Σκοπός του παρόντος άρθρου, είναι η ενημέρωσή σας, με απλό και κατανοητό τρόπο ως προς την ακτινοβολία και κάποια είδη της, καθώς και την εφαρμογή της ακτινοβολίας, εντέλει, στην Ιατρική, με απώτερο σκοπό την διάγνωση και θεραπεία διαφόρων παθήσεων.

Τι είναι η ακτινοβολία και ποια τα είδη της;

Με τον όρο ακτινοβολία, εννοείται η διάδοση ενέργειας από μία πηγή στον χώρο (ωστόσο, διαδίδεται και ορμή). Αυτή η ενέργεια διαδίδεται υπό τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (π.χ. ακτίνες-X) ή με τη μορφή σωματιδίων (π.χ. πρωτόνια, ηλεκτρόνια κ.α.).

Επίσης, είναι γνωστό ότι το ηλεκτρομαγνητικό κύμα αποτελείται από δύο συνιστώσες. Δύο χρονικά μεταβαλλόμενα πεδία, ένα ηλεκτρικό και ένα μαγνητικό, παράγοντας το ένα το άλλο, των οποίων τα διανύσματα είναι κάθετα μεταξύ τους και διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός c = 3·10⁸ m/s. Όπως και στο φαινόμενο της έμβιας ύλης, η δομική και λειτουργική μονάδα ζωής είναι το κύτταρο, έτσι και στο ηλεκτρομαγνητικό κύμα, υπάρχει μία στοιχειώδης ποσότητα που φέρει αυτή την ενέργεια και ονομάζεται φωτόνιο. Παραθέτω κι ένα video αναπαράστασης ηλεκτρομαγνητικού κύματος, που μπορείτε να το παρακολουθήσετε και να λάβετε μία εικόνα για την ακτινοβολία, κάνοντας click στις έντονες λέξεις, Ηλεκτρομαγνητικό Κύμα. [5] [6] [7] [9]

Γενικά, η ακτινοβολία χωρίζεται σε δύο κατηγορίες. Τις μη ιονίζουσες και τις ιονίζουσες ακτινοβολίες. Επίσης, μία ακτινοβολία χαρακτηρίζεται από την ενέργεια που φέρει, από τη συχνότητά της και από το μήκος κύματος. Η συχνότητα είναι ο αριθμός των επαναλήψεων στη μονάδα του χρόνου και το μήκος κύματος είναι η απόσταση που καλύπτουν δύο διαδοχικά σημεία του κύματος. Μπορείτε να παρακολουθήσετε και σχετικό video, κάνοντας click στις έντονες λέξεις, Πλάτος, περίοδος, συχνότητα και μήκος κύματος περιοδικών κυμάτων. Ο όρος ιονισμός, αναφέρεται στο φαινόμενο κατά το οποίο, όταν αποδίδεται ενέργεια σε ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια ενός ατόμου, τότε αυτά αποδεσμεύονται εντελώς από το ελκτικό πεδίο του πυρήνα. Είναι γνωστό ότι ο πυρήνας αποτελείται από τα πρωτόνια με θετικό φορτίο και από τα νετρόνια με ουδέτερο φορτίο. Γύρω από τον πυρήνα, υπάρχουν σε τροχιές τα ηλεκτρόνια τα οποία έχουν αρνητικό φορτίο.

Άρα, η ιονίζουσα ακτινοβολία έχει τέτοια υψηλή ενέργεια που μπορεί να εισχωρήσει στην ύλη και να προκαλέσει αλλαγές στις δομές των ατόμων που συμμετέχουν στους δεσμούς των μορίων, συνεπώς και βιολογικές βλάβες.

Από την άλλη πλευρά, η μη ιονίζουσα ακτινοβολία φέρει χαμηλή ενέργεια, μη ικανή για ιονισμό, όμως μπορεί να προκαλέσει θερμικές, ηλεκτρικές ή χημικές επιδράσεις. Οι σχέσεις που συνδέουν την ενέργεια των φωτονίων, το μήκος κύματος και τη συχνότητα είναι οι εξής:

c = λ·ν (1)

και

E = h·ν (2)

Όπου c: η ταχύτητα φωτός, λ: το μήκος κύματος, ν: η συχνότητα, E: η ενέργεια και h: η σταθερά του Planck.

Από τις (1) και (2) προκύπτει μία τελική και χαρακτηριστική εξίσωση για κάθε ακτινοβολία: E = (h·c)/λ (3). Από τις (1), (2) και (3) και κάποια μαθηματικά, φαίνεται ότι η ενέργεια E είναι ανάλογη της συχνότητας ν [εξίσωση (2)]. Επίσης, η ενέργεια E είναι αντιστρόφως ανάλογη του μήκους κύματος λ [εξίσωση (3)]. Ενδεικτικά, μεγάλη ενέργεια, σημαίνει και μεγάλη συχνότητα. Επιπλέον, μεγάλη ενέργεια, σημαίνει και μικρό μήκος κύματος. Στην παρακάτω εικόνα, διακρίνονται κάποιες εφαρμογές των ακτινοβολιών. [5] [6] [8] [10]

Τι είναι η ραδιενέργεια και ποια τα είδη της;

Ραδιενέργεια είναι το φαινόμενο κατά το οποίο ένας ασταθής πυρήνας, μετατρέπεται ή αλλιώς μεταστοιχειώνεται (αλλαγή “ταυτότητας” στοιχείου) σε έναν πιο σταθερό, με εκπομπή ακτινοβολίας υπό τη μορφή σωματιδίων ή ηλεκτρομαγνητικού κύματος (ακτίνες-γ).

Ο πυρήνας πριν τη μετατροπή ονομάζεται μητρικός και ο νέος πυρήνας ονομάζεται θυγατρικός. Αν ο θυγατρικός πυρήνας είναι επίσης ασταθής, τότε μετατρέπεται κι αυτός σε έναν πιο σταθερό με εκπομπή ακτινοβολίας. Χρησιμοποιείται και η ονομασία “ραδιενεργός διάσπαση” για να περιγραφεί η παραπάνω διαδικασία. Οι συνηθέστερες μορφές ραδιενέργειας είναι οι εξής: α, β και γ.

Εικόνα 1: Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα. Η εικόνα πάρθηκε από το site της Ελληνικής Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας [15]

Διάσπαση-α:

Η ραδιενέργεια α είναι σωματιδιακής φύσεως ακτινοβολία κατά την οποία εκπέμπονται πυρήνες Ηλίου (στοιχείο), όταν ο ασταθής πυρήνας τείνει σε μία πιο σταθερή μορφή. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται και διάσπαση-α.

Διάσπαση-β:

Αντίστοιχα, κατά τη διάσπαση-β (παρομοίως σωματιδιακή ακτινοβολία) εκπέμπονται σωματίδια τα οποία μπορεί να είναι ηλεκτρόνια με αρνητικό φορτίο (e- ή β-) ή ποζιτρόνια, δηλαδή ηλεκτρόνια με θετικό φορτίο (e+ ή β+).

Ακτινοβολία γ:

Τέλος, η ραδιενέργεια γ ή αλλιώς ακτινοβολία γ είναι ηλεκτρομαγνητικής φύσεως που εκπέμπεται από έναν πυρήνα. Αυτό συμβαίνει διότι οι διασπάσεις α και β “αναγκάζουν” τον θυγατρικό πυρήνα σε μία κατάσταση διέγερσης. Ο πυρήνας αυτός “αναζητά” μία πιο θεμελιώδη κατάσταση ηρεμίας, έτσι αποδιεγείρεται εκπέμποντας ενέργεια μέσω φωτονίων, γνωστή και ως ακτίνες-γ. [1] [3] [4] [11]

Που χρησιμεύει η ακτινοβολία στην Ιατρική;

Στην Ιατρική, ανάλογα με την ενέργεια ακτινοβολίας και το είδος που θα χρησιμοποιηθούν, για λόγους διάγνωσης και θεραπείας, υπάρχουν 3 κατηγορίες. Αυτές είναι οι εξής:

• Ακτινοδιαγνωστική: Χρησιμοποιούνται κυρίως οι ακτίνες-Χ για λόγους διάγνωσης, οι οποίες θα αλληλεπιδράσουν με τους βιολογικούς οργανισμούς, με σκοπό την παροχή διαγνωστικού περιεχομένου σε εικόνες. Οι ακτίνες-Χ ανακαλύφθηκαν από τον Γερμανό Φυσικό Wilhelm Conrad Roentgen. Ενδεικτικές εφαρμογές διάγνωσης είναι τα κλασικά ακτινοδιαγνωστικά, ακτινοσκοπικά και το CT (Computed Tomography) ή Υπολογιστική Τομογραφία.

• Ακτινοθεραπεία: Χρησιμοποιούνται ακτίνες-Χ υψηλότερων ενεργειών και ακτίνες-γ, με σκοπό κυρίως την ίαση των όγκων ή ακόμη, την ανακούφιση των συμπτωμάτων. Πολλές φορές η θεραπεία περιλαμβάνει συνδυασμό θεραπειών, όπως τη Χημειοθεραπεία. Υπάρχει και μία άλλη κατηγορία η οποία ονομάζεται Βραχυθεραπεία. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχουν ραδιενεργές πηγές οι οποίες τοποθετούνται με ειδικά συστήματα εντός του ασθενούς και στα σημεία των όγκων ή ακόμη, τοποθετούνται εξωτερικά. Είναι σημαντικό να λαμβάνεται πάντα ο ασθενής υπόψη, χορηγώντας πάντα τη μέγιστη δυνατή δόση στον στόχο και τη λιγότερη δυνατή στους υγιείς ιστούς.

• Πυρηνική Ιατρική: Ο σκοπός του κλάδου αυτού είναι η διάγνωση και θεραπεία, χορηγώντας στον ασθενή ειδικά ραδιενεργά φάρμακα τα οποία αλληλεπιδρούν με τους ιστούς και κατανέμονται στην περιοχή ενδιαφέροντος, αποσκοπώντας την λειτουργική ή και ανατομική απεικόνιση των ιστών ή οργάνων, όσο αναφορά την διάγνωση. Στην θεραπεία, αυτές οι ουσίες είναι ικανές να αλληλεπιδράσουν και να θεραπεύσουν τις ασθένειες. Ενδεικτικά μηχανήματα στον τομέα της Πυρηνικής Ιατρικής είναι το PET, SPECT. Στην Ιατρική, από το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα των ιονιζουσών ακτινοβολιών, χρησιμοποιούνται οι ακτίνες-Χ και οι ακτίνες-γ. Μεταξύ τους διαφέρουν ως προς την ενέργεια και ως προς τον τρόπο παραγωγής.

Οι ακτίνες-Χ είναι ακτινοβολία χαμηλότερης ενέργειας από τις ακτίνες-γ και παράγονται από τις αλληλεπιδράσεις των ηλεκτρονίων με την ύλη.

Είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι υπάρχει και η χρήση μη ιονίζουσας ακτινοβολίας στην Ιατρική για λόγους διάγνωσης και μάλιστα στο φάσμα των ραδιοκυμάτων. Η γνωστή Μαγνητική Τομογραφία (MRI στα Αγγλικά). Το MRI χρησιμοποιεί τον μηχανισμό του NMR (Nuclear Magnetic Resonance) κατά το οποίο συντονίζονται πυρήνες υδρογόνου σε μία ιδιοσυχνότητα του ταλαντωτή, έτσι “εκμεταλλεύεται” τις ιδιότητες των σωματιδίων όπως το spin για να παρέχει ένα σήμα, το οποίο εντέλει είναι το διαγνωστικό περιεχόμενο. Το υδρογόνο συμμετέχει σε πλήθος χημικών ενώσεων του οργανισμού μας.

Οι μηχανισμοί οι οποίοι είναι υπεύθυνοι για την παραγωγή των ακτίνων-Χ είναι οι εξής:

• Φαινόμενο πεδήσεως: Είναι το φαινόμενο κατά το οποίο επιταχύνονται ηλεκτρόνια προς ένα στόχο. Αυτά επιβραδύνουν καθώς εισέρχονται στο ηλεκτρικό πεδίο του πυρήνα και χωρίς να ιονίσουν την ύλη παρεκκλίνουν από την αρχική πορεία τους. Η απώλεια ενέργειας λόγω επιβράδυνσης μεταβιβάζεται στο περιβάλλον υπό την μορφή ακτίνων-Χ. Τα ηλεκτρόνια εξάγονται από το υλικό με το φαινόμενο της θερμιονικής εκπομπής. Τα ηλεκτρόνια αποδεσμεύονται λόγω αύξησης της θερμοκρασίας του υλικού και έτσι μέσω μιας διαφοράς δυναμικού κατευθύνονται στον στόχο.

• Χαρακτηριστική Ακτινοβολία Χ: Φαινόμενο κατά το οποίο τα επιταχυνόμενα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν και αποδίδουν ενέργεια στα περιφερειακά ηλεκτρόνια στον πυρήνα ενός ατόμου και έτσι τα διεγείρουν. Κατά την αποδιέγερση προς τη θεμελιώδη κατάσταση, εκπέμπεται ακτινοβολία η οποία είναι χαρακτηριστική και εξαρτάται από την στιβάδα από την οποία επιστρέφουν τα διεγερμένα ηλεκτρόνια. [1] [2] [3] [4] [11] [12] [13] [14]

Η ακτινοβολία λοιπόν, υπάρχει παντού γύρω μας. Ως φυσική πηγή, όπου τα εκπέμπουν τα διάφορα στοιχεία στη φύση, ο ήλιος ή και τα ουράνια σώματα, όπου εκπέμπουν την κοσμική ακτινοβολία. Μπορεί να είναι τεχνητή, όπου παρασκευάζεται (π.χ. ραδιοφάρμακο) σε εργαστήρια για την χρήση στην Πυρηνική Ιατρική ή ακόμη μπορεί να παράγεται σε κάποιο μηχάνημα (π.χ. Ακτινολογικό, Ακτινοθεραπευτικό) για την διάγνωση ή θεραπεία. Ακόμη, χάρη στην ακτινοβολία μπορούμε και βλέπουμε τον κόσμο γύρω μας. Ο ανθρώπινος οφθαλμός είναι ευαίσθητος σε ένα συγκεκριμένο εύρος μήκους κύματος (φάσμα ορατού φωτός: περίπου 400-700 nm), έτσι η ορατή ακτινοβολία αλληλεπιδρά με τους οφθαλμούς, επεξεργάζεται ο εγκέφαλος την πληροφορία και έτσι ο κάθε άνθρωπος λαμβάνει τη δική του εικόνα.

Παραθέτουμε κι ένα quiz ενημερωτικού περιεχομένου, εμπλουτίστε τις γνώσεις σας!

 Τέλος, οι ιονίζουσες ακτινοβολίες είναι επικίνδυνες, αφού προκαλούν αλλαγές στην ύλη, αλλά είναι και χρήσιμες με εφαρμογές, παραδείγματος χάριν, στην καταπολέμηση του καρκίνου… [5] [6] [10] [16]

Πηγές:

1. Ηλεκτρονικό Σύγγραμμα: Νικολόπουλος, Δ. & Κόττου, Σ. & Γιαννακόπουλος, Π. – Ακτινοβολίες Περιβάλλοντος και Άνθρωπος
2. Κανδαράκης, Ι. (2007). Ακτινοδιαγνωστική: Ιατρική Φυσική – Βιοϊατρική Τεχνολογία, Αθήνα, ΑΡΑΚΥΝΘΟΣ
3. Ψαρρακός, Κ. & Μολυβδά-Αθανασοπούλου, Ε. & Γκοτζαμάνη-Ψαρρακού, Α. & Σιούντας, Α. (2012). Επίτομη Ιατρική Φυσική, Θεσσαλονίκη, UNIVERSITY STUDIO PRESS
4. Κανδαράκης, Ι. (2007). Πυρηνική Ιατρική: Ιατρική Φυσική – Βιοϊατρική Τεχνολογία, Αθήνα, ΑΡΑΚΥΝΘΟΣ
5. Η ακτινοβολία στη ζωή μας – Μέρος Α’, Καθημερινή Φυσική
6. Η ακτινοβολία στη ζωή μας – Μέρος Β’, Καθημερινή Φυσική
7. Ηλεκτρομαγνητικό Κύμα (Φως), KynthiaPhysics
8. Πλάτος, περίοδος, συχνότητα και μήκος κύματος περιοδικών κυμάτων,KhanAcademyGreek
9. Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία και Κινητή Τηλεφωνία: Τα Επιστημονικά Δεδομένα, Εθνική Επιτροπή Τηλεπικοινωνιών και Ταχυδρομείων
10. Μαθαίνουμε για τις ακτινοβολίες, Ελληνική Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας
11. Medical radiation: uses, dose measurements and safety advice
12. Ένωση Φυσικών Ιατρικής Ελλάδος
13. Τι είναι η ακτινοθεραπεία
14. Ακτινοθεραπεία, NeuroOncology.gr
15. Εικόνα 1: Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα, Ελληνική Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας
16. Quiz