Fakt, že ionizující záření má účinky na živé organismy není žádná novinka. Učí se to už na základní škole, ale co to vlastně znamená v praxi? Opravdu jsou takové hrůzostrašné, jak jsme mohli vidět v seriálu Černobyl? Budete po ozáření svítit ve tmě nebo získáte jinou super schopnost? Znamená to automaticky smrt?
V tomto článku se vám na tyto otázky pokusím odpovědět a vysvětlit účinky záření na molekulární, buněčné, tkáňové i systémové úrovni.
Na molekulární úrovni se biologické účinky ionizujícího záření odvíjejí především od jeho působení na biologicky významné molekuly (hlavně DNA). Toto je takzvaný přímý účinek. Nesmíme však zapomenout, že většina energie záření je nesena elektrony, které předávají svou energii prostředí.
Pro nás je prostředím voda, protože 60-90 % buňky tvoří právě voda. Vysokoenergetické elektrony dokáží vodu ionizovat ve velké míře.
Dochází k tzv. radiolýze vody (rozpadu molekuly vody) a vzniku volných radikálů. To jsou molekuly, které jsou prudce reaktivní a poškozují biomolekuly.
Největší význam pro poškození biomolekul má radikál OH (hydroxyl). Toto je nepřímých účinek. Interakce DNA s tímto radikálem ještě nemusí znamenat její trvalé poškození, neboť DNA má tři způsoby obnovy:
1) rekombinace – je to prostá obnova spojení, může nastat jen velmi krátce po reakci.
2) restituce – chemická, neenzymová obnova molekuly
3) enzymatická oprava – vyžaduje delší dobu
DNA představuje hlavní terčovou biomolekulu, protože RNA a proteiny mohou být snadno nahrazeny. Chápete? Poškozená DNA se musí opravit, zbylé biomolekuly se prostě vyrobí nové.
Po interakci DNA s volnými radikály, mohou začít vznikat místa bez purinů a pirimidinů (to jsou dusíkaté báze na DNA). Vznik takových míst se rovná vzniku zlomů.
Zlom může být jednovláknový – snadno opravitelný nebo dvouvláknový – těžko se opravuje, protože chybí předloha.
(To je jako když jste dělali protokol do biofyziky. Snadněji se dělá, když máte předlohu od staršího kamaráda, než když ji nemáte a vše píšete z hlavy).
Pravděpodobnost správné opravy dvouvláknové zlomu je cca 75% a dochází k němu do dvou hodin po poškození. (Čím déle to trvá, tím menší šance je, že oprava proběhne úspěšně).
Co se týče působení záření na buněčné úrovni, tak klíčovým pojmem je přežití buněk. Teorie a modely přežití buněk vycházejí především z rozboru tzv. křivek přežití.
Některým buňkám ozáření způsobí reprodukční smrt, což znamená, že buňka sama o sobě sice přežije, ale už není schopna se nadále dělit. Na způsobení takového poškození stačí mnohem méně záření než na její úplné usmrcení.
Při posuzování toho zda buňka přežije nebo ne (respektive kolik záření ještě snese), nesmíme zapomenout na faktory radiosenzitivity resp. radiorezistence.
Zdaleka nejvýznamnějším faktorem je koncentrace kyslíku, mluvíme o tzv. kyslíkovém efektu – přítomnost kyslíku ovlivňuje či buňka přežije nebo ne. Méně kyslíku pomáhá buňce přežít.
Proto rychle rostoucí nádory, s nedostatečným cévním zásobením, bývají odolnější vůči ozařování. (Vědci se pokoušeli nádory nasytit kyslíkem, ale i tak to nepomohlo. Tak nevím no, udělejte si vlastní názor…).
Také nižší teplota a nepřítomnost vody radiorezistenci zvyšují. Protože méně vody znamená méně radikálů. Jako lapače slouží thiol, látky obsahující skupinu -SH, například glutathion.
V případě, že buňka přežije a zachová si schopnost dělení, můžeme ještě mluvit o somatických mutacích. Mezi nejznámější somatické mutace řadíme vznik rakoviny.
Na pochopení poškození zářením si musíme nejprve vysvětlit tzv. růstový podíl buněk.
Růstový podíl buněk hovoří o tom, že ne všechny buňky v tkáni jsou schopny proliferovat (dále se dělit). Je definován jako podíl buněk, které jsou schopny se ve tkáni rozmnožovat.
Neaktivní buňky, ty co se nedělí, jsou totiž odolnější. Proč? Protože mají čas se dát po ozáření dohromady, zatímco dělící se buňky tolik času nemají.
No dobře, toto je všechno hezké, ale jak reaguje tělo jako celek?
Účinky mohou být stochastické (náhodné) nebo deterministické (vznikají jen po určité dávce).
Akutní letální radiační odpověď – nemoc z ozáření
Její příznaky se dají předpovídat na základě různé citlivosti tkání, zastoupených v životně důležitých orgánech.
Z hlediska akutní letální odpovědi nemá smysl řešit poškození gametogeneze (pacientovi jde o život, takže v tu chvíli není řešení plodnosti na pořadu dne).
Prvním syndromem je poškození krvetvorby. Kostní dřeň je totiž velmi citlivá na záření.
Poškození se však projeví až po odumření zralých krevních buněk. Erytrocyt žije 120 dní, takže by to nebyl až takový akutní problém, chvíli to trvá. Ale granulocyty žijí jen pár hodin, trombocyty zase žijí 8 dní, což má za následek pokles imunity a krvácivost, která přispěje k poklesu erytrocytů.
(Krvácení jsme v seriálu mohli vidět také. Akorát nebylo správné, že se objevovalo jako jeden z prvních příznaků ozářených hasičů. ale myslím, že to je detail, který se dá tvůrcům odpustit, no ne?)
Po přibližně 4–6 dnech od ozáření se projeví gastrointestinální syndrom, protože dojde k destrukci epitelových buněk klků a zástavě jejich obnovy v Lieberkühnových kryptách, což vede k těžkým průjmům. Nicméně pokud pacient přežije, tak po zhruba 10 dnech se plně obnoví.
(Toto bohužel nebo naštěstí jsme v seriálu vidět nemohli :D)
Ozářením je závažně postižen lymfatický systém, protože lymfocyty, i když se nedělí jsou mimořádně citlivé.
(Toto byl skutečný důvod, proč byli hasiči na izolaci. Ve filmu byla totiž radiace prezentována jako něco nakažlivého, není tomu tak. Hasiči měli po tak vysoké dávce imunitu prakticky na nule).
Centrální nervový systém reaguje na ozáření podle dávky. Při menších dávkách se může objevit neklid a zvracení, při vysokých dávkách dochází k dezorientaci a následné smrti, především v důsledku mozkového edému a cévních změn, nikoli přímého zániku neuronů.
Obecně můžeme říci, že při dávce 1-2 Gy (Gray) ještě nedochází k úmrtí a léčba je symptomatická.
Celotělová dávka přibližně 4–5 Gy je smrtelná pro 50 % lidí do 60 dnů (LD50/60) bez intenzivní lékařské péče. Jako když si hodíte mincí. Záleží na tom, jakou dávku vaše tělo snese. Pokud přežijete 6 týdnů od ozáření, tak budete žít.
(Toto jsme mohli pozorovat v případě Anatolije Ďatlova, který řídil celý nepovedený experiment.)
Deterministické účinky (ty, které závisí na dávce) se objevují měsíce až roky po ozáření.
Patří sem vznik katarakty (zákalu čočky), ztráta vlasů, chlupů, poškození potních žláz, teleangiektázie (viditelné rozšíření kapilár) a mnoho dalších.
Mezi nejdůležitější však patří vznik rakoviny. (I tyto příznaky jsme mohli vidět v seriálu)
Vztah mezi vznikem rakoviny a zářením byl rozpoznán již kolem roku 1911, ovšem k hlubším výzkumům dochází až po druhé světové válce. Ozářením lze vyvolat vznik skoro jakéhokoli nádoru, avšak k nástupu nádorového onemocnění dochází až po 2-20 letech a některých typů až po 35-40 letech.
Z tohoto všeho vyplývá ještě jeden smutný fakt, žádné super schopnosti po ozáření nezískáte. 🙁
Braňo Meliška
