Helseeffekter av ioniserende stråling
Artikkel
|Publisert
Mennesker utsettes for ioniserende stråling, blant annet radioaktiv stråling, fra radioaktive kilder som har naturlig opprinnelse eller som stammer fra menneskelig aktivitet. Her finner du informasjon om hvilke helseeffekter slik stråling har.
Se også nettsidene til Direktoratet for strålevern og atomsikkerhet:
- Stråletrygg hverdag (her får du blant annet informasjon om norsk atomberedskap, trusselbilde for atomhendelser og radiologiske hendelser i Ukraina og informasjon om jodtabletter).
Hva er ioniserende stråling?
Stråling er ioniserende når den har nok energi til å rive løs elektroner fra atomer eller molekyler. Da får vi dannet elektrisk ladede ioner som er mye mer reaktive enn de opprinnelige partiklene.
De vanligste typer ioniserende stråling er kosmisk stråling, stråling fra radioaktive stoffer (alfa (a), beta (ß) og gamma (g)), og røntgenstråling. Disse stråletypene skiller seg fra hverandre ved at de har forskjellig opprinnelse, ladning og masse, og energispektrum. Høye doser ioniserende stråling kan skade kroppens celler, proteiner, enzymer og DNA.
Ettersom miljøeksponering for ioniserende stråling i stor grad dreier seg om lave doser og lave doserater, er det fokus for omtalen i denne artikkelen. Røntgenstråling er hovedsakelig menneskeskapt og finnes ikke i miljøet.
Kilder til ioniserende stråling
Den viktigste delen av den ioniserende strålingen vi utsettes for i Norge finnes naturlig i omgivelsene. Radon er den viktigste naturlige kilden, og stammer fra nedbryting av uran fra fjell og løsmasser. Medisinsk diagnostikk og behandling står for de viktigste menneskeskapte strålekildene i hverdagen, spesielt røntgen. Men også stråling fra nedfall fra atomulykker og prøvesprengninger lang tid tilbake, bidrar også til en viss grad.
Kosmisk stråling, hovedsakelig fra sola, kan vi bare få i oss dersom vi er høyt oppe i atmosfæren eller ute i verdensrommet. Jordmagnetismen beskytter oss, og selv flypersonell får et ubetydelig bidrag fra kosmisk stråling.
Hvordan skader strålingen cellene våre?
Ioniserende stråling gir biologiske effekter via to mekanismer: 1) Direkte ved å splitte molekyler etter deres eksitasjon og ionisering og 2) Indirekte ved produksjon av frie radikaler og hydrogenperoksid i vannet i kroppsvæskene, som igjen kan ødelegge viktige molekyler i kroppen.
Kunnskapen vi har om helseeffekter av stråling kommer primært fra studier fra mennesker som overlevde atombombene i Hiroshima og Nagasaki. Disse menneskene ble utsatt for høye doser stråling. Denne kunnskapen er fundamentet for dagens strålevern, og baserer seg generelt på sammenheng mellom stråledose og sannsynligheten for skade. Det innebærer at stråling er noe vi i prinsippet ikke anser å ha en sikker grensedose for; altså at all stråling er antatt forbundet med en økt risiko for helseeffekt. Siden vi ikke kan unngå å utsettes for stråling i hverdagen, vil praktisk strålevernsarbeid bety at vi likevel må sette grenseverdier for å regulere hvor mye stråling man kan utsettes for i forskjellige situasjoner.
Unge er mest utsatt for stråling
Effekter av stråling kan forekomme hvor som helst i kroppen. Men noen vev er mer følsomme for stråling enn andre. De mest følsomme vevene er de som har hyppig celledeling. Derfor regner man med at barn og ungdom, som vokser mye og har stadig utvikling av hjerne og kjønnsceller, er mer følsomme for stråling enn eldre. Ettersom de forhåpentlig har et langt liv foran seg, bekymrer vi oss mer for de unge fordi stråleskader etter lave doser først kommer etter 20-30-40 år. På den andre siden har eldre ofte sykdommer eller nedsatt immunforsvar som gir dårligere evne til å reparere og avverge stråleskader.
Samme logikk gjelder for organer og celler i kroppen, uansett alder: celler som deler seg raskt, vil ofte dra med seg flest skader på DNA (genskader) og proteiner til neste generasjon celler. Derfor ser man akutte stråleskader først i bloddannende celler i beinmargen, hudens basalceller, sædproduksjon og overflatecellene i tarmene. Anemi (blodmangel), blodkreft, hudforandringer og sterilitet er tidlige tegn på stråleskader. Nervevev og muskler tåler mer. Langtidseksponering ved lavere doser følger ikke nødvendigvis samme mønster. For alle organer gjelder at lavere doser kan gi økt forekomst av kreft som kommer til uttrykk etter lengre tid.
Hvor mye stråling skal til for å få helseeffekter (om doser og doserate)?
Generelt så tenker man at jo høyere doser kroppen absorberer av stråling, desto mer vil risikoen for helseeffekter øke. Men, det er også slik at de biologiske effektene også vil påvirkes at hvor mye ståling man utsettes for pr. time. Denne «konsentrasjonen» av stålingen kalles doserate. En høy doserate betyr at man får en gitt total dose over et kort tidsrom, som for eksempel ved stråleterapi eller ved å rydde radioaktiv grafitt på taket av en ødelagt Tsjernobyl-reaktor. Ved lav doserate får man den samme totale dosen over måneder eller år. Kilden er da hovedsakelig radioaktive molekyler som er kommet inn i kroppen, selv om det finnes områder i verden med høy gammastråling fra omgivelsene (f.eks. Kerala i India og Ramsar i Iran). Radon blir vi utsatt for med en veldig lav doserate. Helseeffektene av lave doser og lave doserater omtales som stokastiske effekter av stråling, det vil si sannsynlighetsberegnete, tilfeldige effekter. Om man får en gitt dose med lav doserate, regner man med at det er mindre skadelig enn om man får samme dose på kort tid.
Man forventer en økning i DNA-skader proporsjonalt med stråledosen. Dette gjelder for doser fra om lag 0,1 Gy (100 mGy) og oppover. Bakgrunnsstrålingen i Norge er på 5-6 mGy/år – som er både en veldig lav dose og lav doserate sett i forhold til ulykker og tilsiktet bestråling. Gjennomsnittlig dødelig dose (LD50), det vil si et mål for akutt giftighet, og angir den dosen som fører til at halvparten (50 %) av individene i en befolkning dør, ligger på rundt 4-6 Gy for de fleste pattedyr, inkludert mennesker.
Utregninger viser at mutasjoner i DNA ved stråledoser under 100 mGy er så sjeldne at de ikke kan påvises uten å bruke tusenvis av forsøksdyr. Derfor er det for lave doser og doserater litt mer uklart hvilken rolle genmutasjoner spiller. I disse nivåene for eksponering foregår det mye forskning som også har satt søkelys på andre cellulære effekter enn mutasjoner, som blandt annet epigenetiske effekter. Dette vil si effekter som overføres fra celle til celle uten at DNA er mutert. Forskere fra FHI jobber med slik forskning gjennom forskningssenteret CERAD.
Kreft er ikke den eneste sykdomsformen som følger av stråling, men det er den sykdommen som ligger til grunn for strålevern i dag. Andre sykdommer er også foreslått å være forbundet med stråling, blant annet hjerte- og karsykdommer.
Hvor lenge er et radioaktivt stoff farlig?
Man må alltid vurdere halveringstider for å kunne si noe om helseeffekter av lav doserateeksponering. Radioaktive isotoper har veldig forskjellig fysisk halveringstid. En radioaktiv isotop er et grunnstoff som er ustabilt fordi det har flere eller færre nøytroner enn det stabile grunnstoffet vi kjenner fra det periodiske system. I tillegg finnes grunnstoffer som aldri er stabile, atomene vil hele tiden forandre seg til de blir et grunnstoff som er stabilt. Når ustabile isotoper endrer seg, dannes nye stabile eller ustabile datter-isotoper. Denne prosessen tar fra sekunder, til noen tiår eller tilnærmet uendelig.
Fysisk halveringstid – tiden det tar før halvparten av isotopen har forsvunnet - kan si noe om hvor lenge et radioaktivt stoff er farlig. Men noen ganger er det datter-isotopene som er farlige. Radon-isotopen Rn-222, er et slikt eksempel, med en halveringstid på 3,8 dager, men denne isotopen danner radondøtre som har andre helserelaterte egenskaper og andre halveringstider. En annen radon-isotop, Rn-220, har halveringstid på 56 sekunder, og vil aldri nå ned i lungene våre og være en helsefare.
Biologisk halveringstid forteller om hvor stråletoksisk et stoff er. Når en radioaktiv isotop kommer inn i kroppen, kan den bli en del av et molekyl i ulike vev som har rask eller langsom utskifting av sine molekyler. Radon har veldig kort biologisk halveringstid ettersom det er en edelgass som ikke kan bindes i noen molekyler i kroppen. Radon pustes ut rett etter at man har pustet det inn eller fått det i seg gjennom drikkevann. Radon alene er derfor ikke stråletoksisk. Men radondøtrene som dannes, er ikke gasser og de blir i kroppen i dager og uker.
Effektiv halveringstid får vi når vi kombinerer fysisk og biologisk halveringstid. Radioaktivt jod (I-131) – en bekymring ved uhell og eksplosjoner – har en fysisk halveringstid på 8 dager, men biologisk halveringstid på 80 dager. Den effektive halveringstiden er på 7,3 dager. En engangsdose med I-131 gir fra seg halvparten av alle β-partiklene (elektroner), selv om I-131 atomene forblir i kroppen over lengre tid. Jodtabletter virker best om man tar dem før I-131 kommer inn i kroppen, slik at den radioaktive isotopen ikke tas opp i skjoldbruskkjertelen, som da vil bli mettet med jod. Et annet eksempel er Cs-137 med fysisk halveringstid på 27 år og biologisk halveringstid på 70 dager. Effektiv halveringstid blir da 70 dager. Derfor kan man fôre ned sauer som har gått på Cs-137 nedsmittet beite med strålingsfritt fôr for å få ned aktiviteten i sauekjøttet. For Cs-137 betyr det at atomene er ute av kroppen lenge før de har slutte å sende ut sine β-partikler.
⍺, β og Ɣ har forskjellig helserisiko
Som nevnt i avsnittet Hva er ioniserende stråling?, så er ioniserende stråling ⍺- og β- partikler og Ɣ-stråler.
Alfapartikler (heliumkjerner) er store og rekker vanligvis ikke langt, om lag 0,1 mm i vev. De skaper all slags skader i en celle, inkludert kraftig ionisering, men rammer bare en enkelt celle. Da må isotopen være utenpå eller inni cellen. Alfapartikler fra radondøtre i lungene kan skade lungeceller på mange måter og gi kreft. Ergo er dette en viktig miljøfaktor. Det er omdiskutert om radondøtre kan gi skade i andre organer ettersom de i liten grad kommer seg videre fra lungene. Medisinsk bruk av alfapartikler utnytter alfapartiklenes korte rekkevidde og ødeleggende virkning for å ødelegge kreftceller. Røykdetektorer oppdager røyk med alfapartikler.
Betapartikler (elektroner) kan gå opptil 1 cm i kroppen. De er sterkt ioniserende, men gir også sekundær gammastråling som rekker lengre. Derfor kan isotoper som hovedsakelig sender ut betapartikler, som I-131, gjøre større vevsskader når de kommer i kroppen. Slik kan I-131 gi skjoldbruskkjertelkreft, slik vi så etter Tsjernobyl-ulykken.
Gammastråling (fotoner) er den svakeste ioniserende strålingen. Den har til gjengjeld lang rekkevidde, men må ha en viss energi for å produsere ioner med helseeffekter. Gammastråler fra Cs-137 fra atomulykker kan gi helseeffekter, mens naturlig forekommende gammastråling i fjell og jord og mat er en del av hverdagen. Gammastråling brukes i medisin og i industrien. Gammastråling av matvarer gjør dem ikke radioaktive, kun mikrobefrie.
Se også:
- Et pedagogisk temahefte om stråling - Universitetet i Oslo, seksjon for biofysikk og medisinsk fysikk
