BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Interaksi Radiasi dengan Materi
Apabila suatu radiasi pengion berinteraksi dengan materi biologi maka terdapat dua macam fenomena, yaitu fenomena fisika dan fenomena biologi.
2.3.1 Fenomena Fisika
Fenomena fisika yang dimaksud di sini adalah proses transfer energi dari partikel radiasi pengion ke materi. Interaksi radiasi sinar-X dan sinar- dengan materi melalui mekanisme alternatif yang bervariasi. Ada tiga peristiwa penting di antaranya efek fotolistirk, hamburan Compton dan produksi pasangan. Dua dari mekanisme ini, yaitu efek fotolistrik dan hamburan Compton, melibatkan interaksi dengan elektron-elektron orbital inti penyerap. Efek fotolistrik terjadi antara sinar gamma dengan elektron yang terikat kuat dengan kulit atom sebelah dalam. Jika foton- menumbuk elektron, maka elektron akan menyerap seluruh energi foton- . Kemudian elektron akan dipancarkan ke luar dari sistem atom tempat elektron semula terikat. Elektron yang dipancarkan disebut fotoelektron. Hamburan Compton terjadi antara foton- dengan sebuah elektron bebas atau yang terikat lemah (berada pada kulir terluar) dalam sistem atom. Apabila foton- menumbuk elektron bebas, maka berdasarkan hukum kekekalan momentum tidak mungkin elektron dapat menyerap seluruh energi foton- seperti yang terjadi pada efek fotolistrik. Foton- hanya memberikan sebagian energi kepada elektron dan kemudian terhambur. Elektron kulit terluar terpelanting ke luar dari sistem atom dan disebut elektron Compton (Kanginan, 1992).
Apabila foton- berenergi cukup tinggi melalui medan inti yang sangat kuat di sekitar inti atom maka foton- tersebut lenyap dan sebagai gantinya
muncul pasangan elektron dan positron (e- dan e+). Peristiwa ini disebut produksi pasangan. Syarat terjadinya produksi pasangan jika energi mula-mula (Eo) lebih besar dari 1,022 MeV (Kanginan, 1992).
Partikel-partikel alfa dan beta kehilangan energi terutama melalui interaksi partikel tersebut dengan elektron-elektron atom dalam medium yang dilaluinya. Transfer energi dari partikel menyebabkan elektron-elektron tersebut tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi atau terlepas dari orbital dan keluar dari sistem atomik. Efek penting yang lain adalah jika elektron diperlambat cepat (karena hukum Coulomb), efek ini memancarkan energi dalam bentuk sinar-X. peristiwa ini dikenal dengan nama Bremstrahlung dan terjadi terutama pada radiasi , atau elektron-elektron yang sengaja ditembakkan (Kanginan, 1992).
Neutron adalah partikel tidak bermuatan dan tidak dapat menyebabkan ionisasi secara langsung. Interaksi antara neutron dengan materi adalah tumbukan elastik dan tumbukan tak elastik. Tumbukan elastik terjadi karena neutron (partikel tidak bermuatan) tidak berinteraksi dengan medan inti atom, sehingga neutron dapat mendekati inti atom tanpa pengaruh gaya tarik-menarik dan gaya tolak-menolak dari inti atom. Tumbukan tak elastik terjadi pada neutron dengan energi di atas 0,5 MeV, tumbukan ini menyebabkan inti tereksitasi dan kembali pada keadaan dasar (stabil) dengan memancarkan foton sinar- (Kanginan, 1992).
2.3.2 Fenomena Biologi
Fenomena biologi yang dimaksud di sini adalah perubahan fungsi dan perubahan struktur materi biologi yang merupakan kelanjutan dari penyerapan energi radiasi pengion oleh materi biologi. Dari sudut pandang materi biologi,
maka interaksi radiasi dengan materi mengakibatkan ionisasi pada atom atau molekul materi biologi. Apabila tubuh manusia terkena sinar radiasi, maka partikel radiasi secara langsung mengadakan interaksi dengan bagian yang terkecil dari sel yaitu atom-atom yang ada di dalam sel. Ionisasi yang terjadi pada atom- atom materi biologi dapat menyebabkan pecahnya ikatan-ikatan kimiawi di dalam molekul-molekul sel baik bersifat tetap maupun sementara. Baik pada tingkat sel maupun jaringan hal tersebut menyebabkan perubahan fungsi biologi yang selanjutnya dapat mengakibatkan kematian jaringan (Suryowinoto, 1990).
Pada dasarnya setiap materi biologi yang hidup memiliki mekanisme perbaikan atau sering disebut mekanisme perbaikan diri (repair mechanism). Perubahan sel akibat interaksi dengan radiasi ini dapat pulih dengan sendirinya melalui proses biologi di dalam sel tersebut. Mekanisme perbaikan diri sesuai dengan proses yang berjalan meliputi dua kemungkinan, yaitu perbaikan diri secara sempurna yakin proses perbaikan menghasilkan kondisi seperti semula, sehingga tidak menyebabkan perubahan struktur kimiawi molekul atau jaringan. Mekanisme perbaikan diri tak sempurna adalah proses perbaikan yang terjadi sedemikian rupa sehingga kondisinya tidak sama dengan kondisi semula. Hal ini menyebabkan perubahan struktur kimiawi molekul-molekul setelah sel terkena radiasi. Besarnya kerusakan sel tergantung pada lamanya proses sel tersebut teradiasi. Jika perbaikan diri tak sempurna ini (misalnya terjadi pada rangkaian kromosom) mengakibatkan perubahan sifat dari sel secara tetap, maka terdapat kemungkinan perubahan fungsi sel jaringan tersebut. Pada tingkat sel perubahan yang menetap ini disebut sel tertransformasi. Perubahan sifat sel tergantung pada
kemampuan pembelahannya, kemudian mengakibatkan pertumbuhan sel tidak proporsional. Keadaan yang demikian ini merupakan gejala-gejala pertumbuhan kanker atau karsinoma. Sedangkan jika sel mengalami kerusakan secara total, sehingga tidak dapat mengalami perbaikan diri mengakibatkan kematian jaringan. Efek ini disebut sebagai efek somatik (Suryowinoto, 1990).
Secara ringkas dapat dikatakan bahwa probabilitas atau kemungkinan terjadinya kerusakan yang tetap di dalam suatu sel apabila sel tersebut terkena radiasi ditentukan oleh dua faktor utama, yaitu:
1. Besarnya dosis radiasi yang berinteraksi dengan sel.
2. Derajat kepekaan sel terhadap radiasi yang pada umumnya dikaitkan dengan kemampuan untuk mengadakan perbaikan sendiri dari individu sel-sel yang bersangkutan.
Transformasi genetik Transformasi Morfologi
Pengaruh radiasi terhadap jaringan biologi dapat digambarkan dalam skema berikut:
Waktu Proses Fase Proses
Jaringan Normal
10-16-10-1 det Penyerapan energi radiasi
Ionisasi dan eksitasi molekul dalam jaringan teradiasi
Fase fisik
10-13-10-11 det Proses keseimbangan termodinamik Fase fisik-kimia Alih energi intra-molekuler dan inter-molekuler
10-11-10-2 det Alih energi intermolekuler
Reaksi radikal air sebagai hasil tak langsung iradiasi
Pembentukan radikal dari molekul penyusun jaringan
Fase kimia fisik & kimia
Perubahan struktur kimia molekul dan penyimpangan fungsi biologis jaringan
detik-jam Efek Fisiologis Perubahan senyawa kimia pada molekul yang rusak
Transformasi Biokimia Menit - jam Fase biologi Menit -
tahun Efek biologi tengganggu kanker, leukemia
Kematian sel
Kematian Organ Gambar 2.1. Skema urutan efek radiasi pada jaringan biologi