1.RADYOAKTİVİTE
1.1.Radyoaktivite Nedir ?
1800’lerin sonlarına doğru Alman Fizikçisi Wilhelm Röntgen, bir elektron demetinin cama çarptığında, yeni ve garip bir ışınım oluştuğunu keşfetti. Bu ışınlar bilinmeyen bir yapıda olduklarından “ X ışınları “ olarak isimlendirildi.
Bu keşiften iki ay sonra, Fransız fizikçi Henry Becquerel değişik elementleri siyah fotoğrafik plakalarla sardığı bir deney yaptı. Amaç bu elementlerin ışın yayıp yaymadıkları idi. Becquerel uranyum gibi birkaç elementin herhangi bir enerji girişi olmadan enerjili ışınlar yaydıklarını buldu.
Becquerel’in deneyinin anlamı, bazı doğal olayların bazı elementlerin enrjili x ışınları yaymalarından sorumlu olduklarıdır. Buda göstermektedir ki, bazı elementler doğal olarak kararsızdırlar. Çünkü bu elementler, değişik enerji çeşitlerini kendiliklerinden salmaktadırlar. X ışınları gibi, enerjili parçacıkların kararsız atomların bozunumlarından salınmalarına Radyoaktivite denir.
Başka bir tanımla, bir atom çekirdeğinin , tanecik veya elektromagnetik ışıma yayarak parçalanmasına Radyoaktivite denir. Söz konusu parçalanma kendiliğinden olabildiği ( Doğal Radyoaktiflik ) gibi uyarılma yoluyla da oluşturulabilir ( yapay radyoaktiflik ) ; bu durumda ya kinetik ya da elektromagnetik biçimde enerji açığa çıkar. Dalga, parçacık veya foton olarak adlandırılan enerji paketleri ile yayılan enerjiye Radyasyon adı verilir.
1.2. Radyoaktif Elementler, Radyoaktif Parçacıklar ve Özellikleri
Radyoaktiflik bir atomun çekirdeğinde başlar. Atomları da proton ve nötronların oluşturduğu bir çekirdek ve bu çekirdeğin etrafında dönen elektronlar oluşturur. Ağır elementler ( çekirdeğinde 83’den fazla proton barındıranlar ), kararsız oldukları için daha küçük atomlara dönüşürler. Bu parçalanma esnasında, çekirdekten parçacıklar ve enerji dalgaları açığa çıkar. Bu yolla enerji veren elementlere Radyoaktif Elementler adı verilir.
Radyoaktif elementler temel olarak Alfa, Beta ve Gama olmak üzere 3 ana tip enerji salınımında bulunurlar.
- Alfa radyasyonu, (+) yüklü parçacıklardan oluşur ve bir kağıt parçası tarafından durdurulabilir.
- Beta radyasyonu, elektronlardan oluşur. İnce bir alüminyum levha ile durdurulabilir.
- Gama radyasyonu ise ışık hızında hareket eden enerji dalgalarından oluşmaktadır.
Alfa, Beta ve Gama radyasyonu aynı zamanda iyonlaştırıcı radyasyon olarak da adlandırılırlar. Bir başka deyişle, diğer atomların elektronlarını ayıracak yeterli enerjiye sahiptir.Gama ışınları bir materyal içine girip, uzunca yol alabildikleri ve kimyasal bağları bozabildiklerinden, radyoaktif materyaller ile çalışılırken en büyük tehlikeyi oluşturmaktadırlar.
Bu radyasyonların özelliklerini şu şekilde sıralayabiliriz.
- Hızları ışık hızına eşittir.
- Geçtikleri tüm ortamlara enerji transfer ederler. Enerji frekansları ile doğru, dalga boyları ile ters orantılıdır.
- Boşlukta düz bir çizgi boyunca yayılırlar.
- Maddeyi geçerken enerjileri azalır (Absorbe edilir ve saçılır )
- Alfa ışınları derine nüfuz edemezler, ışınlar rölatif olarak çok ince yüzeylerle engellenebilir.
- Beta ışınlarının nüfuz etme özellikleri daha büyüktür. Birkaç metre hava tabakası veya birkaç milimetrelik alüminyum plaka ile durdurulabilir.
- Gama ışınları kuvvetli bir şekilde nüfuz ederler. Tesir mesafesi bu ışınların sahip olduğu enerjiye bağlıdır.
- Radyasyonlar uzun mesafelerde bile ( özellikle gama ışınları için ) göz ününde bulundurulmalıdır. Radyasyonların aktivitesi mesafenin karesi ile ters orantılı olarak azalır ve bu radyasyondan korunma bakımından önemlidir.
- Bu tür radyasyonlara maruz kalma süresi, radyasyonun şiddeti ve maruz kalınan vücut bölgesine bağlı olarak, hücreyi parçalayabilir, zarar verebilir veya herhangi bir zararlı etkisi olmadan geçip gidebilir.İyonlaştırıcı radyasyonun insanlar üzerindeki etkisi Röntgen veya Sievert birimiyle ölçülmektedir. Röntgen (simgesi R veya Rem ) ışınlanmış dokunun 1cm3’nün aldığı enerjinin fiziksel ölçüsüdür.
Radyoaktivitenin ve sonuç olarak radyasyonun canlı organizmalar üzerindeki etkisini inceleyen bilim dalına Radyobiyoloji denir.
2. RADYOAKTİVİTENİN CANLILAR ÜZERİNDEKİ ETKİSİ
Radyoaktivite sonucu açığa çıkan radyasyon canlı vücudunu hava akımlarıyla beslenmeyle veya absorbsiyonla etkileyebilir. Bünyede, radyasyon normal hücre faaliyetlerine anormal derecede zarar verir. Radyasyonun hücreye verdiği zararlar ;
- Fiziksel
- Kimyasal
- Metabolik
zararlar olarak üç ana bölüme ayrılabilir.
Fiziksel kademe enerji absorbsiyonu süreci olarak düşünülür ve çok hızlı gerçekleşir .(10-13 sn)
Kimyasal kademe , aktivite olmuş moleküllerin diğer moleküllerle ve hücrelerle olan reaksiyon periyotlarını içine alır. Saniyenin milyonda biri kadar kısa süre içinde cereyan eder ve kimyasal denge kuruluncaya kadar devam eder.
Metabolik kademede, hücrelerde biyokimyasal değişme söz konusudur. Bu kademenin önemi radyoaktivitenin hasara sebebiyet vermesidir.
Radyasyonun insan sağlığı üzerinde akut ve kronik etkilerinin olduğu saptanmıştır. Bir defada yüksek doz radyosyona maruz kalınması sonucu Akut Radyasyon Sendromu denilen bir tablo oluşmaktadır. Bu sendromda en sık rastlanan klinik belirtiler kemik iliği ile ilgili olarak oluşmaktadır. Çünkü kemik iliği insan vücudunda radyasyona en duyarlı organdır. Kemik iliğinin radyasyondan zarar görmesiyle kanama, döküntü, halsizlik, anemi gibi belirtiler oluşmaktadır. Alınan dozun artmasıyla orantılı olarak vücutta gastrointestinal sistem başta olmak üzere başka bir çok sistem daha etkilenmektedir.
Kronik etkiler ise genetik ve kanserojenik etkilerdir. Hem genetik hem de kanserojenik etkinin ortaya çıkmasında radyasyon için herhangi bir eşik dozu bulunmamaktadır. Fakat radyasyonun alınma hızı azaldıkça mutasyon hızı da azalır, ayrıca alınan dozun azalması premutasyonal etkinin daha kolay onarılmasını sağlar. Radyosyona maruz kalınması sonucu akut/kronik lösemi, meme, akciğer ve tiroid kanserlerinde artış olduğu saptanmıştır.
Radyasyonun canlılar üzerine etkilerini doğrudan ve dolaylı etki olarak ikiye de ayırabiliriz.
Doğrudan etki= Makro moleküllerde görülür. Makromoleküllerden enzimler gibi bir kısmının, hücre içerisinde çok sayıda benzeri vardır. Işının etkisi ile yapısı değişen molekülün işlevi, benzerleri tarafından yerine getirilir. Böylece hücrede ışına bağlı bir değişiklik görülmez.
DNA gibi makromoleküllerden ise, hücre çekirdeğinde ancak gerektiği kadar vardır, benzerleri bulunmaz. Bunlara “anahtar molekül” adı verilir. Işının anahtar moleküllerde oluşturduğu değişiklik, doğrudan hücrenin yapısını etkiler. Kromozomların yapısında bulunan ve kalıtsal karakterlerin geçişini saptayan DNA’da meydana gelecek değişiklikler, derecesine göre genetik mutasyon veya hücrenin ölümü ile sonuçlanır.
Dolaylı etki= Su moleküllerinde görülür. Su molekülleri iyonize olur, serbest kökler açığa çıkar. Bunların birleşmesiyle ortaya çıkan hidrojen peroksit, şiddetli oksidan bir maddedir, hücre metabolizmasını bozabilir. Ayrıca, oluşan serbest kökler makromoleküller ile birleşerek kimyasal yapılarını değiştirebilir.
Böylece, doğrudan etki ile oluşan değişiklikler, dolaylı olarak ortaya çıkmış olur.
Hücre türünün radyasyona karşı duyarlılık derecesi farklıdır. Organizmadaki en duyarlı hücreler, lenfositler (bağışıklık sisteminin temel hücreleri), en dirençlileri ise kas ve sinir hücreleridir.
Hızla çoğalan ve bölünme fazında olabilen hücreler, radyasyona daha duyarlıdır.
Radyasyonun organizmadaki etkileri ışınlamanın şekline ve dozuna göre değişir ve bu faktöre bağlı olarak, hemen görülebilir veya sessiz bir devreden sonra ortaya çıkabilir. Sessiz devre, yüksek dozlarda on beş günden başlayıp, az dozlarda kronik ışınlamalarda yirmi yıla kadar değişebilir.
Bu etkileri şöyle sınıflandırabiliriz:
1.Yüksek Dozlarda Akut Radyasyon Etkileri:
Bir kez yüksek doz radyasyon ile oluşur. Atom bombasında, nükleer reaktörlerdeki kazalarda, hayvan deneylerinde görülür.Etkiler, dozla orantılıdır. Önce hücre bölünmesinde yavaşlama, kromozomlarda kırılma, alyuvar sayısında azalma ve bağışıklık sisteminde inaktivasyon oluşur.
300-600 RAD= Kemik iliğinin çalışmaması sonucu % 50 ölüm görülür.
1000-1200 RAD= Sindirim sisteminde yaygın kanlanma bozukluğuna bağlı % 100 ölüm.
5000 RAD= Beyin etkilenir; ani ölümle sonuçlanır.
( RAD= Radyasyon Absorbsiyon dozudur.Maddenin 1 gramının absorbe ettiği enerji miktarıdır.)
2.Az Dozda Kronik Radyasyon Etkileri:
Röntgen teknisyenleri ve radyologlarda ellerde deride kuruluk, pigmentasyon, erken katarakt, kısırlaşma, lösemi izlenebilir.
Radyasyon, atomların yapısını veya elektrik yükünü değiştirdiğinden, moleküllerin bağ mekanizmaları bozulur. Bu parçalardan yeni ve farklı moleküller meydana gelebilir. Büyüme ve bölünme gibi hücre faaliyetleri enzimler tarafından kontrol edildiğinden, hücre hayatı radyasyondan tamamen etkilenir. Radyasyon hücrelerin erken yada geç bölünmesine veyahut hiç bölünmemesine sebep olur. Aynı zamanda yeni hücreler normal olmayan büyüme hızına sahip olabilir ve bölünme özelliğini kaybeder.
Değişik hücrelerin radyasyonda etkilenmesi farklı şekillerde olmaktadır. Hücre bölünmesi zamanı, beslenme ve metabolik hız büyük ölçüde radyasyondan etkilenir.
1. Tek Hücre Üstüne Işın Etkisi
Bir hücre ışına tutulduğu zaman, ışınlamanın etkisi deneyin bitiminden bir süre sonra ortaya çıkar, ancak belirgin olan bu etki öncesinde dokubilimsel olarak saptanamayan “birincil” bir etki söz konusu olmaktadır. Belirgin olan etki ya tersinirdir yada değildir; gerçekten de bazen bir onarım mekanizması bozumu ortadan kaldırmaktadır, ama bazı durumlarda bozum hücre yönünden tersinir olmaz. Bu etkenler genellikle beden hücreleri için geçerlidir; ama cinsellik hücreleri söz konusu olduğunda , ışın etkisi kişinin hücrelerinin genetik yapısını değiştirerek sonraki kuşaklarda bozukluğa yol açabilir.
Belirgin etki ışının dozuna göre değişiklik gösterir. Yüksek oranda verilen ışının etkisi deney bitmeden önce ortaya çıkar ve hücre çekirdeğinin kromatininin parçalandığı görülür. Doz orta derecedeyse, ışınlamanın etkisi mitoz sırasında ortaya çıkar ve santromer düzeyinde kromozomlar kopabilirler. Düşük dozdaysa bozumlar tersinirdir, mitozların durma tehlikesi ortaya çıkar , ancak hücre yaşar.
Tek bir hücrenin ışın duyarlılığı iki etkene bağlıdır. Hücrenin tipine ve hücrenin etkinliğine göre değişiklik gösterir. Bir hücre ne kadar sık bölünüyorsa, ışına o kadar duyarlıdır.
2. Benzer Bir Grup Hücre Üstüne Işın Etkisi
Işın etkisinin sonucu dozun şiddetine bağlıdır. Doz yüksekse bütün hücreler ölürler, biraz daha düşükse, topluluğu oluşturan hücreler değişik biçimde etkilenirler, bu nedenle de “hücre öldürücü etkinin seçiciliği” nden söz edilir. Sözgelimi, bir grup barsak solucanı yumurtası ışınlandığı zaman bunların bir bölümü ölür, geri kalanlarsa değişik biçimlerde hasara uğrarlar.
3. Bir Doku Üstüne Işın Etkisi
Bu durum daha karmaşıktır, çünkü ışınlar değişik yaş ve yapıdaki hücrelere etkiyecektir. Erkek cinsellik hücresi yapan dokunun ışınlanmasında bu dokuyu oluşturan hücrelerin ışın duyarlılığı,spermatogonilerden spermatozoyitlere doğru azalma gösterir., omurgalıların derisinin ışına direnci , deriyi oluşturan tabakalara göre değişir, cildin ışınlanması önce çimlenme tabakasında bozumlara yol açar; daha sonra bir üstteki epitelyum hücrelerinde dökülme gözlenir. Kılların dökülmesi, kızarıklık gibi değişik bozumlar, verilen dozla orantılıdır. Giderek artan bir ışın duyarlılık sırasına göre, çeşitli dokular ayırt edilebilir. Kemikler , sinirler ve yağ dokularının aşağı yukarı hiçbir ışın duyarlılığı yoktur, bunların ardından sinir merkezleri , kas dokusu , kıkırdaklar, mukozalar, cilt üreme bezleri , endotelyum (iç kaplar tabaka ) dokusu ve ne sonunda da kan yapan dokular ve kan gelir. Bu sonuncular ışına son derece duyarlıdırlar, çünkü hücreleri sürekli bölünürler. Bu nedenle ışınlar kan kanserine yol açabilmektedir. İnsan bedeninde ışına en duyarlı nokta lenf dokusudur. Embriyon dokuları da, sürekli bölünerek çoğaldığı için ışına çok duyarlıdır. Işınlar bazen hücre bölünmesi miktarını bozarlar, çoğunlukla da bu miktarı azaltırlar. Işınların uzun vadeli yapısal etkilerinden biri de mitozlar üstündeki biyolojik denetimin yitimidir. Bu etki hayvanlarda kanser oluşumuna bitkilerde de biçim bozukluklarına yol açar.
4. Bütün Beden Üstüne Işın Etkisi
Bu etki de doza bağlıdır, ayrıca söz konusu canlı türüne göre de değişiklik gösterir. Ani ışınlama, üstünde deney yapılan canlının birkaç dakika içinde ölmesine neden olur. Hücre içindeki potasyum hücre dışına geçer, sodyumsa ters yönde yer değiştirir. Daha hafif bir ışınlamanınsa etkileri daha hafiftir, omurgalılarda tansiyon düşmesi, kusmalar ve ishal görülür. Özellikle alyuvarlar ve lenfositler yitip giderken çok çekirdekli nötrofillerin sayısı artar. Ciltte, sindirim borusunda ve akciğerlerde kanamalar olabilir. Antikor yapımı engellenir ve enfeksiyonlar ortaya çıkar.
IŞINLARIN GENETİK ETKİLERİ
Işınlar kromozomlar ve genler üstüne etkirler, ışınlanan hücreler cinsellik hücreleriyse ancak o zaman genetik etkiden söz edilebilir. Çeşitli dokular tarafından gerçekleştirilen iyi bir korunma ışınların etkisini azaltır. Işınlar iki tür değişime yol açarlar.
1.Gen Değişimleri
1927’den başlayarak H.J.Muller tarafından gözlenmiştir., bunlar genellikle zararlı değişikliklerdir.Sayıları uygulanan ışınım miktarına bağlıdır.
2.Kromozom Değişimleri
Ancak iyonlaştırıcı ışınlar kromozomları kopardığı zaman ortaya çıkarlar, ama bunlarda bazen kendi kendine iyileşirler. İyileşme olmazsa cinsellik hücresinin (gamet) genlerinin eksik kalması söz konusu olabilir, o zaman yumurta döllenmeden hemen sonra ölür. Işınların etkisiyle meydana gelen kromozom kopukluklarından sonra , kişi yarı kısır olabilir, yani önceki kuşağı sahip olduğu kromozom sayısının yarısına sahip olacaktır.
İnsan vücudundaki hücrelerden radyasyona karşı hassas oların listesi, hassasiyet derecesine göre sıralanışı:
- Lenf bezleri ve dalaktaki akyuvarlar (levkositler)
- Kemik iliklerindeki akyuvarlar
- Deri ve kemik iliklerindeki esas hücreler
- Akciğerlerdeki oksijen absorbisyon hücreleri(alveoller)
- Safra kanalı hücreleri
- Böbrek tüpleri hücreleri
- İskelet hücreleri
- Kas hücreleri
- Kemik hücreleri
- Sinir hücreleri
Bunun sonucunda insan vücudunda etkilenen yerler sırasıyla şöyledir:
- Kan ve kemik ilikleri
- Lenf sistemleri
- Deri ve saç bezleri
- Mide ile ilgili kısımlar
- Böbrek üstü bezleri
- Tiroit bezleri
- Akciğerler
- İdrar yolları
- Karaciğer ve safra kesesi
- Kemikler
- Gözler
- Üreme organları
Radyasyona maruz kalındığında en çok ve çabuk değişikliğe uğrayan birim DNA(deoxyribonucleik acid)dir. DNA'da kimyasal değişime çok çabuk olmaktadır. Düşük dozlarda DNA'nın fiziksel yapısındaki değişme çok çabuk olmaktadır. Düşük dozlarda DNA'nın fiziksel yapısındaki değişmelerin farkına varılabilir. Bu fiziksel değişmeler moleküller arasında enine bağların oluşması veya fosfat-şeker zincirlerinde(bağında) kırılmalar şeklinde kendini gösterir. DNA moleküllerinin çift bağı bulunduğundan bu bağlardan birinin hasar görmesi molekülün bütününü etkilemeyebilir ve şayet kırılmalar gelişi güzel olursa pek çok molekül iki veya daha fazla parçaya ayrılmaksızın ortaya çıkabilir. DNA doğrudan radyasyona maruz kaldığında serbest kökler rastgele atak yaparak belirli bir zamanda sadece bir bağ koparır.
Benzer şekilde, düşük dozdaki iyonize olmuş radyasyonların verildiği durumda sadece bağ koparır. Bununla beraber yoğun radyasyonlar aynı noktada iki bağı birden koparabilir. DNA moleküllerinin iki veya daha fazla parçaya ayrılması iki bazın birden yaklaşık aynı noktada kopma neticesinde olabilir.
