Đề tài Ảnh hưởng của bức xạ ion hóa lên cơ thể con người

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH –&— Đề Tài: Thành Phố Hồ Chí Minh – Năm 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH –&— Đề Tài: GVHD: Thầy Trương Trường Sơn NSVTH: Lê Huy Ba Duy Nguyễn Văn Quang Nguyễn Thị Kim Xuyến Ngô Thị Thanh Thành Phố Hồ Chí Minh - Năm 2010 LỜI GIỚI THIỆU Chúng ta đã biết chất phóng xạ là một bộ phận không thể tách rời của trái đất chúng ta, nó đã tồn tại cùng trái đất. Các chất phóng xạ tồn tại trong tự nhiên, có trên mặt đất, có trong không khí và thực phẩm. Chất phóng xạ tồn tại ở dạng khí trong không khí khi chúng ta hít thở. Cả trong cơ thể của chúng ta bao gồm cơ, xương và các mô đều chứa các nguyên tố phóng xạ có trong tự nhiên. Con người vẫn thường phải chịu sự chiếu xạ của các bức xạ tự nhiên từ trái đất, cũng như từ bên ngoài trái đất. Bức xạ mà chúng ta nhận được từ bên ngoài trái đất được gọi là các tia vũ trụ hay bức xạ vũ trụ. Chúng ta cũng bị chiếu bởi các bức xạ nhân tạo. Chẳng hạn như tia X, các bức xạ được sử dụng để chuẩn đoán bệnh và điều trị bệnh ung thư. Bụi từ các vụ nổ thử nghiệm hạt nhân và lượng nhỏ các chất phóng xạ từ các nhà máy điện hạt nhân và điện than đá thải vào môi trường cũng như là những nguồn bức xạ chiếu vào cơ thể con người. Hãy cùng đi vào bài tiểu luận của chúng tôi để hiểu rõ thêm về ảnh hưởng của tia bức xạ. Và trả lời câu hỏi tia bức xạ ảnh hưởng lên cơ thể con người như thế nào. MỤC LỤC CÁC LOẠI BỨC XẠ Các nguồn phóng xạ (bao gồm các nguồn phóng xạ và các thiết bị bức xạ) phát ra các hạt bức xạ như hạt anpha, beta, gamma và neutron. Các bức xạ có những ảnh hưởng khác nhau khi chiếu lên cơ thể con người. Bức Xạ Alpha. Bức xạ alpha được phát ra bởi các nguyên tử của các nguyên tố nặng như Uran, Radi, Radon và Plutoni. Trong không gian, bức xạ alpha không truyền đi được xa và bị cản lại toàn bộ bởi một tờ giấy hoặc bởi lớp màng ngoài của da. Tuy nhiên, nếu một chất phát tia alpha được đưa vào trong cơ thể, nó sẽ phát ra năng lượng ra các tế bào xung quanh. Ví dụ trong phổi, nó có thể tạo ra liều chiếu trong đối với các mô nhạy cảm, mà các mô này thì không có lớp bảo vệ bên ngoài giống như da. Bức Xạ Beta. Bao gồm các electron có khối lượng gần 1/2000 khối lượng của một proton hay neutron, nhỏ hơn rất nhiều so với các hạt alpha và nó có thể xuyên sâu hơn. Tia beta được phát ra từ một số vật liệu phóng xạ, chẳng hạn như Triti, Carbon-14, Photpho-32, và Stronti-90. Tia beta có thể bị cản lại bởi tấm kim loại, kính hay quần áo bình thường và nó có thể xuyên qua được lớp ngoài của da. Nó có thể làm tổn thương lớp da bảo vệ. Trong vụ tai nạn ở nhà máy điện hạt nhân Chernobyl năm 1986, các tia beta mạnh đã làm cháy da những người cứu hoả. Nếu các bức xạ beta phát ra trong cơ thể, nó có thể chiếu xạ trong lên các mô trong đó. Bức Xạ Gamma. Bức xạ gamma là dạng năng lượng sóng điện từ. Nó đi được khoảng cách lớn trong không khí và có độ xuyên mạnh. Tia gamma được tạo ra do sự tự phân rã của chất phóng xạ, chẳng hạn như Cobalt-60 và Xedi-137. Khi tia gamma bắt đầu đi vào vật chất, cường độ của nó cũng bắt đầu giảm. Trong quá trình xuyên vào vật chất, tia gamma va chạm với các nguyên tử. Các va chạm đó với tế bào của cơ thể sẽ làm tổn hại cho da và các mô ở bên trong. Các vật liệu đặc như chì, bê tông là tấm chắn lý tưởng đối với tia gamma. Bức Xạ Neutron. Hạt neutron được giải phóng sau phản ứng phân hạch hạt nhân của Uranium hoặc Plutonium, bản thân nó không phải là bức xạ ion hoá, nhưng nếu va chạm với các hạt nhân khác, nó có thể kích hoạt các hạt nhân hoặc gây ra tia gamma hay các hạt điện tích thứ cấp gián tiếp gây ra bức xạ ion hoá. Neutron có sức xuyên mạnh hơn tia gamma và chỉ có thể bị ngăn chặn lại bởi tường bê tông dày, bởi nước hoặc tấm chắn Paraphin. Bức xạ neutron chỉ tồn tại trong lò phản ứng hạt nhân và các nhiên liệu hạt nhân. Bức Xạ Tia X. Tia X có những đặc điểm tương tự như tia gamma, nhưng bức xạ gamma được phát ra bởi hạt nhân nguyên tử, còn tia X do con người tạo ra trong một ống tia X mà bản thân nó không có tính phóng xạ. Tia X bao gồm một hỗn hợp của các bước sóng khác nhau, trong khi năng lượng tia gamma có một giá trị cố định (hoặc hai) đặc trưng cho các chất phóng xạ. CÁC NGUỒN CHIẾU XẠ Nguồn chiếu xạ được chia thành hai loại gồm: chiếu xạ tự nhiên và chiếu xạ nhân tạo. Nguồn phóng xạ nhân tạo do con người chế tạo bằng cách chiếu các chất trong các lò phản ứng hạt nhân hay máy gia tốc. Nguồn phóng xạ tự nhiên gồm các chất phóng xạ có nguồn gốc bên ngoài trái đất như các tia vũ trụ và các chất phóng xạ có nguồn gốc từ trái đất như các chất phóng xạ có trong đất đá, trong khí quyển, trong nước. Chiếu Xạ Tự Nhiên Bức xạ ion hóa từ các nguồn phóng xạ tự nhiên chiếu xạ lên con người theo hai con đường: chiếu xạ trong do các nguyên tố phóng xạ được hấp thụ vào cơ thể qua thức ăn, nước, qua hít thở không khí, chính các đồng vị phóng xạ có trong cơ thể (Potassium-40, C-14, Ra-226) và chiếu xạ ngoài bởi các nguyên tố phóng xạ có trong tự nhiên như trong đất đá, các bức xạ trong các tia vũ trụ xâm nhập vào khí quyển trái đất. Bức xạ vũ trụ. Các bức xạ proton, alpha, năng lượng cao rơi vào khí quyển trái đất từ không gian bên ngoài gọi là các tia vũ trụ. Tia vũ trụ có năng lượng cỡ từ hàng chục mev đến 1020 eV hay cao hơn. Trong số các đồng vị có nguồn gốc từ tia vũ trụ có đóng góp đáng kể vào liều chiếu xạ trong, phải kể đến , và . Trong số 4 đồng vị này thì có đóng góp lớn hơn cả. Hoạt độ phóng xạ gây bởi có trong cơ thể người được đánh giá vào khoảng 50 Bq/g, tương ứng với liều hiệu dụng là 12μSv/năm. Bức xạ vũ trụ được chia làm hai loại: Bức xạ vũ trụ từ thiên hà Chúng được sinh ra từ các vật thể vũ trụ rất xa trái đất, thành phần bao gồm 92,5% là các hạt proton năng lượng cao và khoảng 7% là các hạt alpha và các hạt ion nặng hơn, phần còn lại là các electron, photon, neutrino. Bức xạ vũ trụ từ mặt trời Chúng được sinh ra từ các vụ nổ trong mặt trời và thay đổi theo chu kỳ hoạt động của mặt trời. Chúng tương tác với hạt nhân nguyên tử không khí và tạo ra những tia bức xạ thứ cấp bao gồm electron, gamma, proton, neutron, mezon, với năng lượng tương đối thấp, vào khoảng £ 400 MeV và có cường độ rất lớn » 106 – 107 hạt/cm2.s. Cũng có nhưng trường hợp đặc biệt, chúng có năng lượng một vài GeV. Con người chủ yếu bị chiếu xạ bởi những tia bức xạ thứ cấp. Các bức xạ trong vỏ trái đất Bức xạ từ mặt đất Các nhân phóng xạ trong vỏ trái đất gồm các họ phóng xạ Uranium, Thorium và các hạt nhân phóng xạ nhẹ khác như K40, Rb87, chiếu xạ này trung bình khoảng 0,45 mSv/năm, tuy nhiên có thể đạt đến 1,8 mSv/năm và nhiều nơi trên trái đất lên tới 16 mSv/năm (bang Nimasgerais ở Brazil, bang Kerela ở Ấn Độ). Bức xạ từ không khí Do khí phóng xạ bốc lên từ vỏ trái đất (chủ yếu là khí radon). Chiếu xạ gây nên bởi nguyên nhân này là tương đối yếu, trung bình 0,05 mSv/năm. Radon-222 () và các sản phẩm phân rã sống ngắn của nó () xâm nhập vào cơ thể người qua đường hô hấp. Trong không khí gần mặt đất, lượng thay đổi trong khoảng từ 0,1 đến 10 Bq/m3 (trung bình là 3 Bq/m3). Chu kỳ bán rã của là 3,8 ngày. Bức xạ trong các vật liệu xây dựng Đó là các bức xạ của Uranium, Thorium và Potassium có chứa trong các vật liệu như: cát sỏi, xi măng, bê tông, tường khô, gỗ, gạch nung Radon thoát ra từ đất và các vật liệu xây dựng, do đó lượng radon trong các phòng kín lớn hơn rất nhiều so với ở ngoài trời. Trên phạm vi toàn cầu, trong quy mô của từng nước, người ta đã nghiên cứu xác định lượng radon trong các nhà ở: Ở châu Âu trung bình từ 20 đến 50 Bq/m3; ở mỹ trung bình là 55 Bq/m3 nhưng trong khoảng 1-3% các nhà một căn hộ riêng, tức là khoảng hàng triệu nhà, lượng radon lên tới 300 Bq/m3. Ở Việt Nam, chưa có đầy đủ số liệu thống kê, tuy nhiên kết quả của một số nghiên cứu cho thấy: lượng radon trong nhà ở khu vực Hà Nội vào khoảng 30 Bq/m3, ở miền núi thường lớn hơn vài lần. Lượng radon trong nhà ở phụ thuộc vào vùng địa lý, tuỳ thuộc vào mùa trong năm và các yếu tố địa lý, khí hậu... Trong một nhà: tầng thấp có lượng radon nhiều hơn tầng cao, trong phòng thoáng, lượng radon ít hơn so với trong phòng kín. Bức xạ từ nước và thức ăn Nước có chứa K40 và các nguyên tố phóng xạ khác gây chiếu xạ lên cơ thể trung bình đạt tới 0,25 mSv/năm. Các bức xạ tự nhiên này chiếu xạ lên cơ thể con người theo hai cách: chiếu xạ trong do ăn uống, hít phải và chiếu xạ ngoài. Liều chiếu xạ do bức xạ tự nhiên trung bình lên người ở vùng “bình thường” được cho trong bảng. Bảng 1: Liều lượng con người nhận do bức xạ tự nhiên Nguồn Liều bức xạ tự nhiên trung bình mỗi người nhận được trong một năm Từ đất Từ vũ trụ Từ thức ăn Từ không khí 0,48 mSv 0,38 mSv 0,24 mSv 1,30 mSv Tổng cộng 2,40 mSv Chiếu Xạ Nhân Tạo Chiếu xạ y tế: Trong lĩnh vực y tế hiện nay đang sử dụng khá phổ biến các nguồn bức xạ để phục vụ việc chẩn đoán, điều trị bệnh (đặc biệt là điều trị ung thư) như máy X-quang chẩn đoán, máy xạ trị và dược chất phóng xạ... Tuy nhiên, đây cũng là “con dao hai lưỡi” bởi nếu không được đầu tư trang thiết bị đủ điều kiện an toàn và kiểm soát chặt chẽ thì đây lại là một tác hại rất nguy hiểm đối với nhân viên y tế, người bệnh và môi trường. Trong chiếu xạ nhân tạo thì chiếu xạ y học là nguồn chủ yếu. Trong đó, liều lượng đóng góp chủ yếu là do chuẩn đoán bằng X-quang. Bảng 2: Liều lượng do chiếu xạ y học Nguồn gốc mSv/năm X-quang và chuẩn đoán X-quang và phóng xạ điều trị Chuẩn đoán y học hạt nhân Điều trị y học hạt nhân 0.60 0.03 0.002 <1 Hiện nay, trong y tế, các nguồn phóng xạ được sử dụng để chuẩn đoán và điều trị bệnh. Có thể phân nguồn phóng xạ trong lĩnh vực y tế thành 2 loại: một là nguồn từ máy X-quang, nghĩa là dùng chùm tia X có cường độ tương đối mạnh chiếu nhanh trong thời gian ngắn dùng trong chụp hình giúp cho việc chẩn đoán bệnh. Ngoài ra còn có nguồn từ máy phát tia X, các nguồn phóng xạ phát ra các chùm tia tương đối yếu và được chiếu liên tục trong soi hình. Nguồn thứ hai là sử dụng các đồng vị phóng xạ để điều trị bệnh. Nguồn này lại được chia làm 2 loại: nguồn kín và nguồn hở. Nguồn kín là các máy có sử dụng đồng vị phóng xạ như máy xạ trị Cobatl, máy gia tốc điện tử tuyến tính tạo chùm electron hay tia X với năng lượng 4-25MeV, dao phẫu thuật bằng tia gamma... Nguồn hở là các chất phóng xạ được đưa trực tiếp vào trong cơ thể qua đường tiêu hóa hoặc tiêm để chẩn đoán và chữa trị bệnh (hay còn gọi là phương pháp điều trị chiếu trong) bằng cách tiêm hoặc uống. Các nguồn này thường phát ra năng lượng bức xạ beta. Bảng 3: Một số đồng vị phóng xạ sử dụng trong y tế ĐVPX Phát ra bức xạ ứng dụng Bi-213 (46 m) Anpha Điều trị ung thư Co-60 (5,27 y) Gamma Xạ trị ngoài, khử trùng Ho-166(26h), Cu-64 (13 h) Chẩn đoán, điều trị I-125 (60d) Chẩn đoán Ir-192 (74 d), Pd-103 (17 d) Xạ trị trong Fe-59 (46 d) Chẩn đoán Lu-177 (6,7 d), I-131 (8 d) Gamma Chụp ảnh P-32 (14 d), Y-90 (64 h) Beta Xạ trị Re-186 (3,8 d), Sm-153 (47 h), Sr-89 (50 d) Beta, gamma yếu Giảm đau C-11, N-13, O-15, F-18, Cu-64 (13 h) Positron Trong máy pet chẩn đoán Mặc dù, các nguồn chiếu xạ này được dùng để chẩn đoán và điều trị bệnh cho con người song ít nhiều nó vẫn có những ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe của bệnh nhân và cả những nhân viên kĩ thuật làm việc trực tiếp với nó. Khi chiếu một liều bức xạ nhất định lên bệnh nhân trong chuẩn đoán hay điều trị thì ít nhiều các tia bức xạ ấy cũng ảnh hưởng đến các tế bào xung quanh vùng chiếu thậm chí một số trường hợp vùng ảnh hưởng rất lớn. Các tế bào khi bị chiếu sẽ dẫn đến giảm chức năng hoặc có thể bị hoại tử ảnh hưởng đến sức khỏe của con người. Trong quá trình điều trị ở bệnh nhân có thể xuất hiện một số triệu chứng đi kèm: mệt mỏi, thay đổi trên da, ăn mất ngon, nổi ban đỏ, rụng lông tóc Ngoài bệnh nhân thì chính những nhân viên làm việc nhiều năm với chất phóng xạ cũng chịu nhiều ảnh hưởng với những triệu chứng như trên, nhiều trường hợp bị mắc các bệnh ung thư Chiếu xạ trong công nghiệp Công nghệ kĩ thuật ngày càng phát triển cùng với đó là những ứng dụng của kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp cũng ngày càng đa dạng và phổ biến. Người ta sử dụng kỹ thuật nguồn kín để xây dựng các hệ đo và tự động hóa trong các dây truyền sản xuất của các nhà máy công nghiệp, chẳng hạn: - Đo mức cho các bể đựng phối liệu, đo độ ẩm và mật độ của sản phẩm giấy trong các nhà máy sản xuất giấy; - Đo mức chất lỏng trong các bể đựng phối liệu của nhà máy sản xuất xi măng; - Đo mức trong các hộp sản phẩm của các nhà máy sản xuất bia và nước giải khát; - Đo độ dày sản phẩm của các nhà máy sản xuất vật liệu sắt thép; - Các hệ đo phóng xạ trong các giếng khoan của công nghiệp dầu khí. Bên cạnh kỹ thuật nguồn kín, kỹ thuật nguồn hở hay đồng vị phóng xạ đánh dấu cũng được sử dụng phổ biến. Chẳng hạn, việc tối ưu hóa quy trình và thời gian pha trộn phế liệu trong các dây chuyền của các nhà máy sản xuất xi măng, nhà máy hóa chất, v.v... Trong lĩnh vực khai thác dầu khí, kỹ thuật đánh dấu phóng xạ được sử dụng để xác định mặt cắt nước bơm ép trong các giếng bơm ép, nghiên cứu hiện tượng ngập lụt trong các giếng khai thác của mỏ dầu bạch hổ. Hay kĩ thuật chụp gamma sử dụng để soi hành lý tại các sân bay. Bảng 4: Một số đồng vị phóng xạ sử dụng trong công nghiệp ĐVPX Sử dụng trong công nghiệp H-3, Au-198, Tc-99m Nghiên cứu về nước thải C-14, Cl-36,H-3 Đo tuổi nước Sc-40 Ag-110m, Co-60, La-140, Sc-46, Au-198 Nghiên cứu về hiệu quả lò cao Mn-54, Zn-65 Nghiên cứu về tác động môi trường của khai thác mỏ Cr-57, Ir-192, Au-198 Nghiên cứu xói mòn bờ biển Co-60 Khử trùng trong y tế và thực phẩm Cs-137, Giám sát xói mòn đất, lắng đọng, độ cao mực nước trong bình chứa Ir-192, Yb-169, Co-60, Se-75 Chụp X-quang công nghiệp kiểm tra các mối hàn Pb-210 Đo lường tuổi đất, cát Ngoài các nguồn chiếu xạ trên, tại và gần những trung tâm hạt nhân, nhà máy điện nguyên tử, các nhân viên và dân cư sinh sống và làm việc quanh đây cũng chịu một lượng chiếu xạ nhất định. Chủ yếu là chiếu xạ do các chất thải phóng xạ có chứa những đồng vị phóng xạ như:... Các nguồn phóng xạ sử dụng trong công nghiệp thường là những nguồn có chu kì bán rã ngắn. Chúng phát ra các bức xạ gamma, tia X, anpha, beta, bức xạ neutron và bức xạ cực tím. Việc bị chiếu xạ bởi các nguồn bức xạ này ít nhiều ảnh hưởng đến sức khỏe của những nhân viên làm việc trực tiếp với nó. Tro bụi phóng xạ Hình 2: Người dân Nhật bị bỏng do bom nguyên tử của Mỹ. Do các vụ nổ hạt nhân là chủ yếu: - Các chất phân hạch không được sử dụng hoặc mới được tạo ra do tương tác với neutron như Pu239 theo phản ứng (n, U238). - Các sản phẩm phân hạch. - Triti trong các động cơ nhiệt lạnh. - Các sản phẩm kích hoạt tạo nên ở lớp vỏ của động cơ như: Fe56, Zn65, Mn54, Co60, Rn102, W185. - Các sản phẩm kích hoạt tạo ra trong môi trường xung quanh, nhất là vụ nổ xảy ra trong lòng đất hoặc trên mặt đất (Si21, Al28, Na24, Zn65, Fe55, Mn54) và C14 tạo nên bởi phản ứng N14(n,p)C14. Những tro bụi này được tung lên khí quyển trong các vụ nổ sẽ rơi xuống dưới dạng hạt nhỏ. Thời gian tro bụi phóng xạ lưu lại trong khí quyển có thể kéo dài hàng chục năm tùy thuộc vào các vụ nổ và các điều kiện phức tạp của khí tượng. Hình 3: Biểu đồ cho thấy các đường nét biểu thị tổng liều từ bụi phóng xạ trên bề mặt một vụ nổ của 1 lượng phân hạch megaton Hầu hết các nguy hiểm bức xạ từ các vụ nổ hạt nhân là do các hạt nhân phóng xạ có chu kì bán rã ngắn bên ngoài tác động lên cơ thể. Các hạt nhân phóng xạ này có thời gian sống khoảng vài giây đến vài tháng thường tập trung ở tâm vụ nổ với thông lượng neutron rất lớn. Chúng tác động trực tiếp lên cơ thể với một liều chiếu rất lớn gây ra các triệu chứng như bỏng nặng đến tử vong. Bên cạnh các nhân phóng xạ với thời gian sống ngắn ảnh hưởng ngay lập tức lên cơ thể còn có các tro bụi phóng xạ khác có thời gian sống rất lâu. Chính vì vậy các triệu chứng nó gây ra cho con người không thể sớm phát hiện mà nó tích tụ lâu dần trong cơ thể phá hoại các tế bào, từ đó hình thành các bệnh lý nghiêm trọng. Thường khi phát hiện ra thì bệnh đã phát triển rất trầm trọng. Ví dụ: Strongsi-90 có chu kì bán rã 28 năm, nó là chất hóa học tương tự như Canxi, chính vì thế nó được tích tụ trong xương đang phát triển. Bức xạ mà nó tạo ra lâu ngày tích tụ lại có thể gây ra các khối u, bệnh bạch cầu, và bất thường khác của máu; Iốt-131 có chu kỳ bán rã là 8,1 ngày khi nuốt phải, nó tập trung ở tuyến giáp. Các bức xạ mà nó tạo ra có thể tiêu diệt tất cả hoặc một phần của tuyến giáp; Cesium-137 có chu kỳ bán rã 30 năm, nó không là một mối đe dọa lớn về sinh học như Strontium-90. Trong cơ thể nó hoạt động tương tự như Kali, do đó nó sẽ được phân phối khá thống nhất khắp cơ thể. Điều này có thể góp phần chiếu xạ sinh dục và gây ra những tổn thương di truyền. Plutonium 239 có chu kỳ bán rã là 24.400 năm, nó là một hạt hiếm khi nhìn thấy, chỉ cần uống một lượng nhỏ khoảng 1 microgram Plutonium cũng đủ để gây ra những nguy cơ về sức khỏe nghiêm trọng, có thể hình thành lên các khối u xương và phổi. Bên cạnh đó còn rất nhiều các nguyên tố phóng xạ khác tạo ra sau các vụ nổ và tồn tại rất lâu trong khi quyển, nước, đất và khi bức xạ mà chúng gây ra chiếu xạ lên con người cũng gây ra những ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe của họ. Mà ảnh hưởng nghiêm trọng nhất đến những cư dân sống tại và gần sát trung tâm các vụ nổ. TÁC HẠI CỦA BỨC XẠ ION HÓA LÊN CƠ THỂ CON NGƯỜI Các bức xạ hạt nhân có năng lượng đủ lớn để gây ion hóa. Sự ion hóa nguyên tử hay phân tử làm thay đổi tính chất hóa học hay sinh học–làm tổn thương tới các phân tử sinh học. Tổn thương gây ra bởi bức xạ là hệ quả của các tổn thương ở nhiều mức độ liên tục diễn ra trong cơ thể sống từ tổn thương phân tử, tế bào, mô đến tổn thương các cơ quan và các hệ thống của cơ thể. Hậu quả của các tổn thương này làm phát sinh những triệu chứng lâm sàng, có thể dẫn đến tử vong. Bên cạnh đó, trong các tế bào còn có quá trình phục hồi tổn thương. Sự phục hồi này cũng diễn ra từ mức độ phân tử, tế bào, mô đến hồi phục các cơ quan và các hệ thống trong cơ thể. Tác động của bức xạ ion hóa lên cơ thể con người qua hai cơ chế: trực tiếp và gián tiếp. Cơ Chế Tác Dụng Của Bức Xạ Ion Hóa Lên Con Người Cơ chế trực tiếp: Cơ chế này xảy ra khi bức xạ ion hóa các phân tử hữu cơ (chính là các phân tử ADN trong tế bào). Những bức xạ với năng lượng lớn (anpha) khi đi vào cơ thể sẽ trực tiếp phá vỡ các tế bào gây ion hóa, làm đứt gãy các mối liên kết trong các gen, các nhiễm sắc thể của tế bào, làm sai lệch cấu trúc gen và nhiễm sắc thể, gây tổn thương đến chức năng của tế bào. Cơ chế gián tiếp: Cơ chế này xảy ra khi bức xạ ion hóa các phân tử nước, sau đó các sản phẩm độc hại của các phân tử nước tác dụng lên các phân tử hữu cơ. Trong cơ thể người có 70% là nước, trong tế bào có khoảng 1,2.107 phân tử nước trong một phân tử ADN, do đó bức xạ vào sẽ tương tác với các phân tử nước nhiều hơn các phân tử ADN. Sự ion hóa có thể dẫn đến sự thay đổi phân tử nước tạo thành một loại hóa chất làm thay đổi nhiễm sắc thể, từ đó làm thay đổi cấu trúc và chức năng của tế bào làm xuất hiện các triệu chứng lâm sàng: buồn nôn, đục nhân mắt, ung thư sau thời gian dài. Quá trình dẫn đến các tổn thương do bức xạ có thể chia theo 4 giai đoạn: Giai đoạn vật lý Giai đoạn này kéo dài 10-16 giây, các tế bào hấp thụ năng lượng bức xạ dẫn đến sự ion hóa. Quá trình này được thể hiện qua: Bức xạ®H2O®H2O+ + e- Giai đoạn hóa lý Giai đoạn này kéo dài 10-6 giây, các ion H2O+ phân ly: H2O+®H+ + OH còn các ion e- kết hợp với các phân tử H2O trung hòa sau đó lại phân ly: e- + H2O®H2O-®H+OH- Các sản phẩm của sự tương tác lên phân tử nước: H+, OH-, H, OH. Trong đó: các ion H+, OH- tồn tại khá lâu, khá nhiều trong nước thường và không gây ra các phản ứng tiếp theo; các gốc tự do H,OH có một điện tử không bắt cặp và có hoạt tính hóa học rất cao nên các gốc OH có thể kết hợp với nhau tạo thành Peroxide H2O2. Giai đoạn hóa học Giai đoạn này kéo dài vài giây, trong giai đoạn này, các sản phẩm phản ứng tương tác với các phân tử hữu cơ quan trọng của tế bào. Các gốc tự do và các tác nhân oxy hóa có thể tự dính vào phân tử hoặc làm đứt gãy các mối liên kết trong các phân tử. Giai đoạn sinh học Giai đoạn này kéo dài từ vài chục phút đến vài chục năm với các triệu chứng cụ thể. Những thay đổi hóa học dẫn đến các thay đổi sinh học vì nó có thể ảnh hưởng đến các tế bào riêng lẻ theo các cách khác nhau: Giết chết tế bào trong thời gian ngắn. Ngăn cản hoặc làm chậm trễ sự phân chia tế bào. Thay đổi vĩnh viễn tế bào và truyền cho tế bào con cháu. Ảnh hưởng của bức xạ lên cơ thể người chính là gây ra những tổn thương đến từng tế bào riêng lẻ. Sự ảnh hưởng này có thể chia làm hai giai đoạn: Hiệu ứng Somatic (cá thể) xuất hiện do sự tổn thương các tế bào bình thường của cơ thể và chỉ ảnh hưởng lên người bị chiếu xạ. Hiệu ứng Hereditary (di truyền) xuất hiện do sự tổn thất của các tế bào thuộc các cơ quan sinh sản, các bộ phận sinh dục. Sự khác nhau quan trọng trong trường hợp này là ở chỗ sự tổn thất có thể truyền cho con cháu và các thế hệ mai sau của người bị chiếu xạ. Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ chế tác động của bức xạ lên cơ thể con người: Liều hấp thụ D-năng lượng bức xạ truyền cho cơ thể. Liều tương đương H-đặc tính của từng loại bức xạ-trọng số bức xạ. Liều hiệu dụng E-đặc tính của mô hay cơ quan. Cách chiếu xạ: Chiếu liều cao 1 lần, nhiều lần. Chiếu liều thấp trường diễn. Chiếu bộ phận hay toàn thân. Các Tổn Thương Do Bức Xạ Ion Hóa Tổn thương ở mức nhiễm sắc thể ADN Do tác dụng trực tiếp hay gián tiếp, ADN có thể chịu các tổn thương sau: Đứt một nhánh. Đứt hai nhánh. Tổn thương base . Nối giữa các phân tử trong ADN. Nối giữa ADN và protein. Tổn thương bội (Bulky Lession). Thuộc loại tổn thương gây tử vong (Lethal Damage). Không sửa chữa được. Nếu tổn thương do bức xạ gây nên trên ADN là đủ lớn, thì có thể quan sát thấy những rối loạn của nhiễm sắc thể (Chromosome Aberration). Rối loạn nhiễm sắc thể xảy ra khi một đoạn dài của ADN bị thay đổi, nó bao gồm: nhân đôi (Duplication), bị cắt bỏ (Deletion), thêm vào một đoạn gen (Inversion), chuyển đoạn gen sang nhiễm sắc thể khác (Translocation). Những rối loạn NST rất tiêu biểu do tác dụng của bức xạ là sự hình thành NST hai tâm (Dicentric) và NST vòng. a) NST bình thường. b) trái: đứt ở cuối; phải: đứt một khe. c) rối loạn NST, t rái: mất một khoảng ở giữa; phải mất ở cuối. d) hai đoạn của nhánh này bị cắt và nối sang nhánh khác. e) NST bị nối thành vòng. f) hai nhánh bị cắt nối thành vòng. g) một cặp NST bình thường. h) Hai NST dính lại thành một NST hai tâm + hai đoạn đứt hỗn hợp. i) Hai NST trao đổi các đoạn cho nhau. Từ b-f: nội NST. Trường hợp h + i: giữa các NST. Tổn thương ở mức phân tử. Phân tử có thể kháng virut HIV Các tương tác của bức xạ ion hóa với tổ chức sống cũng giống như với môi trường vật chất không sống, nghĩa là kích thích và ion hóa các nguyên tử, phân tử. Đặc điểm của các phân tử sinh học là các phân tử lớn, thường có rất nhiều mối liên kết hóa học. Khi bị chiếu xạ, năng lượng của chùm tia bức xạ truyền trực tiếp hoặc gián tiếp cho các phân tử sinh học làm phá vỡ các mối liên kết hóa học hoặc phân li các phân tử sinh học. Tuy nhiên, các bức xạ ion hóa thường khó làm đứt hết các mối liên kết hóa học mà thường chỉ làm mất thuộc tính sinh học của các phân tử sinh học. Tổn thương ở mức tế bào Tế bào hồng cầu Sự thay đổi đặc tính của tế bào có thể xảy ra trong nhân và nguyên sinh chất của chúng sau khi bị chiếu xạ. Trong nhiều trường hợp người ta thấy thể tích tế bào tăng lên do có sự hình thành các khoảng trống trong nhân và trong nguyên sinh chất của chúng sau chiếu xạ. Nếu bị chiếu xạ liều cao tế bào có thể bị phá hủy hoàn toàn. Các tổn thương phóng xạ lên tế bào có thể làm cho: Tế bào bị chết do tổn thương nặng ở nhân và nguyên sinh chất. Tế bào không chết nhưng không phân chia được. Tế bào không phân chia được nhưng nhiễm sắc thể tăng lên gấp đôi và trở thành tế bào khổng lồ. Tế bào vẫn phân chia thành hai tế bào mới nhưng có rối loạn trong cơ chế di truyền. Khi phân tử có số lượng trên 100000 sẽ có chừng 10.000 liên kết hóa học. Cấu trúc như thế này làm cho các phân tử sinh học gần giống các tinh tể nhỏ. Quá trình ion hóa không nhất thiết làm đứt nhiều liên kết hóa học đến mức phân hủy phân tử mà nhiều khi chỉ làm thay đổi phân tử ở mức làm mất thuộc tính sinh học của chúng. Thí dụ: tế bào ở tay chân có khả năng chịu đựng lớn nhất, trái lại những mô ở trạng thái phát triển mạnh kém chịu đựng nhất, tủy xương thuộc loại mô này, tủy xương sản sinh ra hồng cầu nên một trong những triệu chứng đầu tiên của bệnh phóng xạ là hồng huyết cầu bị giảm, các cơ quan sinh dục cũng thuộc loại này. Nói chung các mô của trẻ con, người đang phát triển thì tia phóng xạ nguy hiểm hơn đối với người có tuổi. Các hiệu ứng và biểu hiện Tùy theo loại bức xạ ion hóa, năng lượng bức xạ, thời gian chiếu, liều chiếu, đối tượng bị chiếu mà xuất hiện các hiệu ứng khác nhau. Hiệu ứng sớm Hiệu ứng sớm là hiệu ứng xảy ra sau một khoảng thời gian ngắn từ vài giờ đến một vài tuần sau kh