VRSTE ZRAÈENJA I NJIHOVI EFEKTI NA BIOLOŠKE SISTEME Ranko KLJAJIÆ Nauèni institut za veterinarstvo, 21000 Novi Sad, Rumenaèki put 6 Fax ++381(0)21/317-544, e-mail ranko@niv.ns.ac.yu IZVOD Zraèenje u fizikalnom smislu predstavlja tokove èestica ili kvanata energije, a jedinstveni efekat svih tipova zraèenja je njihiva interakcija sa sredinom kroz koju prolaze. Na osnovu osobine pojedinih tipova zraèenja izveden je niz pojmova koji opisuje predaju energije zraèenja sredini kroz koju prolazi. Stvarna depozicija energije zraèenja odvija se na mikroskopskom nivou pa su njeni znaèajni recipijenti makromolekularne æelijske strukture (molekule DNK i proteina), intra i ekstra celularna teènost kao i ostali gradivni sastojci æelije. Na ovoj relaciji postoje dve kategorije problema: u prvu kategoriju spada fizièka interakcija zraèenja sa materijom i energetska kvantifikacija ove reakcije, dok drugu kategoriju èine aspekti biološkog dejstva, što je vrlo kompleksan problem jer se javljaju uticaji veæeg broja razlièitih faktora. Biološki efekti zraèenja ostvaruju se na dva naèina: direktno i indirektno. Direktni efekat zraèenja je posledica interakcije i/ili cepanja hemijskih veza izmeðu bioloških molekula, energijom zraèenja, a indirektni efekat je rezultat produkcije visokoreaktivnih hemijskih jedinjenja nastalih delovanjem zraèenja na æelijski i meðuæelijski vezanu vodu. Molekularno-celularne lezije nastale kao rezultat akcije zraèenja izazivaju celi niz molekularnih reakcija èija je krajnja konsekvenca ili kompletna reparacija ili bioloska posledica. Šta æe biti krajnja konsekvenca zavisi od niza faktora koji se mogu grupisati u faktore vezane za zraèenje i faktore vezane za biološke osobine molekula, æelija, tkiva, organa i organizma u celini. Biološki efekti koje izazivaju pojedini tipovi zraèenja, razlikuju se kvalitativno i kvantitativno. Postojanje razlika u biološkoj efikasnosti pojedinih tipova zraèenja objašnjava se èinjenicom da se transferi energije dešavaju sa razlièitim prostornim koncentracijama. U radu je dat pregled vrsta zraèenja, njihovih osnovnih fizièkih karakteristika i efekata na biološke sisteme.
KINDS OF RADIATION AND THEIR EFFECT ON BIOLOGICAL SYSTEM Ranko KLJAJIC Scientific Veterinary Institute "Novi Sad", Novi Sad Fax ++381(0)21/317-544, e-mail ranko@niv.ns.ac.yu SUMMARY Radiation, in physical sense, presents stream of particles or quantitative energy. Unique effect of all types of radiation is their interaction with the environment through which they pass. On the basis of their characteristics, some types of radiation derive from notions that describe transmission of radiation energy to the environment through which it passes. Real deposition of radiation energy is performed on microscope level, so their important recipient are macromolecular cell structures (molecules of DNA and proteins), intra and extra cellular liquid as well as other elements of cells. Regarding this problem there are two categories: to the first category belong all physical interaction of radiation with the matter and energetic quantification of this reaction, while to the second category belong all the biological aspects of radiation, what makes the problem very complex since many factors influence. Biological effect of radiation is realized in two ways: directly and indirectly. Direct effect of radiation is a consequence of interaction and/or split of chemical bound between biological molecule, radiation energy; indirect effect is result of production of highly reactive chemical compounds as a consequence of radiation on cell and inter-cell bounded water. Molecular and cellar lesions that appeared as a result of action produce a number of molecular reactions and the final outcome is total consequence or complete reparation or biological result. What is the final consequence depends on a series of factors that can be grouped according to radiation and the factors that are bound to biological characteristics of molecules, cells, tissues, organs and organism as a whole. Biological effects that are caused by certain kind of radiation have qualitative and quantitative differences. These differences in biological efficacy of certain types of radiation are explained by the fact that energy transfer is happening in different area of concentration. In the paper is given an overview of different kind of radiation, their basic physical characteristics and effects on biological systems.
UVOD Živi svet u prirodi je od nastanka bio izložene razlièitim vrstama i dozama zraèenja. Meæutim, prouèavanja efekata razlièitih doza zraèenja veæih od njihovog prirodnog nivoa, kojima su izložene jedinke ili populacije u celini, dobila su na znaèaju tek razvojem izvora zraèenja koje je èovek stvorio. Interesovanje istraživaèa u poèetku je bilo usmereno na preživljavanje odraslih jediniki i jedinki u ranom stadijumu razvoja, nakon visokih akutnih doza zraèenja. Veæina podataka odnosila se na mortalitet, somatske i genetske efekte nakon jednokratnog akutnog ili višekratnog i frakcioniranog ozraèivanja relativno visokom dozom. Nažalost, veæina eksperimenata je raðena pod veoma razlièitim uslovima i za razlièite vremenske periode, pa je uporeðivanje rezultata za razlièite populacione grupe vrlo diskutabilno (1). U svim istraživanjima, bez obzira na vrstu, kolièinu i naèin oslobaðanja zraèenja u okolinu, potencijalna izloženost ljudi je uvek bila od primarnog znaèaja, a efekti zraèenja na populacije organizama ili ekosistem su bili sekundarni problem. U cilju zaštite ljudi uloženi su znaèajni napori da se proceni doza i granice doza, a uèinjeni su i neki pokušaji da se definišu granice za zaštitu ekosistema. Doze su merene na odreðenim lokaciji i ekstrapolirane na populaciju ili su doze hipotetièke individue izraèunavane na bazi merenja zraèenja u okolini. Ipak, varijacije brojnih faktora okoline i njihova meðuzavisnost, doprinosi kompleksnosti problema procene doze i sigurnosti, kada su u pitanju populacije u prirodi (4). Poslednjih godina, veæina istraživaèa u svetu dolazi do zakljuèka da je hronièna dugotrajna izloženost zraèenju iz prirode u nivoima višim od prirodnog fona prisutnija a time i znaèajnija od izloženosti visokim akutnim dozama. Prema dostupnim podacima, manje od 10% svetske literature o efektima zraèenja bavi se hroniènim dugotrajnim efektima, a samo mali broj studija se bavi biološkim efektima na populacije u životnoj sredini (17,18,20). POREKLO ZRAÈENJA Zraèenje kao fizièki fenomen vezan je za atom od èije strukture zavisi naš ukupni život i koji su osnovni gradivni elemet materije odnosno svega poznatog u prirodi. Mada je još u IV veku pre nove ere Demkrit izmislio reè atom (grèki izraz za»nedeljiv«) i tvrdio da je sve skup atoma spojenih na zamršen naèin pa èak i mi sami (»Ništa ne postoji osim atoma i praznine.«), struktura atoma zbog svoje mikro velièine je upoznata tek mnogo vekova kasnije. Naime sto miliona atoma poreðani jedan do drugog bili bi dugaèki tek kao jagodica malog
prsta, a samo jezgro atoma je još stohiljada puta manje mada je u njemu koncentrisna skoro cela masa atoma. Danas se zna da atom nije nedeljiv i da se sastoji od elektrona i elementarnih èestica protona i neutrona. Tipièan atom je okružen nekom vrstom elektronskog oblaka koji èine elektroni kao nosioci negativnog elektriènog naboja i koji su nosioci hemijskih osobina pojedinih atoma. Duboku unutar atoma, skriveno ispod elektronskog oblaka, nalizi se jezgro koje se sastoji od pozitivno nabijenih protona i elektrièki neutralnih nautrona. Da ne bi upali u zamku i tvrdili da elementarne èestice protoni i neutroni nisu dalje deljivi, dans fizièari predlažu model po kome se i oni sastoje od još elementarnijih èestica, takozvanih kvarkova. Kako najveæi deo atoma èini prazan prostor ispalo bi da se materija sastoji zapravo ni od èega. Meðutim, postojanje elektronskog oblaka koje je nosilac negativnog naboja izmeðu kojih vladaju vrlo jake elektriène sile i jezgra kao nosioca pozitivnog naboja izmeðu kojih vladaju vrlo jake nuklearne sile èine danas poznatu materiju. Ako bi se kojim sluèajem iskljuèili elektrièni naboji, sve bi se raspalo u nevidljivu finu prašinu. Bez elektriènih sila, u èitavom univerzumu na bi postojale stvari, veæ samo difuzni oblaci elektrona, protona i neutrona, i gravitaciono vezane sfer elementarnih èestica, odnosno bezlièni ostatci svetova. Ukupan broj atoma koji saèinjavaju naše telo je oko 10 28, a ukupan broj elementarnih èestica (protona, neutrona, elektrona) u delu svemira koji možemo videti je oko 10 80. Danas na Zemlji postoje devedeset dve hemijski razlièite vrste prirodnih atoma koji se nazivaju hemijski elementi, a donedavno se iskljuèivo sve na našoj planeti sastojalo od njih uglavnom u obliku molekula. Atomi se u osnovi sintetizuju u unutršnjosti zvezda iz kojih se vraæaju meðuzvezdani prostor. U suštini nastanak atoma je posledica termonuklearne reakcije u unutršnjosti zvezda gde se vodonik fuzijom pretvara u helijum, helijum u ugljenik, ugljenik u kiseonik itd. Time su poreklo i evulucija života najintimnije povezani sa poreklom i evolucijom zvezda, a mi smo u suštini graðeni od zvezdane materije. Kada je kroz evoluciju svemira zasijalo naše Sunce, njegovo ultravioletno zraèenje je prodrlo u atmosferu Zemlje, sunèeva toplota je prouzrokovala munje, a ovi izvori energije stvorili su složene organske molekule koje su postale izvor života. Naime, život na Zemlji gotovo iskljuèivo pokreæe sunèeva svetlost. Biljke prikupljaju fotone i pretvaraju solarnu energiju u hemijsku energiju. Zato se sa pravom kaže da poljoprivreda predstavlja žetvu sunèeve svetlosti pri èemu se koriste biljke kao loši posrednici. Pored toga i mutacije putem kojih priroda odabira svoje nove životne oblike, delimièno su izazvane kosmièkim zraèenjem visokoenergetskim èesticama koje bivaju
izbaèene gotovo brzinom svetlosti prilikom eksplozija supernovih zvezda. Naime, dans je poznata èinjenica da su za vreme cele istorije života na Zemlji kosmièke zrake (uglavnom elektroni protoni) bombardovali Zemlju. Zato se sa pravom može predpostaviti da su možda neki kljuèni koraci evolucije genetskog koda, ili kambrijska eksplozija, ili dvonožni stas naših predaka, pokrenuti upravo kosmièkim zraèenjem. Mnogi alhemièari su verovali da se materija sastoji od èetiri osnovna sastojka: vode, vazduha, zemlje i vatre, kao i da bi menjanjem relativnih odnosa kolièina, na primer, zemlje i vatre, bilo moguæe pretvoriti bakar u zlato. Meðutim po današnjim shvatanjima ni jedan od èetiri starogrèka i alhemijska elementa nije u opšte hemijski element: voda je molekul, zemlja i vazduh mešavina molekula, a vatra je plazma. IZVORI I VRSTE ZRAÈENJA U osnovi izvori zraèenja se dele na priordne i veštaèke. Glavni prirodni izvor zraèenja predstavlja celokupna vaseljena sa približno sto milijardi galaksija (10 11 ) od kojih se svaka u proseku sastoji od sto milijardi zvezda i oko 10 22 (deset milijardi biliona) planeta. Sa aspekta naše male planete Zemlje, koja èini tek zrno peska u kosmièkom okeanu, veæina prirodnog zraèenja dolazi iz kosmosa, a deo potièe i od same planete Zemlje. Zato je uobièajeno da se za prirodno zraèenje koristi termin kosmièko zraèenje i terestrijalno zraèenje, a uprava to prirodno zraèenje iz vasione smatra se glavnim izvorom koji je uslovio pojavu života na Zemlji. Vaštaèki izvori zraèenja su vezani za èovekovu delatnost, a èovek je na bazi spoznaje o krakteristikama prirodnih zraèenja konstruisao mašine koje mogu proizvesti veæinu danas poznatih vrsta zraèenja. Na osnovu fizièkih karakteristika zraèenje se deli u dve osnovne grupe od kojih svaka ima svoje specifiène karakteristike i podgrupe. Prvu grupu èine jonizujuæa zraèenja èija je osnovna karakteristika jonizacija sredine kroz prolaze, a drugu grupu nejonizujuæa zraèenja èija energija nije sposobna da izazove jonizaciju materije. U grupu jonizujuæih zraèenja spadaju kosmièko zraèenje (protonsko, neutronsko, gama, elektronsko, X), i terestrijalno zraèenje (alfa, beta, gama). Pored ova dva osnovna prirodna izvora jonizujuæih zraèenja i èovek je svojom aktivnošæu proizveo i èitav niz veštaèkih izvora jonizujuæih zraèenja od rentgenskog aparata do nuklearnih centrala i nuklearnog oružja.
U grupu nejonizujuæih zraèenja spadaju: ultraljubièasto zraèenje (UV); vidljiva svetlost; infracrveno zraèenje (IC); elektromagnetna polja krajnje niskih frekvencija (ELF). Bez obzira na izvor i vrstu sva zraèenja ustavri predstavljaju elektromagnetni spektar razlièite frekvencije, talasne dužine i energije fotona. Elektromagnetni spektra sa osnovnim karakteristikama za pojedine vrste zraèenja dat je u tabeli 1. Tabela 1. Frekvencije talasnih dužina i energije fotona pojedinih vrsta elektromagnetnih zraèenja (7). Vrsta zraèenja Frekvencija Talasna dužina Energija fotona Jonizujuæe zraèenje >300 THz <100 nm >12,40 ev UV zraèenje 3000 750 THz 100 400 nm >12,40-3,10 ev Vidljiva svetlost 750 385 THz 400 780 nm 3,10 1,59 ev IC zraèenje 385 0,3 THz 0,78 1000 µm 1590 1,24 mev Radifrekventna zraèenja 300 GHz 3 khz 1 mm 100 km 1,24 mev 12,4 pev *ELF frekvencije <0,3 khz >1000 km <1,24 pev *ELF elektromagnetna polja krajnje niskih frekvencija Oblast primene zraèenja je veoma raznovrsna i teško je navesti sve oblike ljudske delatnosti u kojima se ona koriste. Uporedo sa njihovom sve širom primenom pojavio se i problem prouèavanja štetnih efekata ovih zraèenja na ljudski organizam, kao i problem zaštite od njihvog štenog dejstva (7). OSNOVNE FIZIÈKE KARAKTERISTIKE JONIZUJUÆIH ZRAÈENJA Jonizujuæe zraèenje u fizikalnom smislu predstavlja tokove èestica ili kvanata energije, a jedinstveni efekat svih tipova zraèenja je jonizacija sredine kroz koju prolaze. Na osnovu ove osobine pojedinih tipova zraèenja izveden je pojam LET-a (Linear Energy Transfer) koji opisuje predaju energije zraèenja sredini kroz koju prolazi. Od strane International Comission Radiation Protection (ICRP), LET je definisan kao koliènik de/dl, gde je de proseèna energija lokalno predata medijumu od strane èestice, u liniji skretanja dl. Jedinica za LET je
KeV/µm. Proseèna vrednost LET-a za 250 kvp X-zrake je oko 2 KeV/µm, dok za teško naelektrisane èestice iznosi 100-2000 KeV/µm ili više (17). BIOLOŠKI EFEKTI JONIZUJUÆIH ZRAÈENJA Stvarna depozicija energije jonizujuæeg zraèenja odvija se na mikroskopskom nivou pa su njeni znaèajni recipijenti makromolekularne æelijske strukture: molekule DNK i proteina. Na ovoj relaciji postoje dve kategorije problema: u prvu kategoriju spada fizièka interakcija zraèenja sa materijom i energetska kvantifikacija ove reakcije, dok drugu kategoriju èine aspekti biološkog dejstva, što je vrlo kompleksan problem jer se javljaju uticaji veæeg broja razlièitih faktora. Pošto svaki hromozom èini jedna DNK molekula, prekid u njenom kontinuitetu izazvaæe strukturnu promenu hromozoma. Veæ poslije poèetnih citogenetskih opservacija primeæeno je da postoji zavisnost hromozomskih aberacija od doze zraèenja (Slika 1). Virusi Mekušci Protozoe Bakterije Primitivne biljke (mahovina, lišaj, alge) Insekti Ljuskari Gmizavci Amfibije Ribe Više biljke Ptice Sisari 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 Akutna letalna doza (Gy) Slika 1. Rasponi akutnih letalnih doza jonizujuæih zraèenja za razlièite organizme. Najznaèajnije biološke posledice indukovane zraèenjem su: taèkaste mutacije, hromozomske aberacije, æelijska smrt i onkogena transformacija. Najšire studirana je mitotska ili kasna smrt koja se dešava u æelijama epitelijalnog, mezenhimalnog ili adenomatoznog porekla neko vreme posle zraèenja (13,14). Ona se manifestuje kao mitotska greška èak i
posle malih doza zraèenja. Greška u deobi ili reproduktivna smrt je postala klasièna definicija prema kojoj æelija koja je nesposobna da formira kolonije se razmatra kao "mrtva" æelija (15,16). Druga vrsta æelijske smrti je intermitotska ili interfazna smrt koja se dešava 3-6 sati posle zraèenja. Ovaj tip æelijske smrti je karakteristika limfoidnih æelija i organa koji sadrže velike limfocitne populacije kao što su limfni èvorovi, slezena i timus, u kojima se ova smrt dešava nezavisno od mitoze. Interfazna smrt je predmet izuèavanja znaèajnog broja studija. Nedavno je utvrdjeno da postoji takozvana altruistièka (nesebièna) smrt æelije koja se dešava programiranim procesima u teško osteæenim æelijama. Svrha ove smrti je zaštita organizma kao celine tj. æelija vrši "samoubistvo" da ne bi osteæenje koje nosi imalo negativne posledice po organizam kao celinu. Ova vrsta smrti je posebno karakteristièna za tzv. Matiène æelije èije bi eventualno ošteæenje moglo imati znaèajne posledice po organizam. Mehanizam aktivacije procesa koji dovode do "altruistièke smrti" æelije se obavlja procesima aktivacije enzima endonukleaza koji degrdiraju DNK molekulu. Ima dokaza po kojima su i limfociti ukljuèeni u procese interfazne smrti na opisani naèin (17). Sposobnost æelija da se repopulišu i zamene æelije ošteæene zraèenjem kao i da usklade regeneraciju tkiva i organa je bez sumnje nasledno svojstvo organizma. Kod regeneracije tkiva, veliki broj gena koji nose faktore rasta ukljuèeni su i doprinose direktno regeneraciji tkiva, ali molekularni signali koji iniciraju proces nisu još uvek dovoljno objašnjeni i trenutno se dosta radi na tom problemu. Æelije ukljuèene u repopulaciju i deobu mogu biti æelije koje se nikad ne diferenciraju, kao što su primordialne klicne æelije, prekursne æelije ili neke druge vrste æelija koje se "stavljaju sa strane" za vreme perioda ranog razvoja ili æelije koje su se dediferencirale ili trans-diferencirale. Ako organizmi imaju kapacitet za izmenu æelija, radijaciono ošteæenje uoèeno na nivou celog organizma može biti maskirano (9-12). Kao što je poznato, æelijska deoba je praæena æelijskom specijalizacijom ili specifikacijom, procesom kojim se uspostavlja fatum æelija, a posledice su instaliranje razlièitih modela genske ekspresije. Važno je poznavati mehanizme æelijske specijalizacije, tj. znati kako se æelija deli na dve æelije sa istim genomom, ali sa razlièitim funkcijama, i eventualno postaje deo nekog odreðenog tkiva ili organa (18,19). O izvorima, karakteristikama, vrstama i biološkim efektima jonizujuæih zraèenja napisane su brojne studije, ali s obzirom na raspoloživi prostor i karakter ovog skupa o voj vrsti zraèenja nije moguæe detaljnije elaboriranje.
OSNOVNE FIZIÈKE KARAKTERISTIKE NEJONIZUJUÆIH ZRAÈENJA Pod pojmom nejonizujuæa zraèenja podrazumevaju se svi oblici elektromagnetnog zraèenja koje u interakciji sa meterijom nemaju dovoljno energije sposobne da izazove jonizaciju. Prema opštoj definiciji, nejonizujuæa zraèenja odnose se na deo elektromagnetnog spektra èija je nergija fotona manja od 12 ev (ev je najmanja jedinica naelektrisanja koju nosi jedan elektron). Ova vrsta zraèenja obuhvata sva elektromagnetna zraèenja koja u vakumu imaju talasnu dužinu veæu od 100 nanometara (10-7 m). Uobièajeno je da se elektromagnetni talasi sa niskim frekvencijama oznaèavaju prema frekvencijama, a pri visokim frekvencija prema talasnim dužinama. Pri tome frekvencija se izražava u hercima (Hz), a talasna dužina u metrima (m). Tako na primer frekvencija od 60 Hz ima talasnu dužinu od 6000 km, a frekvencija od 300 gigaherca (GHz), talasnu dužinu od 1 mm. Pored navedenog, sa aspekta fizièkih karakteristika nejonizujuæih zraèenja bitna je i korelacija izmeðu energije fotona i frekvencije, odnosno talasne dužine (6). U zavisnosti od talasnih dužina, odnosno frekvencija u nejonizujuæa zraèenja spadaju: ultraljubièasto zraèenje (UV); vidljiva svetlost; infracrveno zraèenje (IC); elektromagnetna polja krajnje niskih frekvencija (ELF). Jedan deo spektra nejonizujuæih zraèenja (UV, vidljiva svetlost i IC) može da se manifestuje i u obliku koherentnih snopova zraèenja (kvantni generatori laseri), i u tom sluèaju oni predstavljaju nosioce energije èija koncentracija može biti veoma visoka. Iz pragmatiènih razloga u nejonizujuæa zraèenja, posebno kada je u pitanju zaštita, ukljuèena su i elektrostatièka i magnetna polja, kao i mehanièki ultrazvuèni talasi (mada ne pripadaju nejonizujuæim zraèenjima) i to zbog svojih bioloških efekata i problema zaštite, koji su vrlo slièni onima kod elektromagnetnog zraèenja. BIOLOŠKI EFEKTI POJEDINIH VRSTA NEJONIZUJUÆIH ZRAÈENJA Biološki efekti koje izazivaju pojedine vrste nejonizujuæih zraèenja znaèajno se razlikuju i zavise od više faktora koji se mogu grupisati u tri kategorije (7): faktori vezani za karakteristike izvora zraèenja; faktori vezani za modalitete ekspozicije; faktori vezani za biološke karakteristike.
U faktore vezane za karakteristike izvora zraèenja spadaju: dimenzije izvora (taèkasti ili zapreminski); frekvencija emitovanog zraèenja (ili njegova talasna dužina) koja uslovljava prodiranje zraèenja u tkiva; intenzitet ili gustina snage ili snopa; naèin emitovanja zraèenja (koherentno ili nekoherentno, kontinuirano ili pulsno). U faktore vezane za modalitete ekspozicije spadaju: trajanje ekspozicije i negova vremenska raspodela (kontinuirana ili intermitentna ekspozicija); rastojanje od izvora (izuzev u sluèaju ekspozicije laserskom zraèenju); prostorna distribucija ekspozicije (potpuna ili delimièna ekspozicija organizma). U faktore vezane za biološke karakteristike spadaju: æelijski ili molekularni sastav izloženih tkiva; fiziološke karakteristike tkiva (prokrvljenost aku su u pitanju termièki efekti); elektrièjka svojstva tkiva; dimenzije tkiva; funkcionalni znaèaj tkiva ili organa koji su izloženi. U zavisnosti od uslova ekspozicije izloženost ljudi zraèenjima se deli u tri grupe: profesionalna ekspozicija; ekspozicija stanovništva; medicinska ekspozicija. Profesionalna ekspozicija: odnosi se na punoletna lica koja u toku svoje profesionalne delatnosti sa izvorima zraèenja mogu biti akutno ili hronièno ozraèena. Ekspozicija stanovništva: odnosi se na pojedince, ukljuèujuæi sve starosne kategorije, koji u toku celog života mogu biti izloženi pojedinim vrstama zraèenja. I pored toga što je nivo ozraèivanja pojedinaca iz stanovništva u pravilu nizak, broj ozraèenih lica i dužina ekspozicije mogu predstavljati znaèajnu kolektivnu ekspoziciju stanovništva u celini. Medicinska ekspozicija: odnosi se na ozraèivanje pacijenata podvrgnutih dijagnostièkoj ili terapijskoj primeni odreðenih izvora zraèenja. Sa aspekta bioloških efekata, od svih vrsta nejonizujuæih zraèenja, najmanje je nauènih saznanja o biološkim efektima radiofrekventnog zraèenja i ELF polja. Razlog za to
leži u èinjenici da ova saznanja još uvek nisu potpuna, a mišljenja struènjaka o mehanizmu nastanka tih efekata nisu jedinstvena. Naime, napredak u nauci i tehnologiji doprinosi promenama i u èovekovoj okolini, unoseæi nove faktore koji, pored koristi koje nove tehnologije donose, imaju i nepoželjne efekte. Naglo poveæanje broja elektriènih i elektronskih ureðaja, ukljuèujuæi i brzi porast telekomunikacionih sistema, upotreba u medicini i kuænoj upotrebi, poveæali su moguænost ekspozicije bioloških jedinki radifrekventnom i ELF poljima. Mnogi nauènici su još pre tri decenije upozoravali da æe èoveèenstvo uskoro uæi u eru»elektromagnetske polucije«životne sredine, koja se može uporediti sa današnjim hemijskim zagaðenjem, ukoliko se u skoroj buduænosti ne uvedu odgovarajuæi programi i metode kontrole (2,3). Celokupan spektar elektromagnetnog zraèenja, pa samim tim i radifrekventno zraèenje i ELF polja podleže opštim zakonima koje karakterišu: frkvencija izražena u hercima, period prostiranja, talasna dužina izražena u metrima i brzina koja je u slobodnom prostoru jednaka brzini svetlosti. Sa aspekta biološkog efekta važna je èinjenica da talasna dužina zavisi od svojstava sredine kroz koju se elektromagnetni talas prostire i menja se sa promenom sredine, dok frekvencija ostaje konstantna bez obzira na sredinu. Tako talasne dužine elektormagnetnih talasa u biološkom materijalu postaju znatno kraæe od njihovih vrednosti u vazduhu, a naroèito u onim biološkim sredinama koje sadrže veæu kolièinu vode (5). Radiofrekventno zraèenje pri prolazu iz jedne biološke sredine u drugu može biti reflektovano na granici izmeðu pojedinih slojeva, apsorbovano u odreðenom tkivu ili da prodre do dubljih slojeva, a apsorbovana energija može da se konvertuje u druge oblike energije. Najveæi deo energije pretvara se u toplotnu energiju, a moguæe su interakcije na mikroskopskom nivou (æelijska membrana, subcelularne strukture), koje izazivaju perturbacije u makromolekularnim biološkim sistemima, a nisu uslovljene zagrevanjem tela. Energija apsorbovanog zraèenja u biološkom tkivu uzrokuje direktne biološke ili biohemijske promene i predstavlja primarnu interakciju. Neposredni biološki efekti koji nastaju na mestu primarne interakcije mogu da indukuju ekundarne efekte. Ovi efekti po svojoj prirodi mogu da budu akutni i hronièni, a u mnogim sluèajevima potrebno je da protekne znatan vremenski period izmeðu primarne interakcije i pojave vidljivih bioloških efekata (8). U mnogim zemljama postoje odreðeni zakonski propisi ili uputstva koja regulišu pitanja normi ekspozicije iz oblasti radifrekventnog zraèenja. Meðutim, te norme se razlikuju i do sto puta. Od 1990. godine u našoj zemlji postoji standard o maksimalnim nivoima izlaganja radiofrekventnom zraèenju, koji se odnosi na ljude. Standard se primenjuje na sve oblike radifrekventnih talasa, pri èemu su utvrðeni maksimalni nivoi ekspozicije ljudi u
frekvnencijskom opsegu od 300 khz do 300 GHz (ne odnosi se na medicinsku dijagnostiku i terapiju, mikrotalasne i visokofrekventne grejne ureðaje). Elektrièna i magnetska polja krajnje niskih frekvencija ELF polja (Extremely low Frequency), èije se frekvencije nalaze izmeðu 30 i 300 Hz, a talasne dužine reda velièine više hiljada kilometara u interakciji sa biološkim sistemima indukuju elektriène struje. Jaèina indukcione struje proporcionalna je kolièini energije koju je opsorbovalo tkivo i raste sa jaèinom polja u kome se biološka jedinka nalazi. Ispitivanja su pokazala da su elektrièna polja koja su indukovana u unutrašnjosti organizma oko milion puta slabija u odnosu na površinu organizma (5). Mehanizam interakcije može da bude direktan (ekspozicija sme jedinke) i indirektan (kada se jedinka nalazi u blizini drugih tela). Magnetska polja mogu da stupaju u direktnu interakciju sa onim biološkim sistemima koji sadrže fero i ferimagnetske materijale. Kako tkiva ljudskog organizma ne sadrže magnetske materijale ona ne stupaju sa njim u direktnu interakciju, tako da za razliku od elektriènih polja magnetna polja prodire kroz ljudski organizam i ima isti intenzitet u telu kao i na njegovoj površini. Pošto ljudski organizam ima relativno visoku provodljivost, magnetsko polje u organizmu stvara indukovano elektrièno polje, a to polje stvarastruje koje cirkulišu unutar organizma (vrtložne struje). Mesto primarne reakcije ELF polja sa biološkim jedinkama je æelijska membrana, a utvrðeno je da utièu na hormonalnu sekreciju, jonsku izmenu kalcijuma u mozgu, imunorekativnost limfocita, ekscitabilnost neurona i rast nekih tkiva. Na osnovu podatak o ekspoziciji magnetskim poljima ELF frekvencije, zakljuèeno je da indukovane gustine struje manje od 10 ma/m 2 ne izazivaju nikakav znaèajan biološki efekat. Mehanizam magnetske indukcije sa živom materijom odnosi se i na statièka i na naizmenièna magnetska polja. Taj mehanizam izazivaju dve vrste interakcije: elektrodinamièka interakcija sa pokretnim elektrodama i Faradejeve struje. Elektrodinamièki efekti nastaju putem interakcije sa elektrolitima u pokretu, izazivajuæi stvaranje indukovanih elektriènih struja. Meðu brojnim efektima ELF polja opisani su stimulacija rasta kostiju, regeneracija nerava, æelijska diferencijacija, delovanje na jonsku izmenu i sintizu DNK, RNK i proteine (21). Postoje dva tipa magnetomehanièkih efekata koje statièka polja izazivaju u biološkim sistemima. To su magnetno-orjentacija i magnetomehanièka translacija. Utvrðeno je da kod nekih životinjskih vrsta postoji uroðena osetljivost na slabo magnetno polje i da male razlike u intenzitetu geomagnetnog polja Zemlje koriste za orjentaciju prilikom migracije i nalaženja
staništa. Razlog za to leži u siæušnim kritalima magnetita, magnetnog oksida gvožða koje sadrže u svom organizmu (delfin, losos, tunja, leptir). Na osnovu raspoloživih podataka došlo se do zakljuèka da kratkotrajna ekspozicija ljudskog organizma statièkim magnetskim poljima manjim od 2 T ne predstavlja zdravstveni rizik, a da ekspozicija naizmeniènim magnetskim poljima gustine magnetskog fluksa ispod 0,5 mt, pri frekvenciji od 50 ili 60 Hz ne izaziva znaèajan biološki efekat (21). ZAKLJUÈAK Do pre jednog veka ekspozicije populacije svim vrstama zraèenja bila je ogranièena samo na prirodne izvore. Tokom poslednjih pedeset godina došlo je do znaèajnog poveæanja broja i vrste ureðeja koja proizvode razlièite vrste zraèenja i jaèine koje su i po nekoliko redova velièina veæe od jaèine prirodnih izvora. Poveæano korišæenje tih ureðaja od industrije, nauke, medicine, poljoprivrede i dr., poveæalo je moguænost ekspozicije i uticaja na biološke jedinke i životnu sredinu u celini. Svakako da ovako široka upotreba izvora zraèenja nosi sa sobom i odrðeni rizik. Zato prihvatanje rizika od zraèenja od strane društva treba pravdati koristima koje pruža njegovo korišæenje. Meðutim, ti rizici se moraju ogranièiti i potrebno je zaštititi se od njih primenom bezbednosnih standarda i njihovo usklaðivanje na meðunarodnom planu, odnosno izgraditi integralni sistem zaštite. Integralni sistem zaštite od zraèenja podrazumeva izradu meðunarodnih Osnovnih bezbednosnih standarda za zaštitu od zraèenja i za bezbednost izvora zraèenja sa ciljem da se utvrde osnovni zahtevi za zaštitu od rizika povezanog sa izlaganjem zraèenjima i za bezbednost izvora zraèenja, koji mogu da dovedu do te izloženosti. Zakoni prirode moraju biti identièni bez obzira na to ko ih opisuje, a treba još mnogo nauèiti o nastanku života, raèunajuæi tu i nastanak genetskog koda i marljivo raditi da bi se preživelo. LITERATURA 1. Blaylock B. G., Theodorakis C.V., Shugart L.R.: Biological effects of ionizing radiation. Proceedings of International Symposium on Ionising Radiation "Protection of the Natural Environment", Stockholm, Sweden, 1996., Vol. I, pp 39-50, Swedish Radiation Protection Institute, Stockholm, Sweden, 1996. 2. Environmental Health Criteria 69, Magnetic Fields, WHO, Geneva, 1987. 3. Elder J.: Radiofrequency Radiation Activities and Issues: A 1986 Perspective, Health Physics, 1987, Vol. 53, No. 6, 607-611. 4. IAEA: Effects of Ionizing Radiation on Plants and Animals at Levels Implied by Current Radiation Protection Standards. Technical Report Series No. 332, International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria, 1992.
5. International Non-Ionizig Radiation Committee of International Radiation Protection Association: Interim Guidelines on Limits of Exposure to Radiofrequency Electromagnetic Fields in the Frequency Range from 100 khz to 300 GHz, Health Physics, 1984, Vol. 46, No. 4, 975-984. 6. International Non-Ionizig Radiation Committee of International Radiation Protection Association: Review of Concepts, Quantities, Units and Terminology for Non-Ionizing Radiation Protection, Health Physics, 1985, Vol. 49, No. 6, 1329-1362. 7. Jeremiæ M.: Biološki efekti nejonizujuæih zraèenja. Mere zaštite i zdravstveni nadzor osoba koje koriste izvore zraèenja u zdravstvu. Jugoslovensko društvo za zaštitu od zraèenja, Cavtat, 1988, 96-106. 8. Jeremiæ M.: Elektromagnetska polja krajnje niskih frekvencija, Revija rada, 1991, 244-245, 26-35. 9. Kljajiæ R., Miloševiæ Z., Horšiæ E., Hasanbašiæ D.: Komparacija klinièkih simptoma akutnog radijacionog sindroma kod poluletalno ozraèenih ovaca i koza. XIII Simp. JDZZ, Zbornik radova, 260-263, Pula, 1985. 10. Kljajiæ R., Breyer B., Horšiæ E., Miloševiæ Z.: Dosimetry of Radiation During Homogenous Experimental Irradiation of Animals. Acta Physica Hungarica, 59, 1-2, 111-115, Budapest, 1986. 11. Kljajiæ R., Miloševiæ Z., Horšiæ E., Hasanbašiæ D., Ciganoviæ P.: Odreðivanje polulatalne i letalne doze zraèenja kod svinja nakon akutnog ozraèivanja visokoenergetskim X-zraèenjem. Veterinarski glasnik, 41, 11-12, 1130-1134, Beograd, 1987. 12. Kljajiæ R., Miloševiæ Z., Horšiæ E., Hasanbašiæ D., Ciganoviæ P.: Development of Haemorrhagic in Acutely Irradiated Swines. Radiation Protection: Advances in Yugoslavia and Italy, Proceeding of the Italian- Yugoslav Symposium, 83-87, Udine, Italy, ENEA, 1988. 13. Kljajiæ R., Mašiæ Z., Pavkov S., Žuniæ Zora, Bogdanoviæ Gordana: Evaluation of the degree of radiation damage of cytogenetic dosimetry. Proc. Ist Regioanl Symposium: Chemistry and the Environment, 955-958, Serbian Chemical Society, Vrnjaèka Banja, Jugoslavija, 1995. 14. Kljajiæ R., Mašiæ Z., Petroviæ B., Ciganoviæ P.: Manifestations of radiation syndrome in pigs. Ninth International Congress of the International Radiation Protection Association (IRPA9), Proceedings/Volume 4, 73-75, International Radiation Protection Association, Vienna, Austria, 1996. 15. Kljajiæ R., Mašiæ Z., Košarèiæ Salvica, Zurovac-Kuzman Olivera, Žuniæ Zora, Bogdanoviæ Gordana: Relation of ionizing radiation doses and chromosome aberrations in bone marrow cells. Proceedings of International Symposium on Ionising Radiation "Protection of the Natural Environment", Stockholm, Sweden, 1996., Vol. I, pp 95-99, Swedish Radiation Protection Institute, Stockholm, Sweden, 1996. 16. Kljajiæ R., Mašiæ Z., Košarèiæ Slavica, Zurovac-Kuzman Olivera, Žuniæ Zora, Bogdanoviæ Gordana: Cytogenetic methods in radiation damage dosimetry. Archive of Oncology, 4(1), 33-38, 1996. 17. Kljajiæ R.: Biološki efekti jonizujuæih zraèenja. XIX Jugoslovenski simpozijum za zaštitu od zraèenja, Golubac, 1997., Zbornik radova, 241-256, Institut za nuklearne nauke "Vinèa", Jugoslovensko društvo za zaštitu od zraèenja, Beograd, 1997. 18. Kljajiæ R., Mitroviæ R., Petroviæ B.: Pravci razvoja radiobiologije, radioekologije i radijacione higijene u zaštiti ljudi i životinja. VII Kongres veterinara Jugoslavije, Beograd, 1998., Zbornik radova I, 381-395, Savez veterinara Jugoslavije, Beograd, 1998. 19. Kljajic R., Masic Z.: Application of radioprocetors in radiation protection. 10 th International Congress of The International Radiation Protection Assotiation, "Harmonization of Radiation, Human Life and the Ecosystem" IRPA-10, Hiroshima, Japan, 2000., Proceedings (CD-ROM), P- 2b-72, pp 1-6, International Radiation Protection Assotiation, 2000. 20. UNSCEAR: Report to the General Assembly with Scientific Annexes. United Nations Scientific Commitee on the Effects of Atomic Radiation, United Nations Publication, United Nations, New York, 2000. 21. World Health Organisation, Geneva, 1989: Health and Safety Guide, Magnetic Fields Health and Safety Guide.