211service.com
Hoe nucleaire terugslag DNA beschadigt?
Thorium-232 is een zilverachtig, radioactief metaal dat bijzonder goed is in het absorberen van röntgenstralen. In de begindagen van röntgenbeeldvorming injecteerden artsen patiënten routinematig met thoriumdioxide omdat het beelden met een hoog contrast produceerde. Tussen de jaren dertig en vijftig kregen zo'n 10 miljoen mensen deze doses.
Het voordeel van thoriumdioxide, of Thorotrast zoals het werd genoemd, is dat het bijna geen directe bijwerkingen had op de patiënten, in tegenstelling tot andere contrastmiddelen, die vaak gevaarlijk waren. En de halfwaardetijd van thorium is ongeveer 14 miljard jaar, dus het is relatief stabiel.
Wat artsen destijds niet op prijs stelden, waren de langetermijneffecten op het lichaam. Eenmaal geïnjecteerd, vestigt Thorotrast zich in verschillende organen waar het de neiging heeft te blijven. De biologische halfwaardetijd van het spul is 22 jaar.
Wanneer thorium uiteindelijk vervalt, zet het een reeks van vijf verdere vervalsingen in gang waarbij alfadeeltjes worden geproduceerd. Deze gebeuren allemaal relatief snel; vier van hen in een kwestie van uren of fracties van een seconde.
Om die reden bleek Thorotrast zeer kankerverwekkend te zijn, maar vaak op een tijdschaal gemeten in decennia. Het werd uiteindelijk in de jaren vijftig als contrastmiddel ingetrokken.
Het probleem voor natuurkundigen is om de effecten van elementen zoals thorium op het lichaam te berekenen. Ze weten al lang dat de hoogenergetische deeltjes die vrijkomen tijdens een verval het lichaam beschadigen door tegen moleculen zoals DNA in te slaan en deze te beschadigen.
Maar vandaag zeggen Evandro Lodi Rizzini en vrienden van de Universiteit van Brescia in Italië dat natuurkundigen een ander mechanisme hebben gemist dat nog meer schade kan aanrichten.
Polonium-212, bijvoorbeeld, geeft alfadeeltjes af met een energie van 8748 keV, die vervolgens tegen alle moleculen in de buurt zullen botsen totdat de energie is geabsorbeerd.
Maar Lodi Rizzini en co wijzen erop dat deze reactie nog een ander bestanddeel heeft: een kern van lood-208 die terugdeinst met een energie van 170 keV. In het geval van Thorium-232 is het resultaat een alfadeeltje met een energie van 4012 keV en een kern van radium-228 die terugdeinst met een energie van 66 keV.
Niemand heeft nagedacht over de schade die deze terugspringende kernen aan het DNA kunnen toebrengen. Tot nu.
Lodi Rizzini en vrienden zeggen dat deze kernen, omdat ze groter en zwaarder zijn, duidelijk minder ver in het lichaam zullen reizen, misschien een afstand van een paar honderd nanometer. Dat betekent dat als het verval plaatsvindt in de buurt van DNA, het al zijn schade in dat gebied zal aanrichten.
Daarentegen zal het alfadeeltje zijn energie in een veel groter volume vrijgeven.
Dat heeft belangrijke consequenties. De kern die terugdeinst na een emissie van een α-deeltje zal leiden tot een energiedepositie (op een DNA-structuur in de buurt) die zelfs twee ordes van grootte groter is dan het α-deeltje zelf, zegt het Italiaanse team.
Dus de schade van een terugspringende kern kan honderd keer groter zijn dan de schade van een alfa-emissie.
Dat zou de manier kunnen veranderen waarop mensen denken over de schade die radioactief verval in het lichaam kan aanrichten. Lodi Rizzini belooft in de nabije toekomst een meer gedetailleerde evaluatie.
Het kan ook leiden tot nieuwe strategieën om de schade die deze stoffen kunnen aanrichten te beheersen. Als het de kern is in plaats van het alfadeeltje dat de meeste schade aanricht, kunnen er manieren zijn om dit in een voordeel te gebruiken.
Iets voor de lezers van de arXiv Blog om over te speculeren, misschien.
Referentie: arxiv.org/abs/1107.3699 : Over het belang van nucleaire terugslag in (emissie in de buurt van DNA)