Biologia 4: Luku 5: Hormonit

Hormonit säätelevät hermoston kanssa elimistön toimintaa          

Hormonit ovat umpirauhasista verenkiertoon erittyviä kemiallisia viestiaineita, jotka säätelevät yhdessä hermoston kanssa elimistön toimintaa. Sama hormoni voi aiheuttaa eri soluissa erilaisen vaikutuksen eli vasteen.

Umpirauhaset. Kuva: Solunetti.  

Umpirauhanen	Hormoni	Vaikutus
kilpirauhanen	tyroksiini kalsitoniini	tyroksiini säätelee aineenvaihduntaa ja vaikuttaa kasvuun ja kehitykseen. Kalsitoniini säätelee elimistön kalsiumaineenvaihduntaa
käpyrauhanen	melatoniini	säätelee vireystilaa, unirytmiä ja muita biologisia rytmejä
hypotalamus		lisää ja estää aivolisäkkeen hormonien erittymistä, tuottaa hormoneja
aivolisäkeen etulohko		tuottaa kasvuhormonia sekä muiden umpirauhasten toimintaa sääteleviä hormoneja
aivolisäkkeen takalohko	oksitosiini ADH	oksitosiini säätelee kohdun lihasten ja maitorauhasten toimintaa. ADH: veden takaisinimeytyminen munuaisissa
lisäkilpirauhaset	parathormoni	säätelee kalsiumtasapainoa
lisämunuaisten kuorikerros	kortisoli	aikaansaa proteiinien pilkkoutumista ja glykogeenivarastojen käyttöönottoa
lisämunuaisydin	adrenaliini	aikaansaa fyysisen suorituksen tehostumisen rasituksessa ja stressissä
haiman umpieritteiset saarekkeet (langerhansin saarekkeet)	glukagoni insuliini	glukagoni aikaansaa glykogeenin pilkkoutumisen glukoosiksi maksassa. insuliini aikaansaa glukoosin siirtymisen verestä lihaksiin, maksaan ja rasvakudokseen
kivekset	testosteroni	aikaansaa siittiöiden muodostumisen, lisää luustolihasten kasvua ja vaikuttaa sekundaaristen sukupuoliominaisuuksien kehittymiseen
munasarjat	estrogeeni progesteroni	estrogeeni edistää munasolujen kypsymistä, ylläpitää kuukautiskiertoa sekä vaikuttaa naisen sekundaaristen sukupuoliominaisuuksien kehittymiseen. progesteroni  vaikuttaa kuukautiskiertoon ja ylläpitää raskautta

Veri kuljettaa hormonaalisia viestejä niiden kohdesoluihin

Kun hormonia kulkee veren mukana, kaikki kohdalle osuvat solut eivät reagoi siihen, vaan vain ne, joissa on sopiva reseptori. Reseptorimolekyylit ovat proteiineja. Hormonin vaikutus kestää vain tietyn ajan, koska kudoksissa ja veressä olevat entsyymit hajottavat vähitellen elimistössä kiertävät hormonit toimintakyvyttömiksi.

Hormonit voidaan jakaa vesi- ja rasvaliukoisiin. Vesiliukoiset hormonit kulkeutuvat helposti kaikkialle elimistöön vereen tai kudosnesteeseen liuenneina. Rasvaliukoiset hormonit sen sijaan kiertävät veressä plasman proteiineihin sitoutuneina. Rasvaliukoisia hormoneja ovat esim sukupuolihormonit ja kilpirauhashormoni (tyroksiini). Vesiliukoisten hormonien reseptorit sijaitsevat kohdesolujen solukalvossa. Rasvaliukoiset hormonit sen sijaan läpäisevät solukalvon ja kohtaavat reseptorinsa sytoplasmassa tai tumassa.

Hypotalamus säätelee hormonitoimintaa aivolisäkkeen välityksellä

Hypotalamus mittaa jatkuvasti veren lämpötilaa, kemiallista koostumusta ja hormonien määriä. Se ohjaa erittämiensä hormonien kautta aivolisäkkeen eritystoimintaa. Hypotalamus saa veren mukana viestejä ja keskushermoston muista osista. Säätelytarpeen mukaan hypotalamuksen hermosolut erittävät joko aivolisäkkeen toimintaa lisääviä tai estäviä hormoneja. Hormonien oikeaa tasoa ylläpitää palautesäätely.

 

Adenohypofyysi osallistuu kasvun säätelyyn

Aivolisäkkeessä on kaksi toiminnallisesti erillistä osaa, adenohypofyysi ja neurohypofyysi. Siis etulohko ja takalohko. Adenohypofyysi erittää kasvuhormonia eli somatotropiinia. Se vaikuttaa suoraan sekä epäsuorasti kasvuun ja kehitykseen. Liian vähäinen somatotropiinin eritys kasvuiässä johtaa kääpiökasvuisuuteen, liian suuri jättiläiskasvuun.

Myös aikuisella voi esiintyä kasvuhäiriöitä, jos aivolisäkkeen hyvänlaatuinen kasvain aiheuttaa somatotropiinin lisääntyneen erittymisen. Sen vaikutuksesta kasvojen, jalkaterien ja kämmenten luut kasvavat. Kasvonpiirteet muuttuvat särmikkäiksi ja kämmenet lapiomaisiksi. Tautia kutsutaan akromegaliaksi.

Neurohypofyysin hormonit ADH ja oksitosiini muodostuvat hypotalamuksessa, josta ne kulkeutuvat neurohypofyysiin. ADH lisää munuaisissa veden takaisinimeytymistä virtsasta, joten se ehkäisee nestehukkaa. Oksitosiini vaikuttaa pääasiassa kohdun seinämän supistuksiin ja maidoneritykseen.

Stressi vaikuttaa ihmisen hormonitoimintaan

Stressillä tarkoitetaan elimistön reaktioita sen voimavaroja kuluttaviin psyykkisiin tai fyysisiin rasituksiin. Lyhytaikainen stressi ei ole yleensä vahingollista vaan voi tuottaa jopa mielihyvää. Tällaisen stressin voi aiheuttaa esim urheilusuoritus tai tenttitilanne. Näissä tilanteissa adenohypofyysissä syntyy morfiinin sukuisia välittäjäaineita, endorfiineja ja enkefaliinia, jotka vähentävät kipua ja aiheuttavat ihmiselle hyvänolon tunteen.

Pitkäaikainen stressi sen sijaan uhkaa elimistön sisäistä tasapainoa. Sympaattisella hermostolla

 on tärkeä tehtävä stressin alussa. Se kasvattaa elimistön suorituskykyä lisäämällä sydämen lyöntitiheyttä, nostamalla verenpainetta sekä kohdistamalla verenkierron kudokseen, joka on stressitilassa. Se myös vaikuttaa lisämunuaisen ytimeen, joka alkaa erittää adrenaliinia. Adrenaliini kiihdyttää verenkiertoa ja nostaa veren glukoosi- ja rasvahappopitoisuutta, koska elimistön energiantarve on kasvanut.

Elimistön kyky kestää pitkäaikaista stressiä riippuu kuitenkin ratkaisevasti lisämunuaisen kuoren hormoneista, erityisesti kortisolista. Stressitilanteessa hypotalamus saa hälytysviestin muualta hermostosta, jolloin se käynnistää hormonaalisen ketjureaktion. Ketjun päätteeksi lisämunuaisen kuori alkaa erittää vereen kortisolia, jolla on vaikutusta hyvin moniin elimistön soluihin.

Pitkäaikainen korkea kortisolipitoisuus veressä on haitallista. Energiavarastot kuluvat loppuun ja elimistö hankki lisäenergiaa tarpeellisia proteiineja pilkkomalla. Seurauksena on laihtuminen ja yleiskunnon heikkeneminen. Myös elimistön puolustuskyky mikrobeja vastaan heikkenee. Pitkäaikainen stressihormonien eritys vaikuttaa myös psyykkisesti. Voi ilmetä masennusta, unettomuutta, huonomuistisuutta ja yleistä haluttomuutta.

Kortisoli                                                                                            

Kortisoli on rasvaliukoinen steroidihormoni, jota lisämunuaisen kuori erittää stressitilanteessa. Maksassa syntyy kortisolin vaikutuksesta glykogeeniä glukoosiksi pilkkovia entsyymeitä. Elimistön muissa kudoksissa proteiinisynteesi vähenee kortisolin takia ja proteiinien pilkkoutuminen lisääntyy. Lisäksi kortisoli ehkäisee elimistön reaktiota tulehduksiin vähentämällä valkosolujen pääsyä kudosiin, pienentämällä imusolujen määrää ja estämällä kudoshormonien muodostumista. Näin elimistön vastustuskyky heikkenee, vaikka tarkoituksena on estää kudosvaurioita.

Biologia 4 – luku 4: Hermosto

Keskus- ja ääreishermosto säätelevät elimistön toimintaa

Hermosto jaetaan keskushermostoon ja ääreishermostoon. Aivot ja selkäydin muodostavat keskushermoston. Ääreishermostoon kuuluvat keskushermostosta lähtevät ja sieltä tulevat hermot. Ääreishermoston välityksellä aivot saavat jatkuvasti aistien keräämää elimistön sisä- ja ulkopuolelta. Osa hermoston säätelemistä toiminnoista on tahdonalaista ja osa autonomista eli tahdosta riippumatonta.

                                                                                                  

Ääreishermosto jaetaan somaattiseen (tahdosta riippuvaan) ja autonomiseen hermostoon. Somaattiseen hermostoon kuuluvat motorinen hermosto ja sensorinen hermosto. Motorisen hermoston liikehermot vievät tahdonalaisia käskyjä keskushermostosta luustolihaksiin. Sensorisen hermoston tuntohermot taas tuovat aistisoluista informaatiota keskushermostoon.

Autonomiseen hermostoon kuuluvat sympaattinen hermosto ja parasympaattinen hermosto. Autonominen hermosto vie käskyjä keskushermostosta rauhasiin, sydämeen ja sileisiin lihaksiin. Autonominen hermosto myös tuo informaatiota sisäelimistä keskushermostoon. Sympaattinen hermosto toimii aktiivisesti fyysisen ja henkisen rasituksen aikana ja parasympaattinen hermosto toimii aktiivisesti levossa.

Informaation säätely tapahtuu keskushermostossa

Aivot valvovat elimistön lämpötilaa, verenpainetta, sydämen sykettä ja hengitystä. Ne ottavat vastaan ja käsittelevät aistinelimistä tulevaa tietoa. Selkäydin on keskushermostoon kuuluva osa, joka sijaitsee selkäydinkanavassa selkärangan sisällä. Se ohjaa aivoista saapuvia hermoimpulsseja ääreishermostoon. Jokaisesta nikamavälistä lähtee ääreishermoja eri puolille elimistöä.

Aivoissa on toiminnaltaan ja rakenteeltaan erilaisia osia

Aivot jaetaan toimintansa perusteella seuraaviin osiin: isoaivot, pikkuaivot, väliaivot ja aivorunko. Isoaivot muodostavat noin 90 % aivojen painosta ja ne ovat voimakkaasti poimuttuneet. Isoaivot koostuvat kahdesta aivopuoliskosta, joita aivokurkiaisen hermoradat yhdistävät.

Ohimolohkon sisäosissa sijaitsee hippokampus, jolla on tärkeä merkitys uusien asioiden oppimisessa. Hippokampukseen on myös tallennettu ympäristöstä eräänlainen kartta, jonka avulla ihminen voi siirtyä paikasta toiseen eksymättä. Alzhaimerin tautia sairastavan henkilön hippokampus on vaurioitunut, eikä hän sen takia voi liikkua eksymättä tutussakaan ympäristössä eikä muista viime aikojen tapahtumia.

Pikkuaivot osallistuvat lihasliikkeiden tarkkuuden säätelyyn. Väliaivot muodostuvat talamuksesta, hypotalamuksesta, aivolisäkkeestä ja käpyrauhasesta. Aivolisäke ja käpyrauhanen ovat hormoneja tuottavia umpirauhasia. Talamus on aivoihin tulevan aistitiedon väliasema ja hypotalamus ohjaa aivolisäkkeen kanssa elimistön hormonitoimintaa. Lisäksi hypotalamus on autonomisen hermoston säätelykeskus, joka saa sisäisiltä aisteilta (niin, ihmisellä on myös sisäisiä aisteja!) tietoa esim veren happipitoisuudesta tai elimistön lämpötilasta.

Aivorunkoon kuuluvat ydinjatke, aivosilta ja keskiaivot. Myös väliaivot lasketaan joskus aivorunkoon kuuluviksi. Aivorunko ylläpitää monia elämälle välttämättömiä automaattisia toimintoja. Ydinjatkeessa on hermosoluryhmien muodostamia säätelykeskuksia (tumakkeita), jotka säätelevät mm. sydämen pumppaaman veren määrää  ja verenpainetta. Lisäksi ydinjatke ja aivosilta ohjaavat hengitystä ja ruuansulatusta.

Aivokalvot

Kallon, selkäytimen sekä aivo- ja selkäydinkalvojen tehtävänä on suojata keskushermostoa. Aivoselkäydinnestettä muodostuu aivokammioissa. Se toimii iskunvaimentajana ja tukee aivoja. Lisäksi aivoselkäydinneste huolehtii keskushermoston solujen ravinnonsaannista ja toimii suojana infektioita vastaan. Myös veriaivoeste suojaa aivoja. Se on aivojen verisuonten seinämissä ja sen läpi tarpeelliset aineet siirtyvät helposti mutta haitalliset aineet jäävät ulkopuolelle.

 

 

Ääreishermosto tuo viestejä ja välittää käskyjä

Ääreishermosto muodostuu aivoista ja selkäytimestä lähtevistä ja sinne tulevista hermoista. Ääreishermosto jaetaan toimintansa perusteella somaattiseen ja autonomiseen hermostoon. Somaattinen hermosto jaetaan edelleen motoriseen hermostoon ja sensoriseen hermostoon. Motorisen hermoston liikehermot ohjaavat tahdonalaisten lihasten supistumista ja sensorisen hermoston tuntohermot tuovat viestejä aistielimistä keskushermostoon. Autonominen hermosto puolestaan säätelee tiedostamattamme sisäelinten toimintaa.

Hermosto. Kuva: solunetti.

Kun ihminen päättää suorittaa jonkin liikkeen, lähtee aivoista käsky luustolihaksille. Käsky kulkee hermoimpulsseina selkäytimen kautta liikehermoon, joka saa haluttuun liikkeeseen tarvittavat lihakset supistumaan. Myös pikkuaivot ja isoaivojen tyvitumakkeet osallistuvat liikkeen hienosäätöön.

Jos esim poltat sormesi, ihossa olevat kipuhermopäätteet ärtyvät ja viesti kulkee tuntohermoa pitkin selkäytimeen. Siellä välittävä hermosolu siirtää viestin liikehermoon, jonka kuljettama impulssi saa käsivarren koukistajalihaksen supistumaan ja käsi siirtyy pois kipua tuottavasta paikasta. Tätä kutsutaan koukistusrefleksiksi. Samaan aikaan kun selkäytimestä lähtee tieto liikehermoa pitkin lihakselle, etenee toinen impulssi selkäydintä pitkin aivoihin. Vasta tämän jälkeen kipu tiedostetaan.

Autonominen hermosto säätelee tahdosta riippumatonta toimintaa

Autonomiseen hermostoon kuuluvat rauhasiin, sydämeen ja sileisiin lihaksiin menevät hermot. Autonominen hermosto jaetaan sympaattiseen ja parasympaattiseen osaan. Kuhunkin elimeen menee sekä sympaattiseen että parasympaattiseen hermostoon kuuluvia hermoja. Niiden vaikutukset ovat usein vastakkaisia: toinen kiihdyttää elimen toimintaa, toinen hidastaa. Se, kummasta hermostosta tulee enemmän impulsseja kohde-elimeen, ratkaisee vaikutuksen.

Sympaattinen hermosto lisää elimistön suorituskykyä ja energiavarastojen käyttöä. Sen toiminta vilkastuu stressin ja fyysisen rasituksen aikana. Parasympaattinen hermosto sen sijaan toimii aktiivisimmin levon aikana. Se esim aktivoi ruuansulatuselimistön toimintaa.

Hermosolut

Hermoston toiminta perustuu neuronien välittämiin viesteihin. Neuronien uusiutumiskyky on hyvin rajallinen, mutta niiden kantasoluja on myös aikuisen ihmisen hermostossa. Tuntohermot ovat yhteydessä aistinelimiin ja ne välittävät keskushermostolle viestejä elimistön sisä- ja ulkopuolelta. Liikehermot ovat yhteydessä lihaksiin ja välittävät niille toimintakäskyjä hermoston muista osista. Elimistön pisimmät viejähaarakkeet (jopa metrin mittaiset) ovat selkäytimestä pikkuvarpaaseen ulottuvassa iskiashermossa.

Hermoimpulssin kulku perustuu ionien siirtymiseen solukalvon läpi

Hermosolun sähköisen toiminnan voi aktivoida aistisolujen ärsytys tai muista hermosoluista tuleva viesti. Impulssin syntymiseen tarvitaan riittävän voimakas ärsyke. Impulssi lähtee etenemään tuojahaaraketta pitkin. Kun hermosolu ei saa ärsykettä, siinä vallitsee lepojännite. Tällöin solun sisäpuoli on negatiivisesti varautunut solun ulkopuoleen nähden.

Solujen ionikanavat ovat valikoivia, eli niistä jokainen päästää solukalvon läpi vain tiettyjä ioneja (hermosoluissa natriumkanavat ja kaliumkanavat). Ionipumpun toiminta on aktiivista kuljetusta ja siihen tarvitaan ATP:stä vapautuvaa energiaa.

Hermosolun solukalvo on herkkä esim aistinsolusta tulevalle ärsykkeelle. Ärsytys aiheuttaa muutoksen solukalvon ioniläpäisevyydessä. Tämä synnyttää toimintajännitteen (aktiopotentiaalin), joka on paikallinen ja hetkellinen muutos solukalvon sähköisessä varauksessa. Aktiopotentiaali pystyy kulkemaan nopeasti eteenpäin neuronissa, koska tämä paikallinen muutos aiheuttaa solukalvon läpäisevyyden muutoksen eli ionikanavien aukeamisen myös viereisissä osissa solukalvoa. Tämän seurauksena natrium- ja kaliumioneja pääsee liikkumaan avautuneista kanavista. Syntyy ketjureaktio, jonka seurauksena impulssi etenee hermosolua pitkin.

Kun impulssi on kulkenut, seuraa lyhyt palautumisaika, jolloin natrium-kaliumpumppu palauttaa natrium- ja kaliumionit alkuperäisille puolilleen solukalvoa. Vasta tämän jälkeen seuraava impulssi voi kulkea solukalvolla.

Synapsi

Hermoradat koostuvat peräkkäisistä neuroneista. Hermosolun viejähaarakkeen ja toisen hermosolun tuojahaarakkeen välistä liitosta kutsutaan synapsiksi. Hermopäätteeseen saapuva impulssi saa aikaan välittäjäaineen, esim asetyylikoliinin, vapautumisen välittäjäainerakkuloista solujen väliseen tilaan, synapsirakoon. Välittäjäaine sitoutuu seuraavan solun solukalvolla olevaan reseptoriin, mikä synnyttää aktiopotentiaalin ja saa esim lihassolun supistumaan. Hermosolusta toiseen välittyvä viesti jatkaa synapsin jälkeen matkaansa sähköisesti. Tämän jälkeen synapsirakoon erittyvä entsyymi hajottaa välittäjäaineen tai se siirtyy takaisin edellisen hermosolun välittäjäainerakkuloihin.

 

Alkoholi, tupakka- ja huumeriippuvaisten hermosolujen yhteydet ovat muuttuneet pysyvästi!!

Alkoholi, tupakka, rauhoittavat lääkkeet ja huumeet muuttavat keskushermoston hermosolujen synapsien muodostamia yhteyksiä. Sen seurauksena hermosolujen rakenne, aineenvaihdunta ja toiminta ovat muuttuneet pysyvästi, vaikka ihminen lopettaisi aineiden käytön. Riippuvuuden syntymistä edistää alkoholin ja huumeiden sietokyvyn lisääntyminen (toleranssi) runsaan käytön seurauksena. Käytön lopettamisen jälkeen ihminen saa voimakkaita vieroitusoireita, jotka kestävät muutaman viikon. Alkoholin käytön lopettamiseen liittyy usein myös unihäiriöitä, jotka voivat jatkua vuosia.

Positroniemissiotomografia

PET-kuvausta hyödynnetään metastaasien löytämisen lisäksi mm. aivojen toiminnan tutkimisessa. Siinä injektoidaan laskimoon esim hapen ja hiilen lyhytikäisiä, radioaktiivisia isotooppeja, jotka synnyttävät elimistössä radioaktiivista säteilyä (tässä tapauksessa beetaplussäteilyä). Säteilyssä vapautuneet positronit kohtaavat elimistössä elektroneja, jolloin syntyy gammasäteilyä jota mitataan erikoiskameralla. Niillä aivojen alueilla, joilla on vilkas verenkierto ja soluhengitys, syntyy runsaasti säteilyä.

                                                                                                                                    

Hermoston välittäjäaineita

Välittäjäaine	Vaikutuspaikka	Vaikutus
dopamiini	aivot	säätelee mielihyvää, lihasten toimintaa, oppimista
asetyylikoliini	keskus- ja ääreishermostossa	säätelee lihasten supistumista, vireystilaa, oppimista ja muistamista
glutamaatti	aivoissa	kiihdyttää erilaisten impulssien kulkua
gamma-aminovoihappo eli GABA	keskushermostossa	estää impulssien kulkua
glysiini	selkäytimessä	estää impulssien kulkua
serotoniini	aivoissa	säätelee ruokahalua, seksuaalista halukkuutta, vireystasoa, mielialaa ja muistia
noradrenaliini	sympaattisessa hermostossa	kiihdyttää impulssien kulkua esim stressin aikana

Biologia 4 – luku 3: Ihminen on monisoluinen eliö

Kaikki ihmisen solut ovat peräisin yhdestä hedelmöittyneestä munasolusta. Ennen jokaista mitoottista jakautumista solujen tumassa olevien kromosomien DNA kahdentuu, joten kaikkiin uusiin soluihin kopioituu samat geenit. Ensimmäisten jakautumisten seurauksena syntyy joukko soluja, jotka eivät ole vielä erikoistuneet mihinkään tehtäviin. Tällaisia erilaistumattomia soluja kutsutaan kantasoluiksi.  Alkionkehityksen aikana kantasolut erilaistuvat ja vaeltavat muodostumispaikoiltaan uusille paikoille. Tiettyyn tehtävään erilaistuneella solulla toimivat vain sille tarpeelliset geenit, ja muut geenit ovat lukkiutuneina. Näin kehittyy erilaisia solutyyppejä.

Soluista muodostuu kudoksia ja elimiä

Kuvassa on eläinsolu (eli ihmisen solu). Samoihin tehtäviin erilaistuneet solut muodostavat yhdessä kudoksia, ja kudoksia on neljää päätyyppiä: side- ja tukikudos, epiteelikudos, lihaskudos ja hermokudos. Hermosolut välittävät informaatiota solujen välillä. Lihaskudos on supistumiskykyistä ja se on erikoistunut liikkeiden tuottamiseen. Lihaskudosta on kolmea tyyppiä: poikkijuovainen, sileä- ja sydänlihaskudos.

Epiteelikudos jaetaan toiminnallisesti kolmeen päätyyppiin: pinta-, aistin- ja rauhaskudokseen. Pintakudos peittää ja suojaa elimistön ulko- ja sisäpintoja. Aistiepiteeli ottaa vastaan aistiärsykkeitä. Rauhaskudosta on umpi- ja avorauhasissa. Tämä kudos erittää erilaisia elimistön tarvitsemia aineita, kuten limaa ja hormoneja.

Side- ja tukikudosta ovat varsinainen sidekudos, luukudos, rustokudos, rasvakudos sekä veri- ja imuneste. Varsinaista sidekudosta ovat nivelsiteet ja jänteet.

Hermokudosta.

Perimä luo perustan ihmiselämälle

Ihmisellä on 23 vastinkromosomiparia, missä hänen noin 20 000 geeniä sijaitsevat. Geenistä on yleensä olemassa eri muotoja, joita kutsutaan alleeleiksi. Yhden geenin määräämä ominaisuus on esim ysilön ABO-veriryhmä. Suuri osa ominaisuuksista on määrällisiä eli niihin vaikuttaa monta geeniä yhtä aikaa.

Mutaatiolla tarkoitetaan sattumanvaraista ja pysyvää muutosta perimässä eli DNA:n rakenteessa. Mutaatioita aiheuttavia tekijöitä kutsutaan mutageeneiksi. Näitä voivat olla ionisoiva säteily, dioksiinit ja alkoholi. Mutaatio voi siirtyä solunjakautumisessa tytärsoluihin sukusolulinjassa syntynyt mutaatio myös seuraaville sukupolville.

Elimistö ylläpitää sisäistä tasapainoaan solujen välisen viestinnän avulla  

Elimistö pyrkii koko aja säilyttämään vakaan sisäisen tasapainotilan, jota kutsutaan homeostasiaksi. Sisäisen tasapainon säätely, elinten toiminta sekä ihmisen kasvu ja kehitys vaativat solujen välistä viestintää. Viestin vastaanottaneen solun reagointia viestiaineeseen kutsutaan vasteeksi. Viestejä välittävät kemialliset viestiaineet, jotka kulkevat veren tai elimistön muiden nesteiden mukana.

Viestiaineet ovat kemialliselta rakenteeltaan yleensä proteiineja. Ne pääsevät kohdesolujen sisään solujen pinnalla olevien reseptorien eli vastaanottajamolekyylien avulla. Viestiainetta kutsutaan hormoniksi, jos keskenään viestivät solut ovat kaukana toisistaan ja kudoshormoneiksi, jos viestiaineet vaikuttavat vain paikallisesti. Esim ruuansulatuskanavan seinämän solut erittävät ruuansulatusentsyymien erittymistä sääteleviä kudoshormoneja.

Viestit voivat kulkea myös sähköisinä hermoimpulsseina. Jotta hermosolussa kulkeva sähköinen viesti siirtyisi solusta toiseen, se vaatii hermopäätteen välittäjäaineiden avulla tapahtuvaa kemiallista viestintää. Hermosolujen viestintään perustuvat esim lihassolujen supistuminen, muisti ja aistiminen.

Syöpä aiheutuu solujen viestinnän häiriöistä

Syöpää aiheuttavia tekijöitäö kutsutaan karsinogeeneiksi. Näitä voivat olla esim altistuminen ionisoivalle säteilylle tai mutaatioita aiheuttaville aineille. Kaikissa syöpätyypeissä solut jakaantuvat hallitsemattomasti, mikä johtuu niiden jakaantumista säätelevän viestinnän häiriöistä. Elimistön normaalit solut voivat tietyissä olosuhteissa muuttua syöpäsoluiksi.

Syövän jakautumista säätelevissä geeneissä ei esisyöpägeeneissä tapahtuvat mutaatiot käynnistävät syövän synnyn. Mutaation seurauksena esisyöpägeeni voi muuttua syöpägeeniksi eli onkogeeniksi. Syöpägeenit saavat solun jakautumaan hallitsemattomasti. Perimässä on kuitenkin geenejä, joiden tuottamat proteiinit korjaavat mutageenien aiheuttamia DNA-virheitä. Lisäksi elimistön puolustusjärjestelmä pystyy useimmiten tunnistamaan karsinogeenien vioittamat solut ja tuhoamaan ne. Elimistö voi tuhota mutaatioiden vaurioittamat solut myös apoptoosin eli ohjelmoituneen solukuoleman avulla.

Metastaasien eli etäpesäkkeiden muodostuminen on syövän vaarallisin ominaisuus. Metastaasit voidaan löytää PET-kuvauksen eli positroniemissiotomografian avulla. Siinä potilaan kehoon annetaan kuvauksen nimen mukaisesti beetaplusaktiivista isotooppia, kuten fluoria ¹⁴₉ F. Hajoamisessa syntyvät positronit reagoivat elimistössä olevien elektronien kanssa, jolloin syntyy gammasäteilyä, jota mitataan kehon ulkopuolelta. Sopivat radioaktiivisella isotoopilla leimatut aineet, kuten glukoosi, pyrkivät kerääntymään syöpäkasvaimiin ja niiden etäpesäkkeisiin, jotka tällä kuvausmenetelmällä voidaan saada esille.

Jos kasvain havaitaan ennen kuin se on ehtinyt lähettää metastaaseja, se voidaan useimmiten poistaa leikkauksella. Levinneiden syöpien ja verisyöpien hoidossa käytetään sytostaatteja eli solunsalpaajia ja sädehoitoa. Lisäksi syöpäpotilaita voidaan hoitaa hormonien tai elimistön puolustusta vahvistavien interferonien avulla. Interferonit ovat hormonien tapaan vaikuttavia proteiineja, joita elimistön omat solut tuottavat.

Syöpäsolujen viestintä eroaa normaalisolujen viestinnästä. Syöpäsolut eivät ota vastaan viestejä toisilta soluilta, minkä takia ne jakaantuvat hallitsemattomasti. Ne pystyvät itse ohjaamaan erittämiensä kasvutekijöiden avulla omien verisuontensa kasvua. Näin syöpäkasvaimeen kehittyy verisuonia, jotka tuovat syöpäsoluille ravintoa ja happea. Kasvaimen sisään voi muodostua myös imusuonia. Yksi tulevaisuuden syöpähoito voisi olla syöpäkasvaimen verisuonten kasvun estäminen.

Biologia 4 - luku 2: Kohti ihmisyyttä

Biologia 4  - luku 2: Kohti ihmisyyttä

Tieto ihmisen evoluutiosta lisääntyy jatkuvasti

Ihmisen evoluutio on osa kädellisten evoluutiota. Se alkoi kymmeniä miljoonia vuosia sitten Afrikassa. Ihmisen evoluution  päälinjat on saatu selville fossiilien avulla. Fossiilien ikä määritetään radioaktiivisten aineiden puoliintumisaikojen avulla ja vertaamalla DNA:n rakennetta. Tietyt DNA-jaksot muuttuvat vakionopeudella, ja vertaamalla DNA:n rakennetta aiemmin löydettyjen fossiilien DNA:n rakenteeseen voidaan päätellä fossiilin sijainti ihmisen sukupuussa.

Ihmisen evoluution aikana mm. isoaivojen kokoon vaikuttavissa geeneissä on tapahtunut useita mutaatioita. Mutaatioiden tuloksena ihmisen aivojen koko on kolminkertaistunut verrattuna ihmisapinoiden aivoihin. Lisäksi eri aivo-osien välisten hermoyhteyksien lisääntyminen ja voimistuminen on ollut merkittävää.

Ilmastonmuutos johti kädellispopulaatiossa hajottavaan valintaan

Afrikassa käynnistyi valtava geologinen mullistus noin 12 miljoonaa vuotta sitten. Tämä saattoi olla syynä silloisten kädellispopulaatioiden evoluution uuteen suuntaan. Afrikan mannerlaatta alkoi hajota kahteen osaan, ja syntyi suuri Itä-Afrikan hautavajoama, jonka molemmin puolin kohosi ylänköalueita ja vuoria. Hautavajoaman itäpuolella ilmasto muuttui kuivemmaksi.

Arvellaan, että suuri hautavajoama toimi yhtenä isolaatiotekijänä, joka erotti silloiset kädellispopulaatiot toisistaan. Ekologisena isolaatiotekijänä toimi kasvillisuuden muuttuminen. Esim sademetsien pinta-ala pieneni. Sademetsien tilalle tuli metsä- ja ruohosavanneja. Koska populaatioiden koko pieneni, myös sattumalla oli suuri vaikutus niiden evoluutiossa. Esim jokin uusi, sopeutumisen kannalta hyödyllinen mutaatio levisi nopeasti pienessä populaatiossa.

Apinaihmiset sopeutuivat liikkumaan kahdella  jalalla metsäsavanneilla

Noin 7-8 miljoonaa vuotta sitten syntyi ihmiseen johtava kehityslinja, kun jokin kädellispopulaatio reagoi ympäristön muutokseen siirtymällä kutistuneilta sademetsäalueilta metsäsavanniympäristöön. Siirtyminen uudelle elinalueelle vähensi kilpailua muiden metsissä asuvien kädellislajien kanssa, mutta toi myös uusia haasteita. Näin ihmiseen johtava kehityslinja erosi simpansseihin ja kongonsimpansseihin johtavasta kehityslinjasta.

Nämä uudet kädelliset liikkuivat kahdella jalalla, koska pystyasennosta oli savannilla useita etuja. Esim kahdella jalalla liikuttaessa energiankulutus oli pienempäää verrattuna muiden kädellisten puolipysty kävelyyn. Lisäksi elimistö ei enää altistunut ylikuumenemiselle, koska pystyasennossa liikkuessa yksilöön kohdistuva auringonsäteily vähenenee 60 %. Karvapeite väheni ja elimistön jäähdytysjärjestelmä tehostui.

Varhaisen ihmisen isoaivojen koko kaksinkertaistui           

Ilmaston kuivuminen Afrikassa johti elinympäristön muuttumiseen metsäsavannista ruohosavanniksi ja suosi sen takia toisenlaisia ominaisuuksia kuin aiemmin. Varhainen ihminen oppi käyttämään työkaluja ja keksi tulen käytön. Ruuan kypsentäminen tappoi haitallisia bakteereja, jolloin ruokamyrkytykset vähenivät. Aivojen rakenne muuttui ihmismäisemmäksi ja otsalohko kasvoi. Varhaisella ihmisellä oli jo alkeellinen puhekyky.

Kun varhaisten ihmisten määrä Afrikassa lisääntyi, he alkoivat kilpailla samoista resursseista apinaihmislajien kanssa. Varhaisihmiset voittivat ja levittäytyivät Afrikasta Eurooppaan ja Aasiaan. Suuret välimatkat toimivat isolaatiotekijänä, joten varhaiset ihmiset kehittyivät eri alalajeiksi. Aivojen koon kasvu jatkui edelleen. Vähitellen satojen tuhansien vuosien kuluessa Afrikkaan jääneistä varhaisista ihmisistä kehittyivät nykyihmiset.

Nykyihminen syntyi Afrikassa

Vanhimmat nykyihmisen fossiilit ovat noin 200 000 vuotta vanhoja. Ne on löydetty Etiopiasta. Vasta nykyihmisillä oli täydellinen puhekyky. Noin 70 000 vuotta sitten tapahtui valtaisa tulivuorenpurkaus, minkä seurauksena ilmasto viileni ja ravintoa oli vähän. Tämän takia henkiin jäi vain 10 000 – 12 000 ihmistä, eli ihmiskunta koki pullonkaulailmiön, minkä todisteena on geneettinen yhtenäisyys. Tämä tapahtui Afrikassa. Pullonkaulan jälkeen nykyihmisten määrä lähti uudelleen nousuun, ja nykyihmiset alkoivat siirtyä Afrikastas muualle noin 65 000 vuotta sitten.

Nykyihminen on maapallon ainoa ihmislaji. Nykyihminen on perimältään hyvin yhtenäinen. Vaikka eri alueiden väestöt eroavat joidenkin ominaisuuksien suhteen toisistaan, ei nykyistä ihmiskuntaa voida jakaa selkeästi omiksi populaatioikseen.

Biologia 4 – luku 1: Ihminen on erittäin sopeutuva laji

Ihminen kuuluu kädellisiin. Näköaisti on kädellisten tärkein aisti. Näköaistin lisäksi kädellisillä on myös muita niitä yhdistäviä piirteitä, kuten raajojen viisi sormea ja varvasta ja suuret aivot. Suurten aivojen vuoksi kädellisten oppimiskyky on hyvä.

Ihmisellä useiden proteiinien aminohappojärjestys on samankaltainen kuin ihmisapinoilla. Myös DNA:n rakenteessa on paljon yhtäläisyyksiä. Eniten yhtäläisyyksiä on ihmisellä ja simpanssilla, joiden perimän samankaltaisuus on laskutavasta riippuen 95-99 %. Geenien toiminnassa on kuitenkin eroja, sillä solut voivat lukea samojen geenien sisältämää informaatiota eri tehokkuudella. Esim ihmisen hermosoluissa syntyy proteiineja viisi kertaa tehokkaammin kuin simpanssin hermosoluissa, vaikka proteiinien tuotosta vastaavat samat geenit.

Ihmisellä ja hänen lähisukulaisillaan, kuten simpansseilla, on joitakin eroavaisuuksia. Keskeiset muutokset ovat tapahtuneet aivojen kasvuun vaikuttavissa geeneissä. Lisäksi ihmisen ja simpanssin aineenvaihduntaan ja kurkunpään rakenteeseen vaikuttavista geeneistä on löydetty eroja. Ihmisen pitkä lapsuusikä on yhteydessä aivojen kehittymiseen.

Ihmisen puhekyvyn tekee mahdolliseksi suuonteon ja kurkunpään erikoinen rakenne. Ihmisen kurkunpään sijainti on alempana kuin simpanssilla. Ihmisen kurkunpään alempi sijainti mahdollistaa monipuolisten äänteiden tuottamisen, mutta estää hengittämisen ja nielemisen samanaikaisesti. Simpanssilla sen sijaan kurkunpää äänihuulineen sijaitsee niin korkealla nielussa, että äänihuulet pystyvät synnyttämään vain rajoitetun määrän äänteitä ahtaassa nieluontelossa. Kurkunpään rakenteen vuoksi simpanssi pystyy kuitenkin hengittämään ja nielemään yhtä aikaa.

Ihmisen hampaisto eroaa muiden kädellisten hampaista. Ihmisen poskihampaat ovat vahvat ja paksukiilteiset, etu- ja kulmahampaat ovat niihin verrattuina paljon pienemmät. Hampaiden rakenne kertoo, että ihminen on sopeutunut hyödyntämään monenlaista ravintoa.

Ihminen on ainoa kädellinen, joka liikkuu kahdella jalalla. Ihmisen selkärangassa on kaksi mutkaa eteenpäin kaulan ja alaselän kohdalla. Tämä auttaa säilyttämään tasapainon pystyasennossa. Simpanssin seisoessa kahdella jalalla sen kehon painopiste on jalkojen etupuolella, mikä tekee sen asennosta epävakaan.

Ihmisen lantio on leveämpi ja matalampi kuin ihmisapinoilla, ja lisäksi ihmisen alaraajat ovat pitemmät kuin yläraajat. Myös jalan rakenne poikkeaa ihmisapinoista, koska ihmisellä isovarvas ei taivu muita varpaita vastaan. Ihmisapinoilla (ja muilla ihmisen sukulaisilla) taipuu. Ihmisen alaraaja myös ojentuu suoraksi kävellessä, mitä ei tapahdu muilla kädellisillä.

Ihmisen seksuaalinen käyttäytyminen poikkeaa muista kädellisistä. Muilla kädellisuroksilla on siitinluu, jonka avulla on helppo saada erektio, mutta mieheltä siitinluu puuttuu. Miehen onkin oltava riittävän kiihottunut erektion onnistumiseksi. Tämän piirteen evolutiivinen merkitys on se, että vain riittävän elinvoimaiset ja terveet miehet ovat voineet siittää jälkeläisiä.

Mies ei voi päätellä naisen ovulaation eli munasolun irtoamisen ajankohtaa, kun taas muut kädellisnaaraat ilmaisevat uroksille selvästi tuoksuilla tai ulkoisilla muutoksilla olevansa hedelmöityskykyisiä. Esim monilla apinalajeilla naaras tiedottaa ovulaatiostaan kirkkaan punaisella, turvonneella takapuolellaan.

Kulttuurievoluutiolla tarkoitetaaan yhteisöön kertyneen tiedon siirtämistä sukupolvelta toiselle. Se on tyypillistä kaikille sosiaalisille lajeille.

Fysiikka 1 – luku 7: Säteily

Säteily voi olla ionisoivaa tai ionisoimatonta. Ionisoimatonta säteilyä ovat sähkömagneettisen säteilyn pisimmät lajit ultraviolettisäteilystä alkaen. Ionisoivalla säteilyllä on riittävästi energiaa, jotta se pystyy irrottamaan  säteilyn kohteeksi joutuvan aineen atomeista elektroneja tai rikkomaan aineen molekyylejä. Soluissa tämä tarkoittaa rakennemuutoksia tai solujen kuolemia. Sen takia ionisoiva säteily on vaarallista.

7.1 Ionisoimaton säteily                                     

Se, miten säteily on vuorovaikutuksessa aineen kanssa, riippuu aallonpituudesta, joten eripituisilla sähkömagneettisilla aalloilla on erilaisia vaikutuksia, käyttötarkoituksia ja sovelluksia. Ionisoimatonta säteilyä ovat radioaallot, mikroaallot, infrapunasäteily, näkyvä valo ja ultraviolettisäteily.

Langaton tiedonvälitys on sähkömagneettisen säteilyn lähettämistä ja vastaanottamista. Matkapuhelimet toimivat lyhyillä radioaalloilla. Radiotunnistimia käytetään esim matkakorteissa, kirjastojen kirjoissa, erilaisissa kulunvalvontasovelluksissa ja jopa ihon alaisina siirrännäisinä.

Mikroaaltoja käytetään langattomassa tiedonsiirrossa esim televisiolähetyksissä, matkapuhelimissa, tietokoneiden langattomissa verkoissa (WLAN), radiolinkkiyhteyksissä, mikroaaltouuneissa, tutkissa ja maserissa.

Aurinko on tärkein infrapunasäteilyn lähde. Muita lähteitä ovat esim grillien vastukset, takka, keittolevyt sekä lämpöpatterit ja –säteilijät. CD-soittimissa levyn pintaa lukee näkymätön infrapunalasersäde. Lisäksi kaukosäätimet lähettävät infrapunasäteilyä, jolla ohjaillaan laitteen toimintoja. Säteilylähteenä on infrapunadiodi. Kadonneita ihmisiä voidaan etsiä helikopteriin asennetun lämpökameran avulla.

Tehokkailla lasersäteillä voidaan jopa leikata metalleja tai porata hampaita. Lasersäteitä käytetään yleisesti tiedonsiirrossa. Sinisellä laserilla voidaan puhdistaa vettä.

Ultraviolettisäteily saa ihmisen ihossa aikaan monenlaisia kemiallisia ja biologisia muutoksia. Iho ruskettuu ja syntyy D-vitamiinia. UV-säteily voi aiheuttaa myös geneettisiä muutoksia ja lisätä riskiä sairastua melanoomaan. Varsinkin kirkkailla keväthangilla voi syntyä lumisokeus. Siinä silmän sarveiskalvo vaurioituu ultraviolettisäteilyn takia ja silmä tulehtuu.

Ultraviolettisäteilyä käytetään esim veden puhdistamiseen, tiettyjen liimojen kovettamiseen, väärennösten paljastamiseen ja hyönteisten houkuttelemiseen tappavaan ansaan.

7.2 Ionisoiva säteily

Sähkömagneettisen säteilyn lajeista vain röntgensäteily ja gammasäteily ovat ionisoivia. Ne voivat siis ionisoida atomeja. Kun atomi ionisoituu, sen elektroniverhosta irtoaa tai siihen tulee lisää elektroni tai useampia elektroneja ja atomista tulee sähköisesti varautunut ioni. Ionisoiva säteily tuhoaa elävien olioiden soluja tai aiheuttaa soluissa mutaatioita eli perimän muutoksia.

Röntgensäteily

Röntgensäteily läpäisee hyvin kevyistä alkuaineista koostuvia esteitä, kuten ihoa ja muita kudoksia. Raskaat alkuaineet, kuten lyijy, puolestaan estävät tehokkaasti röntgensäteiden etenemisen. Röntgenkuvaus soveltuu erityisen hyvin ihmisen luuston, tukirangan ja hampaiden sairauksien tai murtumien tutkimiseen. Röntgensäteitä käytetään myös syövän hoidossa tuhoamaan syöpäkasvaimen soluja.

Röntgensäteilyä voidaan synnyttää röntgenputkissa pysäyttämällä suureen nopeuteen kiihdytetyt elektronit metallilevyyn. Teollisuudessa röntgenkuvia käytetään aineen rakenteen tutkimiseen. Säteilytyskohteet eivät jää säteileviksi. Röntgensäteilyn vaimentamiseen turvalliselle tasolle riittää esim noin senttimetrin paksuinen lyijylevy, lyijylasi ja tavallinen betoniseinä.

Gammasäteily

Gammasäteilyksi kutsutaan sähkömagneettisen säteilyn kaikkein LYHYIMPIÄ aaltoja. Gammasäteily on lyhyemmän aallonpituutensa ja suuremman energiansa takia vielä läpitunkevampaa kuin röntgensäteily. Gammasäteilyn ominaisuudet ovat samankaltaisia ja sovellukset likimain samoja kuin röntgensäteillä. Gammasäteilyä käytetään esim mausteiden ja sairaalatarvikkeiden sterilointiin.

Gammasäteilyn riittävään vaimenemiseen tarvitaan esim noin metrin paksuinen betoniseinä, useiden senttimetrien paksuinen lyijylevy tai muutamien metrien paksuinen vesikerros. Vettä käytetään ydinvoimaloissa sekä jäähdytykseen että säteilysuojana.

Radioaktiivisuus

Saman alkuaineen eri isotoopit käyttäytyvät kemiallisissa reaktioissa samalla tavalla, koska niissä on samanlainen elektroniverho. Esim ihmisen elimistössä samojen alkuaineiden eri isotoopit kulkeutuvat ja varastoituvat samalla tavalla, olivatpa ne radioaktiivisia tai eivät. Ihmisen kehosssa on useita radioaktiivisia aineita.

Kullakin radioaktiivisella aineella on sille ominainen hajoamisnopeus, jota kuvaa puoliintumisaika T½. Kyseisen alkuperäisen aineen massa ja aktiivisuus vähenevät vastaavalla tavalla, ja samalla hajoamistuotteiden määrä kasvaa.

Hiukkassäteily

Hiukkassäteilyä ovat alfasäteily, beetasäteily ja neutronisäteily. Hiukkassäteilyä syntyy pääasiassa radioaktiivisten aineiden atomiytimien hajotessa.

Alfasäteily

Kun ydin lähettää alfahiukkasen, ydin muuttuu toisen alkuaineen ytimeksi. Alfasäteily vuorovaikuttaa aineen kanssa hyvin voimakkaasti ionisoiden aineen atomeja ja menettäen samalla energiaansa. Se ei läpäise esim paperia tai vaatteita. Yhden alfahiukkasen energia riittää kuitenkin ionisoimaan kymmeniätuhansia atomeja, joten alfasäteilylähde on elimistössä erittäin vaarallinen. Alfasäteilyä lähettävä lähde voi kulkeutua ihmisen elimistöön hengitysilman, juoman tai ravinnon mukana.

Suomessa maa- ja kallioperä sisältää alfa-aktiivista luonnonuraania. Uraania on liuenneena etenkin porakaivojen veteen, jota juotaessa uraania pääsee elimistöön. Uraani hajoaa muiksi alfa-aktiivisiksi aineiksi, kuten radiumiksi ja edelleen radoniksi.

Beetasäteily

Beetasäteily on ionisoivaa säteilyä. Se koostuu elektroneista tai positroneista. Beetasäteilyä lähettäviä ytimiä on kahdenlaisia: toiset lähettävät elektroneja eli beetamiinushiukkasia β^- ja toiset positroneja eli beetaplushiukkasia β⁺ . Positronit ovat elekronien antihiukkasia, ja hidastuttuaan ne törmäävät elektroneihin, jolloin molemmat hiukkaset muuttuvat gammasäteilyksi.

Beetasäteily on läpitunkevampaa kuin alfasäteily. Beetasäteily läpäisee ihon. Ohuet teräs- tai lyijylevyt tai muutaman millimetrin paksuiset alumiini- tai muovilevyt suojaavat beetasäteilyltä.

Neutronisäteily

Neutronisäteily ei oinisoi atomeja, koska neutronit ovat varauksettomia. Silti neutronisäteilyn seurauksena syntyy ilmiöitä, jotka tuottavat ionisoivaa säteilyä. Lisäksi neutronit ovat ytimen ulkopuolella radioaktiivisia. Neutronisäteilyä syntyy joissakin ydinreaktioissa, kuten raskaiden ytimien halkeamisissa.

Neutronit voivat kimmota ytimistä tai jäädä ytimiin. Jos neutroni jää ytimeen, syntyy alkuaineen uusi isotooppi, jonka ytimen muutokset lähettävät ionisoivaa gammasäteilyä. Neutronisäteily on hyvin läpitunkevaa. Hyvin paksut betoniseinät suojaavat neutronisäteilyltä. Tällaisia seiniä on ydinvoimaloissa.

Neutronisäteilyä käytetään lääketieteessä etenkin aivoissa olevien syöpäkasvainten tuhoamiseen. Potilaan verenkiertoon annetaan boori-isotooppia, ¹⁰₅ B,  jota kerääntyy syöpäkasvaimeen. Kun kasvaimeen sitten kohdistetaan neutronisäteilyä, neutronit hajottavat booriytimet litiumiksi ⁷₃ Li ja heliumiksi ⁴₂ He. Reaktiossa vapautuva energia tappaa syöpäsolun. Hoidon haittavaikutukset ovat terveille soluille vähäisiä.

Säteilyltä suojautuminen                                                         

Säteilyllealtistumisajan tulee olla mahdollisimman lyhyt. Säteilylähteitä tulee käyttää ja säilyttää niin, että niiden etäisyys ihmisiin on mahdollisimman suuri. Säteilylähteen ja ihmisten väliin on asetettava riittävä säteilysuoja. Tällaiseksi käy esim lyijylevyjä vaimentamaan gammasäteilyä riittävästi. Lisäksi on estettävä radioaktiivinen saastuminen. Saastumisella tarkoitetaan esim huoneilmaan vapautuneita kaasuja tai radioaktiivisia nesteroiskeita.

Säteilyn intensiteetti on

I = P/A missä yksikkö on 1 W/m²

N1/N2 = r2² / r1²

Efektiivinen annos

Efektiivinen annos kuvaa säteilyn vaikutusta ihmiseen. Se ilmaisee säteilyn aiheuttaman terveydellisen kokonaishaitan. Efektiivistä annosta ei voida suoraan mitata, vaan se lasketaan erilaisista tekijöistä. Alfasäteily on noin 20 kertaa haitallisempaa kuin beeta- tai gammasäteily. Efektiivinen kokonaisannos riippuu myös niistä elimistä, joihin säteily kohdistuu. Säteily on haitallisinta siellä, missä on uusituvia soluja, kuten keuhkoissa, mahalaukussa ja punaisessa luuytimessä. Efektiivisen annoksen yksikkö on 1 Sv (Sievert).

Ionisoivan säteilyn hyötykäyttö

Radioaktiivisia säteilylähteitä valmistetaan lääketieteen, teollisuuden ja käyttöön. Joidenkin sairauksien isotooppitutkimuksissa radioaktiivinen aine annetaan kehon sisälle ruiskuttamalla ainetta verenkiertoon tai antamalla sitä juomana tai hengityksen kautta aerosolina niin, että se kulkeutuu tutkittavaan elimeen. Käytetty merkkiaine valitaan kuvauskohteen mukaan. Esim sydämen verenkierron tutkimuksessa käytetään usein talliumisotooppia ²⁰¹₈₁ Tl ja teknetiumisotooppia ⁹⁹₄₃ Tc.

Radioaktiivinen aine yhdistetään ei-radioaktiiviseen aineeseen, jolloin saadaan haluttu radioaktiivinen lääkeaine. Isotooppitutkimuksilla selvitetään elinten toiminnallisia ja aineenvaihdunnallisia muutoksia. Gammakameralla seurataan radioaktiivisen aineen kulkeutumista ja kerääntymistä elimistössä. Havaitun säteilyn avulla saadaan tietoa esim luustosta, kilpirauhasesta, keuhkoista, munuaisista, verenkierrosta tai sydämestä.

PET-kuvauksessa eli positroniemissiotomografiassa potilaan kehoon annetaan kuvauksen nimen mukaisesti beetaplusaktiivista isotooppia, kuten fluoria ¹⁴₉ F. Hajoamisessa syntyvät positronit reagoivat elimistössä olevien elektronien kanssa, jolloin syntyy gammasäteilyä, jota mitataan kehon ulkopuolelta. Sopivat radioaktiivisella isotoopilla leimatut aineet, kuten glukoosi, pyrkivät kerääntymään syöpäkasvaimiin ja niiden etäpesäkkeisiin, jotka tällä kuvausmenetelmällä voidaan saada esille.

Sädehoidossa kohdetta säteilytetään ulkoisesti tai sisäisesti. Ulkoisena säteilylähteenä käytetään esim röngtenputkea tai gammasäteilylähdettä. Hoito annetaan useissa jaksoissa, jolloin terveet solut ehtivät toipua hoitokertojen välillä.

Isotooppihoidoissa säteilylähde viedään syöpäkasvaimeen sisäiseksi säteilylähteeksi verenkierron mukana tai ruiskuttamalla säteilevää ainetta suoraan syöpäkasvaimeen. Usein tämä hoito perustuu beetasäteilyn ionisoivaan vaikutukseen. Beetasäteily etenee huonosti kudoksessa, joten beetalähteen lähellä oleva syöpäkudos saa suuren säteilyannoksen ja syöpäkudoksen ulkopuolella säteilyhaitat ovat vähäisiä. Lääkeaineen kulkeutumista ja kerääntymistä sekä kasvaimen pienenemistä seurataan gammakameralla.