Promieniowanie elektromagnetyczne w naszym życiu

Ze względu na właściwości promieniowania dzielimy promieniowanie elektromagnetyczne na promieniowanie jonizujące oraz niejonizujące. Do promieniowania jonizującego zaliczamy:

• promieniowanie a
• promieniowanie b
• promieniowanie X
• promieniowanie g

Jonizacja polega na przenikaniu wysokoenergetycznego promieniowania do materii i oddziaływaniu z cząsteczkami lub atomami, w wyniku którego zostają z nich wybite elektrony. Powstają w ten sposób jony dodatnio naładowane. Jonizacja może spowodować rozpad cząsteczki, dlatego jest bardzo niebezpieczna dla organizmów żywych. Spośród wymienionych rodzajów promieniowania najbardziej jonizujące jest a, jednak jest ono jednocześnie najmniej przenikliwe. Promieniowanie niejonizujące to pozostałe rodzaje promieniowania.

Każdy rodzaj promieniowania ma jakiś wpływ na organizmy żywe. Ludzie są wrażliwi zarówno na działanie promieniowania jonizującego, jak i niejonizującego. Skutki oddziaływania promieniowania są zależne od jego rodzaju, natężenia oraz czasu ekspozycji. Szkodliwe działanie promieniowania jonizującego polega na wybijaniu elektronów z cząsteczek organizmu i tworzeniu jonów dodatnich. Powoduje to zaburzenia czynności życiowych oraz zmiany morfologiczne DNA, które zmieniają jego funkcjonowanie. Zmiany mogą być obserwowane natychmiast lub dopiero po dłuższym czasie (mówimy wtedy o zmianach późnych). Ogólnie zmiany w organizmie wywołane promieniowaniem jonizującym dzielimy na somatyczne i genetyczne. Zmiany somatyczne występują bezpośrednio po napromieniowaniu, skutkują białaczką, złośliwymi nowotworami kości i skóry, zaćmą, zaburzeniami układu pokarmowego oraz bezpłodnością. Zmiany genetyczne (mutacje w obrębie materiału genetycznego) powstają w wyniku oddziaływania z małymi dawkami promieniowania. Ujawniają się dopiero w następnych pokoleniach w postaci nieprawidłowości w budowie zewnętrznej i wewnętrznej. Silne dawki promieniowania jonizującego są zwykle zabójcze, śmierć następuje w okresie kilku - kilkunastu tygodni, czasem nawet miesięcy.

Bardzo szkodliwy, choć niedoceniany, wpływ na ludzki organizm, mają fale elektromagnetyczne określane jako niejonizujące. Są one określane jako jedno z najpoważniejszych zanieczyszczeń środowiska, gdyż występują praktycznie wszędzie i są emitowane przez każde działające urządzenie elektryczne w domu i pracy, przez urządzenia elektromedyczne stosowane w diagnostyce i fizykoterapii, przez przekaźniki radiowe, telewizyjne i telekomunikacyjne, przez urządzenia energetyczne, komputery, telefony komórkowe, radia oraz wiele, wiele innych, które trudno wymienić. Tak duża ilość promieniowania nie pozostaje bez wpływu na organizmy żywe. Wpływ ten określa się mianem efektu termicznego, który może prowadzić do zmian właściwości koloidalnych białek, a nawet doprowadzić do śmierci. Pola elektromagnetyczne wpływają niekorzystnie na procesy życiowe człowieka, powodują zaburzenia ośrodkowego układu nerwowego, układu rozrodczego, hormonalnego, krwionośnego, mogą prowadzić do osłabienia słuchu i wzroku. Zespół objawów, związanych z przebywaniem w obszarze działania silnych pól elektromagnetycznych, określa się jako chorobę radiofalową (mikrofalową).

Pola elektromagnetyczne wpływają nie tylko na człowieka, ale także inne organizmy żywe, dla których jest to zjawisko nienaturalne. Powoduje opóźnienie wzrostu roślin, zmiany morfologiczne, zaburzenia neurologiczne oraz układu krążenia u zwierząt, a także nieprawidłowości wzrostu, żywotności i płodności organizmów żywych.

Osobnym tematem jest oddziaływanie na człowieka promieniowania ultrafioletowego. Nie jest ono zaliczane do promieniowania jonizującego, jednak jego działanie jest dla nas bardzo szkodliwe. Skutki jego działania na nasz organizm mogą pojawiać się zarówno bezpośrednio po naświetleniu, jak i po pewnym czasie. Bezpośrednie efekty wystawienia się na działanie promieni ultrafioletowych to silny rumień, opalenizna, zgrubienie i pomarszczenie skóry. Najbardziej charakterystyczny objaw, rumień, to nic innego jak oparzenie skóry, zjawisko bardzo szkodliwe i prowadzące do poważnych chorób, w tym groźnego nowotworu, czerniaka. Pośrednie, odległe w czasie efekty naświetlania promieniowaniem UV polegają głównie na przyspieszeniu procesu starzenia się skóry (łuszczenie) oraz powstawaniu nowotworów. Proces starzenia się skóry pod wpływem promieniowania UV ("photoaging") polega na powstawaniu w skórze niekorzystnych zmian strukturalnych i funkcyjnych. Powoduje to zmiany wyglądu skóry: staje się ona szorstka, nieelastyczna, pogrubiała, tworzą się na niej głębokie bruzdy oraz silne zmarszczki i przebarwienia. Efekt ten jest bardzo dobrze widoczny u osób, które podczas pracy są długotrwale wystawione na działanie Słońca (rolników, marynarzy), na najmniej chronionej części ich ciała - karku.

Promieniowanie UV docierające do Ziemi pochodzi głównie ze Słońca, które emituje fale w zakresie podczerwieni, widzialnym oraz nadfioletu. Zależnie od efektu biologicznego promieniowanie UV dzielimy na:

• UVA - fale o długości 400 - 320 nm, najniżej energetyczne spośród fal ultrafioletowych;
• UVB - fale o długości 320 - 290 nm;
• UVC - fale o długości poniżej 290 nm, o najwyższej energii.

Działanie fal UVA, UVB oraz UVC na organizmy ludzkie jest różne. Najbardziej szkodliwe jest UVC, które wywołuje silny rumień. Na szczęście dla nas, promieniowanie to niemal w całości jest pochłaniane przez warstwę ozonową i w normalnych warunkach nie zagraża ludziom. UVB również powoduje powstawanie silnego rumienia, w warunkach normalnych jest najważniejszą przyczyną powstawania oparzenia. Reakcją ochronną organizmu na jego działanie jest produkcja odpowiedniego barwnika skóry (opalenizna). Promieniowanie UVB odpowiada także za oparzenia skóry i szybkie starzenie się ("photoaging"). Najliczniej docierające do Ziemi promieniowanie UVA jest znacznie mniej rumieniotwórcze, jednak silnie wzmaga działanie UVB oraz powoduje szybszą syntezę ochronnych barwników skóry. Długie wystawienie na działanie promieniowania UVA ma podobne efekty jak działanie promieni UVB. Dawniej uważano, iż za starzenie się skóry odpowiada głównie UVB, jednak ostatnie badania wykazały, iż UVA, która oddziałuje nie tylko na komórki naskórka, ale także skóry właściwej, powoduje silne i niekontrolowane modyfikacje naskórka oraz niszczy włókna kolagenowe skóry właściwej. Powoduje także osłabienie jej odporności.

Oprócz wzmagania procesu starzenia się skóry, innym opóźnionym działaniem promieniowania UV jest rozwijanie się złośliwych nowotworów skóry. Jest to wynik mutagennego wpływu promieni ultrafioletowych na komórki naskórka i skóry właściwej, oraz faktu, iż UV powoduje powstawanie bardzo wielu wolnych rodników. To właśnie one są odpowiedzialne za niszczenie materiału genetycznego, a więc powstawanie mutacji DNA i rozwój nowotworów. W ostatnich latach prowadzono badania mające na celu stwierdzenie, czy za powstawanie nowotworów w większym stopniu odpowiedzialne są silne jednorazowe dawki promieniowania, powodujące oparzenia, czy długotrwałe nasłonecznienie. Wyniki wykazały, iż najwięcej przypadków powstania złośliwych nowotworów miało miejsce w okolicach znamion na ciele: pieprzyków, piegów itp. Również oparzenia we wczesnym dzieciństwie są czynnikiem zwiększającym prawdopodobieństwo rozwoju raka skóry.

Zagrożenie promieniowaniem UV zależne jest od położenia geograficznego oraz pory roku i dnia. Zależne jest również od poziomu stężenia ozonu w atmosferze, które zmienia się w zależności od zanieczyszczenia powietrza. W ostatnich latach, kiedy warstwa ozonowa Ziemi została poważnie uszczuplona przez zgromadzone w atmosferze freony, należy szczególnie ostrożnie obchodzić się ze Słońcem, gdyż do Ziemi docierają znacznie większe dawki promieniowania UVA oraz UVB.

Organizm ludzki codziennie przyjmuje pewną dawkę promieniowania jonizującego, pochodzącego z przestrzeni kosmicznej. Zdarzają się jednak wypadki zaistnienia silnego źródła promieniowania, takie jak wybuchy bomb atomowych w Hiroszimie czy Nagasaki oraz awarie reaktorów jądrowych. W przypadku zrzucenia bomb jądrowych a Japonii, ogromne ilości osób były narażone na długie działanie olbrzymich dawek promieniowania. Aby zbadać jego wpływ na ludzi, w latach 1950 - 1990 przeprowadzono badania na grupie 86572 osób, narażonych na działanie promieniowania z Nagasaki. Wyniki tych badań porównano z badaną równocześnie grupą kontrolną. Jak się okazało, spośród badanych na guzy nowotworowe zmarło 7578 osób. Jednocześnie porównanie z grupą kontrolną wykazuje, iż jedynie 334 zgony są wynikiem działania promieniowania jądrowego. Podobne wyniki zanotowano wśród osób chorych na białaczkę - jedynie 87 z 249 przypadków tej choroby można było przypisać napromieniowaniu. Wynikałoby z tego, iż jedynie 1% wszystkich zgonów pochodzi od promieniowania. Jest to możliwe, zważywszy, iż większość osób, które były narażone na największe dawki promieniowania, do 1950 roku zmarła na chorobę popromienną. Dlatego badane osoby były narażone na znacznie mniejsze zagrożenie. Jednocześnie należy pamiętać, iż nowotwory to nie jedyny efekt napromieniowania. Wiele zmian w organizmie, zwłaszcza mutacji genetycznych, ujawnia się dopiero w następnych pokoleniach, pomimo iż napromieniowane osoby żyją długo i sprawiają wrażenie zdrowych. Niewielkie dawki promieniowania mogą wydawać się nawet zdrowe, gdyż zwiększają żywotność pewnych grup osób, jednak należałoby zbadać wpływ promieniowania na następne pokolenia, aby mieć pewność, że jest ono bezpieczne.

Biorąc pod uwagę, iż większość badań na ofiarach z Hiroszimy i Nagasaki była prowadzona przez Amerykanów, należy spodziewać się, iż podane wyniki są propagandowe i miały na celu zaniżenie skutków zrzucenia bomb atomowych.

Bardzo trudno jest wyjaśnić, z komórkowego i cząsteczkowego punktu widzenia, jakie zjawiska zachodzą w komórkach pod wpływem działania promieniowania jonizującego. Badania na komórkach wykazały, iż małe dawki promieniowania nie uszkadzają materiału genetycznego, a więc nie wywołują chorób nowotworowych. Komórki mają zdolność adaptacji do promieniowania, dzięki swoim mechanizmom immunologicznym. Promieniowanie jonizujące w niskich dawkach powoduje nawet stymulację mechanizmów obronnych komórki, dzięki czemu staje się ona bardziej odporna na działanie różnych czynników zewnętrznych. Nadmierne ilości promieniowania jonizującego powodują jednak znaczne osłabienie układu odpornościowego, a w efekcie zniszczenie komórki.

Efekt napromieniowania zależy od wielu czynników: od rodzaju ekspozycji (typu promieniowania, mocy dawki, czasu naświetlania), od typu napromieniowanej tkanki, a także od indywidualnych cech organizmu. Jednym z najbardziej niebezpiecznych zakażeń jest pochłonięcie przez organizm dużych dawek izotopów promieniotwórczych. Gromadzą się one w określonych tkankach, gdzie stanowią bardzo silne źródło promieniowania, Szczególnie niebezpieczne pod tym względem są radioizotopy a - promieniotwórcze, gdyż ten rodzaj promieniowania jest niezwykle silnie jonizujący. Inny rodzaj ekspozycji tkanek i komórek na działanie promieniowania jonizującego to bezpośrednie wystawienie na działanie dużych dawek promieniowania. Niekiedy zdarza się, iż obydwa rodzaje zagrożenia występują jednocześnie.

Ilość pochłoniętego przez daną tkankę promieniowania określa się mianem dawki pochłoniętej. Mierzy się ją za pomocą pomiarów dawki ekspozycyjnej licznikami Geigera - Mullera. Osłabienie dawki ekspozycyjnej to dawka pochłonięta. Niekiedy, aby bardziej precyzyjnie móc określić wpływ promieniowania na określone tkanki, stosuje się przeliczniki dawki pochłoniętej w zależności od rodzajów tkanki czy narządów. Pewne dawki promieniowania są przez organizm stale przyjmowane, pochodzą one z promieniowania kosmicznego (promieniowania tła). Jak już powiedziano, organizm potrafi sobie radzić z takimi dawkami, a nawet powodują one stymulację wielu jego czynności. Jednak w wypadku, gdy do organizmu dostaje się większa dawka pochłonięta, powstają liczne powikłania i choroby, prowadzące często do śmierci.

W radiologii określa się pewną dawkę promieniowania jako śmiertelną. Oczywiście, zależnie od cech osobniczych, w jednej grupie mogą znajdować się osobniki, dla których zarówno mniejsze, jak i znacznie większe dawki będą śmiertelne. Dlatego określenie "dawka śmiertelna" jest całkowicie statystyczne, i określa dawkę, przy której następuje śmierć 50% badanej populacji. Dawka ta oznaczana jest jako LD50 ("50% lethal dose", jest to ogólne oznaczenie stosowane dla dawek śmiertelnych różnych substancji). Jest ona zależna od wielkości ciała osobników (większe osobniki mogą zaabsorbować większe dawki), od cech immunologicznych oraz od wielu innych. Dawka LD100 (100% lethal dose) to dawka, w wyniku której, w ciągu 30 dni od napromieniowania, umierają wszystkie badane osobniki.

Jeśli chodzi o skutki wewnętrznego skażenia izotopami promieniotwórczymi, to są one znacznie bardziej drastyczne. Nawet niewielka ilość radioizotopów ponad normę stanowi duże zagrożenie dla organizmu. W wyniku specyficzności procesów zachodzących w organizmach żywych, określone substancje mają tendencję do gromadzenia się w określonych miejscach. W przypadku wprowadzenia promieniotwórczych izotopów do organizmu, nie rozprzestrzenią się one po całym organizmie równomiernie, ale będą się gromadzić w pewnych ściśle określonych miejscach: tkankach, gruczołach itp. radioizotopy do organizmu mogą się dostać z wdychanym powietrzem (pył radioaktywny, aerozol), a także z pokarmem, który zaabsorbował osiadły opad promieniotwórczy. Duże ilości izotopów powstają głównie w wyniku wybuchów nuklearnych, a także awarii reaktorów czy rozkładu odpadów promieniotwórczych. Dostają się one głównie do atmosfery oraz do wód powierzchniowych, przez co mogą być przenoszone na znaczne odległości i opadać w postaci opadu radioaktywnego. Powoduje to, iż wchodzą one do środowiska i rozprzestrzeniają się w nim zgodnie z łańcuchem pokarmowym. W wyniku gromadzenia się izotopów w poszczególnych tkankach, następuje silne skażenie lokalne, które może prowadzić do groźnych powikłań i nowotworów. Poniżej zamieszczono tabelę, w której przedstawiono izotopy promieniotwórcze stanowiące potencjalne zagrożenie dla poszczególnych elementów ciała (www.zb.eco.pl):

Kości	Mięśnie	Płuca	Tarczyca	Wątroba
Rad 226	Potas 40	Rad 222	Jod 131	Kobalt 60
Stront 90	Cez 137	Uran 233
Fosfor 32		Pluton 239
Węgiel 14		Krypton 85

Od kiedy człowiek nauczył się korzystać z promieniowania jonizującego oraz wykorzystywać do swoich celów reakcje jądrowe, miało miejsce wiele katastrof, w wyniku których ogromne obszary przyrody zostały zagrożone przez substancje radioaktywne oraz bezpośrednio przez promieniowanie. Bardzo dużym zagrożeniem są próby nuklearne, które dawniej były wykonywane na powierzchni Ziemi bez obawy o to, iż olbrzymie ilości substancji radioaktywnych zostają wyemitowane do atmosfery w postaci pyłu. Jednak nawet przeprowadzanie prób jądrowych pod wodą, na odległych, odciętych od świata wysepkach, powoduje powstanie silnego skażenia.

Dużym potencjalnym źródłem zagrożenia są także elektrownie jądrowe. Wiele z nich nie spełnia stawianych im wymagań (zwłaszcza te w państwach byłego Związku Radzieckiego), przez co grożą im katastrofy. Mogą one być szczególnie niebezpieczne, gdyż elektrownie, zwłaszcza w Europie, znajdują się niedaleko od gęsto zaludnionych terenów. Każda awaria czy wyciek spowoduje tysiące, jeśli nie miliony, ofiar. Poważnym problemem jest także składowanie odpadów radioaktywnych. Ze względu na dużą przenikliwość promieniowania, należy je przetrzymywać w szczelnych pojemnikach, w głębokich zbiornikach wodnych, a najlepiej w bardzo głębokich szczelinach skalnych. Niestety, jest to bardzo kosztowne i jedynie najbogatsze kraje mogą sobie pozwolić na całkowicie bezpieczne składowanie odpadów radioaktywnych.

Obecnie ludzie są coraz bardziej świadomi zagrożenia, jakie niesie promieniowanie jonizujące. Aby jednak mogli to sobie uświadomić, potrzebne było wiele katastrof, które poniosły za sobą liczne ofiary oraz zniszczenia w środowisku naturalnym. Największe spośród katastrof to:

• 1951, Detroit w Stanach Zjednoczonych - awarii uległ reaktor powielający EBR - 1
• 1957, Windscale w Wielkiej Brytanii - w wyniku zapalenia się bloków grafitu wybuchł pożar powielającego reaktora atomowego
• 1958, Chalk River w Kanadzie - nastąpił wyciek ciężkiej wody (zanieczyszczonej substancjami radioaktywnymi)
• 1961, Idaho Falls w Stanach Zjednoczonych - z elektrowni jądrowej nastąpiła silna emisja substancji radioaktywnych
• 1969, Lingen w Niemczech - nastąpiła silne emisja substancji promieniotwórczych
• 1972, Chalk River - nastąpił ponowny wyciek ciężkiej wody
• 1975, Gundremmingen w Niemczech - nastąpiła emisja par radioaktywnych
• 1979, Harrisburg w Stanach Zjednoczonych - w wyniku awarii w elektrowni "Three Mile Island" nastąpił wyciek ciężkiej wody oraz emisja gazów radioaktywnych. W wyniku tego zagrożone skażeniem zostały okoliczne obszary. W odległości 4 km od elektrowni znajdowało się duże miasto - Harrisburg - które również zostało zagrożone skażeniem. Na szczęście, dzięki sprawnej pracy specjalistów, uniknięto większych konsekwencji oraz usunięto większą część skażeń.
• 1981, Tsuruga w Japonii - w wyniku awarii zbiornik wodny został zanieczyszczony substancjami radioaktywnymi
• 1986, Sellafield w Wielkiej Brytanii - w wyniku awarii nastąpił wyciek paliwa radioaktywnego

Zdecydowanie najbardziej tragiczną w skutkach była jednak awaria reaktora jądrowego w Czarnobylu na Ukrainie, w 1986 roku. W wyniku pożaru nastąpiło zniszczenie reaktora oraz zanieczyszczenie olbrzymiego obszaru radioaktywnymi substancjami. Do atmosfery dostały się olbrzymie ilości promieniotwórczych pierwiastków, które rozprzestrzeniły się nad niemal całą Europą. Dzięki korzystnym warunkom atmosferycznym największe skażenie nie dotarło do Polski, zanieczyszczone powietrze dotarło nad nasz kraj dopiero około 30 godzin po awarii. Największym produktem, powstałym podczas awarii w Czarnobylu, był promieniotwórczy cez. Spowodował on skażenie atmosfery, gleby oraz wód w Polsce. Na szczęście, w niedługim czasie środowisko się oczyściło i w większości kraju stężenie tego pierwiastka jest niewielkie.