Tác động của bức xạ ion hóa

Bức xạ ion hóa có thể trực tiếp làm thương tổn DNA, RNA và protein. Liều phóng xạ lớn có thể gây chết tế bào và liều thấp hơn có thể ảnh hưởng đến các hệ thống phân tử, cân bằng và phân chia tế bào. Tổn thương do bức xạ gây ra có thể dẫn đến giảm sản mô, teo và xơ hóa mô. Bức xạ làm giảm nhanh sự phân chia tế bào gốc hơn là các tế bào trưởng thành, thường có khoảng thời gian tiềm ẩn giữa sự phơi nhiễm phóng xạ và tổn thương quá mức do bức xạ. Tổn thương không biểu hiện cho đến khi một phần đáng kể các tế bào trưởng thành chết do lão hoá tự nhiên và do mất tế bào gốc, không được thay thế.

An toàn bức xạ

Từ “an toàn” có nghĩa khác nhau đối với các cá thể khác nhau. Đối với nhiều người, sự an toàn là không có rủi ro hoặc tác hại. Tuy nhiên, thực tế là có một mức độ rủi ro tồn tại trong hầu hết các hoạt động của con người, như giới hạn tốc độ trên đường được thiết lập để tối đa hóa sự an toàn dù tai nạn vẫn xảy ra ngay cả khi người lái xe tuân thủ giới hạn tốc độ. Bất chấp những rủi ro có thể xảy ra, các nhà quản lý sẽ đưa ra quyết định nhằm nâng cao ý thức an toàn của con người. Các quyết định đó cũng được đưa ra khi con người sử dụng bức xạ.

Việc tiếp xúc với bức xạ có những nguy cơ nhất định đối với sức khỏe con người. Biết được rủi ro là gì sẽ giúp cơ quan quản lý đặt ra giới hạn liều lượng và các quy định hạn chế mức độ tiếp xúc với rủi ro có thể chấp nhận hoặc chịu được (giới hạn an toàn). Cho đến nay, bức xạ được con người biết đến nhiều hơn về các rủi ro sức khỏe liên quan đến nó so với các loại hóa chất hoặc tác nhân độc hại khác. Kể từ đầu thế kỷ 20, các hiệu ứng bức xạ đã được nghiên cứu chuyên sâu trong cả phòng thí nghiệm và trong các hoạt động của con người. Năm 1955, Ủy ban khoa học của Liên hợp quốc về tác động của bức xạ nguyên tử (UNSCEAR) thành lập với nhiệm vụ là thực hiện các đánh giá rộng rãi về các nguồn bức xạ ion hóa và tác động của nó đối với sức khỏe con người và môi trường. Những đánh giá đó cung cấp nền tảng khoa học được sử dụng trong việc xây dựng các tiêu chuẩn quốc tế để bảo vệ công chúng và người lao động đối với bức xạ ion hóa.

Ở Việt Nam, các quy định về an toàn bức xạ cũng đã được các cơ quan quản lý ban hành và triển khai, như: Khoản 20 Điều 3 Luật Năng lượng nguyên tử 2008 quy định về an toàn bức xạ là việc thực hiện các biện pháp chống lại tác hại của bức xạ, ngăn ngừa sự cố hoặc giảm thiểu hậu quả của chiếu xạ đối với con người, môi trường. Bên cạnh đó tại khoản 1 Điều 4 Luật Năng lượng nguyên tử 2008 quy định áp dụng pháp luật và điều ước quốc tế trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử và bảo đảm an toàn bức xạ như sau: Hoạt động trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử và bảo đảm an toàn bức xạ, an toàn hạt nhân (sau đây gọi chung là an toàn), an ninh nguồn phóng xạ, vật liệu hạt nhân và thiết bị hạt nhân (sau đây gọi chung là an ninh) trong các hoạt động đó phải tuân thủ quy định của Luật này và các quy định khác của pháp luật luật có liên quan.

Các loại bức xạ ion hóa

Hạt alpha là các hạt nhân nguyên tử heli phát ra bởi một số hạt nhân phóng xạ có số nguyên tử cao (ví dụ, plutonium, radium, uranium); chúng không thể đâm xuyên vào da ở độ sâu vượt quá lớn (< 0,1 mm).

Các hạt beta là các electron năng lượng cao phát ra từ hạt nhân của các nguyên tử không ổn định (ví dụ, cesium-137, iốt-131). Những hạt này có thể thâm nhập sâu hơn vào da (1 đến 2 cm) và gây tổn thương cả biểu mô và dưới biểu mô.

Neutron là các hạt trung hòa về điện phát ra bởi một vài hạt nhân phóng xạ (ví dụ, californium-252) và được tạo ra trong phản ứng phân rã hạt nhân (ví dụ trong lò phản ứng hạt nhân); độ xuyên sâu vào mô của chúng thay đổi từ vài milimet đến vài chục centimet, tùy thuộc vào năng lượng của chúng. Các hạt này va chạm với hạt nhân của các nguyên tử ổn định, dẫn đến phát ra các proton năng lượng, các hạt alpha và beta và bức xạ gamma.

Tia gamma và tia X là các bức xạ điện từ (ví dụ các photon) có bước sóng rất ngắn, có thể xuyên sâu vào mô (nhiều cm). Trong khi một số photon tích tụ tất cả năng lượng của chúng trong cơ thể, thì các photon khác có cùng năng lượng có thể chỉ tích lũy một phần năng lượng của chúng và những photon khác có thể hoàn toàn đi qua cơ thể mà không tương tác.

Do những đặc tính này, các hạt alpha và beta gây ra tổn thương nhiều nhất khi các nguyên tử phóng xạ phát ra chúng ở bên trong cơ thể (nhiễm xạ trong). Đối với nguồn tia beta, tác động trực tiếp trên bề mặt cơ thể, chỉ các mô gần với hạt nhân phóng xạ mới bị ảnh hưởng. Tia gamma và tia X có thể gây ra tổn thương ở khoảng cách xa so với nguồn phát của chúng và gây ra hội chứng nhiễm xạ cấp.

Bức xạ ảnh hưởng đến tế bào

Bức xạ ảnh hưởng đến sức khỏe của con người chủ yếu thông qua sự phá vỡ các phân tử DNA. DNA bao gồm hai chuỗi nucleotide dài xoắn với nhau thành một chuỗi xoắn kép, là hợp chất phân tử trong nhân tế bào tạo thành bản thiết kế cho cấu trúc và chức năng của tế bào. Bức xạ có thể phá vỡ các chuỗi này. Khi bức xạ tác động, có thể xảy ra các kết quả sau:

(1) DNA được sửa chữa đúng cách: Trong trường hợp này, tế bào được sửa chữa đúng cách và nó tiếp tục hoạt động bình thường. Sự phá vỡ DNA xảy ra bình thường mỗi giây trong ngày và các tế bào có khả năng tự nhiên sửa chữa thiệt hại đó.

(2) Tổn thương DNA nghiêm trọng đến mức tế bào chết: Khi DNA hoặc các bộ phận quan trọng khác của tế bào nhận một liều phóng xạ rất cao, thường được phân phối trong một khoảng thời gian ngắn, tế bào có thể chết hoặc bị hư hỏng không thể sửa chữa. Nếu giết chết một lượng đủ lớn các tế bào trong một mô hoặc cơ quan, các hiệu ứng bức xạ sớm có thể xảy ra. Chúng được gọi là các hiệu ứng tất định và mức độ nghiêm trọng của các hiệu ứng thay đổi tùy theo liều lượng bức xạ nhận được.

Các hiệu ứng tất định có thể bao gồm hội chứng phóng xạ cấp tính, bỏng da, rụng tóc và trong trường hợp cực đoan là tử vong. Hầu hết các tác động xác định xảy ra ngay sau khi tiếp xúc và trên ngưỡng liều cụ thể đối với từng mô bị phơi nhiễm. Mô hình triệu chứng đối với hầu hết các tác động cụ thể đến mức các chuyên gia y tế được đào tạo có thể chẩn đoán tác động tất định của bức xạ. Bằng chứng đầu tiên về các hiệu ứng tất định trở nên rõ ràng ở những người tiếp xúc bức xạ thời kỳ đầu: tổn thương da và tay nghiêm trọng. Ví dụ như vụ tai nạn nhà máy điện hạt nhân Chernobyl năm 1986, hơn 130 công nhân và lính cứu hỏa đã nhận liều phóng xạ cao (800 đến 16.000 mSv) đã bị bệnh nặng. Hai trong số đó đã chết trong vòng vài ngày sau khi tiếp xúc. Gần 30 công nhân và lính cứu hỏa đã chết trong vòng ba tháng đầu tiên.

Chùm bức xạ phá vỡ chuỗi xoắn kép của DNA dẫn đến tổn thương DNA.

(3) Tế bào tự sửa chữa nhưng không chính xác: Tế bào đó vẫn tiếp tục sống (hiệu ứng ngẫu nhiên). Trong một số trường hợp, DNA của tế bào có thể bị tổn thương do phóng xạ, nhưng tổn thương này không giết chết tế bào. Tế bào có thể tiếp tục sống và thậm chí tự sinh sản, nhưng tế bào đó và các tế bào con của nó có thể không còn hoạt động bình thường, làm gián đoạn chức năng của các tế bào khác. Xác suất của loại tác động bất lợi này tỷ lệ thuận với liều lượng và nó được gọi là hiệu ứng ngẫu nhiên –xác suất thống kê tác động của việc phơi nhiễm xảy ra. Trong những trường hợp như vậy, khả năng tác động sẽ tăng lên khi tăng liều. Tuy nhiên, thời gian của các hiệu ứng hoặc mức độ nghiêm trọng của chúng không phụ thuộc vào liều lượng. Quá trình này xảy ra mọi lúc ở tất cả mọi người. Trên thực tế, con người tiếp xúc với khoảng 15.000 sự kiện như vậy mỗi giây mỗi ngày. Đôi khi, cấu trúc tế bào thay đổi vì nó tự sửa chữa không chính xác. Sự thay đổi này có thể không còn ảnh hưởng gì nữa, hoặc ảnh hưởng có thể xuất hiện sau này. Ung thư và các ảnh hưởng di truyền có thể xảy ra hoặc không.

DNA có thể sửa chữa chính xác, tổn thương DNA có thể vượt quá khả năng sửa chữa và dẫn đến chết tế bào (hiệu ứng xác định) hoặc DNA có thể tự sửa chữa không chính xác (hiệu ứng ngẫu nhiên).

Các nghiên cứu về những người sống sót sau vụ đánh bom nguyên tử ở các thành phố Hiroshima và Nagasaki vào năm 1945 chỉ ra các tác động lâu dài chính của việc tiếp xúc với bức xạ là sự gia tăng tần suất ung thư và bệnh bạch cầu. Kết quả tương tự đã được tìm thấy trong: những người được điều trị y tế hoặc chẩn đoán bằng bức xạ; công nhân khai thác uranium thời kỳ đầu; công nhân chế tạo vũ khí nguyên tử; những người tiếp xúc với bức xạ do hậu quả của các vụ tai nạn hạt nhân; những người tiếp xúc với khí radon trong nhà. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng bức xạ sẽ làm tăng tần suất của một số bệnh ung thư xảy ra một cách tự nhiên và sự gia tăng này tỷ lệ thuận với liều lượng bức xạ – nghĩa là liều lượng càng lớn thì nguy cơ ung thư càng cao. Tuy nhiên, các nghiên cứu cho đến nay vẫn chưa thể chỉ ra bất kỳ bệnh ung thư nào hoặc các bệnh khác ở những người thường xuyên tiếp xúc với bức xạ ở liều thấp hơn khoảng 100 mSv (Liều thấp nhất gây ra ung thư ở những người sống sót sau vụ thả bom nguyên tử là khoảng 80 mSv).

Lý do mà con người không thể nhìn thấy hiệu ứng bức xạ dưới 100 mSv, đó là một ngưỡng liều mà dưới ngưỡng đó không gây ra ung thư. Mặc dù ung thư có thể xảy ra do liều lượng phóng xạ thấp, nhưng tỷ lệ đó thấp đến mức không thể phân biệt được với loại ung thư tương tự xuất hiện tự nhiên. Các cơ quan quản lý hiện nay đều tiếp cận thận trọng và cho rằng tất cả tiếp xúc với bức xạ đều có một số rủi ro nhất định. Hầu hết những người bị ảnh hưởng sức khỏe đã tiếp xúc với liều lượng tương đối cao (hơn 100 mSv) trong một khoảng thời gian rất ngắn. Điều này được gọi là phơi nhiễm “cấp tính”. Thông thường, công nhân và công chúng tiếp xúc với bức xạ từ ngành công nghiệp hạt nhân nhận được liều lượng thấp hơn trong một khoảng thời gian dài hơn (năm thay vì giây). Điều này được gọi là phơi nhiễm “mãn tính”. Phơi nhiễm bức xạ cấp tính được ước tính là có hiệu quả hơn khoảng 1,5 đến 2 lần trong việc gây ra các ảnh hưởng sức khỏe.

Ảnh hưởng di truyền do bức xạ

Tổn thương di truyền xảy ra khi DNA của tinh trùng hoặc tế bào trứng bị hư hỏng. Điều này gây ra đặc điểm có hại truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Các nghiên cứu trên động vật, chẳng hạn như nghiên cứu được thực hiện trên ruồi giấm của Hermann J. Muller vào năm 1926, cho thấy bức xạ sẽ gây ra đột biến gen. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có tác động di truyền nào được biết đến ở người do bức xạ gây ra, bao gồm các nghiên cứu liên quan đến khoảng 30.000 trẻ em sống sót sau vụ đánh bom nguyên tử ở các thành phố Hiroshima và Nagasaki ở Nhật Bản vào năm 1945 (Báo cáo năm 2001 của UNSCEAR).

Giới hạn liều lượng

Để thiết lập các giới hạn về liều lượng, các cơ quan quản lý hiện nay ở các quốc gia hầu như áp dụng phần lớn các khuyến nghị của IAEA. Việc tính toán xác suất ung thư gây tử vong chủ yếu dựa vào đánh giá tác động bức xạ của các cơ quan khoa học như UNSCEAR và IAEA, sau đó xác định cái mà họ gọi là “tổn thất” chung của việc tiếp xúc với bức xạ. Điều này bao gồm: khả năng gây ra bệnh ung thư gây tử vong và không gây tử vong; ảnh hưởng di truyền nghiêm trọng; khoảng thời gian tử vong nếu có tổn hại xảy ra. Giới hạn liều lượng được đặt ở mức có hại mà trên mức đó hậu quả sẽ được coi là không thể chấp nhận được. Tuy nhiên, người ta cho rằng mỗi lần tiếp xúc với bức xạ đều có một số rủi ro, ngay cả khi dưới giới hạn liều lượng, do đó, có quy định để giảm tất cả các liều lượng xuống mức thấp nhất có thể được một cách hợp lý, có tính đến các yếu tố kinh tế và xã hội, được gọi là nguyên tắc ALARA. Liều lượng mà công chúng tiếp xúc thường thấp hơn nhiều so với 1/10 liều giới hạn (khoảng 0,1 millisievert), ngay cả những người sống gần các cơ sở hạt nhân.