钍-232是一种银白色的放射性金属,尤其擅长吸收X-射线。在X-射线成像的前几日,医生们会按常规为病人注射二氧化钍(thorium dioxide),因为其能够产生高反差的影像。在20世纪30年代至50年代之间,大约1000万人注射过这些药剂。
二氧化钍,又被称为胶质二氧化钍(Thorotrast),它的优势是对病人几乎没有直接副作用,这与其他对比药剂不同,其他药剂常常很危险。而钍的半衰期为140亿年,因此是相对稳定的。
令医生们不太满意的是这些药剂对身体产生的长期影响。一旦被注入,胶质二氧化钍将在各种易于停留的器官中安家落户。此材料的生物半衰期为22年。
当钍最终衰减时,它将连续产生5个一连串的进一步衰减,产生α粒子。这些衰减发生的相当快;其中的4个约在几小时或者不到一秒内完成。
由于以上原因,结果胶质二氧化钍成为了高度致癌物,但是通常要在几十年的尺度上衡量。最终,在20世纪50年代,钍被取消作为造影剂使用。
物理学家们的问题在于计算钍之类的元素对身体的基本影响。他们很早就知道,在衰减过程中,释放出的高能粒子会通过冲撞并破坏DNA之类的分子对身体造成损害。
但是现在,意大利布雷西亚大学(University of Brescia)的伊瓦都·洛迪·瑞兹尼(Evandro Lodi Rizzini)及其同事们说,物理学家们漏掉了另外一个会造成更严重损害的机制。
例如钋-212,释放出具有8748千电子伏特能量的α粒子,这些粒子随后会冲撞附近的任何分子,直到其能量被吸收。
但是,洛迪·瑞兹尼及其合作者们指出,这个反应中还存在另一种成分:铅-208的原子核将会携带着170千电子伏特的能量发生反冲作用。对于钍-232而言,结果是产生一个具有4012千电子伏特能量的α粒子,和一个携带66千电子伏特能量的反冲镭-228原子核。
目前为止,还没有人曾考虑过这些反冲原子核对DNA所造成的损害。
洛迪·瑞兹尼及其同事们说,这些反冲原子核的损害会更大更严重,显然这些原子核在身体中的运动距离更短,可能是几百纳米的距离。这意味着,如果衰减发生在DNA附近,继而原子核将在该区域产生其所有破坏。
相比之下,α粒子将在更大的范围内释放其能量。
这会造成严重的后果。“发射出α粒子后的原子核反冲,将会(对附近的DNA结构)造成比α粒子本身甚至大两个数量级的能量沉积。”意大利研究组说。
因此,反冲原子核造成的损伤可能比α粒子发射产生的损害大一百倍。
这将会改变人们对放射性衰减在人体内所造成损害的看法。洛迪·瑞兹尼承诺将会在不久做出更详细的估算。
此研究也可能产生控制这些物质所造成损害的新措施。如果是原子核而非α粒子造成了大部分的损害,就有可能存在利用这一点而获取优势的方法。
X射线造影剂破坏DNA?
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