Биологические и эпидемиологические эффекты облучения в малых дозах
| Вид материала | Документы |
- Эффекты облучения в твердых телах, 247.82kb.
- Алкоголь… Практически все мы употребляем алкоголь, кто-то очень редко, исключительно, 78.97kb.
- Статья Общие положения > Настоящие Требования к выдаче Свидетельства о допуске к работам, 138.38kb.
- Трии, служит тезис о принципиальной допустимости, приемлемости, а порой даже благотворности,, 411.15kb.
- Курсовая работа тема: «Алкалоиды и история их открытия», 101.03kb.
- Некоторые нерешенные вопросы в исследовании сенсорной системы у человека и ее обусловленности, 144.69kb.
- Тверской Государственный Университет Химико-Биолого-Географический факультет Кафедра, 103.37kb.
- Травы Гекаты в роли целителей, 2705.54kb.
- Дозы излучения и единицы измерения, 180.6kb.
- Болезнь, характеризующаяся непреодолимым влечением к наркотикам (напр., морфину), вызывающим, 19.62kb.
3. ОБСУЖДЕНИЕ
Облучение отцов перед зачатием (fertilisation) приводит к риску генетических мутаций, а рак у детей после облучения in utero хорошо известен. Однако о последствиях для рождаемых детей облучения ионизирующей радиацией родителей в течение менее одного цикла сперматогенеза известно в значительно меньшей степени [12]. В то же время, с данными, демонстрирующими повышение частоты зародышевых мутаций в популяциях, хронически облученных в низких дозах, даже если указанные дозы зарегистрированы и реконструированы, следует обращаться с осторожностью. Одной из проблем, с которой мы столкнулись в своем исследовании, является негомогенность доз, полученных ликвидаторами. Такая негомогенность зависит не только от активности ликвидаторов на ЧАЭС, но также и от продолжительности облучения. Трудно, например, сравнить активность пилота вертолета с таковой для шофера автобуса, перевозящего ликвидаторов.
Оценка доз тем более затруднена, что только у 45% людей проведена дозиметрия во время работы (у 26% в течение всего времени, у 19% — на протяжении большей части времени, у 39% вовсе не было дозиметрии, а 16% не помнят о ней). <…>. Также варьировала и индивидуальная защита <…>.
Полученное увеличение сопоставимо с данными на мышах, хотя минисателлиты у людей и у мышей имеют отличия: в то время как минисателлиты человека локализуются в кластерах на концах хромосом, большинство локусов минисателлитов мышей находятся в промежуточных позициях по хромосомам. Мутации в минисателлитах мышей не ограничиваются строго только зародышевыми линиями, как это показано для людей, но наблюдаются в течение длительного периода раннего развития [11]. Тем не менее на модели определения частоты мутаций минисателлитов облучение демонстрирует повышение частоты мутаций, в частности, на мейотической стадии созревания зародышевой линии. Такое повышение преходяще [11].
Определение частоты мутаций показало, что облучение на поздней стадии эмбриональных тканей (перед имплантацией in utero), вначале не индуцирует мутагенеза.
Отсюда полагают, что повреждения, формирующие нестабильность генома, имеют предрасположенность (pre-disposition) и не связаны с формированием ДР ДНК [14]. Согласно начальным наблюдениям, механизм, приводящий к нестабильности генома, играет ключевую роль в радиоканцерогенезе, а высокий уровень мутаций стабилизируется в периоды пролиферации. Поэтому в течение стадии покоя мутации аккумулируются. Это означает, что потенциал для нестабильности генома появляется в облученных клетках на ранней стадии. Большинство данных, связанных с мутагенезом, могут быть объяснены только «эффектом поля» (field effect), а не облучением единого гена или единой клетки123 [15]. На клеточном уровне размер мишени, необходимой для возникновения нестабильности генома, по-видимому, несравним с размером единого гена [16]. Одна из характеристик радиоиндуцированной нестабильности генома — ее постоянство после многократных делений клетки.
Это указывает, что феномен [нестабильности генома] передается потомкам как результат индуцированных повреждений в прародительских клетках124. Наше исследование продемонстрировало, что частота мутантных аллелей в 1,5 раза выше в группе детей, зачатых в период работы отцов на ЧАЭС, по сравнению с зачатыми через несколько месяцев после работы (хотя различия статистически недостоверны). Если они подтвердятся, то указанные данные могут объяснить отсутствие вариаций в частоте мутаций в группе детей ликвидаторов, зачатых через несколько месяцев после окончания работ на ЧАЭС, а также негативные результаты, полученные в исследованиях выживших после Хиросимы и Нагасаки [5, 17]. В этом случае частота, с которой мутантные аллели передаются детям, если их генотип формируется при зачатии через месяцы или годы после аварии, является нормальной. Применительно к минисателлитам на мейотической стадии созревания зародышевых линий мутагенный эффект облучения может быть преходящим как у человека, так и у мышей.
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотренные проблемы не могут быть решены, если не будут собраны новые данные по облученным популяциям; также должны быть найдены новые гипермутабильные минисателлиты, и следует разработать экспериментальные модели, которые способны пролить свет на механизмы, связанные с индукцией и репарацией ДР ДНК у людей. Интересно, наконец, насколько корректны биологические маркеры, связанные с оценкой микро- и минисателлитных мутаций соматических клеток, подвергавшихся воздействию ионизирующего облучения.
Должны быть разработаны более чувствительные и удобные в работе методы для идентификации мутационных событий, если это исследование будет продолжено. Существующие методы [18, 19] не приспособлены к крупномасштабному скринингу. Указанный новый биологический подход все еще находится на стадии развития, и он может дополнить другие способы оценки полученных доз.
ЛИТЕРАТУРА
1. Buard J, Vergnaud J. Complex recombinasion events at the hypermutable minisatellite CEB1 (D2S90). (1994) EMBO J.;13: 3203-3210.
2. Amarger, V., D. Gauguier, M. Yerle, F. Apiou, P. Pinton, F. Giraudeau, S. Monfouilloux, M. Lathrop, B. Dutrillaux, J. Buard and G. Vergnaud (1998) Analysis of the human, pig, and rat genomes supports a universal telomeric origin of minisatellite sequences. Genomics 52: 62-71.
3. Dubrova Y.E., A.J. J., Malashenko A.M. (1993) Mouse minisatellite mutations induced by ionizing radiation. Nature genetics; 5: 92-94.
4. Fan Y.J., Wang Z., Sadamoto S., et al. (1995) Dose-response of a radiation induction of a germline mutation at a hypervariable muse minisatellite locus. Int. J. Radiat. Biol.; 68 (2): 177-183.
5. Sadamoto S., Suzuki K., Kamiya K., Kominami R., Dohi K., Niwa 0. (1994) Radiation induction of germline mutation at a hypervariable mouse minisatellite locus. Int. J. Radiat. Biol.; 65 (5): 549-557.
6. Dubrova Y.E., Nesterov V.N., Krouchmsky N.G., Ostapenko VA., Neumann R., Neil D.L., Jeffeys A.J. (1996) Human minisatellite mutation rate after the Chernobyl accident. Nature; 380: 683-686.
7. Kodaira M. S.C., Hiyama K., Toyama K. (1995) Lack of effects of atomic bomb radiation on genetic instability of tandem-repetitive elements in human germ cells. Am. J. Hum. Genet.; 57 (6): 1275-1283.
8. Feinberg, A. P. and B. Vogelstein (1984) Addendum: a technique for radiolabeling DNA restriction endonuclease fragments to high specific activity. Anal. Biochem. 137: 266-267.
9. Kimpton, C. P., R. Hopgood, S. K. Watson, P. Gill and K. Sullivan (1992) Cloning and characterisation of novel single locus probes for forensic purposes. Advances in Forensic Haemogenetics 4: 129-131.
10 Vergnaud, G., Mariat D., Apiou F., A. Aurias, M. Lathrop and V. Lauthier (1991) The use of synthetic tandem repeats to isolate new VNTR loci: cloning of a human hypermutable sequence. Genomics 11: 135-144.
11. Dubrova Y.E., Plumb M., Brown J., Fennely J., Bois P., Goodhead D. and Jeffreys A.J. (1998) Stage specificity, dose response, and doubling dose for mouse minisatellite germ-line mutation induced by acute radiation. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 95: 6251-6255.
12. Lord BI, Woolford LB, Wang L, McDonald D, Lorimore SA, Stones VA, Wright EG, Scott D (1998) Induction of lympho-haemopoietic malignancy: impact of preconception paternal irradiation. Int. J. Radiat. Biol. Dec;74 (6): 721-8
13. Dubrova Y.E., Nesterov V.N., Krouchinsky N.G., et al. (1997) Further evidence for elevated human minisatellite mutation rate in Belarus eight years after the Chernobyl accident. Mutation Research; 381: 267-278.
14. Streffer (1997) Predisposition and genome instability: 27th ESRB Symposium, Radioprotection
15. Mothersill and Seymour (1997) Lethal mutations and genomic instability, Int. J. Radiat. Biol.; 71, 6: 751-758.
16. Morgan WF, Corcoran J, Hartmann A, Kaplan MI, Limoli CL, Ponnaiya B.(1998) DNA double-strand breaks, chromosomal rearrangements, and genomic instability. Mutat. Res. Aug 3;404 (1-2): 125-8
17. Satoh, C. and M. Kodeira (1996) Effects of radiation on children. Nature 383: 226.
18. Jeffreys A.J., Neumann R. (1997) Somatic mutation processes at a human minisatellite. Human Molecular genetics; 6 (1): 129-136.
19. Bois P., Collick A., Brown J., Jeffreys A.J. (1997) Human minisatellite MS32 (D1S8) displays somatic but not germline instability in transgenic mice. Human Molecular genetics; 6 (9): 1565-1571.
Эпидемиологические исследования аберраций хромосом, индуцированных в лимфоцитах человека, с целью индикации радиационного воздействия и загрязнения химическими радиомиметиками {70}
Tran Que*, Hoang Hung Tien*, Hoang Van Nguyen*, Pham Ba Phong**
* Отдел биологии и радиационной защиты Института ядерных исследований, Вьетнам
** Научный отдел технологии и окружающей среды, Lamdong, Вьетнам
Que T., Tien H.H., Van Nguyen H., Ba Phong Ph. Studies on epidemiology of chromosome abberrations induced in human lymphocytes for indicating contamination of radiation and radiomimetic chemical agents. In: “The Effects of Low and Very Low Doses of Ionizing Radiation on Human Health”, ed. by WONUC. 2000. Elsevier Science B.V. P. 373–378.
Tran Que*, Hoang Hung Tien*, Hoang Van Nguyen*, Pham Ba Phong**
* Department of Biology and Radiation Protection, Nuclear Research Institute, Vietnam.
** The Bureau of Science, Technology and Environment, Lamdong, Vietnam
РЕЗЮМЕ
Проведены эпидемиологические исследования по тесту аберраций хромосом в лимфоцитах людей, соответствующих четырем профессиональным группам: контрольная группа, операторы источников Х-излучения (рентгенодиагностика и радиотерапия в больнице), операторы ядерного реактора и фермеры, подвергавшиеся воздействию гербицидов во время войны и/или пестицидов в сельском хозяйстве.
Результаты демонстрируют, что средняя частота аберраций хромосом составила:
0,0980,017% для дицентриков и 0,1050,048% для фрагментов в первой группе;
0,06% для дицентриков и 0,11% для фрагментов во второй группе;
0,26% для дицентриков и 0,67% для фрагментов в третьей группе.
Значительные отличия в частоте аберраций отмечены даже для доноров, которые подвергались ежемесячным воздействиям в дозах, не превышающих 50 мЗв в год (результаты радиационного нормирования в Институте ядерных исследований, Вьетнам — Radiation Protection controlling at Nuclear Research Institute).
Оказалось неожиданным, что серьезное повышение уровня аберраций было обнаружено в четвертой группе, для которой полученная частота составила: 0,83–22% для дицентриков (среднее значение 5,44%), 0,50–24% (среднее значение 5,45%) для фрагментов и 0,5–4% для хроматидных разрывов (break). Таким образом, некоторые из клеток четвертой группы имели очень большой уровень аберраций хромосом.
1. ВВЕДЕНИЕ
Биоэффекты являются показателями степени загрязнения окружающей среды, но индикационная способность каждого биоэффекта специфична. Аберрации хромосом в лимфоцитах периферической крови являются индикатором дозы облучения и/или токсических воздействий агентов окружающей среды [5, 7, 9, 15, 16]125. Эти хромосомные повреждения индуцируются мутагенами, включая облучение, радиомиметики, химические агенты и др. Тесты in vitro, а также прямые исследования в природных популяциях показывают, что аберрации хромосом индуцируются тяжелыми металлами с очень низкой частотой и неотчетливо, в отличие от многих органических химических соединений, повышающих количество аберраций с высокой частотой [3, 6, 7]. Лимфоциты крови в обычных условиях находятся на стадии покоя (G0) в течение длительного времени (около 1600 дней), поэтому аберрации хромосом, индуцированные токсинами окружающей среды, способны аккумулироваться в этих клетках. Число аберраций, детектируемых после первого деления in vitro в культуре клеток, может являться оценкой воздействия токсинов окружающей среды на организм [3, 7, 9, 15, 16].
Суммированные Д.С. Ллойдом (D.C. Lloyd; 1980) данные по частотам аберраций при исследовании 42-х мировых популяций показывают, что фоновая частота аберраций хромосом в лимфоцитах очень низка [6]. А. Тономура (A. Tonomura) продемонстрировал, что частота аберраций хромосом линейно повышается с возрастом и вывел следующее уравнение:
y = 2,18 10–4 + 1,70 10–4 X; где:
y — частота детектируемых аберраций, X — возрастной интервал в 10 лет.
В заключении Adviser Group of Meeting по анализу аберраций хромосом, применяемых для биодозиметрии в Нидерландах (1983 г.) указано, что частота аберраций зависит от дозы, уровня (мощности) дозы и плотности ионизации излучения.
Анализ аберраций в лимфоцитах человека успешно применяется в качестве индикатора дозы острого и хронического облучения [6, 7]. Подсчет частоты аберраций используется для исследования воздействий радиации на человека и даже для определения дозы в популяциях, подвергавшихся локальному воздействию высокой природной радиоактивности (ЕРФ), после ядерных аварий, аварий с радиоактивными источниками и для контроля токсинов в окружающей среде [5, 6, 15, 16].
Действие пестицидов, гербицидов и др. химических агентов сельского хозяйства и окружающей среды является серьезным поводом для опасения [1, 2, 12]. Медицинские и цитогенетические исследования показывают мутагенную способность диоксина и пестицидов применительно к клеткам, а также генетические эффекты для людей [4, 8, 10, 11].
Исследование аберраций в лимфоцитах людей является объективным и точным показателем токсических эффектов агентов, загрязняющих окружающую среду. Эти исследования важны также и для радиационной защиты. Вклад изучения аберраций в развитие ядерной энергии имеет два аспекта: необоснованное завышение риска более вредно, чем ионизирующая радиация, но, в то же время, недооценка риска также вызывает опасения.
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
2.1. Объекты
Большое число (~1012 клеток) и равномерное распределение лимфоцитов по организму являются хорошими критериями для оценки воздействия токсинов на организм. Лимфоциты находятся в стадии покоя, поэтому индуцированные аберрации не получают условий для репарации и аккумулируются в клетках. Указанная аккумуляция может отражать аккумуляцию токсинов в теле.
2.2. Методы
Физическая индивидуальная дозиметрия осуществлялась с помощью термолюминесцентного дозиметра (by TLD technique — thermoluminescent dosimetry).
Учитывалось распределение обследуемых популяций на основе профессии и места жительства, времени профессиональной деятельности, возраста и семейных связей.
Клеточные культуры (цельная кровь доноров) культивировали согласно протоколу МАГАТЭ [5] в течение 48 ч при 37°С (первое деление).
Классический анализ аберраций проводили по стандартному методу кариотипирования клеток человека.
<...>
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Общая часть
Эпидемиология аберраций в лимфоцитах человека служит индикатором для контроля успешности защиты от радиации, токсинов, а также для определения действия токсинов окружающей среды на индивидуумов и популяции. В наших экспериментах обследуемые были разделены на четыре группы: контроль (спонтанные аберрации), работники, облученные в низких и очень низких дозах (операторы источников Х-излучения при рентгенодиагностике и рентгенотерапии), операторы ядерных реакторов и фермеры, которые подвергались воздействию гербицидов во время войны и пестицидов в сельском хозяйстве.
Результаты дозиметрического контроля выявляют средний диапазон годовой индивидуальной дозы в 25 мЗв для работников, обслуживающих ядерные реакторы и от 0 до 48 мЗв для операторов источников Х-излучения в больнице [17]. Не было случаев получения дозы более 50 мЗв в год.
Результаты эпидемиологических исследований частоты аберраций хромосом в лимфоцитах представлены в таблице:
Таблица. Типы и частота аберраций хромосом в лимфоцитах четырех обследованных групп людей
| № группы | Группа | Количество доноров | n* | Хромосомные аберрации | |||||
| Поломки | % | Фрагменты | % | Дицентрики | % | ||||
| 1 | Sp | 76 | 201.553 | — | — | 127 | 0,105 | 83 | 0,098 |
| 2 | Ra | 18 | 2370 | — | — | 17 | 0,65 | 6 | 0,26 |
| 3 | Re | 7 | 3200 | — | — | 3 | 0,11 | 2 | 0,06 |
| 4 | Ag | 11 | 1407 | 13 | 1,19 | 49 | 5,45 | 46 | 5,44 |
Sp: Контроль (спонтанные аберрации);
Ra: Работники ядерного реактора;
Re: Обслуживающие медицинский источник Х-излучения;
Ag: Фермеры, подвергавшиеся воздействию гербицидов и пестицидов;
* n — число просчитанных клеток
3.2. Результаты анализа спонтанных аберраций
В процессе обследования нормальные доноры возрастом 20–45 лет проходили медицинские профессиональные тесты.
Средние значения результата анализа дицентриков и фрагментов для 76 доноров составили следующие величины: 0,098% и 0,105% соответственно. Хроматидные повреждения (break) также детектировались с очень низкой частотой. Не было значительных отличий от данных, суммированных Д.С. Ллойдом (D.C. Lloyd) в 1980 г. Распределение аберраций среди доноров не зависело от возраста, в отличие от сведений А. Тономура (A. Tonomura), и находилось в широком диапазоне от 0 до 0,56% для спонтанной частоты дицентриков, в отличие от 0,06% до 0,13%, если исходить из формулы Тономура (см. выше).
3.3. Результаты анализа аберраций в группе обслуживания ядерного реактора
Доноры этой популяции являлись работниками, имеющими дело с изотопами на предприятии, операторами нейтронных каналов (neutron channels for physical researches) и ремонтниками, контролирующими средства обслуживания ядерных реакторов. Физическая дозиметрия проводилась ежемесячно, но не было случаев превышения установленного предела дозы. В этой группе обнаружены значительные различия в частоте аберраций. Они зависели от специфики работы и полученных доз.
Для обслуживающих механизмы:
0,26% для дицентриков и 0,61% для фрагментов.
Для работников с нейтронными источниками:
0,38% для дицентриков и 0,92% для фрагментов.
Для использующих изотопы:
0,18% для дицентриков и 0,50% для фрагментов.
То есть, показатели зависели от типа работы. Значительное повышение средней частоты у доноров этой группы дает доказательства индукции аберраций при очень малых дозах {71}.
3.4. Результаты анализа аберраций в группе рентгенодиагностики и рентгенотерапии
Дозиметрия у этой группы, проводившаяся с 1998 г., показала отсутствие превышения лимитов установленных пределов доз. Результаты для 7 доноров были следующими: обнаружено 2 дицентрика и 3 фрагмента. Таким образом, средняя частота составила 0,06% для дицентриков и 0,11% для фрагментов. То есть, не было отличий по сравнению со спонтанной частотой.
3.5. Результаты анализа аберраций в группе фермеров
Фермеры жили приблизительно в 70 км от города Далат126 и питались собственными продуктами сельского хозяйства.
Эта группа подвергалась воздействию диоксина во время войны и пестицидов (диметоата (dimethoat) — органический фосфосодержащий химикат) в мирное время. 11 доноров имели возраст от 19 до 60 лет.
Нестабильные и стабильные аберрации обнаружены у 8-ми доноров из 11-ти со специфически высокой частотой. Детектировались полицентромеры, фрагменты, транслокации и хроматидные повреждения (break).
Наличие хроматидных повреждений после первого клеточного деления показывает отсутствие репарации ДНК в клетках (поскольку для нормальных клеток характерна быстрая репарация ДНК). В этом случае разрывы в ДНК, индуцированные в фазе Go, остались нерепарированными. Анализ аберраций в облученных in vitro лимфоцитах демонстрирует очень низкую частоту хроматидных разрывов (break) в норме. Поэтому обнаруженные для группы отклонения встречаются в мировых популяциях крайне редко. Полученные значения составили:
Частота хромосомных аберраций:
Дицентрики — от 0,83 до 22% (в среднем — 5,45%);
Фрагменты — от 0,5 до 24% (в среднем — 5,44%);
Хроматидные разрывы — от 0,05 до 4%.
Распределение аберраций среди клеток не подчинялось Пуассоновскому закону, продемонстрированному для однородного облучения.
Хромосомный набор в ряде клеток выявил серьезные повреждения. В некоторых клетках число аберраций было так высоко, что превысило значения, полученные для показателей после Чернобыля и для работников ядерной отрасли в Elbmarch (по 6 дицентриков на клетку). Концентрация детектированных аберраций составила от 5 до 11 дицентриков и большое количество фрагментов в каждой клетке. Эта странная картина проиллюстрирована фотографиями127. Результаты изучения аберраций в областях с радиационным загрязнением в мире, таких, как Багаштейн (Bagastein), Австрия; Elbmarch, Германия; Манхэттен, США, даже результаты для Чернобыля и Хиросимы, не могут сравниться с полученными нами данными для фермеров.
Радиация сильный мутаген, но исследования по тесту индукции аберраций хромосом в лимфоцитах in vitro после доз 7–9 Гр все еще не дают такого уровня аберраций, как обнаруженный нами у фермеров. То есть, имеются серьезные воздействия токсических агентов окружающей среды.