|
|
ไอโซโทปส์
คุณสมบัติของแต่ละอนุภาคมีได้แตกต่างกัน คือ อนุภาค a มีอำนาจในการทะลุทะลวงต่ำเพราะมีน้ำหนักมาก มีระยะที่เคลื่อนที่ได้ในอากาศ (range in air) สั้นๆ สามารถถูกกั้นได้ด้วยกระดาษบางๆ อนุภาค b มีน้ำหนักน้อยลง คือ เท่ากับน้ำหนักของ electron จึงมีอำนาจทะลุทะลวงสูงขึ้น มี range in air ยาวขึ้น ต้องกั้นด้วยวัสดุที่มีความหนาแน่นสูงขึ้น เช่น อะลูมิเนียมซึ่งจะบางหรือหนาเท่าใด ขึ้นอยู่กับพลังงานของอนุภาคนั้น ส่วนรังสี g ไม่มีน้ำหนักและมีคุณสมบัติเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic radiation) จึงมีอำนาจในการทะลุทะลวงสูงจำเป็นต้องกั้นด้วยวัสดุที่มีความหนาแน่งสูง เช่น ตะกั่ว เป็นต้น
นอกจากนี้การสลายของสารกัมมันตรังสีอาจจะเกิดขึ้นได้อีก 2 แบบ ซึ่งเป็นผลทุติยภูมิ (secondary effect) จากขบวนการสลายขั้นพื้นฐาน (basic decay mechanism) ดังกล่าวข้างต้น ได้แก่
1. Internal conversion
หลังจากที่สารกัมมันตรังสีซึ่งไม่เสถียรสลายตัวไปเป็นอะตอมของธาตุรุ่นลูก (daughter) ซึ่งอาจจะยังอยู่ในระยะ excited state การกลับเข้าสู่สภาวะ ground state นั้น จะต้องมีการลดพลังงานลง ซึ่งนอกจากจะทำได้โดยการปล่อยรังสี g ออกมา (g-emission) ดังกล่าวแล้ว ยังทำได้อีกวิธีหนึ่ง คือ การถ่ายทอดพลังงานไปให้ electron ที่อยู่ถัดออกมาจนถึง electron ที่อยู่วงนอกสุด และเมื่อมีพลังงานในตัวมากพอ electron ก็จะหลุดออกมาจากอะตอมนั้น
2. Isomeric transition
ดังได้กล่าวแล้วว่า การลดพลังงานของธาตุรุ่นลูกที่ยังอยู่ในภาวะ excited state ไปเป็น ground state นั้น จะมีการปล่อยรังสี g ออกมา ซึ่งขบวนการนี้จะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วมากเป็นวินาที แต่จะมีบางกรณีที่อะตอมของธาตุรุ่นลูกนั้นจะอยู่ในภาวะ excited state นานมากขึ้นเป็นนาทีหรือชั่วโมง ซึ่งระยะนี้เรียกว่า ระยะ metastable ซึ่งจะใช้สัญญลักษณ์ เป็น m ไว้ที่มุมบนขวา เช่น 99Tcm, 113lnm และการกลับไปสู่ระยะ ground state นั้น จะมีการปล่อยรังสี g ออกมาดังกล่าว รังสี g จะมีคุณสมบัติเช่นเดียวกับรังสี X ข้อแตกต่างของรังสีทั้ง 2 อยู่ที่ต้นกำเนิดรังสี รังสี g เป็นพลังงานส่วนเกินที่ถูกปล่อยออกจากนิวเคลียส ส่วนรังสี X พลังงานจะถูกปล่อยออกจากอะตอม เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงของ electron ในวงโคจรรอบๆ นิวเคลียส
ขบวนการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีหนึ่ง ๆ ไปเป็นสารที่เสถียรอาจจะมีเพียง 1 ขบวนการหรือมากกว่าก็ได้ขึ้นอยู่กับชนิดของสารกัมมันตรังสีนั้นๆ ขบวนการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีขั้นพื้นฐาน (basic decay mechanism) สรุปไว้ในรูปที่ 2.3
รูปที่ 2.3 ขบวนการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีขั้นพื้นฐาน (basic decay mechanism) (Parker RP, Smith PHS, Taylor DM. Basic science of nuclear medicine, 1984.)
รายละเอียดต่างๆ เกี่ยวกับสารกัมมันตรังสี มีดังต่อไปนี้
1. อายุของสารกัมมันตรังสี
อะตอมของสารกัมมันตรังสีสลายอยู่ตลอดเวลา ให้รังสีชนิดใดชนิดหนึ่งและอะตอมใหม่เกิดขึ้น ส่วนอะตอมเดิมหมดไป การสลายตัวจะเป็นไปตามกฎการสลายตัวแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล (Exponential law of decay) รูปที่ 2.4 แสดงระยะเวลาที่สารกัมมันตรังสีสลายตัวไปเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณสารตั้งต้น เรียกว่า ระยะครึ่งชีวิต (half life; t1/2) ระยะเวลาครึ่งชีวิตจะหาได้จากสูตร:
t 1/2 = 0.693/ l (l = ค่า decay constant)
สารกัมมันตรังสี ที่เสถียรมากจะมีเวลาครึ่งชีวิตที่ยาว เช่น 14C จะมีเวลาครึ่งชีวิตยาวถึง 5,730 ปีเป็นต้น สารกัมมันตรังสีที่ไม่ค่อยเสถียรจะมีเวลาครึ่งชีวิตสั้น เช่น 131I มีเวลาครึ่งชีวิตเพียง 8 วัน, 125I มีเวลาครึ่งชีวิต 60 วัน เป็นต้น
100 _
75 _
T
50 _
25 _
10 20 30 40 50 60 70
Time (days)
รูปที่ 2.4 ระยะครึ่งชีวิต (t ½) ของสารกัมมันตรังสี (เนตรนภิส ธีระวัลย์ชัย. ชีวเคมี, 2536.)
2. หน่วยที่ใช้วัดในทางรังสีวิทยา
หน่วยต่างๆ ที่ใช้ในทางรังสีวิทยาได้สรุปไว้ในตารางที่ 2.2 ส่วนรายละเอียดของหน่วยต่างๆ ได้แยกกล่าวไว้ท้ายตารางนี้
ตารางที่ 2.2 หน่วยต่าง ๆ ที่ใช้ในทางรังสีวิทยา ทั้งหน่วยที่นิยมใช้และหน่วย SI
Quantity
Customary Unit
SI unit
Name
Symbol
Name
Symbol
Exposure
Roentgen
R
Coulomb per Kilogram
C/Kg
Absorbed dose
Rad
Rad
Gray
Gy
Dose equivalent
Rem
Rem
Seivert
Sv
Activity
Curie
Curie
Becquerel
Bq
2.1 Roentgen (R or C/Kg) เป็นหน่วยที่ใช้วัดปริมาณ (exposure) หรือความเข้ม (intensity) ของรังสี ซึ่งเป็นความเข้มของรังสีที่ก่อให้เกิด ion pairs ต่อ 1 หน่วยปริมาตรของอากาศ ส่วนในหน่วย SI นั้น roentgen คือค่า electric charge ต่อ 1 หน่วยน้ำหนักของอากาศนั่นคือ
1 R = 2.08 x 109 ion pairs/cm3
= 2.58 x 10- 4 C/Kg
เครื่องมือที่ใช้วัดปริมาณรังสีจะระบุไว้ในหน่วยของ roentgen หรือ milliroentgen (mR) ค่า R นี้จะใช้สำหรับรังสี X และรังสี g ที่มี interaction กับอากาศเท่านั้น
2.2 Rad (Gray;Gy) เป็นหน่วยที่บ่งถึงปริมาณรังสีที่ร่างกาย absorb ไว้ซึ่งสามารถบอกถึงปริมาณของ ionizing radiation energy ที่ถ่ายทอดจากรังสีไปยัง target material ใดๆ ก็ตาม
1 rad = 100 ergs/gm (หรือเท่ากับ 1 x 10-2 จูลต่อกิโลกรัมเนื้อเยื่อ)
และ 1 rad = 10- 2 Gy
2.3 Rem (Seivert;Sv) เป็นหน่วยของ equivalent หรือ occupational exposureซึ่งบ่งถึงปริมาณรังสีที่ร่างกายได้รับ (expose)
1 rem = 10- 2 Sv
2.4 Curie (Ci หรือ Bq) เป็นหน่วยวัดอัตราการสลาย (disintegration rate) ของสารกัมมันตรังสีใน 1 วินาที (disintegration / sec)
1 Ci = 3.7 x 10 10 disintegration / sec
ส่วนในระบบ SI unit จะใช้ Becquerel (Bq) แทน 1 Bq คือ อัตราการสลาย(disintegration) 1 ครั้ง ต่อ 1 วินาที ดังนั้น
1 Ci = 3.7 x 10 10 Bq
3. การวัดกัมมันตภาพรังสี และเครื่องมือที่ใช้วัด
การตรวจหาและวัดกัมมันตภาพรังสีอาศัยคุณสมบัติบางประการของรังสีได้แก่
3.1 คุณสมบัติของรังสีในการทำให้โมเลกุลของแก๊สแตกตัวเป็นไออ็อน (ionization) เครื่องมือที่วัดรังสีโดยอาศัยคุณสมบัตินี้ คือ เครื่อง Geiger-Muller (GM) Counter ซึ่งเหมาะสำหรับใช้วัดอนุภาค b เมื่อสารกัมมันตรังสีปล่อยอนุภาค b ผ่านเข้าไปในหลอดของเครื่องมือนี้ จะทำให้โมเลกุลของแก๊สแตกตัวให้ไออ็อนบวก และ electron ซึ่งจะวิ่งไปยัง cathode และ anode ตามลำดับ ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าซึ่งวัดได้ นอกจากนี้ยังอาจใช้วัดรังสี g โดยใช้ cathode ที่ทำจากทองแดงหรือตะกั่วเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องมือ
3.2 คุณสมบัติในการทำให้สารบางอย่างเรืองแสง สาร phosphor เมื่อได้รับรังสีจะเรืองแสงได้ ทำให้สามารถวัดปริมาณกัมมันตรังสีได้จากปริมาณของแสงที่เรืองออกมา เครื่องมือที่ใช้วัดกัมมันตภาพรังสีเป็นแบบ scintillation counter โดยอาศัย solid หรือ liquid scintillation phosphor ดังนั้นเครื่องมือที่ใช้วัดจึงจำแนกออกได้เป็น 2 ชนิด คือ solid scintillation detector และ liquid scintillation detector
Solid scintillation detector
เครื่องมือที่ใช้ในเวชศาสตร์นิวเคลียร์ส่วนใหญ่จะเป็นแบบ solid scintillation detector เพื่อวัดรังสี g การวัดนี้จะทำให้ทราบว่ามีรังสี รวมทั้งยังบอกถึงชนิด ขนาดและปริมาณของพลังงานอีกด้วย เมื่อรังสีผ่านมากระทบหัววัด ซึ่งประกอบด้วยผลึกโซเดียมไอโอไดด์ (Nal) ที่มี hallium เป็นตัวเร่ง (activator) รังสีนั้นจะถูกดูดกลืนและเปลี่ยนเป็นพลังงานแสงซึ่งจะถูกเปลี่ยนโดย photomultiplier ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า จากนั้นจึงมีการขยายสัญญาณไฟฟ้าก่อนที่จะทำการวัดสัญญาณนั้นต่อไป
Liquid scintillation detector
สารกัมมันตรังสีที่ใช้ในงานวิจัยส่วนใหญ่มักจะได้แก่ 3H, 14C และ 35S ซึ่งจะสลายให้อนุภาค b ที่มีพลังงานต่ำและ liquid scintillation counting เป็นวิธีที่นำมาใช้วัดปริมาณกัมมันตภาพรังสีเหล่านี้ โดยที่ใน liquid scintillator หรือ scitillation cocktail จะประกอบด้วยตัวทำละลาย (organic solvent) 1 ชนิดและตัวถูกละลาย (solute) อีก 1-3 ชนิด เมื่ออนุภาค bไปกระทบกับตัวถูกละลายซึ่งเป็นสารเรืองแสง (phosphor หรือ fluor) ก็จะเปล่งแสง fluorescent ออกมาทำให้วัดปริมาณกัมมันตภาพรังสี ได้
3.3 คุณสมบัติที่ทำให้ฟิล์มถ่ายรูป หรือฟิล์มเอ็กซ์เรย์มีสีดำ
การวัดปริมาณรังสีจะทำได้โดยใช้วิธี autoradiography เนื่องจากบนแผ่นฟิล์มจะมี emulsion ของผลึก silver halide เคลือบอยู่ เมื่อมีอนุภาค b รังสี g หรือรังสี X จากสารกัมมันตรังสีมากระทบจะทำให้ silver ion กลายเป็นอะตอมของ silver เมื่อนำแผ่นฟิล์มไปล้าง บริเวณที่ expose สารกัมมันตรังสีจะมีสีดำ จะเข้มมากหรือน้อยก็ขึ้นอยู่กับปริมาณกัมมันตภาพรังสีนั่นเอง ตัวอย่างเครื่องมือที่ใช้วิธีนี้ในการวัดปริมาณกัมมันตภาพรังสีได้แก่ film badges ซึ่งเป็นแผ่นฟิล์มเล็กๆ บรรจุอยู่ในป้ายพลาสติก ใช้เป็นเครื่องวัดกัมมันตภาพรังสีขนาดที่พกติดตัวได้ซึ่งเหมาะสำหรับผู้ที่ทำงานเกี่ยวข้องกับสารกัมมันตรังสีอยู่เป็นประจำ
4. ประโยชน์ของสารกัมมันตรังสีในด้านวิทยาศาสตร์การแพทย์
เนื่องจากสารกัมมันตรังสีมีคุณสมบัติทางเคมีที่เหมือนกับไอโซโทปส์ที่เสถียรของมัน แต่เราสามารถวัดปริมาณของมันได้จากการแผ่รังสีที่มีอยู่ ทำให้สารกัมมันตรังสีมีประโยชน์อย่างมากมายในทางการแพทย์และการวิจัยด้านวิทยาศาสตร์การแพทย์
4.1 ประโยชน์ของรังสี g ในทางการแพทย์นั้น อาศัยคุณสมบัติทะลุทะลวงไปได้ไกล ทำให้สามารถตรวจจับโดยเครื่องวัดรังสีจากภายนอกได้ ส่วนรังสี b เนื่องจากมีอำนาจในการทะลุทะลวงต่ำ เมื่อเข้าไปอยู่ในร่างกายก็จะแผ่รังสีไปได้แค่บริเวณที่มันสะสมอยู่ รังสี b จึงมีประโยชน์ในการรักษา อาทิเช่น Iodine - 131 สลายตัวให้ทั้งรังสี b และรังสี g เราใช้รังสี g เพื่อประโยชน์ในการตรวจติดตามผล ศึกษาการทำงานของต่อมธัยรอยด์ในการดักจับ Iodine และการสร้างธัยรอยด์ฮอร์โมน ส่วนรังสี b จาก Iodine - 131 นั้นเราใช้ประโยชน์เพื่อการรักษา เช่น การรักษาคอพอกเป็นพิษ และมะเร็งของต่อมธัยรอยด์ เป็นต้น
4.2 งานวิเคราะห์ทางด้านอิมมูโนวิทยา (Immunology) จะมีการนำเอาสารกัมมันตรังสีไปใช้ในการวัดปริมาณแอนติเจน หรือสิ่งแปลกปลอมต่อร่างกาย ใช้ในการวัดแอนติบอดีซึ่งเป็นภูมิคุ้มกันของร่างกายต่อแอนติเจนนั้น โดยอาศัยเทคนิคที่เรียกว่า radioimmunoassay (RIA) ซึ่งจะมีการติดฉลากแอนติเจนด้วยสารกัมมันตรังสี เช่น 125l, 131l ฯลฯ
หลักการของ RIA นั้น ในปฏิกิริยาจะประกอบด้วย
แอนติเจน ที่ติดฉลาก (labelled antigen)
แอนติเจน ที่ไม่ติดฉลาก (unlabelled antigen) ซึ่งต้องการวัดปริมาณที่มีอยู่ในซีรั่ม
แอนติบอดี
ทั้งหมดนี้จะรวมอยู่ในหลอดเดียวกัน โดยแอนติเจนที่ติดฉลาก จะแย่งกันกับแอนติเจนที่ไม่ติดฉลากในการจับกับแอนติบอดี ทำให้เราสามารถวัดปริมาณของแอนติเจนที่มีอยู่ในซีรั่มได้
ตัวอย่างการวิเคราะห์ทางอิมมูโนวิทยาโดยใช้เทคนิค RIA ได้แก่ การวัดปริมาณฮอร์โมนบางชนิด เช่น estrogen thyroid stimulating hormone insulin การวัดปริมาณเอนไซม์ creatine kinase และ myoglobin ในซีรั่มผู้ป่วยโรคกล้ามเนื้อหัวใจตายเฉียบพลัน (acute myocardial infarction) การตรวจหา tumour markers เช่น a-fetoprotein ในผู้ป่วยโรคมะเร็งตับ (hepatocellular carcinoma) เป็นต้น
4.3 ทางด้านชีววิทยา หรือ ชีวเคมี สารกัมมันตรังสีได้ถูกใช้ประโยชน์อย่างมากมาย เช่น การศึกษาวิถีเมตะบอลิสมต่างๆ โดยการใช้สารที่ติดฉลาก (label) ด้วยอะตอมกัมมันตรังสีที่ตำแหน่งเฉพาะตามต้องการในโมกุลของสารนั้น แล้วติดตามการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในวิถีเมตะ-บอลิสม ภายหลังจากการใส่สารนั้นเข้าไปในสิ่งมีชีวิตหรือในเซลล์ที่เพาะเลี้ยงไว้ ทำให้เราทราบว่าสารประกอบนั้นเปลี่ยนแปลงไปเป็นสารใดบ้างโดยติดตามรังสีที่ออกจากอะตอมกัมมันตรังสีเรื่อยไป เทคนิคแบบนี้เรียกว่า Radioactive Tracer ด้วยเทคนิคนี้ทำให้เราทราบเรื่องราวของวิถีเมตะบอลิ-สมต่างๆ ในพืชและสัตว์ เช่น วิถีไกลโคไลลิส และขบวนการสังเคราะห์แสงเป็นต้น สารประกอบอินทรีย์ของสิ่งมีชีวิตประกอบด้วย C H O และ N ไอโซโทปส์กัมมันตรังสีของ C และ H มักใช้ 14C และ 3H ซึ่งให้รังสี b ส่วน O และ N ซึ่งไม่มีไอโซโทปส์กัมมันตรังสีที่มีครึ่งชีวิตยาวพอให้เรานำมาใช้ในงานเช่นนี้ เราใช้ไอโซโทปส์เสถียร คือ 18O และ 15N แทน
4.4 งานวิเคราะห์ระดับโมเลกุล (molecular level) ได้มีการนำสารกัมมันตรังสีมาใช้ประโยชน์เช่นกัน เทคนิคในการศึกษาระดับโมเลกุลอย่างเช่น DNA hybridization และ DNA sequencing ต้องใช้สารกัมมันตรังสี และติดตามผลที่ได้ด้วยเทคนิค autoradiography
ประโยชน์ที่กล่าวมาข้างต้น เป็นการนำสารกัมมันตรังสีเป็นตัวติดตาม (tracer) ทั้งสิ้น เรายังสามารถใช้ประโยชน์สารกัมมันตรังสีในทางการแพทย์ได้อีกแบบหนึ่ง กล่าวคือ โดยนำสารกัมมันตรังสีไปติดฉลาก (label) กับสารประกอบบางตัว และเตรียมให้อยู่ในรูปที่เหมาะสมกับการนำไปใช้กับมนุษย์ เรียกว่า radiopharmaceuticals สารดังกล่าวจะนำไปใช้ในการวินิจฉัยและรักษาโรค สารกัมมันตรังสีที่จะนำมาใช้ประโยชน์แบบนี้ ควรจะมีระยะครึ่งชีวิตที่พอสมควร ไม่ยาว หรือสั้นเกินไป เพื่อเป็นการลด radiation dose ที่จะได้รับและไม่ควรเป็นพิษในปริมาณที่ใช้ กัมมันตภาพรังสีที่สลายออกมา ควรเป็นรังสี g ที่มีพลังงานอยู่ในช่วง 100-300 Kev ควรจะเป็นสารที่หาได้ง่าย ราคาไม่แพง และอยู่ในรูปที่ปราศจากการปนเปื้อนจากสิ่งอื่น ตัวอย่างเช่น technitium-99 m ซึ่งมีระยะครึ่งชีวิต 6 ชั่วโมง และสลายให้รังสี g ที่มีพลังงาน 140 Kev เป็นต้น
5. ผลของกัมมันตภาพรังสีต่อสิ่งมีชีวิต
ผลของรังสีที่มีต่อสิ่งมีชีวิตก็เหมือนกับผลที่เกิดขึ้นกับสารอื่นๆ เช่นทำให้อะตอมหรือโมเลกุลแตกตัว ทำให้เกิดไออ็อนขึ้นมา ถ้าหากรังสีนั้นมีปริมาณมาก สิ่งมีชีวิตนั้นก็อาจตายไป ถ้าถูกรังสีเพียงเล็กน้อย ก็อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครโมโซม หรือ DNA ได้ อาจกล่าวได้ว่า กัมมันตภาพรังสีมีผลทั้งโดยอ้อม และโดยตรงต่อสิ่งมีชีวิต ดังนี้
5.1 ผลโดยอ้อม
อ็อกซิเจนเป็นสิ่งจำเป็นของสิ่งมีชีวิตชั้นสูง อ็อกซิเจนเกือบทั้งหมด (~98%) ที่ใช้ภายในเซลล์จะถูกรีดิวส์ไปเป็นน้ำในไมโตคอนเดรีย อย่างไรก็ตามการเกิดรีดัคชั่นเพียงบางส่วน (partial reduction) อันเนื่องมาจากการได้รับรังสีจะทำให้เกิดสารประกอบที่เรียกว่า activated oxygen species ซึ่งมีผลให้เซลล์หยุดการเจริญเติบโต ยับยั้ง mitosis และการแบ่งเซลล์ ทำให้เกิดการ กลายพันธุ์ (mutagenesis) และตายในที่สุด activated oxygen species เหล่านี้ได้แก่ superoxide anion (O2i) hydroperoxyl radical (HO-2) และ hydrogen peroxide (H2O2) อาจกล่าวได้ว่าผลโดยอ้อมของรังสี สามารถก่อให้เกิด activated oxygen ดังขั้นตอนต่อไปนี้
5.1.1 Production of oxidising agent
e- H+ HO-2 O2
O2 O-2 HO2 H2O2
molecular super oxide hydroperoxyl hydrogen
oxygen anion radical peroxide
5.1.2 Resultant oxidation of thiol group
Peroxide ที่เกิดขึ้นดังในข้อ 5.1.1 จะมีผลต่อ sulfhydryl group ดังนี้
2 -SH + H2O2 -S-S- + 2H2O
นอกจากนี้รังสีที่ได้รับอาจจะทำให้โมเลกุลของน้ำแตกตัวได้ HOi (hydroxyl radicals) ซึ่งจะทำลาย cell membrane และ DNA จึงจัดเป็นสมมุติฐานหนึ่งของสาเหตุการเกิดมะเร็ง
5.2 ผลโดยตรง
การเกิด ionization มักจะมีผลต่อบริเวณที่ sensitive ต่อรังสี เช่น chromosome ทำให้เกิดการแตกหัก (chromosome aberration) อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันกลไกที่ทำให้สิ่งมีชีวิตเสียชีวิตทันทีเนื่องจากการได้รับรังสีนั้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด เชื่อว่าการได้รับพลังงานเพิ่มขึ้น ทำให้พันธะต่างๆของสารแตกออก ทำให้โมเลกุลของสารเดิมเปลี่ยนแปลงไป ทั้งนี้ขึ้นกับ ปริมาณของสารที่เปลี่ยนไปด้วยว่ามีมากน้อยเพียงใด นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับความสามารถในการซ่อมแซมส่วนที่เสียไปของเซลล์เองว่าทำได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพดีเพียงไร ถ้าสาร macromolecule ที่จำเป็นต่อการมีชีวิตอยู่ถูกทำลายไปก็จะมีผลต่อเซลล์มาก เช่น ไขมันที่เป็นส่วนประกอบของผนังเซลล์และโปรตีนที่เป็นเอนไซม์ต่างๆ
กรดนิวคลีอิคโดยเฉพาะ DNA ถ้าถูกทำลายไปก็จะมีผลต่อการแบ่งตัวของเซลล์ DNA ที่ถูกทำลายไปและไม่สามารถซ่อมแซมทดแทนได้จะมีผลทำให้
การสังเคราะห์ DNA หยุดไปชั่วระยะหนึ่งหรือหยุดไปอย่างถาวร
มีการทำลาย DNA ต่อไปอีก
ผลที่จะติดตามมา คือผลโดยอ้อม ดังที่กล่าวข้างต้น (ข้อ 5.1) เช่น ไม่มีการแบ่งเซลล์ (mitosis) และถ้าเนื้อเยื่อนั้นเป็นไขกระดูกหรือลำไส้ ก็จะทำให้สิ่งมีชีวิต (พวกสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม) ตายได้เพราะเซลล์ของเนื้อเยื่อเหล่านี้เป็น stem cell และ progenitor ที่จะสร้าง functional cell ของเนื้อเยื่อต่างๆ ถ้า cell production ใน stem cell หยุดไป functional cell ต่างๆ ก็หมดไปด้วย
ผลของรังสีที่มีต่อสิ่งมีชีวิตอาจเขียนได้เป็นแผนผังย่อ ๆ ดังนี้ คือ
lonizing events
Deposition of energy
ระยะนี้กินเวลาน้อยกว่า £ 10-12 sec
Transfer of energy (intra-and intermolecular) to produce free radical and peroxide
Lesion in macromolecules (DNA)
Production and Loss of reproduction capacity in progenitor cells
expression of
biological damage Perturbation of cell kinetics in critical cell population
Tissue, organ and organ system dysfunction
Death of organ (s)
โดยทั่วไปอันตรายที่เกิดจากรังสี จะมากหรือน้อยขึ้นกับ
ปริมาณของรังสีที่ได้รับ (radiation dose)
ความเข้ม (dose rate) ของรังสีที่ได้รับ
ชนิดของรังสี ว่ามีพลังงานมากน้อยเพียงใด
วิธีที่ได้รับรังสี เช่น อาจเป็น local partial body total body external internal single dose intermittent หรือ continuous
ชนิดและขนาดของเนื้อเยื่อ (tissue) ที่ถูกรังสี
ชนิดและขนาดของ organism ซึ่งขึ้นอยู่กับ species strain อายุ เพศ อุณหภูมิ ของร่างกาย เป็นต้น (โดยเฉพาะหญิงมีครรภ์)
6. แหล่งของกัมมันตภาพรังสี ปกติคนจะได้รับรังสีจากแหล่งต่างๆ ดังนี้
6.1 จากธรรมชาติ ซึ่งแบ่งได้เป็นแหล่งจากภายนอก และภายในร่างกาย
ภายนอก ได้แก่ cosmic ray รังสีบนโลก (terrestrial radiation) radium uranium และสารกัมมันตรังสีอื่นๆ ระดับปริมาณรังสีที่มีอยู่เป็นพื้นฐานตามธรรมชาติ จะประมาณ 0.1 ถึง 0.2 rad ต่อปี (1 rad = 1 x 10 -2 จูลต่อกิโลกรัมเนื้อเยื่อ) คนที่ได้รับรังสีขนาด 500 rad คาดว่าจะเสียชีวิตประมาณครึ่งหนึ่งภายใน 30 วัน
ภายใน ได้แก่ Radium - 226 Radium - 228 Lead-210 Polonium-210 Potassium-40 และ Carbon-14 ที่มีเป็นส่วนน้อยในร่างกาย
6.2 จากสารกัมมันตรังสีที่มนุษย์ผลิตขึ้น เช่น จากเครื่อง X-ray ที่ใช้ในทางการแพทย์อุตสาหกรรม การวิจัยในโบราณคดี Radium และสารกัมมันตรังสีที่ใช้ในทางการแพทย์ และการวิจัย โรงไฟฟ้าพลังปรมาณูและการทดลองอาวุธนิวเคลียร์
7. อาการที่เกิดขึ้นภายหลังการได้รับรังสี
7.1 ผลจากการได้รับรังสีอย่างเฉียบพลัน (acute radiation exposure) ตารางที่ 2.3
การได้รับรังสีทีเดียว ครั้งละมาก ๆ (> 100 rads) อาจเกิดอาการ radiation syndrome อาการนี้จะเกิดช้าหรือเร็วขึ้นกับขนาดที่ได้รับ ถ้าขนาดสูงอาการจะเกิดขึ้นได้รวดเร็ว อาการต่างๆ
ตารางที่ 2.3 ผลกระทบอย่างเฉียบพลัน (Acute effects) ต่อการได้รับรังสีขนาดต่างๆ กัน (Chandra R, Introductory Physics of Nuclear Medicine, 1987.)
Stage
Dose Range(rads)
Symptoms
I
0-200
Usually unobservable
II
150-400
Transient nausea and vomiting; some Evidence of damage to hematopoietic system, recovering in 1 to 2 months
III
350-600
Severe damage to hematopoietic system; Bone marrow transplant essential; moderate survival chances
IV
550-1,000
Gastrointestinal damage; severe nausea, vomiting and diarrhea; very small chance of recovery; death follows in 10-24 days
V
1,000 and above
Confusion, shock, burning sensation; death follows within hours
การแก้ไข ถ้าทำอย่างทันท่วงทีอาจช่วยชีวิตผู้ป่วยไว้ได้ โดยพยายามรักษาดุลน้ำ และ electrolyte, ภาวะโภชนาการ, ให้เลือดและให้ยาต้านจุลชีพป้องกันการติดเชื้อ
7.2 ผลของการถูกรังสีเป็นเวลานาน ๆ (chronic radiation exposure) อาจทำให้เกิด
7.2.1 ผลต่อเนื้อเยื่อเฉพาะที่ (local tissue effects) เช่น การแตกหักของ โครโมโซม (chromosome aberration) ทำให้เซลล์หยุดเจริญเติบโต ตาเป็นต้อกระจก (cataracts) เป็นต้น
7.2.2 อายุสั้นลง ได้มีการทดลองในหนู พบว่าถ้าได้รับปริมาณรังสีมากขึ้น จะทำให้อายุของสัตว์นั้นสั้นลง
7.2.3 ก่อให้เกิดมะเร็ง เช่น มะเร็งที่ต่อมธัยรอยด์ เม็ดเลือดขาว กระดูก ผิวหนัง เต้านม ปอด ตับ เป็นต้น
พบว่าผู้รอดตายจากระเบิดปรมาณูที่เมืองฮิโรชิมา และนางาซากิ จะป่วยเป็นโรคมะเร็งในเม็ดเลือดขาวมากในช่วงไม่กี่ปีหลังจากที่ได้รับรังสีจากระเบิดปรมาณู ความชุกของโรคจะขึ้นกับปริมาณรังสีที่ได้รับ นอกจากนั้นในคนที่รักษาโรค ankylosing spondylitis ด้วยการฉายรังสี X พบว่า จะเป็นโรคมะเร็งในเม็ดเลือดขาวเพิ่มขึ้น
ผลที่เกิดต่อการถ่ายทอดกรรมพันธุ์อาจทำให้เป็นหมันหรือทำให้มี mutation ใน genera-tion ต่อไปได้เพราะ chromosome อาจจะมีลักษณะผิดปกติไป
ตัวอ่อนในครรภ์ จะมีโอกาสเป็นอันตรายจากรังสีได้มากกว่าผู้ใหญ่ การทดลองในหนูพบว่าในช่วง 2-10 อาทิตย์แรกของการตั้งครรภ์ (first trimester) แม้ว่าจะได้รับรังสีเพียงแค่ 5 rad ก็ทำให้ตัวอ่อนเจริญเติบโตผิดปกติและถ้ารังสีมากกว่า 5 rad ตัวอ่อนจะมีโอกาสเป็นมะเร็งได้สูง
8. ข้อควรระวังเพื่อป้องกันอันตรายจากรังสี
จากผลของรังสีที่กล่าวมาแล้วข้างต้น จะเห็นได้ว่าอันตรายที่เกิดจากการได้รับรังสีนั้นมีมากมาย ถึงแม้จะได้รับรังสีในปริมาณไม่มากก็อาจจะเป็นสาเหตุให้เกิดมะเร็งของอวัยวะต่าง ๆ ได้มากขึ้น หรือทำให้เกิดความผิดปกติทางกรรมพันธุ์ต่างๆ ซึ่งบางครั้งก็ไม่เห็นผลชัดเจน จึงต้องระมัดระวังอยู่เสมอ เพราะไม่สามารถทราบได้ว่าอันตรายนั้นจะเกิดขึ้นแก่ผู้ได้รับรังสีหรือไม่ ข้อควรระวังในการใช้สารกัมมันตรังสีในการวิจัย รักษาหรือวินิจฉัยโรค ก็คือ
8.1 ขนาดที่ใช้ ต้องพยายามใช้ให้น้อยที่สุด แต่ให้ประโยชน์มากที่สุด และมีอันตรายน้อยที่สุด
8.2 อย่าให้ผู้อื่นที่ไม่ใช่ผู้ป่วยถูกรังสีโดยไม่จำเป็น
8.3 ระวังมิให้สารกัมมันตรังสีเกิดการปนเปื้อนกับสิ่งอื่นๆ ภายนอก (external contami-
nation) และโดยเฉพาะภายใน (internal contamination) โดยสวมเสื้อคลุม ถุงมือ ไม่บริโภคอาหารหรือดื่มน้ำในเวลาที่มีการใช้สารกัมมันตรังสี กำหนดเขตที่มีการใช้สารกัมมันตรังสีให้แน่นอนเพื่อเพิ่มความระมัดระวังเป็นพิเศษ รวมถึงเครื่องมือเครื่องใช้ที่ปนเปื้อนสารนั้น ต้องทิ้งในที่จำเพาะเพื่อส่งให้สำนักงานพลังงานปรมาณูเพื่อสันติทำการกำจัดทิ้งต่อไป
เอกสารอ้างอิง :
1. กฤษณา ชุติมา. หลักเคมีทั่วไป. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์ชวนพิมพ์, 2529.
2. เนตรนภิส ธีระวัลย์ชัย. ไอโซโทปส์ ใน : ชีวเคมี คณะแพทย์ศาสตร์ศิริราชพยาบาล : ดารณี ชุมนุมศิริวัฒน์, สมทรง เลขะกุล,บรรณาธิการ.ชีวเคมี คณะแพทยศาสตร์ศิริราชพยาบาล. กรุงเทพฯ: บริษัทพรประเสริฐพริ้นติ้ง จำกัด, 2536.
3. Faires FA, Boswell GGJ. Radioisotope laboratory techniques. 4th ed. London : Butterworth, 1981.
4. Friedlander G, Kennedy JW, Macias ES, Miller JM. Nuclear and radiochemistry. 3rd ed. New York : John Wiley & Sons, 1981.
5. Bair WJ, Beninson D, Bennett BG, Bouville A, Patek P, Silini G, Snihs JO. Selected radionuclides in environmental health criteria 25. World Health Organisation, 1983.
6. Rothfeld B. Nuclear medicine in vitro. 2nd ed. Philadelphia : J.B. Lippincott, 1983.
7. Parker RP, Smith PHS, Taylor DM. Basic science of nuclear medicine. 2nd ed. Edinburgh : Churchill Livingstone, 1984.
8. Chandra R. Introductory physics of nuclear medicine. 3rd ed. Philadelphia : Lea & Febiger, 1987.
9. Bushong SC. Radiologic science for technologists physics, biology and protection. 4th ed. St Louis : C.V. Mosby, 1988.
จำนวนนิวตรอน (N) N Z
จำนวนโปรตอน (Z) b+ b- decay and / or EC decay
นิวตรอน = โปรตอน
เขตของเสถียรภาพ
Free TextEditor
| Create Date : 05 กุมภาพันธ์ 2554 |
| Last Update : 5 กุมภาพันธ์ 2554 14:26:38 น. |
|
0 comments
|
| Counter : 2050 Pageviews. |
 |
|
|
|
|
|
|
ฝากข้อความหลังไมค์
Rss Feed
ผู้ติดตามบล็อก : 29 คน [
