V.3.3. Dozimetria radiațiilor nucleare. Efectele biologice ale radiațiilor.

Mărimile dozimetrice (sistem de mărimi și unități) sunt importante pentru caracterizarea cantitativă a efectelor biologice ale radiațiilor ionizante. Cuantificările efectelor radiației sunt necesare pentru a determina riscurile şi beneficiile în ceea ce privește expunerile la radiații ionizante.

Principalele mărimi şi unităţi de măsură ale radiațiilor ionizante

1. Doza absorbită (Dabs) este mărimea care măsoară cantitatea de energie absorbită din fasciculul de radiație de unitatea de masă.

E este energia absorbită din radiația respectivă
m este masa de substanță iradiată

🔦 Observație

Pentru doza absorbită se mai folosește o unitate de măsură numită rad (de la inițialele cuvintelor röntgen absorbed dose), definită de relația:

1 rad = 10^-2 Gy.

Doza absorbită nu este suficientă pentru caracterizarea efectelor biologice, deoarece acestea depind și de natura și de energia radiațiilor care le produc. De aceea s-a introdus mărimea numită eficacitate biologică relativă.

2. Eficacitatea biologică relativă (EBR) are următoarea formulă:

D_aX este doza absorbită la iradierea unui țesut viu cu radiație X de 200 keV, aleasă ca radiație standard.

D_ar este doza absorbită la iradierea unui țesut viu, în aceleași condiții, cu tipul de radiație considerat pentru a produce un efect biologic identic.

• Pentru radiații X, fotoni γ și electroni: EBR = 1;
• Pentru protoni: EBR = 5.
• Pentru neutroni rapizi: EBR = 10.
• Pentru particule alfa și alte nuclee: EBR = 20.

3. Doza biologică pentru un tip de radiație nucleară (D_b,r) este definită de relația:

D_b,r = EBR ∙ D_a

EBR este eficacitatea biologică a tipului r de radiație considerat
D_a este doza absorbită.

[D_b,r]_SI = Sv (sievert)

🔦 Observație

O unitate de măsură mai veche pentru doza biologică este rem (de la inițialele cuvintelor röntgen equivalent man):

1 rem = 10^-2 Sv.

Efectele biologice ale radiațiilor

Radioactivitatea naturală este constituită din radionuclizii prezenți în mediul înconjurător (aer, sol, apă, vegetație, organisme animale, inclusiv în om) din cele mai vechi timpuri, încă de la formarea planetei Pământ. Radiațiile gamma, emise de radionuclizii naturali existenți mai ales în sol, aer şi materialele din care sunt construite locuințele, iradiază întregul organism al omului cu o doză efectivă care a fost calculată la valoarea medie de 0,46 mSv (milisievert) pe an pentru fiecare cetățean din România. Această valoare poate cunoaște variații foarte mari în funcţie de o serie de factori: geologia solului, structura clădirilor şi timpul de staționare în locuință.Totuși este de reținut faptul că nivelul de expunere la radiația naturală poate varia foarte mult, în principal datorită tipului de roci din care este format substratul geologic.

Se poate spune că populația ţării noastre primește o doză efectivă anuală de cca 2,27 mSv de la radiațiile de origine naturală, la care se adaugă 0,33 mSv pe an de la sursele artificiale.

Toate materialele de construcție (lemn, cărămidă, beton, materiale de izolație, materiale plastice etc.) îşi au originea în crusta terestră şi conțin concentrații foarte reduse de elemente naturale radioactive, în special uraniu, radiu şi thoriu. Dintre materialele de construcție, lemnul are cel mai redus conținut de radiu (implicit de radon), iar cărămida, betonul, gresia şi faianța au valorile cele mai ridicate.

Radonul este un gaz inert, care se formează din dezintegrările radioactive în condiții naturale în rocile specifice fiecărui substrat geologic, dar poate fi emanat şi de materialele de construcție folosite la clădiri. Faptul că majoritatea oamenilor staționează 75 – 80% din timpul lor în interiorul clădirilor (locuințe, birouri, săli de spectacol sau de sport etc.) îi protejează parţial de radiația cosmică și de cea terestră (din sol), dar îi expune acțiunii radonului acumulat în încăperile neaerisite sau închise etanș.

1. Sursele naturale de radiații

Majoritatea radiațiilor îşi au originea în mediul natural şi constituie fondul natural de radiații.

Omul este permanent expus la următoarele radiații ionizante naturale:

- Radiația cosmică – particule de energie înaltă (nuclee grele, particule alfa, protoni și electroni) şi radiații gamma provenite din spațiul cosmic, care bombardează Pământul în mod continuu. Doza de radiație cosmică primită este influențată de altitudine, de condițiile atmosferice și de câmpul magnetic al Pământului.

- Radiația terestră – se datorează substanțelor radioactive (uraniu, toriu, potasiu), care există în roci şi sol. Doza de radiații din surse terestre variază mult pe suprafața globului datorită distribuției neomogene a elementelor radioactive naturale în scoarța pământului. De exemplu, România are o iradiere naturală de 2,27 mSv/an, iar țări ca India, Brazilia, Congo și Suedia au 20 mSv/an.

- Radon – element radioactiv în stare gazoasă, existent în mediu, care are o contribuție majoră la fondul natural terestru de radiații.

- Radiația naturală din interiorul organismului – radionuclizi pătrunși în organism prin inhalare (radon), ingestie (potasiu-40) sau prin piele.

Este important de semnalat faptul că însuşi omul creează o radioactivitate naturală suplimentară prin activitatea socio-economică – exploatări miniere, materiale de construcții.

2. Sursele artificiale de radiații

Expunerea la radiații provenite din surse artificiale este rezultatul:

- expunerii medicale – include expunerea persoanelor supuse examinărilor de diagnostic, procedurilor intervenționale şi radioterapiei. Utilizarea radiațiilor în medicină constituie cea mai importantă sursă artificială de expunere la radiații a populației.

- expunerii la alte surse create de activitatea umană, cum ar fi testarea armamentului nuclear în atmosferă, producerea energiei electrice în centralele nucleare, utilizarea industrială a radiațiilor, transportul şi depozitarea materialelor nucleare, mineritul, zborul cu avionul la altitudine mare, cadranele luminescente ale ceasurilor, ecranele televizoarelor etc.

O persoană normală, care nu este expusă unor surse suplimentare naturale sau artificiale de radioactivitate, primește o doză a radiației naturale între 2 şi 3 mSv pe an.

Medicina nucleară, o parte importantă a aplicațiilor medicale ale radiațiilor ionizante, a cunoscut o deosebită dezvoltare în ultimele decenii. Aceasta permite stabilirea de diagnostice medicale și tratamente moderne pentru un număr mare de boli, inclusiv pentru unele dintre cele mai grave și mai frecvente precum cancerul, bolile cardiovasculare și bolile cerebrale.

Ramurile medicinei care utilizează surse de radiație includ:

• medicina nucleară, în care se folosesc radioizotopi pentru diagnosticare și tratament;
• imagistica radiologică, care utilizează raze X pentru diagnosticare : radiografii, tomografii (CT), osteodensitometria, ablații (îndepărtarea unei tumori), angiografii etc.;
• radioterapia, care folosește surse de radiație pentru tratarea cancerului.

🔦 Observație

Nu trebuie să privim cu frică investigațiile imagistice bazate pe radiații, beneficiul acestor teste fiind, de multe ori, cu mult mai important decât riscurile. Dar este cât se poate de recomandat să apelăm, dacă este posibil, la investigații neiradiante, la ecografie sau la imagistica prin rezonanță magnetică (RMN).

Efectele radiațiilor asupra sănătății oamenilor

Nivelul natural al radiațiilor nucleare este de 2-3 mSv pe an. Sindromul de iradiere acută apare când este cu mult depășită doza naturală a radiațiilor.

100 rem = 1 Sv = 1000 mSv

Dozele de la care apare sindromul de iradiere acută sunt:
• 250 mSv: celulele albe pot scădea temporar, este afectată măduva osoasă;
• 500 mSv: risc crescut de infecții, este afectat sistemul gastrointestinal;
• 2000 mSv: greață, amețeală, posibil vomă, este afectat SNC;
• 3000 mSv: iradiere puternică, sângerare bucală, sub piele, în rinichi;
• 4000 mSv: 60 % mortalitate după 30 de zile;
• 6000 mSv: măduva osoasă este aproape/complet distrusă, mortalitate 100 % după 14 zile;
• 10000 mSv: mortalitate 100 % după 7 zile.