Piše: prof. dr. Aleš Blinc, dr. med.
Kadarkoli slišimo besedo sevanje, zastrižemo z ušesi in pomislimo na rakave bolezni, levkemije in deformirane zarodke. So naše bojazni vselej upravičene?
Človeštvo je bilo od nekdaj izpostavljeno elektromagnetnemu sevanju, vendar smo stotisočletja od celotnega elektromagnetnega spektra poznali le vidno svetlobo, ki jo je sposobno zaznavati naše oko. Šele leta 1800 je nemško-britanski astronom Friedrich Wilhelm Herschel odkril infrardečo svetlobo. Meril je temperaturo različnih barv svetlobe, ki jih je ločil z uklonom v optični prizmi. Ugotovil je, da termometer pokaže največjo vrednost izven območja vidne svetlobe, malo pod rdečo svetlobo. Šlo je za infrardeče žarke, ki jih je poimenoval „kalorični žarki“. Naslednje leto je nemški fizik, kemik in filozof Johann Wilhelm Ritter na nasprotnem delu spektra vidne svetlobe iskal „ohlajevalne žarke“. Ni jih našel. Ugotovil pa je, da očem nevidni žarki zraven vijoličaste barve, ki jih danes imenujemo ultravijolični žarki, počrnijo beli srebrov klorid in jih je poimenoval „kemični žarki“. Da gre pri svetlobi za elektromagnetni pojav, je ugotovil angleški znanstvenik Michael Faraday leta 1845, ki je dokazal, da na polarizacijo svetlobe vpliva magnetno polje. Teoretične osnove elektromagnetnega polja, ki veljajo še danes, je postavil škotski fizik James Maxwell leta 1860. Nemški fizik Heinrich Hertz je leta 1886 izdelal aparat, ki je oddajal radijske valove, za katere je dokazal, da potujejo s svetlobno hitrostjo. To odkritje je bilo temelj za kasnejši razvoj sporazumevanja preko radijskih valov. Hertzov rojak Wilhelm Rontgen je leta 1895 odkril žarke, ki potujejo skozi mehke dele človeškega telesa, v dobršni meri pa jih ustavijo kosti. Žarke -x ali rentgenske žarke odtlej s pridom uporabljamo v medicini.
Danes vemo, da gre pri elektromagnetnem sevanju za pojav, ki ima po eni strani lastnosti valovanja, po drugi strani lastnosti delcev. Vse vrste elektromagnetnega valovanja potujejo s svetlobno hitrostjo, pri čemer električna in magnetna komponenta nihata pravokotno druga na drugo in obenem pravokotno na smer širjenja valovanja. Zmnožek valovne dolžine (λ) in frekvence (γ) elektromagnetnega valovanja je svetlobna hitrost (c), ki znaša 300.000 km/s.
Elektromagnetno valovanje potuje s svetlobno hitrostjo, pri čemer električna komponenta (E) in magnetna komponenta (B) nihata pravokotno druga na drugo in obenem pravokotno na smer valovanja. Vrsta elektromagnetnega valovanja je določena z valovno dolžino nihanja (λ).
Elektromagnetno valovanje ima tudi lastnosti delcev, saj prenaša energijo v natančno določenih najmanjših odmerkih, ne pa v poljubnih količinah. Delce elektromagnetnega valovanja imenujemo fotoni. Energija fotona je sorazmerna njegovi frekvenci in obratno sorazmerna valovni dolžini. Elektromagnetni spekter v smeri od valovanja z najmanjšo energijo (največjo valovno dolžino in najmanjšo frekvenco) proti valovanju z največjo energijo (najmanjšo valovno dolžino in največjo frekvenco) obsega radijske valove, mikrovalove, infrardeče žarke, vidno svetlobo, ultravijolične žarke, rentgenske žarke in žarke gama.
Spekter elektromagnetnega valovanja sega od radijskih valov z veliko valovno dolžino in majhno energijo od žarkov gama z zelo majhno valovno dolžino in veliko energijo.
Elektromagnetno valovanje nastaja, kadar se pospešujejo ali zaustavljajo električno nabiti delci, najpogosteje elektroni. Visokoenergijski žarki gama nastajajo pri razpadu ali zlivanju atomskih jeder. Sonce, v katerem nenehno poteka zlivanje vodikovih jeder v helijeva, je zelo močan vir elektromagnetnega sevanja, vendar večino sevanja z veliko energijo, rentgenske žarke in ultravijolične žarke, prestreže zemeljska atmosfera, zlasti molekule dušika in ozona. Če se zavedamo tega, nam je jasno, zakaj ni dobro dopustiti, da z onesnaževanjem ozračja uničimo zaščitni ozonski sloj. Atmosfera dobro prepušča vidno svetlobo, infrardeči žarki pa se ustavljajo ob stiku z molekulami vode, ki jih je na pretek v oblakih. Mikrovalovi in radijski valovi ponovno brez težav prodirajo skozi atmosfero. Kadar radijski valovi ali mikrovalovi naletijo na prevodnik, npr. anteno, inducirajo električni tok, kar s pridom izkoriščamo pri sporazumevanju na daljavo preko radijskih naprav in prenosnih telefonov. Mikrovalovi imajo tudi pravšnjo frekvenco, da pospešijo vrtenje in nihanje celih molekul, kar povzroča gretje, niso pa sposobni »raztrgati« molekul in povzročiti ionizacije.
Učinki elektromagnetnega sevanja na žive organizme so odvisni od frekvence valovanja in moči sevanja. Nizkofrekvenčni del elektromagnetnega valovanja, kamor sodijo radijski valovi in mikrovalovi, učinkujejo na tkiva predvsem s segrevanjem. Nikoli nismo izpostavljeni tako močnim radijskim valovom, da bi nas greli, navajeni pa smo, da nam močno mikrovalovno sevanje pogreje hrano v mikrovalovni pečici, ki deluje z močjo približno 700 W. Prenosni telefoni za povezavo uporabljajo mikrovalove, ki pa imajo mnogo manjšo moč kot v mikrovalovni pečici. Sodoben prenosni telefon med pogovorom oddaja mikrovalovno sevanje z močjo 0,2 W. Šibko nizkofrekvenčno elektromagnetno sevanje, ki niti ne segreva tkiv, lahko povzroča biološke učinke preko indukcije zelo šibkih električnih tokov, vendar ni nikakršnih prepričljivih dokazov, da bi to povzročalo raka. Svetovna zdravstvena organizacija (WHO) uvršča radijske valove in mikrovalove v skupino »morebitnih karcinogenov 2 b«, kamor sodi npr. kava. Evropska unija zakonsko omejuje moč nizkofrekvenčnega elektromagnetnega valovanja, ki mu smejo biti izpostavljeni prebivalci, na 5-10 W na celo telo. To je toliko, kolikor energije na enoto časa oddaja šibka nočna lučka. V praksi je moč radijskih valov in mikrovalov, ki dosežejo človeka, tudi v bližini oddajnikov približno 100-krat manjša od zakonsko predpisanega maksimuma.
Infrardeči žarki, podobno kot mikrovalovi, pospešujejo nihanje in vrtenje celih molekul, kar povzroča segrevanje. Sonce nas greje z infrardečimi žarki, ki se jim je uspelo prebiti skozi atmosfero. Ob jasnem vremenu, ko je sonce najvišje na nebu, prihaja na vsak kvadratni meter Zemljine površine v višini morske gladine sevanje z močjo približno 1000 W. Večji del predstavlja infrardeča svetloba (527 W), manjši del pa vidna svetloba (445 W) in ultravijolično sevanje (33 W). Zanimivo je, da človeško telo s telesno temperaturo od 36 do 37oC oddaja šibko infrardeče sevanje, ki ga ponoči lahko zaznajo vojaške naprave za »nočni vid«. Infrardeče žarke uporabljajo tudi za komunikacijo po optičnih kablih. Infrardeči žarki majhnih valovnih dolžin se že približujejo valovnim dolžinam vidne rdeče svetlobe.
Kako naše oko zaznava vidno svetlobo? Ko vidna svetloba doseže očesno mrežnico, se zaustavi v celicah čutnicah, ki jih imenujemo čepki in paličice. Te celice vsebujejo posebne molekule, imenovane fotopigmenti, ki ob stiku s svetlobo spremenijo svojo obliko (konformacijo) in sprožijo električno vzdraženje vlaken vidnega živca. Signale iz vlaken vidnega živca možgani zaznajo kot sliko sveta, ki nas obdaja.
Ultravijolični žarki, pred katerimi nas ščiti obleka ali zaščitna krema, imajo v visokofrekvenčnem delu svojega spektra že dovolj energije, da iz atomov izbijajo elektrone in povzročajo nastanek reaktivnih, škodljivih snovi (imenovanih ioni in prosti radikali), ki lahko poškodujejo naš genski zapis – molekule DNK v celičnem jedru. Ultravijolični žarki so nedvomno karcinogeni (»skupina 1« po WHO) in so najpomembnejši krivec za nastanek kožnega raka pri ljudeh.
Rentgenski žarki in žarki gama ob stiku s tkivi vselej povzročajo ionizacijo, zato jih imenujemo ionizirajoče sevanje. Ionizirajoče sevanje je v medicini nepogrešljivo, a je treba stik z njim omejiti na najmanjšo možno mero. Varovanje pred ionizirajočimi sevanji obravnavajo posebni predpisi in zakoni. Zdravstvene delavce, npr. intervencijske kardiologe, ki ob srčnem infarktu rešujejo življenja bolnikov s katetrskim širjenjem koronarnih arterij pod rentgensko kontrolo, pred rentgenskimi žarki ščitijo svinčeni plašči in zaščitna očala, predvsem pa sodobni rentgenski aparati, ki ustvarjajo zelo usmerjen snop rentgenskih žarkov z minimalnim sipanjem v okolico. V tkivih izražamo biološko učinkovito absorbirano dozo ionizirajočega sevanja v milisievertih (mSv). Gre za enoto, ki zajame hkrati absorbirano dozo in biološki učinek sevanja v tkivu. Vsak človek letno prejme 3 – 5 mSv ionizirajočega sevanja iz naravnih virov, tako imenovanega »ozadja«, h kateremu prištevamo sevanje sonca in sevanje radona, ki se sprošča iz opek in kamna v naših domovih. Vsak čezoceanski polet z letalom doda 0,03 mSv, rentgensko slikanje prsnih organov 0,08 mSv, slikanje trebušnih organov z računalniško tomografijo pa 10 mSv, kar predstavlja tri letne doze naravnega ozadja. Ameriška agencija za prehrano in zdravila ocenjuje, da vsakih 10 mSv poveča tveganje za smrt zaradi rakave bolezni za 0,05 %. Ker ima vsak človek v razvitem svetu približno 20 %-no tveganje, da bo umrl zaradi raka, eno slikanje z računalniško tomografijo poveča tveganje z 20 % na 20,05 %. Kljub temu se proizvajalci medicinske opreme in radiološki inženirji trudijo pri vsaki rentgenski preiskavi čim bolj omejiti dozo sevanja, ki jo prejme bolnik.
Zaključimo lahko, da elektromagnetno sevanje ni nujno nekaj slabega. Brez infrardečih žarkov in vidne svetlobe s sonca na Zemlji ne bi bilo življenja. Dandanašnji si življenje tudi težko zamišljamo brez radia, televizije, prenosnih telefonov in brezžično povezanih naprav, ki dobivajo informacije preko radijskih valov in mikrovalov, še posebej pa brez dobre povezave z internetom, ki je v dobršni meri odvisna od optičnih kablov, po katerih informacije prenašajo infrardeči žarki. Elektromagnetna sevanja z valovno dolžino, daljšo, kot jo ima vidna svetloba, so dokazano škodljiva le, kadar je njihova moč tako velika, da povzroča pregrevanje tkiva. Varovati se je treba ultravijoličnih žarkov, ki povzročajo kožnega raka, predvsem pa ionizirajočega sevanja – rentgenskih žarkov in žarkov gama.