5 / 1 9 9 8   A U G U S T  
 h o r i s o n t  
   
 I N I M E N E  L O O D U S  U N I V E R S U M
  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 ...


 
Horisondi e-post - horisont@datanet.ee