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.
Репарация хромосомных повреждений типа множественных разрывов. Ее приложение к линейно-квадратичной модели радиационного воздействия в малых дозах и при низких уровнях доз {85}
Bobby E. Leonard
Международная академия, Мэриланд, США
Leonard B.L. Repair of multiple break chromosomal damage — Its impact on the use of the linear quadratic model for low and low dose rates. In: “The Effects of Low and Very Low Doses of Ionizing Radiation on Human Health”, ed. by WONUC. 2000. Elsevier Science B.V. P. 449–462.
Bobby E. Leonard
International Academy, 693 Wellerburn Road, Severna Park, Maryland 21146
РЕЗЮМЕ
В недавних исследованиях было показано, что множественные повреждения хромосом и ДР ДНК репарируются с высокой эффективностью.
Имеющаяся модель линейно-квадратичной зависимости неполной репарации (linear-quadratic incomplete repair — LQIR) от уровня (мощности) дозы учитывает зависимость только между дозой и репарацией ОР, а все ДР и множественные разрывы принимаются за нерепарируемый летальный компонент.
Мы представляем исследование, где зависимость от мощности дозы проанализирована на 24-х клеточных линиях. Приведенные результаты являются продолжением работы (Trans. Amer. Nuc. Soc. 76, 414, 1996) (Program Abstracts, 1998 Annual Meeting, Rad. Res. Soc.).
Исследован массив из 984 экспериментальных точек при 137 значениях мощности дозы. Модель LQIR методом наименьших квадратов сравнивали с кривыми, наиболее соответствующими экспериментальным данным. Применяли F-тест и определение уровня значимости p.
<…>.
Резюме из анализа клеточной гибели:
1. При низких уровнях (мощностях) дозы ( 1 сГр в час) не имеется никаких свидетельств о существовании нерепарированных компонентов хромосомных разрывов [Выделено мною. — Пер.].
2. Ниже уровня дозы 40 сГр в час (> 20% стандартное отклонение) модель LQIR ненадежна.
3. Значительное количество клеточных линий проявляет обратную зависимость от мощности дозы, которая, согласно модели LQ2, выявляет индуцированную при определенной мощности дозы радиорезистентность со значениями от 40% до 250% в зависимости от полученной дозы.
4. Если изоэффективные параметры дозы при брахитерапии определены как указано выше, то, исходя из данных для области перехода эффектов, характеризующихся «обратной» зависимостью от уровня дозы, следует, что сверхвоздействие может происходить при более низком уровне дозы. Это коррелирует с индуцированной радиорезистентностью (Wouters и Skarsgard, R.R. 148, 435, 1997) и/или, возможно, с адаптивным ответом.
5. Предложенный НКДАР/BEIR метод -отношений (-ratio method) расчета фактора эффективности уровня дозы (DDREF) выдает очень низкие значения по сравнению с прямыми экспериментальными и LQ2-модельными величинами для клеточной гибели.
6. Экстраполяцией мы получили оценки DDREF для профессиональных уровней мощности дозы.
Полученные данные указывают, что мощность дозы, возможно, является наиболее существенным фактором при оценке лучевых рисков возникновения мутаций и канцерогенеза, а профессиональные пределы полученного воздействия должны учитывать ущерб от низких уровней доз141.
Мы обнаружили, что при низких уровнях дозы все повреждения хромосом восстанавливаются (применительно к критерию клеточной гибели) в пределах точности данных142.
Таким образом, при определенных уровнях (мощностях) для конкретной дозы, накопленной в течение жизни, наличие большого пула (inventory) клеток — потомков репарированных клеток в критических органах и тканях, может привести:
1. К отсутствию риска, если все они репарированы корректно.
2. К большему риску, поскольку какая-то фракция всегда будет репарирована с ошибками, и эта фракция является большей при низких уровнях доз.
3. И доза, и ее мощность (уровень) активируют индуцированную радиорезистентность для некоторых клеток, что означает бóльшую радиочувствительность при более низких уровнях доз по сравнению с острым воздействием и его уровнем, для выживших после атомных бомбардировок. Отсюда следует допущение большего профессионального риска в тех случаях, когда критические клетки, ткани и органы были облучены. Но данное утверждение все же находится под вопросом (These are yet to be answered).
1. ВВЕДЕНИЕ
Из-за минимального количества данных по малым дозам и низким уровням доз применительно к радиочувствительности человека, компетентным регулирующим органам, типа НКДАР, МАГАТЭ, NCRP и «Национального исследовательского совета» (National Research Council) (BEIR V) пришлось сделать упор на рассмотрение эффектов высоких доз и высоких уровней (мощностей) доз для оставшихся в живых после атомных бомбардировок. Эти организации признали, что малые дозы и низкие уровни доз менее вредны прежде всего благодаря способности клеток, тканей и органов человека к репарации и ввели дозу и фактор эффективности уровня дозы (dose rate effectiveness factor — DDREF).
Вариации радиочувствительности в зависимости от уровня дозы были предметом беспокойства для пациентов с радиотерапией, начавшейся с применения рентгена и радиоизотопов около 1900 г. Диапазон уровня доз применительно к радиотерапии не слишком обширен: он находится в пределах от значений для острого воздействия до приблизительно 10 сГр в час (номинально имеется более низкий предел уровня дозы для брахитерапии путем радиоизотопного включения). Количественная мера, наиболее часто используемая в радиотерапии для характеристики зависимой от уровня дозы радиочувствительности, представляет собой параметр изоэффективной дозы.
Простая линейно-квадратичная (LQ) модель использовалась в течение десятилетий для описания клеточной гибели и мутагенных эффектов при постоянно высокой мощности дозы. Предположение [1], что восстановление клетки от лучевого повреждения должно описываться как снижающаяся от времени экспоненциальная функция, привело к модифицированной зависимости от уровня дозы в модели LQ (LPL), предложенной в [2] и упрощенной версией неполной репарации (LQIR) [3], которая объясняет экспоненциальное восстановление для ОР разрывов хромосом.
Фундаментальный постулат модели LQIR заключается в следующем: все многочисленные разрывные повреждения хромосом, произведенные путем единичного (линейный компонент модели) и многократных (квадратичный компонент) лучевых событий являются нерепарируемыми. Достоинствами модели LQIR является ее простота, обусловленная требованием конкретного знания применительно к свойствам тканей человека только трех параметров в линейно-квадратичной части, T1/2 (среднего полупериода восстановления), а также полупериода клеточной пролиферации применительно к клеточному делению. Применение модели к радиотерапии закончилось точным определением значений этих параметров для множества тканей.
Вопреки модели LQIR, определение временной зависимости воссоединения продемонстрировало тот факт, что и ДР, и множественные повреждения репарируются с высокой эффективностью. В другой работе, при измерении эффекта отсроченного прикрепления клеточных культур после облучения показано, что клеточная гибель уменьшается при отсрочке прикрепления. При этом учитывается предпосылка, согласно которой большие фракции летальных множественных повреждений хромосом репарируются.
Помимо необходимости специфичного понимания репарации множественных разрывов хромосом, имеются и другие явления, которые до конца не поняты, а именно: другой тип репарации клетки и защитный ответ. В частности очевидная защитная реакция [4, 5], которую обычно называют дозо-индуцированной радиорезистентностью. Она заключается в том, что при очень малых дозах некоторые линии клеток143 имеют гиперчувствительность и, затем становятся радиорезистентными только при несколько более высоких дозах. Существует полемика относительно клеточных процессов, обусловливающих указанный эффект [6, 7].
Другой защитный механизм, который может быть, а может и не быть связанным с дозо-индуцированной радиорезистентностью — это адаптивный ответ. Он заключается в том, что если клетки получают малую (адаптирующую) дозу, то приблизительно через 4–5 часов они становятся более резистентными к воздействию большей, повреждающей дозы.
Третий зависимый от уровня дозы параметр — «обратный» эффект от уровня дозы, который интенсивно исследовался, но все еще не ясен. Дозо-индуцированная радиорезистентность как раз и выявляется, как индуцированные конкретной дозой радиорезистентные ответы, а «обратный» эффект рассматривается как ответ, обусловленный уровнем (мощностью) дозы.
В представленной работе мы сообщаем о всестороннем изучении эффектов уровня дозы на клеточную гибель от редкоионизирующей радиации при длительных воздействиях в условиях низких уровней доз. Наша цель состоит в том, чтобы исследовать, как влияют на репаративную способность клеток низкие уровни дозы и обеспечить лучшее понимание клеточной репарации и механизмов радиорезистентности применительно к клеточной гибели (радиотерапия) и к мутагенным и онкогенным трансформациям (радиационная защита). Вначале мы изучили способность модели LQIR точно предсказывать гибель клеток, взяв у других авторов данные по зависимости выживаемости от уровня дозы.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ
В процессе модельного анализа выживаемости 24-х клеточных линий мы идентифицировали два основных класса клеточной радиочувствительности. Известно, что клеточная радиочувствительность находится под влиянием четырех «R»: репарации, репопуляции, (митотической) reassortment144 и реоксигенации. Проанализированные нами работы продемонстрировали отсутствие реоксигенации.
Мы обнаружили, что в 14-ти линиях ответом является «только репарация», и они описываются моделью LQ2, а, при более высоких уровнях дозы — моделью LQIR (то есть, был задействован исаключительно механизм репарации). Вторую группу составили 11 линий, где обнаружены «репарация и перераспределение». В данном случае показаны значительные отличия реальных кривых от теоретических, построенных согласно моделям LQ2 и LQIR, причем не только при низких уровнях дозы, но и при промежуточных значениях указанного параметра. Все же при промежуточных уровнях доз модель LQIR представила удовлетворительное описание, что объясняется митотическим перераспределением. Некоторые из зависимостей еще раньше были идентифицированы, как характеризующиеся «обратным» эффектом от уровня дозы.
5 линий определили как характеризующиеся «репарацией и перераспределением», то есть — обусловленными уровнем дозы изменениями в радиочувствительности («обратный эффект» от мощности дозы).
<...>
ЛИТЕРАТУРА
1. L.G. Lajtha and R. Oliver. Some Radiobiology Considerations m Radiotherapy. Brit J. Radiol. 34. 252-257 (1961).
2. S. Curtis, Lethal and Potentially Lethal Lesions Induced by Radiation - A Unified Repair Model. Radial. Res. 106, 252-270 (1986).
3. H.D. Thames, An "Incomplete-Repair" Model for Survival After Fractionated and Continuous Irradiations Int J Radiat. Biol 47, 319-339 (1985).
4. R. Marples, P. Lambin, K.A. Skov and M.C. Joiner, Low Dose Hyper-Radiosensitivity and Increased Radioresistance m Mammalian Cells, Int. J. Radiat. Biol. 71, 721-735 (1997).
5. B.G. Wouters, A.M. Sy and L.D. Skargard, Low-Dose Hypersensitivity and Increased Radioresistance in a Panel of Human Tumor Cell Lines With Different Radiosensitivities. Radiat. Res. 146, 399-413 (1996).
6. K.H. Chadwick and H.P. Leenhouts, Low-Dose Radiation Sensitivity and a Subpopulation of Sensitive Cells Radiat Res. 149, 523-524 (1998).
7. B.G. Wouters and L.D. Skargard, Response to the Letter to the Editor "Low-Dose Radiation Sensitivity and a Subpopulation of Sensitive Cells" by K.H. Chadwick and H.P. Leenhouts, Radiat. Res. 149, 524-525 (1998)
Испытание на практике основанных на рекомендациях МКРЗ требований по радиационной защите на Тайване
Y.C. Luan, W.L. Chen, W.K. Wang145
* Отдел радиационной защиты NuSTA146, консультант общества NBC; первый (former) менеджер на фабриках радиоактивных отходов и радиационных предприятиях, Институт по исследованию ядерной энергии (INER147), Тайвань
** Консультант по радиационной защите NuSTA, профессор Национального университета Йанг-Мина; глава отдела радиационной защиты при AEC148, Тайвань
*** Президент NuSTA и первый менеджер по переработке топлива; заместитель директора INER, Тайвань
Luan Y.C., Chen W.L., Wang W.K. The experiences in practicing of the radiation protection measures based on ICRP recommendation in Taiwan. In: “The Effects of Low and Very Low Doses of Ionizing Radiation on Human Health”, ed. by WONUC. 2000. Elsevier Science B.V. P. 503–511.
Y.C. Luan, W.L. Chen, W.K. Wang
* Radiation Protection Division head of NuSTA , Consultant of NBC Society and former Project manager on radio-waste plant and irradiation plant of INER.
** Consultant of NuSTA on radiation protection, Professor of the National Yang-Ming University and the former Radiation Protection Divison head of AEC
*** President of NuSTA and former fuel reprocessing manager and deputy director of INER.
От переводчика
Авторами этого уникального по своей исключительности исследования представлены удивительные эпидемиологические данные. Они выходят за рамки не только всего общепринятого, но и того, что вообще можно себе вообразить. Сразу возникают вопросы относительно корректности и полноты приведенных сведений и их конъюнктурности. В связи с этим переводчиком-референтом проведено соответствующее литературное исследование более поздних данных и контрданных по облучению резидентов на Тайване. Результаты его представлены в конце сборника рефератов в виде «Приложения».
РЕЗЮМЕ
С того момента, как 20 лет назад АЭС начали свою коммерческую деятельность на Tайване, строго соблюдались все меры по радиационной защите, основанные на рекомендациях МКРЗ. Индивидуальные и коллективные дозы для работников и населения возле АЭС регламентировались по принципу ALARA («Столь низко, сколь разумно достижимо»), и составляли только несколько процентов от предельной дозы, рекомендуемой МКРЗ. Если радиация, независимо от того, насколько мала доза, вредна для человека, то вред от облучения на АЭС все равно слишком мал по сравнению с неблагоприятными воздействиями от ЕРФ и от других источников облучения, которым людьми подвергаются каждый день. Однако население на Tайване все еще волнуется по поводу лучевого риска и не желает иметь больше АЭС.
На Tайване произошел совершенно уникальный случай, когда часть (или части) источника 60Co оказались впаянными в стальные бруски, использованные при строительстве приблизительно 1700 квартир. Этот инцидент привел к повышению уровня доз в квартирах в десятки и сотни раз больше ЕРФ, а около 10.000 резидентов получили индивидуальные дозы в среднем по 0,33 Зв с максимальным значением в 6,5 Зв за период 10–16 лет [1]. Ежегодные дозы воздействия на резидентов были в десятки и даже в сотни раз выше, чем предельная годовая доза облучения согласно МКРЗ.
Исходя из гипотезы МКРЗ, должны были проявиться явные неблагоприятные эффекты для здоровья резидентов, которые были сильно напуганы и очень волновались. Но, к счастью, не обнаружено никаких неблагоприятных эффектов, а отмечены только благоприятные (или гормезис, согласно Т.Д. Лаки (T.D. Luckey) {86}.
Обнаруженный гормезис был настолько сильно выражен, что создавалось впечатление как бы образования иммунитета против раковых образований и других болезней. Непосредственная смертность от рака у резидентов составила всего 3,4% (три и четыре десятых процента) по сравнению со средним показателем для всего населения Тайваня. Наследственные дефекты и другие заболевания также значительно снизились.
Исходя из опыта радиационной защиты на Tайване можно с уверенностью утверждать, что острое облучение от ядерного оружия или в результате несчастного случая является вредным, но хроническое облучение при использовании в мирных целях ядерной энергии всегда благоприятно, причем подобное воздействие способно повышать устойчивость к раковым образованиям и другим заболеваниям. Работники ядерной отрасли и население не только не должны бояться хронической радиации, но даже приветствовать ее, а рекомендации МКРЗ, безусловно, следует пересмотреть.
1. ЭФФЕКТЫ ОБЛУЧЕНИЯ НА ЗДОРОВЬЕ, ОБНАРУЖЕННЫЕ НА АЭС
Первая единица ядерного реактора начала функционировать в 1978 г. Ныне имеются шесть функционирующих единиц, вырабатывающих приблизительно 30% всего электричества на Tайване, а к 2005 г. будут введены в строй еще две единицы [2]. Начиная с появления АЭС на Tайване, политика радиационной защиты, ее стандарты и меры строго следовали рекомендациям МКРЗ. Ежегодный предел дозы для работников ядерной энергетики составлял 50 мЗв, а для населения — 5 мЗв. Поскольку, как утверждает МКРЗ, любая малая доза радиации вредна и неблагоприятные эффекты могут экстраполироваться до нулевой дозы, люди на Tайване всегда боялись радиации и требовали от властей всячески избегать любого необоснованного облучения.
Принцип ALARA всегда указывает на получение возможно меньшего облучения. Утилизация радиоактивных отходов и дезактивация стали опасными работами, на которые выделен огромный бюджет. Оказалось однако, что уровень индивидуальных доз было легко выдерживать ниже рекомендованных пределов, и 20-ти-летний опыт продемонстрировал, что ежегодная доза, полученная работниками, в среднем составляла около 1,5 мЗв (дозиметрия TLD), а ежегодные дозы для населения в районе АЭС имели средние значения около 0,015 мЗв (на основе детекции в окружающей среде) [3].
Ежегодная коллективная доза, полученная работниками и населением, была около 3,4 человеко-зивертов. Ежегодная коллективная доза, полученная всем населением от ЕРФ и других источников радиации на Tайване, составила около 42.000 человеко-зивертов, то есть, в 10.000 раз больше, чем от АЭС.
Новое измерение радиации в окружающей среде показало, что облучение, получаемое населением от работающих на угле электростанций в сотни раз больше, чем облучение от АЭС. Если радиация, независимо от того, насколько она мала, действительно вредна, то вред от АЭС слишком мал, чтобы сравниться со вредом от ЕРФ и других источников радиации. Даже если бы на Tайване не имелось ни одного ядерного реактора, лучевая опасность для людей все равно бы осталась. Но люди на Tайване всегда боялись радиации от АЭС и всегда были против них. Это неблагоразумно и печально, что они предпочитают иметь угольные электростанции, которые могут производить сильные и вредные химические загрязнения, отражающееся на здоровье, выбрасывать огромное количество двуокиси углерода, ведущего к парниковому эффекту, и даже могут приводить к более сильному облучению населения, чем АЭС.
Рекомендации МКРЗ способны побудить людей получать облучение до определенного предела дозы, но они не помогают уменьшать неблагоприятные эффекты радиации на здоровье. Приводят ли малые дозы и облучение в очень малых дозах, обусловленные работой АЭС, к неблагоприятным для здоровья человека эффектам, также является проблемой, которая определенно не может быть выяснена только на Tайване. Однако на Tайване произошел непредвиденный и необычный случай с загрязнением квартир 60Co, в результате которого населением была получена огромная доза радиации. Этот случай служит кратким доказательством проблемы воздействия относительно малых доз на здоровье. Указанный важный опыт Tайваня и является главным предметом представленной статьи.
2. РАДИОБИОЛОГИЧЕСКИЙ И КЛИНИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ НА ТАЙВАНЕ
До сих пор на людях никогда не было проведено никакого радиобиологического и клинического эксперимента, целью которого было бы изучение вопроса о том, приводит или нет радиация в низких дозах к неблагоприятным эффектам для здоровья человека. В то же время, дебаты среди научного сообщества на данную тему идут в течение десятилетий. Ситуация, когда низкодозовое облучение, полученное от загрязнения квартир 60Co (которое весьма вредно отражается на здоровье), может дать некоторые ответы на указанные выше вопросы, поскольку загрязнение охватило 1700 квартир, причем 10.000 резидентов получили огромную дозу за 10–16 лет. То есть, все было почти так же, как если бы проводился радиобиологический и клинический эксперимент над людьми. Область эксперимента, люди, получившие дозу облучения, дозиметрия и оценка дозы, наконец — анализ эффектов на здоровье у людей описаны ниже.
2.1. Экспериментальный участок
Экспериментальный участок являлся, конечно, квартирами, загрязненными 60Со. Часть (или части) источника 60Со были случайно смешаны с металлическими отходами, расплавленными на заводе, а изготовленные стальные бруски для железобетона использованы при строительстве зданий.
Большинство зданий было разделено на приблизительно 1700 загрязненных квартир жилого фонда и на остальные части, используемые для общественных целей. Первая загрязненная квартира обнаружена в июле 1992 г., затем около сотни — в том же 1992 г., в 1993 г. — снова более сотни. Общее количество составило: в 1995 г. — 896, в 1996 г. — 1206 и в 1997 г. — 1277. Программа обследования большого масштаба была закончена в 1998 г., когда число квартир увеличилось до 1700. Согласно оценке AEC, имеется до 30% неизвестных, пока еще неоткрытых загрязненных квартир [4], так что всего может быть затронуто до 2000 квартир. Большинство квартир расположены в г. Тайбэе149, а другие находятся в его пригородах.