10.3: Випромінювання та його вплив на ДНК
- Page ID
- 5844
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
Для біологів найбільш значущими формами випромінювання є світло, тепло, іонізуюче випромінювання. Іонізуюче випромінювання може проникати в клітини і створювати іони в клітинному вмісті. Вони, в свою чергу, можуть спричинити постійні зміни ДНК (тобто мутації). Іонізуюче випромінювання включає рентгенівські промені, гамма-промені, нейтрони, електрони («бета-частинки») і альфа-частинки (ядра гелію).
Одиниці виміру
- rad: Рад являє собою певну дозу енергії, поглиненої 1 грамом тканини. Це одиниця концентрації. Отже, якби ми могли рівномірно піддавати все тіло радіації, кількість отриманих рад була б однаковою, чи ми говорили про одну клітину, орган (наприклад, яєчник) або все тіло (так само, як концентрація солі в морській воді однакова, чи вважаємо ми чашку або цілий океан).
- rem: Деякі форми випромінювання є більш ефективними, ніж інші, передаючи свою енергію клітині. Щоб мати рівне ігрове поле, зручно множити дозу в радах на коефіцієнт якості (Q) для кожного типу випромінювання. Отримана одиниця є rem («r oentgen- e еквівалентний m an»). Таким чином, rem = рад х Q. Рентгенівські промені і гамма-промені мають Q близько 1, тому поглинена доза в РАДС однакова кількість в rems. Нейтрони мають Q близько 5, а альфа-частинки мають Q близько 20. Поглинена доза, скажімо, 1 рад з них еквівалентна 5 rem і 20 rem відповідно.
- Сіверт (Sv) і сірий (Gy): Незважаючи на роки високоякісних досліджень, про які повідомляється в rems і millirems (mrem, 10 -3 rem), Міжнародна комісія з радіаційних одиниць та вимірювань хоче, щоб ми відмовилися від рад на користь сірого (Gy), одиниця в 100 разів більше. Аналогічно, rem повинен бути замінений на зіверт (Sv), знову так, щоб 100 rem = 1 Sv. Тому я спробую висловити всі дози опромінення в одній одиниці, мілізіверт (мЗв).
| Використовується для руйнування кісткового мозку при підготовці до трансплантації мозку (дається протягом декількох днів) | 10 000 |
| Орієнтовна летальна доза («ЛД 50 «), якщо немає лікування і дається всьому організму за короткий період | 4 500 |
| Викликає променеву хворобу (при поглинанні за короткий період) | >1,000 |
| При доставці в разовій дозі збільшує ризик розвитку раку на 1% | 100 |
| Збільшення довічної дози для найбільш схильних людей, які живуть поблизу Чорнобиля | 430 |
| Річна доза (без урахування природного фону) дозволена для працівників радіації США | 50 |
| Середня річна доза (без урахування природного фону) для медичних рентгенівських техніків | 3.2 |
| Максимально допустима річна доза (без урахування природного фону та медичного впливу) для широкої громадськості | 1.7 |
| Середньорічна доза природного фонового випромінювання, по всьому світу | 2.4 |
| Природний фон, Бостон, Массачусетс, США (на рік) (за винятком радону) | 1.02 |
| Природний фон, Денвер, Колорадо, США (на рік) (без урахування радону) | 1.8 |
| Додаткова річна доза, якщо ви живете в цегляному, а не дерев'яному будинку | 0,07 |
| Річна доза в деяких будинках в Рамсарі, Іран | >130 |
| Середня доза для людини, яка живе в межах 10 миль острова (TMI), спричиненої аварією 28 березня 1979 | 0,01 |
| Найбільш сильно схильна людина (рибалка) поблизу ТМІ | <1.0 |
| Орієнтовна доза, отримана людиною, яка проводить 1 рік біля огорожі, що оточує атомну електростанцію | 0,001—0,006 |
| Середня доза для кожної людини в США населення від атомних електростанцій (на рік) | 0,00002 |
| Отримано мозком під час набору зубних рентгенівських променів | 0,005 |
| Отримано товстою кишкою під час барієвої клізми | 15 |
| Отримано легенями під час рентгенівського знімка грудної клітини | 0,01—0,15 |
| Скринінгова мамографія | 0.5 |
| Загальна доза, отримана людьми, які проживають біля атомної електростанції Фукусіма Дайічі в Японії протягом першого року після того, як реактори були пошкоджені руйнівним цунамі. | 12—25 |
| Доза з типового набору комп'ютерної томографії всього тіла (КТ) | 20 |
| Серцевий стрес-тест з використанням радіоактивного талію | 36 |
| Типова доза, отримана черевною порожниною під час КТ для діагностики апендициту | 10 |
| Типове сканування ПЕТ | 14,0 |
| Авіакомпанія, що перетинає США | 0,04 |
| Екіпаж літає регулярно між Нью-Йорком і Токіо (на рік) | 9 |
| Погодинна доза до шкіри, що тримає шматок оригінальної «Fiesta Ware» (бренд кераміки) | 2—3 |
| Річна доза для кожної людини в США населення від випадання (колишні випробування зброї плюс Чорнобиль) | 0.0006 |
Розрахункова середньорічна радіаційна експозиція з різних джерел (в мілізівертах) жителя США (сумарно = 5,86 мЗв). Індивідуальний вплив, особливо до радону та медичних джерел, сильно варіюється від цих середніх значень. Використання медичної візуалізації в Сполучених Штатах (близько 67 мільйонів КТ були проведені тут в 2006 році) значно зросла в останні роки. Що стосується радону, то тільки легені піддаються впливу, оскільки альфа-частинки, що виділяються радоном, не можуть проникати в інші тканини. (Дані Національної ради з радіаційного захисту та вимірювань, Bethesda, MD.)
Випромінювання фону
Близько 27% нашого річного опромінення радіації припадає на фонове випромінювання (рис. 10.3.1) і походить від трьох первинних джерел:
- Космічне випромінювання (0,27 мЗв). Значення збільшується з висотою, тому доза для людей в Денвері, штат Колорадо, становить близько 0,50 мЗв.
- Гірські породи і грунт (0,28 мЗв). Це значення залежить від геології регіону: люди в Луїзіані отримують всього 0,15 мЗв/рік; люди на плато Колорадо (включаючи Денвер!) отримати 1,4 мЗв/рік.
- Зсередини тіла (0,4 мЗв). Велика частина цього походить від калію-40. Близько 0,02% калію в природі знаходиться у вигляді радіоактивного ізотопу 40 К. Жива тканина не може розрізняти радіоактивну і нерадіоактивну версії, тому ті ж 0,02% загального калію в організмі (близько 1,7 г у 70-кг людини) є радіоактивним.
