Radyasyonun hücre üzerindeki etkileri doza bağımlıdır ve radyasyon dozu gri (Gy) birimleriyle ifade edilir. Gy kısaca bir maddenin soğurduğu enerji olarak tanımlanır. Ancak bu tanım, yayılan hacmin uzamsal dağılımını hesaba katmaz. Öte yandan, doğrusal enerji transferi (LET) radyobiyolojide daha önemlidir. LET, iyonlaştırıcı bir parçacık tarafından birim mesafe başına aktarılan maddeye verilen enerji miktarıdır. Ve düşük LET ile homojen dağılım elde edilebilirken, daha yüksek LET (parçacık enerjisi) ile homojen olmayan dağılım meydana gelebilir. Enerji transferi sonucunda hücrede çeşitli hasarlar meydana gelir. Hücredeki radyasyonun ana hedefi DNA’dır. Normal şartlar altında DNA kırılmaları dakikalar veya saatler içinde onarılabilir ve bu kırılmalar hücre ölümüne neden olmaz. Bununla birlikte, çift sarmal kırıldıktan sonra hücre ölümü meydana gelebilir. Radyasyonun DNA üzerindeki etkisi iki kategoriye ayrılabilir, yani doğrudan ve dolaylı etkileri vardır.
İçindekiler
Doğrudan etki
Doğrudan bir reaksiyon, iyonlaştırıcı radyasyon bir atom veya moleküle çarptığında ve elektronları iyonlaşma oluşturmak için atomdan ayırdığında meydana gelir. Alfa, beta ve yüksek doz gama ışınları, LET ile ışınlama noktasında belirli bir molekülü iyonize eder. Bu, DNA yapısında iki bitişik segmentin oluşmasıyla sonuçlanır. Bu iki parça hemen aynı orijinal molekülü oluşturmak için birleştirilirse, sonuçta hiçbir zarar olmayabilir. Ancak DNA gibi büyük bir molekülde bu direkt etki ile bağ kopmaları meydana gelebilir. Doğrudan DNA üzerinde etkili olan iyonlaştırıcı radyasyon, açık pürin halkalarına neden olabilir. Ayrıca fosfodiester bağları kırılabilir ve tek veya çift DNA’da kopmalar meydana gelebilir. Öte yandan, tıpta iyonlaştırıcı radyasyon kullanılmaktadır.
dolaylı etki
Radyasyon, DNA’yı doğrudan etkilemeden vücut molekülleri ile etkileşime girebilir. Bu etkiler, iyonlaştırıcı molekülleri ve serbest radikalleri içerir. Bu reaktif serbest radikallerin DNA üzerindeki etkisi indirekt etki olarak tanımlanır. Serbest radikal, bir veya daha fazla eşlenmemiş elektron içeren oldukça reaktif bir atom veya moleküldür. Eşlenmemiş tek elektron, canlı hücrelerde toksik etkilere sahip olduğu ortaya çıkan serbest radikallere farklı kimyasal özellikler verir. Örneğin, iyonlaştırıcı radyasyon, insan vücudunda bol miktarda bulunan su molekülleri üzerinde etki ederek serbest radikaller yoluyla iletebilir. Suyun radyasyonla parçalanması (radyoliz) şu şekilde gerçekleşir:
(1) H 2 O + IR (iyonlaştırıcı radyasyon) e – + H 2 O +,
(2) e – + H2OH20 -, (3) H20 – OH – + H +, (4) H20 -H + + OH -.
Bu reaksiyon, H•, OH•, H+ ve OH- olmak üzere dört serbest radikal ürünün oluşumuyla sonuçlanır. İyonize parçacıklar DNA ile etkileşir ve dolaşmaya, kimyasal bağların kırılmasına ve yapısal bozulmaya neden olur. Oksijen varlığında, radyasyon hücre içinde oldukça yıkıcı reaksiyonlar üretir. Bu zehirli kimyasal yapıların DNA ile dolaylı etkileşimi sonucunda hücre kendini onarabilir ve yaşamını sürdürebilir. Ancak kendini tamir edemeyebilir, ölebilir (apoptoz) veya tamir başarısız olup hücrede mutasyona neden olabilir. İyonlaştırıcı radyasyonun dolaylı etkisiyle DNA hasarı, doğrudan etkinin iki katı kadar olabilir. Bu hasarın şiddeti radyasyon dozuna bağlıdır ve DNA baz hasarı en önemli DNA hasarı türüdür. Timidin bu bağlamda radyosensitif bazdır, onu sitozin, adenin ve guanin takip eder.
100 Rad (1 Gy)’lik düşük bir radyasyon dozu, hücre başına 60-70 çift ayırıcı ve 1000 tek ayırıcı üretebilir. Hücre ölümünden basit tek veya çift kırılmalar sorumludur. DNA zincirlerinin hasar görmesi ciddi bir hücresel olgudur. Bununla birlikte, hücre kromozomal onarım mekanizmaları ile donatılmıştır. Diğer biyolojik mekanizmalar gibi, bu onarım mekanizmaları da %100 etkili değildir. DNA onarım enzimleri, tek sarmallı kırılmalarda çift sarmallı enzimlere göre daha etkilidir. DNA zincirleri karşılıklı olarak hasar görürlerse sorunu onaramazlar ve hasar hücre ölümüne yol açar. İyonlaştırıcı radyasyonun neden olduğu kromozomal anormallikler genellikle kromozomal kırılmalar ve kromatid kırılmaları olarak ortaya çıkar.
Kromozom kırılmaları genellikle hücre döngüsü sırasında interfazın ilk fazında (G fazı veya erken S fazı) hücrede radyasyona maruz kalmanın bir sonucu olarak meydana gelir. Kromatit kırılmaları, ara fazın son aşamasında (geç S veya G2 fazı) radyasyona maruz kalmanın bir sonucu olarak meydana gelir. Hücre mitoz veya mayoz bölünmeden önce kromozomal onarım mekanizmaları kromozomal hasarı onaramazlarsa, konjugasyon başarısız olur. Bu, genetik sorunlara neden olan hücrenin veya yavruların ölümüyle sonuçlanır. Genel olarak, mitoz sırasında radyasyona maruz kalan hücrelerin onarım için daha az zamanı vardır. Bu nedenle, mitoz aşamasında daha fazla genetik mutasyon ve anormal hücre fonksiyonları tetiklenir.
Aksine, daha az sıklıkta mitotik aktivite gösteren hücreler (mercekteki hücreler, nöronlar, kas hücreleri ve iskelet hücreleri gibi) radyasyona karşı daha az duyarlıdır. Radyasyon onkolojisinde tedavi, düşük radyasyon dozlarının (5 gün, 2 Gy/gün) fraksiyonel formlarında gerçekleştirilir. Kırıklarda radyasyon tek ve çift sarmal kırılmalara neden olur. Ortalama olarak, kırıklar arasındaki tek kırılmalar 0,3-3 saat içinde onarılır. Ayrıca normal dokularda onarım yeteneği tümörlü dokulara göre daha yüksektir. Böylece radyoterapi sırasında normal dokular korunur. Radyasyonun beş rs adı verilen bölümlerde iletilmesinin birkaç nedeni vardır. Bu nedenler aşağıdaki gibidir:
duyarlı
Bir organizma içindeki dokular farklı seviyelerde radyosensitivite gösterir.
düzeltmek
Hücrelerin DNA onarım mekanizmaları vardır. Özellikle tek kırıklar, çok karmaşık biyolojik mekanizmalar tarafından hızla onarılabilir.
yeniden nüfus
Hücreler kesirler arasında çoğalma şansına sahiptir. Kırıklar sırasında, hipoksik hücreler oksijeni geri kazanabilir ve radyasyona karşı daha duyarlı hale gelebilir. Radyasyon, radyonüklid tedavisi sırasında sürekli olarak verilebilir. Tek ve çift sarmal kopmalar meydana gelebilir. Bu süreklilik içinde, tek sarmallı kopmalar onarılabilir. Radyonüklid tedavileri de parçalar halinde verilebilir. Örneğin; Radyoaktif iyot, Lu-177 oktreotid ve PSA tedavisi 3-6 ay olmak üzere 6-8 hafta aralıklarla verilir. Ancak bu tür bir bölütlemenin bilimsel bir dayanağı yoktur.
Radyasyonun hücre zarı üzerindeki etkisi
Hücre zarlarının temel işlevi, hücre içindeki ve dışındaki madde alışverişini kontrol etmektir. Radyasyon, hücre zarı lipid çift tabakasını etkiler ve zar proteinlerinin iyonlaşması, tüm taşıma mekanizmalarını bozar. Doymamış moleküllerin oksijenle bileşiklerine oksidasyonu, çift bağlar ve karbonil gruplarında serbest radikaller üretir. Bu mekanizma, hücre içi zincir reaksiyonları yoluyla bu molekülleri serbest radikallere dönüştürmek için diğer organik moleküllerle etkileşime girer. Vücutta bu zincirleme reaksiyonu yavaşlatmak ve durdurmak için çeşitli savunma mekanizmaları vardır.
Hücre dışı radyasyonun etkisi
Hiçbir hücre radyasyona tamamen dirençli değildir. Her hücrenin radyasyona karşı farklı duyarlılığı vardır. Radyasyonun farklı hücre tipleri üzerindeki etkileri aşağıdaki gibidir:
• Kan parametrelerinde değişiklik Genel olarak, 500 mg (500 rad) gama dozundan sonra kan bileşenlerinde azalma meydana gelebilir.
• Kan üreten sistemdeki semptomlar, yaklaşık 200 mg (2 Gy) dozları kemik iliğinde hasara yol açarken, 4-6 Gy’nin üzerindeki dozlar tam yıkıma neden olabilir. Kemik iliği bazen kendini onarabilir ve bu dozlarda hayatta kalabilir; Ancak 7 Gy ve üzerindeki kemik iliği onarımı imkansızdır.
• Gastrointestinal semptomlar, tüm vücutta 10 Gy ve üzeri dozlarda ışınlama barsaklarda kabuklanmalara neden olur.
• Tüm vücutta 20 Gy’den yüksek dozlarda radyasyona maruz kalmanın birkaç saat veya gün içinde bilinç kaybına yol açtığı merkezi sinir sistemindeki semptomlar. Radyasyonun hücre dışı etkileri deterministik ve rastgele olarak sınıflandırılır.
kritik etkiler
Yüksek dozda iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalmak, özellikle kemik iliği ve gastrointestinal sistem üzerindeki hızlı etkisi nedeniyle ani ölüme neden olabilir. Bireyler, 5 Gy’ye kadar olan radyasyon dozlarına akut maruziyetten kurtulabilirler. Ancak medikal tedavi uygulansa dahi 50 Gy ve üzeri radyasyona maruz kalmak ölümle sonuçlanmaktadır. İyonlaştırıcı radyasyona maruz kalma belirli bir bölgeyi etkiliyorsa, radyasyona maruz kalmanın türü ve yoğunluğuna ve ayrıca vücudun maruz kalan kısmının radyasyon duyarlılığına bağlı olarak değişir. Olası sonuçlar arasında erkeklerde (3,5-6 Gy) ve kadınlarda (2,5-6 Gy) gonadlara radyasyon maruziyetinden kaynaklanan cilt yanıkları ve kısırlık sayılabilir. Ayrıca gözün radyasyona maruz kalması sonucu katarakt (5 Gy) oluşabilmektedir. Belirleyici etki, harici radyoterapi ve radyonüklid tedavileri ile ortaya çıkabilir.
rastgele etkiler
Akut olmayan (aşırı) radyasyona maruz kalma durumunda bu etkiler gecikmiş (somatik) olarak görülebilir. Özellikle 0,01 Sv (1 rem) ile 1 Sv (100 rem) arasındaki dozların etkileri yoğun araştırma konusudur. Birleşmiş Milletler Atomik Radyasyonun Etkileri Bilimsel Komitesi ve ABD Ulusal Bilimler Akademisi ve İyonlaştırıcı Radyasyonun Biyolojik Etkileri Komitesi tarafından ayrıntılı incelemeler yayınlandı. Radyasyonun geç etkileri, bir kerede çok yüksek dozda radyasyona maruz kalma veya sürekli olarak yüksek dozda radyasyona maruz kalma yoluyla ortaya çıkabilir. Olumsuz etkiler için bir eşik doz belirlenemez. İlişki doğrusal olduğunda ve daha fazla radyasyon alındığında, radyasyon hasarı potansiyeli artar. Düşük dozda radyasyona maruz kalmanın insanlarda kansere neden olduğunu kanıtlayacak somut bir veri yoktur. Düşük doz maruziyetin etkileri, hayvan deneylerine ve yüksek dozda radyasyona maruz kalan insanlar üzerinde yapılan çalışmalara dayalı olarak tahmin edilmektedir. Düşük doz radyasyona maruz kalmanın olası yan etkileri, kanser ve genetik değişiklikleri içerebilir.
kaynak:
large.stanford.edu/courses/2018/ph241/carlton2/helmholtz-muenchen.de/fileadmin/_migrated/content_uploads/DoReMi2015—RadBiolIntro—Rosemann_01.pdf
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]