 |
|
|
| |
Veri,
hambad ja radioaktiivne kiirgus
GEORG
LIIDJA (1933)
Eesti Teaduste Akadeemia akadeemik,
Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi vanemteadur.
Füüsika-matemaatikadoktor. |
|
| |
Radioaktiivne
pilv, mis 12 aastat tagasi 26. aprilli varahommikul Tšernobõli
tuumaelektrijaama neljanda energiabloki purunenud aatomikatlast
taevasse tõusis, muutis maailma. Katastroofi tagajärjel
said suuremal või vähemal määral kiiritada sajad tuhanded
inimesed nii tuumajaama lähedal kui ka mitmes piirkonnas
Ukrainas, Valgevenes, Venemaal ja kaugemalgi. Reaktori purunemisele
järgnevatel päevadel oli surmaohvreid 31. Teadmata on aga
nende inimeste hulk, kelle elupäevad seetõttu oluliselt
lühenesid või on veel lühenemas. Radioaktiivse kiirguse
oht, mida inimesed olid õppinud kartma pärast aatomipommide
heitmist Hiroshimale ja Nagasakile Teises maailmasõjas augustis
1945 ning mis hakkas ununema pärast atmosfääris ja vee all
tehtavate tuumakatsetuste keelustamist 1963. aastal, kerkis
inimkonna kohale uuesti.
Kiirgus kui riskitegur
Riskitegurid ei lase meil elada selle päevani kui "loomulik
surm" saabub. Risk on mõõdetav suitsetatud sigarettide,
liikluskeerises või rahukaitseoperatsioonides viibitud tundide,
söödud pekikilode, kuulatud sõimusõnade, jääl sooritatud
piruettide või mis tahes muude elu- ja tervistohustavate
asjaoludega, mille mõju võib välja arvutada ja summeerida.
Radioaktiivne kiirgus, samuti nagu ravi- või diagnostikatarbeline
röntgenikiirgus tapab küll vähem kui suitsetamine, alkoholi
ülemäärane pruukimine, autod, tulirelvad, elektriseadmed,
kuid on siiski oluline riskitegur.
Kiirgus,
mis kohtab oma teel mingit takistust, olgu see näiteks
inimene, tungib sellest osaliselt läbi ja osaliselt
neeldub. Ja kurja teeb just neeldunud osa, kutsudes
esile keemilisi protsesse, mis algavad kiirgust neelava
keha aatomite ioniseerimisega (siit ka nimetus - ioniseeriv
kiirgus). Elavas organismi rakkudes põhjustab
kiirgus muutusi, mille tõttu nad kas hävivad või hakkavad
hoopis vohama. Suure doosi1
korral organism sureb.
|
 |
|
Radioaktiivne
kiirgus on osakeste voog, mis lähtub looduslikest
või tehislikest radioaktiivsetest elementidest. Looduses
on nendeks uraani, tooriumi, kaaliumi ning rubiidiumi
radioaktiivsed isotoobid ning uraani ja tooriumi tütarelemendid,
viimaste hulgas raadium ning radoon. Neutronitega
kiiritamise teel võib tehislikult radioaktiivseks
muuta aineid, mis seda muidu ei ole. Nii sünnivad
näiteks tseesiumi ja strontsiumi radioaktiivsed isotoobid.
Kiirgus esineb a-,
b-
või g-kiirte
kujul, milleks on vastavalt heeliumi aatomi tuumad
(mis omakorda koosnevad kahest neutronist ja kahest
prootonist), elektronid või elektromagnetilise välja
kvandid. |
|
Palju oleneb sellest, milliseid elundeid kiirgus tabab.
Näiteks silmalääts, luuüdi ja munandid on palju tundlikumad
kui nahk, soolestik või piimanäärmed, vahepealse tundlikkusega
on kopsud ja maks.
Kui aga keegi võtab radioaktiivse aine tüki kätte või pistab
selle tasku, siis kahjustab kiirgus kõige rohkem sõrmi või
taskulähedast kehapiirkonda. Kiirgus tekitab kahjustusi,
mis on sarnased põletuse tagajärgedega: punetus, villid,
raskemal juhul naha kärbumine. Radioaktiivset ainet sisse
hingates või koos toiduga süües saab organism kiiritatud
seestpoolt. Radioaktiivne jood koguneb kilpnäärmesse ja
põhjustab kilpnäärmevähki. Kui saadud doos on 100 greid
või suurem, siis järgneb surm mõne tunni või hiljemalt mõne
päeva jooksul närvisüsteemi kahjustuse tagajärjel. Doos
10 greid, on samuti surmav, kusjuures surma põhjuseks on
sisemine verejooks kahjustatud elunditest. Näiteks mees
Kiisalt, kes tõi 1994. aasta sügisel Tammiku jäätmehoidlast
varastatud radioaktiivse preparaadi taskus koju, suri nädal
hiljem neerukahjustuste kätte. 5 grei suuruse doosi saanud
inimene haigestub raskekujulisse kiiritustõppe, mille sümptoomide
hulgas on olulisel kohal vereloomeelundi (luuüdi) kahjustused.
Umbes nädala aja jooksul langeb leukotsüütide, trombotsüütide
ja teiste vererakkude arv katastroofiliselt, mille tagajärjel
kaob organismi vastupanuvõime infektsioonile. 1 grei saanud
inimene jääb samuti kiiritushaigusse, kuid selle sümptoomid
kaovad mõne aja möödudes. Öelduga asi siiski ei piirdu,
sest paar protsenti inimestest, kes kõik on saanud 1 grei
kiirgust, haigestuvad kunagi vähktõppe. Mõned kiiritatutest
pärandavad kahjustusi oma järglastele. Sellise järelmõju
suurus on teada vaid ligikaudu. Kiiritusohvrite epidemioloogiline
uurimine võimaldab radioaktiivse kiirguse kui riskiteguri
arvulist väärtust täpsustada. Kuid selleks peab olema teada
igamehe saadud kiiritusdoos.
Kuidas doosi mõõdetakse?
Selleks kasutatakse dosimeetreid. Nende puhul kõlbab
põhimõtteliselt iga aine, milles kiirituse tagajärjel tekkivad
muutused on võrdelised saadud doosiga. Näiteks sobib selleks
tükk tundlikku fotofilmi (või spetsiaalset röntgenifilmi),
mis on kaitseks valguse eest musta paberisse pakitud. Kui
kiirguse käes olnud film ilmutada, võib ta mustaks minna
(nii avastaski prantslane Antoine Henri Becquerel aastal
1896 uraani radioaktiivsuse). Filmi optiline tihedus on
võrdeline doosiga ja seda saab mõõta densitomeetriga. Levinud
on ka elektromeetrilised dosimeetrid, milles asub laetud
kondensaator. Kiirguse toimel tekivad kondensaatorit ümbritsevas
gaasis ioonid, mis juhivad kondensaatori tühjaks; nende
toime on samuti doosiga võrdeline. Täpsemad dosimeetrid
kasutavad luminestsentsi, helendust, mis tekib mõningates
kiiritatud ainetes, kui neid seejärel soojendada või nähtamatu
infrapunase valgusega. Sellises dosimeetris on kiirguse
mõõduks soojendamise ja infrapunakiirgusega mõjustamise
vältel dosimeetrist välja lennanud valguskvantide arv.
Tuumajaama töötajad ja muud professionaalselt kiiritusega
kokku puutuvad isikud peavad dosimeetreid kaasas kandma,
nad alluvad regulaarsele dosimeetrilisele kontrollile, ja
kui juhtub avarii, siis on ka saadud doosid reeglina teada.
Erandid võivad olla seotud kiiritatava või dosimetristi
tahtmatu eksituse või tahtliku võltsimistaotlusega. Näiteks
Inglismaalt on lähiminevikust teada juhtum, kus radioaktiivse
preparaadiga töötav spetsialist suri kiiritustõppe, aga
tööl korralikult registreeritud ja dokumenteeritud annused
ei andnud ligilähedaltki surmava doosi mõõtu välja. Jaapani
spetsialistide abiga läbi viidud kohtuekspertiis tegi kindlaks,
et mees oli töölt võetud radioaktiivse preparaadiga omavoliliselt
kontrollimatult tegelenud ("haltuurat" teinud) ja sealjuures
ennast tugevasti kiiritanud.
Lihtsurelikul pole üldse dosimeetrit taskus. Üks võimalus
rekonstrueerida temale osaks langenud doosi on nn. retrospektiivse
dosimeetria meetod, mida Pripjati linna (seal elasid
Tšernobõli tuumajaama töötajad) kiirgusolukorra taastamiseks
on kasutatud. Said ju katastroofi ajal seal kiiritada nii
inimesed kui loomad, taimed ja kivid, ning majad ja nendes
asuvad esemed. Mõned neist on väga head looduslikud dosimeetrid.
Näiteks portselanvaasid, elektriisolaatorid, kraanikausid
ja klosetipotid, samuti keraamilised seinaplaadid ja paljud
muud esemed, mille valmistamiseks on kasutatud kvartsiterakesi
sisaldavat liiva või savi. Kvartsi luminestsentsi on aga
hästi tundma õpitud ja selle abil doosi määramise metoodika
ka põhjalikult välja töötatud. Ometi muudavad mitmed asjaolud
elanike asupaigast korjatud esemete abil tõelähedase isikudoosi
tagantjärele arvutamise ikkagi raskeks.
Ent iga inimene kannab endaga kaasas veel sünnipäraseid
dosimeetreid. Nendeks on eeskätt veri ja hambad.
Verelibled dosimeetrina
Doosi hindamisel kasutatakse kiiritushaiguse sümptoome endid,
sest nendevaheline seos on paljude näidete varal läbi uuritud.
Lümfotsüütide ja granulotsüütide arvu muutused veres võimaldavad
doosi hinnata kiiritusele järgnevate päevade ja nädalate
jooksul. Kuude möödudes kiiritusest on võimalik kasutada
tsütogeneetilisi meetodeid. Nimelt lõikab rakutuumas
neeldunud kiirgus katki DNA-ahelaid, mis võivad hiljem valesti
liituda: tekivad kromosoomiaberratsioonid. Normaalsete
X- ja Y-kromosoomide hulka tekib kahe tsentriga või ringikujulisi
värde ja fragmente, mille arv rakus on mikroskoobi all kokku
loetav. Samuti võib sealt leida vahetatud osadega pealtnäha
normaalseid kromosoome, mille äratundmiseks kasutatakse
luminestsents-markeeringut. Kromosoomiaberratsioone loendatakse
peamiselt lümfotsüütides, mis satuvad verre luuüdist.
Defektsete kromosoomide arv sõltub kiiritusdoosist mittelineaarselt
ja oleneb ka doosi kiirusest: hetkeline või ka mõnetunnine
kiiritus annab mitu korda suurema efekti kui sama doos ühtlaselt
nädala või kuu aja peale jagatult. Seepärast ei anna kirjeldatud
meetod otseselt doosi väärtust kätte. Lümfotsüüdirakkude
edasine saatus oleneb aberratsiooni tüübist. Defektse tuumaga
rakk ei anna pooldumisel elavaid järglasi ja nende rakkude
arv hakkab pärast kiiritust mõne kuu möödudes langema. Erandi
moodustavad vahetatud osadega kromosoomid
Joonis 1. Kui ühes rakutuumas
lõigatakse katki kaks või enam kromosoomi,
või vad nad valesti kokku kasvada (tekivad retsiprokaalsed
translokatsioonid)
, mis säilivad rakkude pooldumisel ja päranduvad sugurakkude
kaudu ka järglastele, võimaldades kunagi saadud kiirgust
hinnata pikema aja möödudes.
Veel üks dosimeeter - hambad
1984. aastal avaldas Jaapani teadlane Motoji Ikeya
töö, milles mõnede Hiroshima ja Nagasaki tuumaplahvatuse
üleelanute kiirgusdoosi hinnati nende hammaste abil. Hambaemail
reageerib kiirgusele ja temas toimuvad muutused on jälgitavad
põhimõtteliselt samuti kui fotomaterjaliski. Tõsi, kiiritatud
hambad ei lähe mustaks nagu fotopaber, kuid kui hammas asetada
magnetvälja, siis omandab ta võime neelata mikrolainevälja.
Kiiritatud hambaemaili spektris tekivad iseloomulikud elektron-paramagnetilise
resonantsi (lühendatult EPR) neeldumisribad, mida võib
mõõta EPR-spektromeetri abil. Nende ribade intensiivsus
on võrdeline saadud doosiga ja ei sõltu doosi kiirusest
.
Joonis 2. Pärast ohverdatud hamba
signaali mõõtmist antakse uuritavale proovile
laboratooriumis korduvalt lisakiiritust, mille doos on täpselt
kontrollitud. Iga kord mõõdetakse signaal
uuesti üle. Saadud sõltuvust graafiliselt edastades
ja lineaarselt null-signaalini üle kandes jääb
graafiku x-telje lõik Do, mis võrdub esialgse
doosiga.
|
Inimese
luukoe mineraalosa moodustab põhiliselt hüdroksüapatiit,
mille keemiline valem on Ca10(PO4)6(OH)2.
Hambavaabas e. emailis on hüdroksüapatiidi
prismakujulised mikrokristallid korralikult pakitud
ja orgaanilisi lisandeid on vähe (~1%) võrreldes dentiini
ja muu luukoega (üle 10%), sellest ka hambavaaba eriline
vastupidavus “ajahambale”. Hambavaaba silmapaistev
kiiritusmälu on seotud lisanditega hüdroksüapatiidis.
Nimelt asendub juba hammaste kasvamise ajal imiku
või hiljem nooruki lõualuus osa hüdroksüapatiidi fosfaatrühmi
(PO4)3-
karbonaatrühmadega (CO3)2-.
Ioniseeriva kiirguse toimel tekivad kristallides laengukandjad:
elektronid ja augud, mis karbonaatrühmadega seondudes
moodustavad radikaale. Viimaste uurimine pole käesoleval
ajal veel lõppenud, kuid nende seas on leitud (CO3)-,
(CO3)3-
ja eriti stabiilseid (CO2)-
molekule. Stabiilsus tähendab, et kord tekitatud radikaalide
arv hammastes ei kahane radioaktiivset kiiritust saanud
indiviidi suus tema eluajal ega hiljemgi. |
|
|
Hambavaabal
baseeruv EPR-dosimeetria ehk lühemalt öeldes odontodosimeetria
on tundlikum kui vererakkude kromosoomianalüüsile
tuginev biodosimeetria, millest on kasu just väikeste
dooside kindlakstegemisel. Nüüdisaegne aparatuur võimaldab
usaldatavalt registreerida doosi juurdekasvu, mis
on väiksem kui 0,05 Gy. Kuid meetodil on ka puudusi.
Enne mõõtmist on vaja hambavaap dentiinist eraldada
ja jämedateraliseks pulbriks uhmerdada. See tähendab,
et hammas tuleb suust välja tõmmata ning sellega tervete
hammaste omanik vaevalt nõustub. Standardse 9 GHz
(X-riba) spektromeetri jaoks vajalik kogus hambavaapa,
sõltuvalt nõutavast täpsusest, on 50-200 mg ja seda
ei õnnestu sageli ühestainsast kaariesest söödud hambast
saada. Jaapani teadlaste püüded valmistada spektromeeter,
milles mõõteresonaator pannakse patsiendi suhu ja
mõõtmisi sooritatakse in situ, pole seni andnud piisava
tundlikkusega tehnilist lahendust. Kui kasutada mõnevõrra
tülikamat 35 GHz (Q-riba) spektromeetrit, võib piirduda
2-5 mg prooviga, mida on lootust saada tavalise hambaravi
käigus hammast välja tõmbamata. Seni on massilised
elanikkonna doosi määramised Ukrainas ja Venemaal
sooritatud muu hulgas ka tuhandete ekstraheeritud
hammaste najal.
|
Luu- ja hambakell
Kui mõni ettevõtmine läheb nurja, siis on teatud aja
möödudes kena öelda, et sellest on järele jäänud ainult
hambad. Ammu väljasurnud selgroogsetest organismidest
säilivad paleontoloogilistes leidudes samuti kõige paremini
luukude ja eriti kaua hambad. Leidude vanuse määramiseks
kasutatakse mitmeid meetodeid. Üks nende seas on ühine radioaktiivse
kiirguse dosimeetriaga. Selleks tuleb mõõta luuleidude EPR-signaali.
Kui on lisaks ära mõõdetud, kui suur on radioaktiivse kiirguse
intensiivsus paleontoloogilise leiu asukohas maa sees (tüüpiline
väärtus vastab doosi kiirgusele 1 kuni 2 Gy aastatuhande
jooksul), siis on ka teada, kui kiiresti "tiksub" seal luu-
või hambakell. Siinkohal olgu märgitud, et geoloogiliste
leidude dateerimine karbonaatse materjali (näiteks molluskite
kodade) abil EPR-meetodil oli varemgi tuntud ja sellealaseid
uuringuid on teinud ka Eestis Geoloogia Instituudis dr.
Galina Hütt ja dr. Anatoli Molodkov.
Kanada teadlase Henry Schwarczi 1985. aastal avaldatud
töö mammutihammaste EPR-spektroskoopiast oli autori teadmist
mööda esimene, mis näitas väga vanade, kuni miljoni aasta
vanuste arheoloogiliste leidude najal hambaemaili pikaaegset
kiiritusmälu. Inimese eellaste vanuse määramisel nende eneste
hambaid mõnda aega EPR-spektromeetrisse ei pandud, nähtavasti
kartusest haruldasi leide rikkuda. Küll aga tehti seda samadest
leiukohtadest pärit loomade hammastega. Alles 1996. aastal
dateerisid Austraalia teadlane Rainer Grün jt. Florisbadist
(Lõuna-Aafrikas) 1932 välja kaevatud hominiidide hambaid,
saades EPR-meetodil nende vanuseks 259 000±35 000 aastat.
Mõõtmiseks kasutatud kaks hambafragmenti, massiga 10 ja
25 mg, kinnitati pärast mõõtmiste sooritamist leiu külge
tagasi.
Tallinnas Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudis
tehtud uuringud ultravioletse kiirguse toimel hambavaabas
tekkivate muutuste kohta on näidanud, et paleontoloogilise
leiu vanuse määramine nõuab ettevaatust. Kui väljakaevatud
luud ja kondid on kindlasti olnud kogu aeg setetesse maetud,
siis on radikaalid nendes tekkinud radioaktiivse kiirguse
toimel ja EPR-meetodi kasutamine dateerimiseks õigustatud.
On aga leitud kolp mõnda aega maapinnal pleekinud, siis
tuleb arvestada, et paleodosimeetriline kell on tiksunud
kiiremini: üks aasta päikesevalgust (keskmistel laiuskraadidel)
võis leiu näivat vanust umbes aastatuhande võrra pikendada.
_________________________________
1 Rahvusvahelises mõõteühikute süsteemis
(SI) on kiirgusdoosi ühikud grei (Gy) ja raad
(1 rad = 0,01 Gy). Tuntum on ehk vanem ühik röntgen
(1 R » 1 rad). Greid defineeritakse kui kehale kiirgusega
üle antud energia tihedust: üks Gy tähendab, et 1
kg ainet on saanud 1 dzauli (J) energiat. On see suur või
väike ühik? Arvesse võttes vee erisoojust 1 kcal / kg ×
kraad = 4,2 kJ / kg × kraad saame, et radioaktiivse allikaga
vett soojendades läheks vee keema ajamiseks umbes kakssada
tuhat greid (200 kGy). Seega on grei justkui väike ühik,
aga ometi, õnnetusjuhtumitest on selgunud, et vaid 3 - 5
Gy kiiritust saanud inimestest surevad pooled mõne nädala
jooksul kiiritustõppe. Selle põhjuseks on nimelt kiirguse
ioniseeriv toime.
Niisugune surmav (letaalne) doos kehtib g-kiirguse
korral, millel on suur läbitungimisvõime. Elektronid ja
eriti a-osakesed
sügavale ei tungi. Samal ajal annavad nad oma energia ära
lühikese maa peal, tekitades oma teel tihedalt ioone. Paljudele
ainetele, sealhulgas elusainele, on iseloomulik kiirguse
toime mittelineaarsus: näiteks kui doos on kümme korda suurem,
siis esile kutsutud efekt (näiteks hukkunud rakkude arv)
on rohkem kui kümme korda suurem, ruutsõltuvuse korral sada
korda suurem võrreldes ühekordse doosiga. Seetõttu a-osakestest
saadud grei on palju mõjusam kui grei g-kiiri.
Seda erinevust arvestab bioloogilise ekvivalentdoosi
ühik siivert (Sv). G-kiirguse
korral on siivert ja grei võrdsed, a-kiirguse
korral on 1 Gy ligikaudu võrdne 10 Sv-ga (täpsem vahekord
oleneb osakeste kineetilisest energiast).
tagasi ...
|
|
|