Nükleer Fizik: Radyasyonun Biyolojik Etkileri 1

Önceki  yazılarımızda; bozunum çeşitlerini, nükleer reaktörleri, maruz kalma ile alınan doz arasındaki ilişkiyi inceledik. Nükleer enerji, her şey yolunda gittiğinde, son derece görkemli bir dans gibidir. Ancak bir şeyler ters gittiğinde, radyasyona maruz kalmanın son derece ciddi sonuçları olabilir. Bu yazımızda da, bu sonuçları yani radyasyonun biyolojik etkilerini inceleyeceğiz.
Radyasyon etkileri, iki temel başlıkta incelenir.

1. Stokastik (gelişigüzel gerçekleşen) etkiler
2. Deterministik etkiler

Deterministik etkiler, doz miktarıyla doğru orantılı olarak artış gösterir. Bu etkilerin gözükmesi için, belirli bir doz seviyesinin aşılması gerekir.
Bunu, bir örnekle açıklamak gerekirse, kişi belirli bir alkol limitini aşmadan, sarhoşluk belirtilerini göstermez.  O limitin üzerine çıktığında ise, ne kadar sarhoş olduğu, kişinin ne kadar içtiği ile doğru orantılıdır.
Stokastik etkiler ise, tamamen tesadüf sonucu gerçekleşir. Hatta diyebiliriz ki, bu etkilerin radyasyona maruz kalmayan bireylerde de görülmesi mümkündür. Bu etkiler, kanser ve diğer genetik etkiler olarak sınıflandırılabilir. Herhangi bir eşik değer yoktur.
Biliyoruz ki, kanserojenlere maruz kalmak, ya da mutasyona uğramış genler, kanser riskini arttırmaktadır. Ancak, kanserojen maddelere maruz kalmamış kişilerde kanser görülmeyeceğini, ne yazık ki söyleyemeyiz.
Örneğin, akciğer kanseri, sigara içen kişilerde çok daha sık görülmektedir. Ancak, sigara içen herkeste bu kanser görülmez. Aynı zamanda, sigara içmeyen bireylerde de bu kanser türünün görülmesi mümkündür. Yani diyebiliriz ki sigara, kanserin görülmesine sebep olan bir etkendir.
Öyleyse, denebilir ki, radyasyonun DNA'yı etkileme süreci, düşük dozlardara maruz kalındığında, çok kısa bir süre içerisinde de, yıllar içerisinde de gerçekleşebilir.
Stokastik ve deterministik etkilerin oluşumu, radyasyonun doğrudan ya da dolaylı olarak sebep olduğu etkilerle gerçekleşir.
1. Doğrudan Etki:Molekülün iyonlaşma ve uyarılma yoluyla bozulması
2. Dolaylı Etki:Serbest radikaller ve hidrojenperoksit üretimi
Bu iki etki, biyolojik etkilerin temelini oluşturur. Biyolojik etkiler hakkındaki ikinci yazımızda; dolaylı ve doğrudan etkilerin yol açtığı sonuçları ve bunların emilen doz ile ilişkisini inceleyeceğiz. Şimdi, bu iki etkinin mekanizmasını inceleyelim.

Doğrudan Etki

Canlılarda bulunan çeşitli moleküllerin, iyonlaştırılması ve uyarılması, biyolojik etkilerin başında gelir. Molekülün iyonize olması, molekülün bozulması anlamına gelir.
Hücrelerde, kalıtım materyalini taşıyan ve kromozom adı verilen mikroskobik yapılar bulunur. Bu kromozomlar, yarısı anneden, diğer yarısı babadan alınan genetik bilgiyi taşıyan çiftler halinde bulunur. Kromozomlar, genetik bilgiyi kodlayan DNA adı verilen moleküllerin birbirine dolanıp yoğunlaşması ile oluşur.
DNA uzun bir sarmal yapıdadır ve bu uzun dizi 4 farklı bazdan oluşan 4 farklı nükleotitin yan yana dizilmesi ile oluşur; Adenin (A), Guanin (G), Timin (T) ve Sitozin (C). Bu dizide nükleotitlerin dizilme sırası proteinlerin sentezlenmesini ve fonksiyonel dizilerin oluşmasını sağlar, bu proteinler saç tipinizden göz ve ten renginize, sahip olabileceğiniz kalıtımsal rahatsızlıklara kadar birçok şeyi belirler.

Canlılarda doğrudan etki; alfa, beta ya da gama ışınlarının; iyonlaştırma etkisiyle şeker-fosfat bağlarını bozması ya da DNA'daki baz çiftlerini parçalaması sonucu gerçekleşir. Bu etki, mutasyon olarak adlandırılır. Gerçekleşen bu mutasyon, üreme hücrelerinde gerçekleşirse, gelecek nesillere aktarılması da söz konusudur.
Bu hasar, dediğimiz gibi alfa, beta ve gama ışınlarının her birisi için söz konusu olsa da, zarar verme olasılığı en yüksek olan radyasyon, alfa parçacıklarıdır.
Bahsettiğimiz mutasyonların bir kısmı, hücre tarafından onarılabilir. Bunlar genellikle sarmalın tek ipliğinde meydana gelen hasarlardır. Ancak daha ciddi hasarların onarımı çok zordur. Bu ciddi hasarlar, sarmalın karşılıklı iki tarafında da meydana gelen bozukluklar ve parçalanmalardır. Bu hasarlar sonucunda tümör oluşumu ya da hücre ölümü gerçekleşebilir.
250 mGy'den küçük olan dozlarda, mutasyon olasılığı düşüktür. Bu aralıkta meydana gelen genetik değişimlerle ilgili yeterli veri bulunmamaktadır.
Bu hasarlar, radyasyonun doğrudan sebep olduğu hasarlardır.

Dolaylı Etki

Vücudumuzun ciddi bir kısmı sudan oluşur. O yüzden, radyasyonun canlılığa etkisini değerlendirirken, su ile olan etkileşimini göz önünde bulundurmak son derece önemlidir.
Radyasyon enerjisinin su tarafından emiliminin ardından, son derece reaktif olan serbest radikaller oluşur.  Bu serbest radikaller, eşlenmemiş elektrona sahiplerdir ve son derece zehirli özellik gösterirler. Oluşum mekanizmalarını yazmak gerekirse;

Oluşan bu pozitif yüklü iyon hemen ayrışır.

Oluşan OH, içerdiği eşlenmemiş elektrondan dolayı serbest radikal olarak isimlendirilir. Açığa çıkan elektron başka bir su molekülü tarafından yakalanırsa da;

haline gelir ve hemen ayrışır.

Bu ayrışma sonucu oluşan H de serbest radikal olarak adlandırılır. Yukarıdaki denklemlerde oluşan  H+ ve OH- önemsizdir çünkü vücutta bu iyonlardan bolca bulunmaktadır. Serbest radikaller ise, birbirleriyle birleşebilir ya da vücuttaki moleküllerle reaksiyona girebilir ve onlara zarar verebilir.
Bu etki, radyasyondan suya geçen enerjinin miktarıyla belirlenir. Eğer ki geçen enerji miktarı yeteri  kadar yüksekse,  oluşan serbest OH radikalleri birbirine çok yakın halde oluşurlar ve serbest halde bulunan H ile birleşmeden önce, diğer OH radikalleriyle birleşirler ve bu sayede,

bileşiğini oluştururlar. Birleşen H radikalleri ise, H2 bileşiğini oluştururlar.
Oluşan

  bileşikleri, vücuda yayılabilicek kadar  uzun süre kararlı yapıda kalabilirler.

, oksitleyici özelliğe sahiptir. Bu özelliği sayesinde hücreleri ve molekülleri etkileyebilir. Yani, 

, zehirli, reaktivitesi yüksek ve oksitleyici bir maddedir ve bu sayede radyasyonun zehirli etkilerini arttırabilir.

Özet

Yazılarımızın bir çoğunda, özet vermeyi gerekli bulmuyoruz. Ancak nükleer fizik, özellikle de radyasyonun etkileri, anlaşılması güç olabilecek bir konu olduğundan, önemli noktaları tekrar tekrar vurgulamanın gerekli olduğunu düşünüyoruz.
Radyasyonun canlı üzerindeki etkileri, iki alt başlıkta incelenebilir. Bunlar, stokastik ve deterministik etkilerdir. Bu etkiler, radyasyonun doğrudan ve dolaylı yoldan oluşturduğu etkiler sonucu ortaya çıkar.
Yazımızın ikinci kısmında, bu etkiler ve bu etkilere yol açan radyasyon dozları hakkında konuşacağız.
Hazırlayan:Ege Can Karanfil

---

Referanslar

1. Prof. Dr. Selahattin Özdemir, Health Physics ders notları
2. TeachNuclear, "Effects of Ionizing Radiation on DNA"
   <https://teachnuclear.ca/all-things-nuclear/radiation/biological-effects-of-radiation/effects-of-ionizing-radiation-on-dna/>
3. TAEK, "İyonlaştırıcı Radyasyonun Biyolojik Etkileri"
   <http://www.taek.gov.tr/tr/kullanma-bulundurma-lisans%C4%B1/158-egitim-arastirma/bilgi-kosesi/radyasyondan-korunma/1052-iyonlastirici-radyasyonun-biyolojik-etkileri.html>

Kapak Görseli
<https://radiationtherapynews.com/2014/12/08/study-reviews-biological-effects-thz-wave-radiation/>