Wat doet straling met levende cellen?
De effecten van straling op levende cellen variëren, afhankelijk van het type, de intensiteit van de blootstelling en de cel. Voor onze doeleinden verwijst "straling" naar een emissie van ioniserende energie, zoals neutronen, fotonen en met hoge energie geladen deeltjes zoals gammastralen. Er zijn een aantal verschillende soorten, waaronder kosmische straling vanuit de ruimte, aardse straling die wordt uitgezonden door radioactieve elementen in de grond, en datgene wat door de mens wordt gemaakt, zoals dat wat vrijkomt door de detonatie van een atoombom.
Levende cellen verwerken eigenlijk een behoorlijke hoeveelheid straling; bijvoorbeeld ongeveer 360 millirems per jaar in de Verenigde Staten. Millirems zijn overigens eenheden van een dosering; ze worden gebruikt om de resultaten van blootstelling van dingen zoals röntgenfoto's in ziekenhuizen te berekenen. Het dodelijke blootstellingsniveau varieert van persoon tot persoon en is afhankelijk van het type blootstelling; een enkele blootstelling is dodelijk bij ongeveer 300.000 millirems, bijvoorbeeld, terwijl hogere doseringen kunnen worden getolereerd als ze het resultaat zijn van langdurige blootstellingen in de tijd.
Bij lage niveaus kan stralingsschade worden hersteld door levende cellen zonder nadelige gevolgen. Hogere doses kunnen ervoor zorgen dat een cel steriel wordt, of ze kunnen het vermogen van een cel om zichzelf goed te reproduceren verstoren, waardoor mutaties ontstaan. Veel kankers worden bijvoorbeeld in verband gebracht met blootstelling aan straling die cellen verwart, waardoor ze muteren en zich snel reproduceren. Bij extreem hoge doses veroorzaakt straling celdood, door een proces genaamd thermisatie, dat in feite een cel van binnenuit kookt.
Blootstelling kan celschade op twee verschillende manieren veroorzaken. In de eerste zin, directe stralingswerking, schaadt het een molecuul direct; zoals bijvoorbeeld wanneer straling interfereert met een DNA-molecule en celschade veroorzaakt. Het kan ook indirecte schade veroorzaken, door moleculen te ioniseren, waardoor ze mogelijk toxische verbindingen worden die interactie aangaan met gezonde moleculen en schade veroorzaken. Zuurstof, waterstof, stikstof en koolstof zijn allemaal erg kwetsbaar voor ionisatie; helaas voor levende cellen vormen deze elementen een groot deel van een levend organisme.
Bij zeer hoge doses zal straling enorme orgaan- en weefselschade veroorzaken die te uitgebreid is voor het lichaam om te repareren. Dit veroorzaakt acuut stralingssyndroom, ook bekend als stralingsziekte. Deze aandoening is vaak uiterst pijnlijk en onaangenaam en leidt tot de dood. Bij lagere doses kan de veroorzaakte schade op een subtieler niveau zijn en het kan zich manifesteren als kanker of door geboorteafwijkingen veroorzaakt door schade aan reproductieve weefsels op latere leeftijd. Sommige cellen zijn bijzonder kwetsbaar voor schade, vooral cellen die zich snel vermenigvuldigen; dit is de reden waarom zwangere vrouwen voorzichtig moeten zijn met stralingsbronnen, omdat dit de ontwikkelende foetus kan beschadigen.
Een van de gevaarlijkere oorzaken van straling zijn radioactieve isotopen, omdat deze isotopen zich in het lichaam ophopen en straling uitzenden, in tegenstelling tot eenmalige blootstelling aan radioactieve deeltjes zoals die op een röntgenfoto worden uitgezonden. Om deze reden moeten mensen die met radioactieve isotopen werken, heel voorzichtig zijn en degenen die worden gebruikt in procedures zoals medische beeldvorming, hebben een zeer korte halfwaardetijd, wat betekent dat ze snel vervallen en door het lichaam worden uitgedrukt.