ভৌত বিজ্ঞানীদের জন্য বিকিরণ জীববিজ্ঞান/বিকিরণ মিথস্ক্রিয়া - ভৌত ও রাসায়নিক ঘটনা
শারীরিক ঘটনা
[সম্পাদনা]জৈবিক পদার্থে শক্তির জমা
[সম্পাদনা]জৈবিক প্রভাব সৃষ্টি করার আগে বিকিরণের শক্তিকে অবশ্যই জৈব পদার্থের কোষের মধ্যে জমা হতে হয়। আলফা, ইলেকট্রন এবং প্রোটনের মতো চার্জযুক্ত কণা বিকিরণ কুলম্ব মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে কোষের অন্যান্য চার্জযুক্ত কণায় সরাসরি তাদের শক্তি স্থানান্তর করে। তবে এক্স-রশ্মি, গামা রশ্মি এবং নিউট্রনের মতো চার্জবিহীন বিকিরণ সরাসরি তাদের শক্তি স্থানান্তর করতে পারে না। এর পরিবর্তে তারা পরোক্ষভাবে তাদের শক্তির সম্পূর্ণ (ফটোইলেকট্রিক প্রভাব) বা একটি অংশ (কম্পটন প্রভাব) কোষের চার্জযুক্ত কণায় স্থানান্তর করে এবং এই চার্জযুক্ত কণাগুলো কুলম্ব মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে জৈব পদার্থে তাদের শক্তি স্থানান্তর করে। জমা হওয়া শক্তির একক হলো জুল/J (প্রতি কিলোগ্রাম), যাকে ইংরেজ বিজ্ঞানী লুই হ্যারল্ড গ্রে এর সম্মানে ‘গ্রে’ নামক একটি বিশেষ নাম দেওয়া হয়েছে।
উদ্দীপনা এবং আয়নীকরণ
[সম্পাদনা]শক্তি জমা হওয়ার ফলে দুটি ভিন্ন ঘটনা ঘটতে পারে, যা কোষ দ্বারা শোষিত শক্তির পরিমাণের উপর নির্ভর করে।
এই ধরনের ঘটনাকে বলা হয় উদ্দীপনা, যেখানে কোষের পরমাণুগুলোর কক্ষপথের ইলেকট্রনগুলো পরমাণু ত্যাগ না করেই ভূমি অবস্থা থেকে উচ্চতর শক্তি স্তরে স্থানান্তরিত হওয়ার জন্য যথেষ্ট শক্তি অর্জন করে। এই ধরনের ঘটনা এই বইয়ের আলোচ্য বিষয় হবে না। দ্বিতীয় ধরনের ঘটনাকে বলা হয় আয়নীকরণ, এটি ঘটে যখন কোষের কোনো পরমাণুর এক বা একাধিক কক্ষপথের ইলেকট্রন পরমাণু ত্যাগ করার জন্য যথেষ্ট শক্তি অর্জন করে এবং যার ফলে আয়ন জোড় তৈরি হয়। শক্তির উৎসের উপর নির্ভর করে আয়নীকরণ বিকিরণকে সরাসরি আয়ন সৃষ্টিকারী এবং পরোক্ষভাবে আয়ন সৃষ্টিকারী হিসেবে পুনরায় শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে।
আয়নীকরণ ঘনত্ব
[সম্পাদনা]জৈব পদার্থে বিকিরণের ফলে সৃষ্ট আয়নায়ন কোষের মধ্যে সঞ্চিত শক্তি একটি এলোমেলো এবং অসম বন্টন ঘটায়। আহিত কণা দ্বারা প্রদত্ত শক্তির স্থানিক বন্টন লিনিয়ার এনার্জি ট্রান্সফার (LET) মেট্রিকের মাধ্যমে পরিমাপ করা হয়। এটি হলো প্রদত্ত গড় শক্তি এবং বিকিরণ দ্বারা অতিক্রান্ত দূরত্বের ভাগফল, যার একক হলো keV/μm।
বিকিরণকে তার লিনিয়ার এনার্জি ট্রান্সফার (LET) মানের উপর ভিত্তি করে নিম্ন লিনিয়ার এনার্জি ট্রান্সফার (LET) বা উচ্চ লিনিয়ার এনার্জি ট্রান্সফার (LET) বিকিরণ হিসেবে পুনঃশ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে। নিম্ন এবং উচ্চ লিনিয়ার এনার্জি ট্রান্সফার (LET)-এর মধ্যে বিভাজন মান প্রায় 10 keV/μm।
| নিম্ন লিনিয়ার এনার্জি ট্রান্সফার (LET) বিকিরণ | উচ্চ লিনিয়ার এনার্জি ট্রান্সফার (LET) বিকিরণ |
|---|---|
| এক্স-রশ্মি | আলফা-কণা |
| গামা-রশ্মি | নিউট্রন |
| প্রোটন |
প্রত্যক্ষ ও পরোক্ষ পদক্ষেপ
[সম্পাদনা]কোষে জৈব যৌগ (প্রোটিন, শর্করা, নিউক্লিক অ্যাসিড ও লিপিড) এবং পানি দ্রবীভূত বা ভাসমান অজৈব যৌগ (খনিজ পদার্থ) থাকে। বিকিরণের কারণে কোষের অভ্যন্তরে ক্ষতির জন্য সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ লক্ষ্যবস্তু হলো ডিএনএ (DNA); তবে কোষের অন্যান্য স্থানে ক্ষতি হলেও কোষের মৃত্যু হতে পারে। বিকিরণের জৈবিক প্রভাবকে কোষের সেইসব পরমাণু বা অণুর উপর ভিত্তি করে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে যা বিকিরণের দ্বারা আয়নিত হয়। বিকিরণের প্রত্যক্ষ ক্রিয়া বলতে কোষের মধ্যে থাকা ডিএনএ (DNA) এর মতো গুরুত্বপূর্ণ লক্ষ্যবস্তু পরমাণু বা অণুর আয়নীকরণকে বোঝায়। পরোক্ষ ক্রিয়া বলতে লক্ষ্যবস্তু পরমাণু ও অণু ব্যতীত কোষের অন্যান্য পরমাণু বা অণুর আয়নীকরণকে বোঝায়। জৈব পদার্থে, জলের আয়নীকরণ (রেডিওলাইসিস) গুরুত্বপূর্ণ, কারণ একটি কোষের ভরের ৮০% এরও বেশি হলো পানি।
উচ্চ লিনিয়ার এনার্জি ট্রান্সফার (LET) কণার মিথস্ক্রিয়ায় প্রত্যক্ষ ক্রিয়াই প্রধান প্রক্রিয়া, কারণ এর ফলে বিকিরণের একটি ঘন স্তম্ভ তৈরি হয় যা ডিএনএ-র সাথে সরাসরি মিথস্ক্রিয়া করার সম্ভাবনা বেশি রাখে। নিম্ন লিনিয়ার এনার্জি ট্রান্সফার (LET) কণার মতো বিক্ষিপ্তভাবে আয়নিত বিকিরণ প্রধানত পরোক্ষ ক্রিয়ার মাধ্যমে মিথস্ক্রিয়া করে।
রাসায়নিক ঘটনা
[সম্পাদনা]একটি আয়নীকরণ প্রক্রিয়ায় গড় ৩৩eV শক্তি নির্গত হয়, যা কোষের পরমাণু ও অণুর রাসায়নিক বন্ধন ভাঙার জন্য যথেষ্টের চেয়েও বেশি। ডিএনএ (DNA) বেসের বন্ধন ভাঙতে সাধারণত ৯eV শক্তির প্রয়োজন হয়। এই রাসায়নিক বন্ধনগুলো ভাঙার ফলে রাসায়নিক ঘটনার একটি শৃঙ্খল তৈরি হয়, যা ফ্রি র্যাডিক্যাল উৎপন্ন করে এবং জৈবিক ক্ষতিসাধন করে। র্যাডিক্যাল হলো এমন একটি পরমাণু বা অণু যার বাইরের কক্ষে একটি অযুগ্ম ইলেকট্রন থাকে, যা সাধারণত এটিকে অত্যন্ত রাসায়নিকভাবে সক্রিয় করে তোলে। ফ্রি র্যাডিক্যাল হলো এমন একটি র্যাডিক্যাল যা অন্য কোনো অণুর সাথে মিথস্ক্রিয়া করার আগেই তার উৎপত্তিস্থল থেকে ছড়িয়ে পড়তে সক্ষম।
সরাসরি পদক্ষেপ
[সম্পাদনা]বিকিরণ একটি লক্ষ্য অণুকে আয়নিত করে এবং অণুটির উপর একটি ধনাত্মক আধানযুক্ত র্যাডিকেল গঠন করে। R অক্ষরটি একটি হাইড্রোকার্বন গ্রুপের পার্শ্বশৃঙ্খলের স্থানধারক।
RH + বিকিরণ → RH•+ + e-
RH•+ ক্যাটায়ন মূলকটি একটি শর্করা বা ক্ষার মূলক এবং হাইড্রোজেন ক্যাটায়নে বিয়োজিত হয়।
RH•+ + e- → R• + H+
এই র্যাডিকেলের সাথে রাসায়নিক বিক্রিয়ার ফলে ডিএনএ হেলিক্সের এক বা উভয় সূত্রকে ভাঙন ধরে। এই একক এবং দ্বৈত সূত্র ভাঙন নিয়ে পরবর্তী অধ্যায়ে আরও আলোচনা করা হবে।
পরোক্ষ ক্রিয়া
[সম্পাদনা]পানির আয়নীকরণের ফলে এটি একটি ইলেকট্রন হারায় এবং একটি ধনাত্মক চার্জযুক্ত আয়নমূলক H2O+• ও একটি মুক্ত ইলেকট্রন e- উৎপন্ন করে। রাসায়নিক বিক্রিয়ার একটি শৃঙ্খলের মাধ্যমে, H2O+• এবং e- যেমন হাইড্রোক্সিল মূলক (OH•) এবং H•
H2O + বিকিরণ → H2O+ + e-
H2O+ H2O → H3O+ + OH•
এই মুক্ত মূলকগুলো লক্ষ্য অণুতে ছড়িয়ে পড়তে পারে, যার ফলে ডিএনএ বা সুগার মূলক তৈরি হয় যা অবশেষে ডিএনএ হেলিক্সের একক এবং দ্বৈত সূত্রক ভাঙন ঘটায়।
RH + OH• → R• + H2O
অত্যন্ত সক্রিয় হাইড্রোক্সিল র্যাডিকেল (OH•) স্তন্যপায়ী প্রাণীর কোষের দুই-তৃতীয়াংশের বেশি ক্ষতির জন্য দায়ী বলে মনে করা হয়। বিকিরণ সুরক্ষাকারী ওষুধগুলো সাধারণত ফ্রি র্যাডিকেল দূর করার মাধ্যমে কাজ করে। উচ্চ লিনিয়ার এনার্জি ট্রান্সফার (LET) বিকিরণের ক্ষেত্রে এই ওষুধগুলো সাধারণত কম কার্যকর, কারণ এক্ষেত্রে সরাসরি ক্রিয়াই প্রধান ভূমিকা পালন করে।
তথ্যসূত্র
[সম্পাদনা]Hall, Eric and Giaccia, Amato. Radiation Biology for the Radiologist. Lippincott Williams & Wilkins. 2006