Radioaktivno zračenje podrazumijeva emisiju energetskih čestica ili elektromagnetnih valova iz nestabilnih atomskih jezgri. Ova vrsta zračenja može biti u obliku alfa čestica (He-jezgri), beta čestica (elektroni ili pozitroni) ili gama zračenja (visokoenergetski fotoni). S obzirom na svojstvo ionizacije, radioaktivno zračenje ima sposobnost da naruši hemijsku strukturu molekula u biološkim tkivima, što ga čini izuzetno štetnim po žive organizme.
Na molekularnom nivou, ionizujuće zračenje prvenstveno djeluje na DNK molekule. Energija zračenja može izazvati prelome jednolančanih i dvolančanih lanaca DNK, oksidaciju baznih parova, kao i formiranje slobodnih radikala putem radiolize vode. Oštećenja DNK pokreću kompleksne mehanizme popravke, kao što su homologna rekombinacija i nehomologna end-spajanja, ali pri visokim dozama ili kontinuiranom izlaganju, kapacitet ćelije da izvrši efikasnu reparaciju opada, što dovodi do apoptoze ili, u najgorem slučaju, kancerogene transformacije ćelije.
Na ćelijskom nivou, osetljivost na zračenje zavisi od proliferativne aktivnosti ćelije. Ćelije koje se brzo dijele (kao što su ćelije epitela, hematopoetskog tkiva i embrionalne ćelije) najosetljivije su na djelovanje zračenja. Ovo se ogleda kroz akutne posljedice kao što su eritropenija, leukopenija i gastrointestinalni sindrom u slučajevima izlaganja visokim dozama. Hronične posljedice uključuju fibrozu, hroničnu upalu i neoplazije.
U makroskopskom smislu, efekti zračenja na organizam zavise od ukupne doze (izražene u sivertima, Sv), brzine izlaganja, vrste zračenja, i pogođenog tkiva. Na primjer, izloženost cijelog tijela dozi od 1 Sv može izazvati mučninu i umor, dok doze iznad 5 Sv imaju visoku smrtnost bez medicinske intervencije. Lokalizovano zračenje, kakvo se koristi u radioterapiji, može selektivno uništiti tumorsko tkivo, ali uz neizbježne štete po okolno zdravo tkivo.
Na nivou populacije, dugotrajna izloženost niskim dozama zračenja, kao što je slučaj kod preživjelih nuklearnih nesreća (npr. Černobil, Fukušima) ili radnika u nuklearnoj industriji, pokazuje povezanost sa povećanom učestalošću leukemija, štitne žlijezde i solidnih tumora. Epidemiološke studije, poput one sprovedene od strane UNSCEAR-a (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation), pokazuju da genetski efekti kod potomstva nisu značajni pri dozama ispod 100 mSv, ali da postoji linearna bez-praga korelacija između doze i rizika od raka.
Zaštita od radioaktivnog zračenja u biološkim i medicinskim kontekstima uključuje tri osnovna principa: ograničenje vremena izlaganja, povećanje udaljenosti od izvora, i korištenje adekvatne zaštite (olovne barijere, štitnici za tijelo). U slučaju izlaganja, koriste se farmakološke mjere poput primjene kelatora za eliminaciju radionuklida, kao i hematološka terapija i presađivanje koštane srži u slučajevima teške supresije hematopoeze.
Eksperimentalni modeli na životinjama pokazuju da i niske doze zračenja izazivaju oksidativni stres, povećanje nivoa citokina i promjene u ekspresiji gena povezanih sa odgovorom na stres. Ova saznanja omogućila su razvoj biomarkera za rano otkrivanje izlaganja zračenju, kao što su γ-H2AX fokoze u ćelijskim jedrima, koje ukazuju na dvostruke prelome DNK.
