شیمی تشعشع

عمل مستقیم و غیر مستقیم تشعشع :
علی رغم تحقیقهای بسیار وسیعی که در رادیوبیولوژی انجام گرفته است ، هنوز هویت یک هدف بحرانی ، Critical target یا حساس ساختار حیاتی ، که به منظور کشتن سلول می بایستی در پستانداران آسیب ببیند مشخص نشده است. در حال حاضر تا حدی مشخص است که DNA در کروموزوم ها نماینده بحرانی ترین هدف است . اما اهمیت غشای هسته را نیز نباید از نظر دور داشت .
هنگامی که یک شکل از تشعشع ، پرتوهای x و γ و ذرات باردار ، یابی بار در مواد بیولوژیکی جذب می شوند ،‌ این امکان وجود دارد که به طور مستقیم با هدفهای بحرانی در سلول برخورد کنند . اتمهای خود هدف نیز ممکن است یونیزه یا تهییج شوند . بنابراین زنجیره ای از وقایع که منتهی به متغییرهای بیولوژیکی می شود شروع می شود این پدیده عمل مستقیم تشعشع نامیده می شود .
در مورد تشعشعات یا انتقال خطی انرژی « LET » Line Energy Transmission بالا مثل نوترونها و ذرات آلفا عمل مستقیم اشعه یک پدیده غالب است .
به تناوب ، اشعه ممکن است با اتمها یا مولکولهای دیگر « بخصوص آب » برخورد کند و ایجاد رادیکالهای آزاد کند که قادر به نفوذ بوده و با رساندن خود به هدف های حساس ایجاد آسیب می کند که این پدیده غیر مستقیم نامیده می شود .
رادیکالهای آزاد یک اتم یا مولکول آزاد « ترکیب نشده » حامل یک الکترون مداری جفت نشده است یک الکترون مداری نه تنها دور هسته می چرخد بلکه دور محور خود نیز در گردش است . این گردش الکترون ممکن است در جهت عقربه ساعت یا عکس آن باشد . در یک اتم یا مولکول با یک جفت الکترون گردشها به صورت زوجی انجام می گیرد یعنی برای هر الکترون در حال گردش در جهت عقربه ساعت یک الکترون در جهت عکس عقربه ساعت نیز گردش می کند . صرف نظر از این که اتم یا مولکول از نظر الکتریکی خنثی یا باردار « یونیزه » باشد ، این حالت باعث ثبات شیمیایی زیادی می شود . در یک اتم یا ملکول با تعداد الکترون های فرد یک الکترون تنها وجود دارد که الکترون دیگری وجود ندارد تا چرخش عکس آن را انجام دهد . این یک الکترون جفت نشده است صرف نظر از این که اتم یا ملکول از نظر الکتریکی خنثی یا باردار باشد این وضعیت همراه با قابلیت ترکیب شیمیایی زیادی می باشد .
عمل غیر مستقیم برای پرتوهای یونیزان پراکنده مانند x و گاما عملی غالب است .
عمل مستقیم : یک الکترون ثانویه حاصله از جفت فوتون x با DNA برخورد می کند تا ایجاد یک اثر کند .
عمل غیر مستقیم : الکترون ثانویه به عنوان مثال با یک ملکول آب برخورد می کند و ایجاد یک OH رادیکال می کند که به نوبه خود ایجاد آسیب در DNA خواهد کرد .
می توان گفت رادیکالهای آزادی که در استوانه ای به شعاع  ˚ A 20 تولید می شوند می توانند به DNA اثر کنند .
چون 80% محلول از آب تشکیل شده است در نتیجه به برخورد یک فوتون اشعه x یا γ و یا یک ذره باردار مثل یک الکترون یا پرتون ممکن است ملکول آب یونیزه شود .
H2O            H2O+  + e-
H2O+   یک رادیکال یونی است . یون اتمی می باشد که دارای بار الکتریکی است زیرا یک الکترون خود را از دست داده است . یک رادیکال آزاد شامل یک الکترون جفت نشده در پوسته خارجی است در نتیجه از نظر واکنش شیمیایی بسیار فعال می باشد . H2O+   هم باردار است و هم دارای الکترون جفت نشده است یعنی هم یون و هم رادیکال آزاد است . رادیکال های یونی دارای عدد بسیار کوتاه در حدود s 10-10 هستند . از تجزیه رادیکالهای یونی « رادیکالهای آزاد » تشکیل می شوند که باردار نیستند اما هنوز دارای الکترون جفت نشده هستند .
H2O+  H+ + OH 0

در مورد آب از واکنش رادیکال یونی با یک مولکول آب دیگر ، رادیکال هیدروکسیل « OH 0 » که بسیار فعال است تشکیل می شود .
H2O+ + H2O              H3O+ + OH 0
OH 0  مجموعاً دارای نه الکترون می باشد . بنابراین یکی از آنها جفت نشده است . رادیکال هیدروکسیل یک رادیکال آزاد بسیار فعال است که می تواند در فواصل کمی در سلول نفوذ کند و به هدف حساس سلول برسد . به طوریکه تصور می شود رادیکال آزاد می تواند استوانه ای به شعاع تقریباً  ˚ A 20 در DNA نفوذ کند حدس زده می شود که %75 صدمات حاصله از پرتو x به DNA در سلولهای پستانداران نتیجه رادیکال OH 0 می باشد . البته این وضعیت حتی در آب نیز بسیار پیچیده است و پیچیده تر زمانی که مواد جاذب متشکل از مواد بیولوژیکی متعددی باشند خواهد شد .
در عمل غیر مستقیم پرتوهای x زنجیره وقایع از جذب فوتون ورودی تا تغییر بیولوژیکی مشاهده شده نهایی را می توان به صورت زیر خلاصه کرد :
فوتون ورودی پرتو x   الکترون سریع     رادیکال یونی
 رادیکال آزاد              تغییرات شیمیایی حاصله از شکست باندها               
اثرات بیولوژیکی
در مدت زمان لازم برای ایجاد وقایع گوناگون اختلاف های فاحشی وجود دارد . رادیکالهای یونی دارای عمر کوتاه در حدود10-  10 ثانیه هستند . رادیکالهای آزاد شاید عمر 5-10 ثانیه داشته باشند . در حالی که بین شکست باندهای شیمیایی و ظهور اثر بیولوژیکی ممکن است روزها ، ماهها و یا سالها نسبت به نوع عارضه به طول بیانجامد.

منبع: کتاب رادیوبیولوژی برای رادیولوژیست(دکتر حسین مزدارانی)