Радиобиологические эффекты малых доз радиации

     К настоящему времени доказано, что  радон и его дочерние продукты распада (ДПР) вносят наибольший вклад  в естественный радиационный фон (по разным оценкам от 33 до 51 и даже до 75%). Некоторые исследователи полагают, что каждый второй случай рака легких обусловлен повышенным содержанием  радона в воздухе жилых помещений [7]. Из-за вдыхания радона человек получает дозу в среднем до 5 мЗв/год.

     Но  возникает парадоксальная ситуация – на Земле есть территории, где  люди на протяжении многих поколений  проживают в условиях воздействия  более высоких доз природного радиационного фона:  Бразилия (5 мЗв/год), Франция (1,8-3,5 мЗв/год), Индия (13 мЗв/год), остров Ниуэ (10 мЗв/год), Египет (4 мЗв/год). Обследования состояния здоровья жителей этих регионов не выявили корреляции между уровнем природного радиационного фона и заболеваемостью раком.

     Более того, исследования распространенности рака легкого у некурящих женщин в США (штат Северная Дакота), Швеции и Финляндии, где природный радиационный фон повышен, показали, что заболеваемость в этих регионах ниже среднемировой. В то же время в аналогичных  группах женщин Англии и США (Сан-Франциско, Нью-Йорк), с более низким уровнем радиационного фона, заболеваемость раком была повышена. Таким образом, многолетнее существенное превышение среднего уровня природного радиационного фона может не оказывать отрицательного влияния на состояние здоровья жителей региона. Более того, здоровье населения в этих областях может быть достоверно лучше, чем в районах с более низким радиационным фоном.

     Результаты  последних исследований позволили  выявить меньшую заболеваемость раком легких у китаянок, проживавших  в домах с объемной активностью  радона более 350 Бк/м³ по сравнению с теми, которые проживали в домах с объемной активностью радона 4-70 Бк/м³. По принятой концепции (рис. 2) заболеваемость в первом случае должна была возрасти в 80 раз. У японцев при       11 Бк/м³ радона в домах рак легкого наблюдался почти вдвое чаще, чем при  35 Бк/м³, что во много раз превышало риск по линейной беспороговой модели. Аналогичные результаты получены и по профессиональному облучению. Исследования были проведены в США, Великобритании и Канаде и охватили более – 2 млн. человеко-лет. Обработка данных показала, что дополнительный относительный риск для всех форм рака (кроме лейкозов) составлял от 0,39 до 0,30 Зв^-1 в 90% доверительном интервале. Для лейкозов риск оказался положительным и составлял от 0,1 до 7 Зв.

     В результате данных литературных источников удалось установить, что гормезис проявляется у человека в диапазоне эффективной дозы меньше ~ 1 Зв за жизнь, а, следовательно, есть и порог канцерогенного риска со стороны большой дозы. Полученные результаты делают понятными положительные эффекты радонотерапии.

     Решение второй части проблемы – выявление  влияния НУО на здоровье, упирается  в нечеткость различия между нормой и патологией. Поэтому целесообразно  рассмотреть различие между общественным (здоровье людей на популяционном  уровне) и индивидуальным здоровьем  конкретного индивидуума.

     Понятно, что изменение здоровья популяции  не может означать ухудшения здоровья каждого индивидуума, поскольку  характеристика здоровья популяции  может определяться состоянием здоровья отдельной группы, подвергшейся значительному  воздействию. С другой стороны, социальный характер повреждения здоровья определяется характером индивидуального восприятия и оценки ситуации. Например, если в  популяции отмечены случаи радиационно обусловленных повреждений здоровья, то индивидуальное восприятие вероятности аналогичных повреждений может варьировать от состояния стресса, наносящего урон душевному и физическому состоянию, до принятия этого риска несущественным по сравнению с другими.

     Вред  общественному здоровью от облучения  можно считать реальным, когда  имеют место статистически достоверные  и коррелирующие с дозой изменения популяционных показателей здоровья. Вред индивидуальному здоровью от облучения можно считать реальным, когда имеют место эффекты, определяемые клинически, иначе говоря – детерминистские в системе радиационной безопасности. При этом беспокойство могут вызывать не только клинически выраженные эффекты, но и декрементные (эффекты потерь – эффекты в системе, являющиеся следствием радиационно-индуцированного уменьшения числа ее составляющих), выходящие за рамки детерминистских, например, ухудшение показателей крови, снижение концентрации сперматозоидов, уменьшение числа нейронов после внутриутробного облучения, изменение концентраций секретов эндокринных органов и т.д. (табл. 4).

     Таблица 4

     Примеры влияния малых доз ионизирующих излучений на организм человека [8]

     Кратко  остановимся на особенностях биологического действия радиации.

     Поглощение  энергии в организме происходит в чрезвычайно короткие промежутки времени, измеряемые ничтожно малыми долями секунд, и сопровождается ионизацией и возбуждением молекул и атомов с последующим образованием высокоактивных в химико-биологическом отношении  радикалов. Эти первоначальные изменения, не имеющие порога, реализуются на уровне клетки, клеточных ассоциаций и тканей в биологические изменения, которые протекают с различной  скоростью. Так, например, постоянно  происходит отмирание и удаление из организма клеток крови, эпителия кишечника, эпидермиса. Одновременно происходит и восстановление повреждений на всех уровнях: клетка, ткань, орган и  организм в целом. Считают, что 90% повреждений  восстанавливается (при облучении  в несмертельных дозах).

     Эффекты, обусловленные гибелью некоторого количества клеток в составе организма  или нарушением их функций, полностью  компенсируются и не могут рассматриваться  как выражение патологического  процесса, поскольку в многоклеточном организме постоянно происходит отмирание и восстановление клеток. В силу этих процессов поражение  отдельных групп клеток не транслируется  на более высокие уровни (тканевой, органный, организменный) и не может влиять на состояние индивидуального здоровья.

     В работах В.П.Лютых и А.П.Долгих [9, 10] и А.Р.Тукова с соавторами [11] рассмотрены эффекты воздействия на иммунную, нейроэндокринную и кроветворную системы. Авторы пришли к выводу, что в случае хронического облучения при разовых или изоэффективных дозах, составляющих 0,02-0,08 Гр, нарушений здоровья не наблюдается. При дозах 0,08-0,3 Гр появляется вероятность общесоматических заболеваний, когда радиация играет роль дополнительного фактора. Лишь при дозах в диапазоне 0,3-0,6 Гр появляется вероятность начала заболевания или наступления предболезни в результате облучения (табл. 5).

     Таблица 5

     Номинальные коэффициенты вероятности стохастических эффектов

     (при  малых дозах и мощностях дозы)

     Не  получено доказательств о влиянии  на здоровье кратковременных преходящих изменений макромолекул, активности ферментных систем, субклеточных структур и даже клеток, регистрируемых при  остром воздействии в дозе ниже 0,15 Гp. При пролонгировании облучения со снижением его интенсивности это значение увеличивается благодаря улучшению условий для репарации. Поэтому экстраполяции на человека любых экспериментальных данных требуют установления четких причинно-следственных отношений между изучаемыми показателями (в том числе биологическими маркерами) и состоянием здоровья.

     Представляют  интерес наблюдения Л.Х.Эйдус [12] и С.П.Ярмоненко [1], исследовавших эффект адаптации биологического объекта на клеточном уровне после облучения небольшой дозой к последующему воздействию большой, повреждающей дозе [13]. Характерные значения адаптирующей дозы составляли порядка 0,01-0,1 Гр. Характерные значения повреждающей дозы после развития адаптация составляли значения 1-10 Гр, что существенно превышает уровень вероятности развития патологии, названный выше.

     Радиационные  повреждения у непогибших клеток могут сохраняться в течение длительного времени, передаваясь при их делении. Радиационный канцерогенез – это многоступенчатый процесс накопления специфических мутаций. Гены – мишени, отвечающие за инициацию/промоцию канцерогенеза (онкогены и гены-супрессоры опухолей) механистически представлены малой частью генома. Остаточные повреждения служат основой формирования отдаленной патологии (табл. 6).

     Таблица 6

     Биологические дозовые пределы [14]

     Вероятность непосредственного поражения конкретных генов-мишеней (онкогенов, генов-супрессоров) путем образования двунитиевого разрыва (4ДР на 100 мГр) крайне мала – 10^-18.

     В отношении целостного организма  представляет интерес активный ответ  на облучение (АОО) – индуцирование реакций, обусловленное радиационными повреждениями или последствиями этих повреждений. К активному ответу относятся интенсификация репаративных процессов при небольших дозах, апоптоз, распознание и элиминация модифицированных клеток. АОО может наблюдаться после любых видов облучения. При НУО проявление АОО происходит в условиях сохранения нормального функционирования биологической системы. Можно предполагать, что различие между действием больших и малых доз заключается в микрораспределении поглощения энергии и различными ответными реакциями.

     Выяснение отношения АОО к здоровью человека проходит по двум направлениям: радиационно-иммунологические исследования и по адаптационно-индуцированному  апоптозу. Иммунодепрессивное действие излучения при больших дозах известно. Более того, иммунная система и, особенно, лимфоциты относятся к наиболее радиочувствительным объектам. Зрелые лимфоциты начинают погибать за счет апотоза (апотоз - гибель поврежденных клеток) после доз 0,25-0,5 Гр. Изменения в вилочковой железе начинаются с дозы 0,05 Гр.

     Однако  имеются отдельные свидетельства, что при малых и даже промежуточных  дозах отмечается стимулирование иммунного  ответа. Не меньший интерес представляют данные об антиканцерогенной направленности такой стимуляции. Было показано, что  облучение всего тела мышей в  дозах 0,25-0,05 Гр перед прививкой саркоматозных  клеток приводило к меньшей доле приживлений, более медленному росту опухолей и более частой их регрессии. Эффект повышения иммунного ответа был наиболее выражен при дозе 0,15 Гр и для его прявления небходимо было, чтобы антиген был введен вскоре после облучения (табл. 7).

     Таблица 7

     Зависимость эффектов от дозы однократного кратковременного облучения человека