البايولوجيا الأشعاعية ومخاطر الأشعاع

د. عدنان الظاهر

مقدمة

لم تعرف التأثيرات البايولوجية للأشعة المؤينة الا بعد اكتشاف الأشعة السينية. فلقد حصلت عدة حوادث خطيرة كنتيجة لأستخدام هذه الأشعة قبل الفهم الصحيح لمخاطرها على صحة الأنسان وحياته. الأمر الذي أدى الى وضع لوائح وقواعد لضبط صورة التعامل مع الأشعاعات المؤينة من قبل كل من يهمه الأمر من علماء ومهندسين وطلاب أبحاث وعمال.

فحتى عام 1922 توفي حوالي مائة شخص من بين هؤلاء العاملين في هذا الحقل نتيجة لضرر الأشعاع البايولوجي. ولعل أشهر حادث في هذا الصدد هو ما جرى لعمال صناعة الساعات ذوات العقارب والأرقام المضيئة. فلقد دأب هؤلاء العمال على جعل أطراف فرشاة الطلاء دقيقة بترطيبها بأفواههم. ولما كان هذا الطلاء حاويا في تركيبه على عنصر الراديوم المشع فقد أخذ هذا العنصر بالتراكم في أجسادهم مع مر الزمن مما أدى الى زيادة وتائر الأصابة بمرض السرطان.

يمثل الأشعاع وبصورة دائمة خطرا أكيدا للأنظمة البايولوجية. وأن هذا الخطر يتناسب اطرادا مع مقدار جهل العامل في حقول الأشعاع لطبيعة هذه الأشعاعات وكيفية تداولها واتقاء المخاطر الناجمة عنها. اذ يمكن اختزال الخطر الى حدوده الدنيا المقبولة بالتزام التحفظات المناسبة ومراعاة قواعد وأساليب السلامة كما هو الأمر في أي مختبر كيميائي. ولما أصبح الكشف عن النشاط الأشعاعي - مهما صغر - ميسورا، فان الخطر المتوقع لم يعد بالمشكلة المستعصية في الوقت الراهن وخاصة بالنسبة للمختبرات التي تتعامل مع مواد كيميائية مشعة والتي تم تصميمها بشكل ملائم وروعيت فيها مقاييس السلامة والأمان.

 

التأثيرات الجزيئية البايولوجية للأشعة المختلفة

 بصرف النظر عن نوع الأشعاع، وجد أن طاقة هذا الأشعاع اللازمة لأحداث تغيرات بايولوجية هي في الواقع قليلة. فعلى سبيل المثال أن كمية الأشعاع الكافية لقتل الثدييات لا تسبب الا ارتفاعا طفيفا في درجة حرارة أجسامها لا يتجاوز 0,01 درجة مئوية (واحد في المائة فقط من الدرجة المئوية). من الجدير بالذكر أن هذا الأرتفاع في درجة الحرارة ناتج عن تحول طاقة الأشعاع الى طاقة حرارية وأنه أحد أعراض المرض المسمى بالمرض الأشعاعي وليس سببا له. كما أن طاقة الأشعاع هذه تنتشر خلال مرورها بالأعضاء الحية بنفس الطريقة التي تنتشر بها في أية مادة أخرى: أي بتأيينها وتهييجها لذرات أو جزيئات المادة المارة بها.

وفي كائن حي يتسبب عن عملية التأين هذه تخريب مباشر جراء تكسر الروابط الكيميائية التي تربط ذرات الجزيئات ببعضها داخل نسيج الخلية الحية. أما التأثير المتبادل للأشعاع مع الماء سواء داخل أو خارج الخلايا الحية فانه يكون سببا في تكوين الجذور الحرة القادرة على القيام بتفاعلات كيميائية عديدة مما يؤدي الى تخريب الخلايا عن طريق تفاعلات الأكسدة والأختزال بشكل خاص.

 

يعتمد مقدار الضرر البايولوجي على عوامل عدة منها نوع الأشعاع

(كأشعة ألفا أو بيتا السالبة والموجبة والأشعاعات الكهرو- مغناطيسية كالأشعة السينية وأشعة كاما، ثم الألكترونات والنيوترونات... مثلا) ومقدار طاقة هذا الأشعاع وسرعة دخوله الجسم الحي ونوع العضو المعرض لهذا الأشعاع (عين أو كبد أو عظم أو رئة...) وأخيرا عمر النموذج المعرض للأشعاع ثم حالته الصحية ان كان بشرا. أما اذا كان التشعيع من مصدرخارجي أو من مصدر داخلي فتلك مسألة هامة. بالنسبة للتشعيع بمصدر خارجي تعتبر الأشعة السينية من أكثر الأشعة خطرا على الأنسان بسبب قدرتها الفائقة على الأختراق والنفوذ. من أمثلتها أشعة أكس رونتكن) المستخدمة في التصوير الشعاعي، وأشعة كاما التي لها نفس طبيعة أشعة أكس. لا خطر من أشعة ألفا اذا أتت من مصدر خارجي اذ أنها لا تستطيع النفاذ الا الى طبقات الجلد السطحية غير الحساسة. لكنها تعتبر الأشعة الأشد خطرا فيما لو أصبحت مصدرا داخليا ثابتا للأشعاع، أي اذا دخلت جسم الأنسان واستقرت في أحد أعضائه بشكل عنصر مشع أو مركب فيه عنصر مشع لهذه الدقائق. دقائق ألفا هي نوى ذرات غاز الهيليوم النادر أي أنها ذرات هذا الغاز لكنها منزوعة الألكترونات الخارجية.

ان تعدد هذه العوامل وتشابكها يجعل الأمر صعبا في تحديد أية كمية من النشاط الأشعاعي تتسبب في احداث حجم محدد من التأثيرات البايولوجية الضارة. اذ ليس هناك ثمة من علاقة خطية مباشرة بين الأثنين، وعليه يصعب الأستنتاج العلمي الدقيق.

فلأعتبار مقدار التفاوت في التأثيرات البايولوجية للأشعاعات المختلفة ينبغي معرفة ما يسمى بالتأثير البايولوجي النسبي ومختصره RBE ـ Relative Biological Effectiveness

ثم الجرعة المكافئة ومختصرها الحروف الثلاثة rem وعلاقات هذه بأنواع الأشعاعات المختلفة كما يبينه الجدول رقم 1.

جدول رقم (1)

 التأثير البايولوجي النسبي الأشعاع الممتص الجرعة المكافئة بوحدات RBE rem

  1 الأشعة السينية وكاما

 وبيت(الكترونات نووية المنشأ) 100

 2 الكترونات عالية الطاقة 200

 3 نيوترونات حرارية(غير معجلة) 100

 10 نيوترونات سريعة طاقتها مليون ألكترون فولت 100

  20 دقائق ألفا طبيعية المنشأ 2000

 20 آيونات عالية الطاقة 2000

ان حزمة كثيفة من أشعة ألفا تؤدي الى تحطيم جزيئة الحامض النووي المعروف باسم DNA (Deoxyribonucleic Acid) وهو أحد مكونات الخلايا الحية. ومعلوم أن النواة هي مركز فعالية أية خلية. هذا ومن الجهة الأخرى لو أخذنا حالة نوع آخر من الأشعاع وهو فوتونات أشعة كاما Gamma Photons فانها لا تسبب أي تكسر أو تشوه ان مرت خلال كروموزوم كامل. والكروموزوم هو حامل العوامل الوراثية التي تتحدد بموجبها خصائص وصفات وملامح الوليد الجديد. وكل كروموزوم يتكون من حوالي ثلاثة بلايين جزيئة من جزيئات الحامض النووي DNA. لكن أشعة كاما Gamma وأشعة ألفا Alpha وأشعة بيتا Beta تتسبب في ما يسمى بالتفكك الأشعاعي لماء الخلية الحية Radiolysis ونواتج هذا التفكك هي الآيونات والجذور الحرة والجزيئات الأتية: 

 O OH HO H H H

 والتي قد تتفاعل مع الحامضين النوويين DNA سالف الذكر و RNA

ٌRibonucleic Acid)) الى الحد الذي يفضي الى قتل الخلية بعد أن تعجز عن أداء وظائفها المعتادة بسبب التغير الطاريء على تركيبها الكيميائي. فالتركيب الكيميائي المحدد يؤدي وظيفة محددة بعينها. وطبيعي أنه كلما ازداد الوزن الجزيئي لمركب معرض للأشعاع كلما ازدادت كمية الأجزاء المدمرة من هذا المركب. ولما كان الكروموزوم البشري يتكون من حوالي ثلاثة بلايين جزيئة من جزيئات DNA فان جرعة اشعاعية كبيرة ستقتل كل خلية تعرضت لها.

 

 حساسية الأعضاء المختلفة للأشعاع

يتجلى تأثير الأشعاع التخريبي على الخلايا الحية بأشكال شتى. منها النقص في معدل الأنقسام الخلوي (أو الحجيري) لذا فان الخلية لا تؤدي الا الى عدد محدود من الأنقسامات خلال فترة حياتها. ومنها التشوه الخلوي الذي يؤدي الى اضطراب مسلسل التطور البايولوجي الطبيعي الذي يؤدي بدوره الى نشوء نمط في سياق تطور جديد مغاير لنوعه الأصل كما في حالة تكون الخلايا السرطانية.

هذا وأن الخلايا الأكثر حساسية للأشعاع هي تلك التي في طور الأنقسام. وعليه فان الخطر الذي يصيب جنينا عمره يتراوح بين 3 - 7 أسابيع هو أكبر بمائة مرة من الخطر الذي تتعرض له الأم الحامل لهذا الجنين. كذلك الأجهزة والأعضاء والأنسجة التي تكون فيها معدلات تعويض الخلايا التالفة بطيئة فانها تعتبر عالية الحساسية للأشعاع كالجلد والأعضاء التناسلية وكافة أعضاء التجويف البطني والعيون والأجزاء المسؤولة عن تكوبن الدم في الطحال ونخاع العظام وأنسجة الجهاز العصبي. وبشكل عام كلما كانت الخلايا عالية التخصص في أدائها النوعي كلما كان العضو الذي تنتمي اليه عاليا في سلم التطور, وبالتالي يصبح هذا العضو وخلاياه شديد الحساسية تجاه الأشعاع. الجدول الرقم (2) يبين تأثير أشعة كاما Gamma على مختلف الكائنات الحية من أحياء دقيقة مجهرية ونباتات وحيوانات علما أن الراد Rad هو وحدة الجرعة الأشعاعية ويساوي مائة ارغ يمتصها غرام واحد من أية مادة (والأرغ هو وحدة الطاقة الحرارية).

 يمكن التمييز بين نوعين من الخلايا: نوع يساهم بشكل مباشر في وظائف الأعضاء كخلايا نخاع العظام والكبد وخلايا الجهاز العصبي. ونوع آخر يتعلق بعوامل الوراثة. أما النوع الأول من الخلايا فان خطر التخريب الأشعاعي يكون محصورا فيه فقط، ويسمى هذا النوع من التأثير Sommatic Effect بينما ينتقل التخريب الناجم عن تعرض النوع الثاني من الخلايا للأشعاع الى الأجيال القادمة، ويسمى هذا الصنف من التأثير Genetic Effect.

لم يظهر حتى اليوم أي دليل على أن للخلايا أو الكائنات الحية الأعلى أية مقاومة للأشعاع. ولكن بعض أنواع البكتيريا أظهر قابلية على مقاومة الأشعاع بتحجيم خطره أو بصده بالكامل اثر تعرضها لجرعات اشعاعية صغيرة لفترات زمنية طويلة. وأمكن تفسير هذه الظاهرة بتكون أجهزة حية شاذة عن سياق التطور العام لهذا النوع من البكتريا لها ردود أفعال مغايرة تجاه الأشعاع للأحياء الأصل قبل تشعيعها. كما لوحظ أنه يمكن زيادة فاعلية المقاومة للأشعاع لو عولج الكائن ببعض المركبات الكيميائية قبل تعريضه للأشعاع، اذ تلعب هذه المركبات دور عوامل الصيانة المضادة للأشعاع. وأكثر هذه المركبات شهرة هي

الثايولات الأمينية Aminothiols كمادة السستين Cysteine وهي حامض أميني طبيعي.

كما يفسر الفعل الرادع لهذه المركبات باحتمال قدرتها على أن تلعب دور العامل اللاقط للجذور الحرة (بالتفاعل معها وتقييد حرية حركتها) الناتجة عن تفكك الماء تحت تأثير الأشعاع، كجذور الهايدروكسايل

(Hydroxyl Radicals (OH. وبالنظر للخصائص السمية لهذه المركبات فانه ولسوء الحظ لا يمكن استخدامها الا بكميات صغيرة كمواد مضادة للأشعاع.

 

الجدول رقم (2)

يبين هذا الجدول تأثير جرعات أشعة كاما Gamma بوحدة الراد Rad على كائنات حية مختلفة.

 

1- أحياء مجهرية دقيقة:

 انزيمات، تتعطل فعاليتها عند أكثر من مليوني راد

فايروسات جافة، تتعطل فعاليتها عند ثلاثين ألف - نصف مليون راد

بكتريا، تتعطل فعاليتها عند ألفين - مائة ألف راد

 

2- نباتات في فصل الربيع

 أزهار(نوع معين) يتحمل 1000 راد في اليوم

أشجار تموت عند 100 راد في اليوم

أشجار تتحمل اعتياديا 2 راد في اليوم

 3- أنواع الحيوان والأنسان. تقابلها الجرعات الأشعاعية بوحدة الراد التي تقتل 50 % من هذه الكائنات خلال فترة ثلاثين يوما.

 

أميبيا مائة ألف راد

ذبابة الفاكهة Drosophila ستون ألف

المحار عشرون ألف

السلحفاة 1500

العصفور 800

الأرنب 800

القرد 600

الكلب 350

الأنسان 250 - 450 راد.

بعض الخلايا البشرية يموت عند 100 راد فقط.

 

تأثير الجرعات الكبيرة على جسد الأنسان

الجرعات الفورية التي يتعرض لها جسد الأنسان كله خلال يوم واحد فقط والتي تزيد عن ألف ريم (بوحدات الجرعة المكافئة) تؤدي الى الموت خلال أربع وعشرين ساعة بسبب دمار الجهاز العصبي. والتعرض لجرعة اشعاعية مقدارها 750 ريما يؤدي الى الموت اما في غضون بضعة أيام أو خلال شهر كحد أقصى بسبب النزيف الدموي في الجهاز الهظمي. غير أن العناية الطبية المركزة يمكن أن تلعب دورا لكن في تأخير أجل الموت لا أكثر. أما الجرعات الأشعاعية التي تقل عن 150 ريما فنادرا ما تكون قاتلة. ولكن عند حدودها العليا يحدث الموت عادة خلال فترة تتراوح بين 4 - 8 أسابيع بعد التعرض للأشعاع بسبب دمار الكريات الدموية البيض. ومن لم يمت في هذه الفترة الحرجة يكن نصيبه الشفاء التام. وهذا لا ريب يدل على أن لجسم الأنسان القدرة على اصلاح العطب الناجم عن التعرض للأشعاع، الأمر الذي أثبتته تجارب عديدة أجريت على بعض الحيوانات. ثم ان الجرعات الأشعاعية التي تقل عن الخمسين ريما لا يتسبب عنها الا نقصان عدد الكريات الدموية البيض. ويسمى التعبير الطبي لهذه الظاهرة Leukopenia. ان جرعة اشعاعية مقدارها 25 ريما تكفي لظهور الأعراض الأولى للضرر الجسدي (غير الوراثي) لو تعرض الأنسان للأشعاع لفترة وجيزة.

يمكن أن يحصل هذا السلم المتفاوت في مقادير الجرع الأشعاعية آنيا نتيجة لأنفجارات الأسلحة النووية (قنبلة هيروشيما وقنبلة ناغازاكي... مثلا) أو الحوادث المؤسفة التي تقع بين الحين والحين في بعض المفاعلات النووية كتبخر الوقود النووي الثقيل المفاجيء لخلل ما في أجهزة السيطرة والتحكم والتبريد (كما حصل في مفاعلات تشيرنوبل في أوكرانيا). وكذلك بسبب نقص الأنتباه لدى بعض العاملين في مجالات المعجلات العملاقة أو أجهزة أشعة أكس (الأشعة السينية أو أشعة رونتجن وهواسم مكتشفها) أو وحدات التشعيع المركز بعنصر الكوبالت 60 المستخدمة في العلاج الطبي أو الأبحاث العلمية أو في الصناعة.

ان أكثر حالات التعرض الحاد للأشعاع شيوعا هي تلك التي تصيب الأيدي بالتعرض الفوري الكثيف للأشعاع. ولكن ولحسن الحظ وجد عمليا أن الأيدي يمكنها مقاومة الفعل المدمر للأشعاع بالرغم من أن الجلد يعتبر من أكثر أنسجة جسم الأنسان رقة وحساسية. أما اذا تعرضت الأيدي لجرعات اشعاعية مفرطة في القوة، فعندئذ يتلف الجلد ويتعين نزعه وزرع جلد جديد مكان الجلد التالف. علما أن عملية زرع الجلد هذه تعتبر بالدرجة الأولى وسيلة سريعة للتخلص من الآلام المبرحة لا غير. ان جرعة تزيد عن ألف ريم من أشعة بيتا أو كاما كافية لأحداث مثل هذا العطب في الأيدي.

يعتمد ضرر الجرعات الأشعاعية أساسا على زمن التعرض لها. وكما لاحظنا قبل قليل، ان للجسم القابلية على الشفاء من تأثيرات الأشعاع. ولكن هناك من الآثار الباقية المؤجلة التي لا تكشف عن نفسها الا بعد مرور فترة زمنية طويلة. يدعى هذا النوع من التأثير الشعاعي (التأثير الجسدي الآجل) Late Somatic Effect

فضحايا القنابل الذرية التي ألقيت على اليابان عام 1945 والذين تماثلوا للشفاء بعد اصابتهم بالمرض الشعاعي الحاد، كانت نسبة الأصابة بمرض السرطان بينهم تساوي 2% (اثنان في كل مائة منهم). لقد بينت دراسة حالات هؤلاء الناجين من الموت الذري ما يلي:

1- ظهور حالات اضطراب الرؤية بعد فترة تتراوح بين 5 - 10 سنوات.

2- سرطان كريات الدم البيض بعد فترة 8 - 10 سنوات.

3- سرطان الغدة الدرقية بعد فترة 15 - 30 سنة.

أما حالة ما يسمى بالتشعيع الداخلي (كون المصدر المشع داخل جسم الأنسان) فقد لوحظ أن الزمن اللازم لظهور أعراض مرض سرطان الرئة في عمال تعدين اليورانيوم في مناجم تفتقر الى وسائل التهوية الفعالة، ومرض سرطان العظام بالنسبة للعاملين في حقل طلاء عقارب الساعات وأرقامها بالراديوم المشع، لوحظ أن الزمن اللازم لظهور أعراض هذين النوعين من السرطان يتراوح بين 10 - 20 سنة. 

 

المصادر References

1- G.R. Choppin & J. Rydberg." Nuclear Chemistry، Theory and Applications "، Pergamon Press. 1980.

2- James D. McKinney." Environmental Health Chemistry " Ann Arbor Science، 1981. 

3- G. Friedlander، J.W. Kennedy and J.M. Miller، " Nuclear and Radiochemistry "، John wiley & Sons. Second Edition، 1964.

4- E. H. Quimby، S. Feitelberg and william Gross، " Radioactive Nuclides in Medicine and Biology ". Lea & Febiger، 1970.

5- عدنان الظاهر "مخاطر الأشعة الذرية" مجلة (الثقافة العربية)، العدد الثاني 1983. الصفحات 93 - 98، طرابلس. الجماهيرية العربية الليبية.

 

 

في بنت الرافدينفي الويب