 3245–3251.

4. A. C. Fernandez, et. al., Repair kinetic considerations in particle beam radiotherapy, Br. J. Radiol., Vol. 84, Jun. (2011) pages 546 - 555.

5. M. B. Sowa, et. al., No evidence for a low linear energy transfer adaptive response in irradiated RKO cells, Radiat Prot Dosimetry, Vol. 143, Feb. (2011) pages 311 - 314.

6. K. J. Haro, et. al., Mechanisms of resistance to high and low linear energy transfer radiation in myeloid leukemia cells, Blood, Vol. 120, Sep. (2012) pages 2087 - 2097.

7. M. Moreels , R. Quintens , and S. Baatout, Stress Challenges and Immunity in Space, Part 4, Chapter 25, Assessment of Radiosensitivity and Monitoring of Radiation-Induced Cellular Damage, Springer (2012) pages 345-356.

8. H. Tanooka, Dose Rate Dependence of Radiation Cancer Risk as Measured by Non-Tumor Dose, Health Phys., Vol. 100, No. 3 (2011) 304 -305.

9. P. M. Williams, et. al., Health Effects of Prenatal Radiation Exposure, Am. Fam. Physician, Vol. 82, No. 5 (2010) pages 488-493.

10. M. Michel, et. al., Eye lens radiation exposure and repeated head CT scans: A problem to keep in mind, European Journal of Radiology, Vol. 81, Issue 8, August (2012) pages 1896-1900.

11. E. Samei, et. al., Effect of Dose Heterogeneity on Radiation Risk in Medical Imaging, Radiat Prot Dosimetry, Vol. 10, Oct. (2012)1093/rpd/ ncs275.

12. K. J. Strauss and M. J. Goske , Estimated pediatric radiation dose during CT, Pediatric Radiology, Vol. 41, Supplement 2 (2011) pages 472482.

13. O. P. Sharma, et. al., Analysis of Radiation Exposure in Trauma Patients at a Level I Trauma Center, The Journal of Emergency Medicine, Vol. 41, No. 6 (2011) pages 640–648.

14. J. G. Fletcher, et. al., Perspective on radiation risk in CT imaging, Abdominal Imaging, Online First 27 July (2012).

15. H. Hricak, et. al., Managing Radiation Use in Medical Imaging: A Multifaceted Challenge, Radiology, Vol. 258, No. 3, Mar. (2011) pages 889-905.

16. V. Tom, Will CT Radiation Exposure Lead to Brain Tumors and Other Cancers?: A New Study Quantifies the Risk, Neurology Today. Neurology Today, Vol. 12, No. 18, Sep. 20 (2012) pages 8-11.

17. S. A. Terezakis, et. al., What the Diagnostic Radiologist Needs to Know about Radiation Oncology, Radiology, Vol. 261, Oct. (2011) pages 30 - 44.

18. D. Tack et al., Radiation Dose from Multidetector CT, Chapter 4: The Cancer Risk from Low Level Radiation, Springer (2012) pages 61- 79.

19. V. K. Ivanov, et. al., Methodology for Estimating Cancer Risks of Diagnostic Medical Exposure: with An Example of the Risks Associated with Computed Tomography, Health Phys. Vol. 103, No. 6 (2012) pages 732-739.