Radyasyonun hücre üzerindeki etkileri doza bağlıdır ve radyasyon dozu Gray (Gy) birimlerinde ifade edilir. Gy kısaca bir madde tarafından emilen enerji olarak tanımlanır. Ancak bu tanımda ışınlanmış hacmin mekansal dağılımı dikkate alınmamaktadır. Öte yandan, doğrusal enerji transferi (LET) radyobiyolojide daha önemlidir. LET, iyonlaştırıcı bir partikül tarafından birim mesafe başına hareket ettirilen malzemeye aktarılan enerji miktarıdır. Ve homojen dağılım düşük LET ile elde edilebilirken, yüksek LET (partikül enerjisi) ile heterojen dağılım meydana gelebilir. Enerji transferi sonucunda hücrede farklı hasarlar oluşur. DNA, hücredeki radyasyonun ana hedefidir. Normal şartlar altında, DNA kırılmaları dakikalar veya saatler içinde onarılabilir ve bu tür kırılmalar hücre ölümüne neden olmamaktadır. Bununla birlikte, çift sarmallı kırılmalardan sonra hücre ölümü meydana gelebilir. Radyasyonun DNA üzerindeki etkisi iki kategoride sınıflandırılabilir, yani doğrudan ve dolaylı etkileri vardır.
![Radyasyonun Hücreler Üzerindeki Etkileri]()
Doğrudan Etki
Doğrudan Etkiİyonlaştırıcı radyasyon atom veya moleküle çarptığında ve iyonlaşmayı oluşturmak için atomdan elektronları kırdığında, doğrudan etkileşim meydana gelir. Alfa, beta ve yüksek dozlu gama ışınları, LET ile radyasyonun radyasyon etkisi noktasında belirli bir molekülü iyonize eder. Bu, DNA yapısında iki bitişik reaktif parçanın oluşumuyla sonuçlanır. Bu iki parça aynı orijinal molekülü oluşturmak için hemen yeniden birleştirilirse, sonuçta herhangi bir hasar olmayabilir. Ancak DNA gibi büyük bir makromolekülde bu direkt etki ile bağ kırılmaları meydana gelebilir. Doğrudan DNA üzerine etki eden iyonlaştırıcı radyasyon, açık pürin halkalarına neden olabilir. Ayrıca fosfodiester bağları kırılabilir, tek veya çift iplikli DNA’da kopmalar meydana gelebilir. Öte yandan tıpta iyonlaştırıcı radyasyondan yararlanılır.
Dolaylı Etki
Radyasyon, DNA’yı doğrudan etkilemeden vücuttaki moleküller ile etkileşime girebilir. Bu etkiler arasında iyonlaştırıcı moleküller ve serbest radikaller bulunur. Bu reaktif serbest radikallerin DNA üzerindeki etkisi, dolaylı bir etki olarak tanımlanmaktadır. Serbest radikal, bir veya daha fazla eşleşmemiş elektron içeren oldukça reaktif bir atom veya moleküldür. Eşleştirilmemiş tek elektron, canlı hücrelerde toksik etkilere dönüşen serbest radikallere karakteristik kimyasal özellikler kazandırır. Örneğin iyonize radyasyon, insan vücudunda bol miktarda bulunan su molekülleri üzerine etki ederek serbest radikaller yoluyla iletilebilir. Suyun radyasyonla parçalanması (radyoliz) şu şekilde gerçekleşir:
(1) H 2 O + IR (iyonlaştırıcı radyasyon) e – + H 2 O + ,
(2) e – + H 2 O H 2 O – , ( 3) H 2 O – OH – + H + , (4) H 2 O -H + + OH – .
Bu reaksiyon dört serbest radikal ürünün oluşumuyla sonuçlanır, yani H •, OH •, H + ve OH -. İyonlaştırıcı parçacıklar DNA ile reaksiyona girer ve çapraz bağlanma, kimyasal bağların kırılmasına ve yapısal bozulmaya neden olur. Oksijen varlığında, radyasyon hücre içinde oldukça yıkıcı reaksiyonlar üretir. Bu toksik kimyasal yapıların DNA ile dolaylı etkileşimi sonucunda hücre kendini onarabilir ve yaşamaya devam edebilir. Bununla birlikte kendini tamir edemeyebilir, ölebilir (apoptoz) veya onarım başarısız olabilir ve hücrede mutasyona yol açabilir. İyonlaştırıcı radyasyonun dolaylı etkisiyle, DNA hasarı, doğrudan etkinin neden olduğundan neredeyse iki kat daha fazla olabilir. Bu hasarın şiddeti radyasyon dozuna bağlıdır ve DNA baz hasarı, en önemli DNA hasarı türüdür. Timidin, bu bağlamda en radyosensitif bazdır, bunu sitozin, adenin ve guanin izlemektedir.
100 Rad (1 Gy) düşük LET radyasyon dozu, hücre başına 60-70 çift sarmallı kırılma ve 1000 tek sarmallı kırılma üretebilir. Hücre ölümünden basit tek veya çift sarmallı kopmalar sorumludur. DNA zincirlerindeki hasar ciddi bir hücresel fenomendir. Ancak hücre, kromozomal onarım mekanizmaları ile donatılmıştır. Diğer biyolojik mekanizmalar gibi bu onarım mekanizmaları da% 100 etkili değildir. DNA tamir enzimleri, tek sarmallı kırılmalarda çift sarmallı kırılmalara göre daha etkilidir. Her iki DNA zinciri karşılıklı olarak hasar görürse, sorunu onaramazlar ve hasar hücre ölümüyle sonuçlanır. İyonlaştırıcı radyasyonun neden olduğu kromozomal anormallikler genellikle kromozom kırılmaları ve kromatid kırılması şeklinde kendini gösterir.
Kromozom kırılmaları genellikle, hücre döngüsü sırasında ara fazın ilk aşamasında (G veya erken S fazı) bir hücrede radyasyona maruz kalmanın bir sonucu olarak meydana gelir. Kromatid kırılmaları, ara fazın son aşamasında (geç S veya G2 fazı) radyasyona maruz kalmanın bir sonucu olarak meydana gelir. Kromozom onarım mekanizmaları, hücre mitoza veya mayoza girmeden önce kromozomal hasarı onaramazsa, eşleşme başarısız olur. Bu, hücre ölümüne veya genetik olarak sorunlu nesillerle sonuçlanır. Genel olarak, mitoz sırasında radyasyona maruz kalan hücrelerin onarım için daha az zamanı vardır. Bu nedenle mitoz aşamasında daha fazla sayıda genetik mutasyon ve anormal hücre fonksiyonları tetiklenir.
Daha az sıklıkta mitotik aktivite sergileyen hücreler (örneğin, lensteki hücreler, sinir hücreleri, kas hücreleri, iskelet hücreleri), aksine, daha az radyosensitivite gösterirler. Radyasyon onkolojisinde tedavi, düşük radyasyon dozlarının fraksiyonları (5 gün, 2 Gy/gün) olarak uygulanır. Kesirler halinde radyasyon, hem tek hem de çift sarmallı kırılmalara neden olur. Ortalama olarak 0,3–3 saat içinde fraksiyonlar arasında tek sarmallı kopmalar onarılır. Ek olarak, onarım kapasitesi tümör dokusuna kıyasla normal dokuda daha yüksektir. Böylece radyasyon tedavisi sırasında normal dokular korunur. Radyasyonun fraksiyonlar halinde iletilmesinin birkaç nedeni vardır ve bunlara beş Rs adı verilir. Bu nedenler aşağıdaki gibidir:
![Radyasyonun Hücreler Üzerindeki Etkileri]()
Radyosensitivite
RadyosensitiviteOrganizma içindeki dokular farklı seviyelerde radyosensitivite sergiler.
Onarım
Hücrelerin DNA onarım mekanizmaları vardır. Özellikle, tek sarmallı kopmalar, oldukça karmaşık biyolojik mekanizmalarla hızlı bir şekilde onarılabilir.
Repopülasyon
Hücreler, fraksiyonlar arasında çoğalma fırsatına sahiptir. Fraksiyonlar sırasında hipoksik hücreler oksijeni yeniden kazanabilir ve radyasyona daha duyarlı hale gelebilir. Radyonüklid tedavisi sırasında radyasyon kesintisiz olarak uygulanabilir. Hem tek hem de çift sarmal kopmalar meydana gelebilir. Bu süreklilik içinde tek sarmallı kırılmalar onarılabilir. Radyonüklid tedavileri ayrıca fraksiyonlar halinde de uygulanabilir. Örneğin; radyoaktif iyot tedavisi, Lu-177 oktreotid ve prostata özgü membran antijen tedavileri 3-6 aylık aralıklarla 6-8 haftalık aralıklarla verilir. Ancak, bu tür bir fraksiyonlama için bilimsel bir temel yoktur.
Radyasyonun Hücre Zarı Üzerindeki Etkisi
Hücre zarlarının temel işlevi, hücre içi ve hücre dışı madde değişimini kontrol etmektir. Radyasyon, hücre zarının çift katmanlı lipid yapısını etkiler ve membran proteinlerinin iyonizasyonu, tüm taşıma mekanizmalarını inaktive eder. Bileşiklerindeki doymamış moleküllerin oksijen ile oksidasyonu, çift bağlarda ve karbonil gruplarında serbest radikaller oluşturur. Bu mekanizma, hücre içi zincir reaksiyonları ile bu molekülleri serbest radikallere dönüştürmek için diğer organik moleküller ile etkileşime girer. Bu zincirleme reaksiyonu yavaşlatmak ve durdurmak için vücutta çeşitli savunma mekanizmaları vardır.
Hücre Dışındaki Radyasyonun Etkisi
Radyasyona tamamen dirençli hücre yoktur. Her hücrenin radyasyona karşı farklı bir duyarlılığı vardır. Radyasyonun farklı hücre türleri üzerindeki etkileri aşağıdaki gibidir:
• Kan parametrelerinde değişiklik, genel olarak, 500 mGy (500 rad) gama dozundan sonra kan bileşenlerinde bir azalma meydana gelebilir.
• Kan üreten sistemdeki semptomlar, 200 mGy (2 Gy) civarındaki dozlar kemik iliğinde hasara neden olurken, 4–6 Gy’nin üzerindeki dozlar tam yıkıma neden olabilir. Kemik iliği bazen kendini onarabilir ve bu dozlarda yaşayabilir; ancak 7 Gy ve üzerinde kemik iliği onarımı imkânsızdır.
• Sindirim sistemindeki semptomlar, tüm vücut ışınlamasında 10 Gy ve üzeri dozlar bağırsakta pul pul dökülmeye neden olur.
• Merkezi sinir sistemindeki semptomlar, 20 Gy üzerindeki dozlarda ve tüm vücutta ışınlama birkaç saat veya gün içinde bilinç kaybına neden olur. Radyasyonun hücre dışı etkileri deterministik ve stokastik etkiler olarak sınıflandırılır.
Belirleyici Etkiler
Yüksek doz iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalma, özellikle kemik iliği ve sindirim sistemi üzerindeki hızlı etki nedeniyle ani ölümle sonuçlanabilir. Bireyler 5 Gy’ye kadar olan radyasyon dozlarına akut maruziyetten kurtulabilirler. Ancak medikal tedavi uygulansa bile 50 Gy ve üzeri radyasyona maruz kalmak ölümle sonuçlanmaktadır. İyonlaştırıcı radyasyona maruz kalma belirli bir bölgeyi etkiliyorsa, maruz kalan vücut kısmının radyosensitivitesinin yanı sıra radyasyona maruz kalmanın türüne ve yoğunluğuna bağlı olarak değişir. Olası sonuçlar arasında erkeklerde (3.5-6 Gy) ve kadınlarda (2.5-6 Gy) gonadal bölgenin radyasyona maruz kalmasıyla deri yanıkları ve kısırlık yer alır. Ayrıca gözün radyasyona maruz kalması nedeniyle katarakt gelişebilir (5 Gy). Belirleyici etki harici radyoterapi ve radyonüklid tedavilerinde ortaya çıkabilir.
Stokastik Etkiler![Radyasyonun Hücreler Üzerindeki Etkileri]()
Bu etkiler, akut olmayan (şiddetli) radyasyona maruz kalma durumunda gecikmeli (somatik) olarak gözlemlenebilir. Özellikle, 0.01 Sv (1 rem) ve 1 Sv (100 rem) arasındaki dozların etkileri, kapsamlı araştırmanın konusudur. Ayrıntılı incelemeler Birleşmiş Milletler Atomik Radyasyonun Etkileri Bilimsel Komitesi ve Birleşik Devletler Ulusal Bilimler Akademisi, İyonlaştırıcı Radyasyonun Biyolojik Etkileri Komitesi tarafından yayınlanmıştır. Radyasyonun gecikmiş etkileri, ya bir seferde aşırı yüksek dozda ışınlamaya ya da yüksek dozda ışınlamaya sürekli maruz kalma yoluyla meydana gelebilir. Zararlı etkilerin ortaya çıkması için hiçbir eşik doz belirlenememektedir. İlişki doğrusal olduğunda ve daha fazla radyasyon alındığında, radyasyona bağlı zarar geliştirme olasılığı da artar. Düşük doz radyasyona maruz kalmanın insanlarda kanserin nedeni olduğunu gösteren somut veri yoktur. Düşük doz maruziyetin etkileri, hayvan deneylerine ve yüksek doz radyasyona maruz kalan deneklerdeki çalışmalara dayanılarak tahmin edilmektedir. Düşük doz radyasyona maruz kalmanın olası yan etkileri kanser ve genetik değişiklikleri içerebilir.
Kaynakça:
large.stanford.edu/courses/2018/ph241/carlton2/ helmholtz-muenchen.de/fileadmin/_migrated/content_uploads/DoReMi2015—RadBiolIntro—Rosemann_01.pdf
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu