Радиационный риск при облучении в малых дозах ничтожно мал

И.Я.Василенко
ведущий научный сотрудник
Государственного научного центра РФ – Института биофизики,
доктор медицинских наук, профессор, академик РАЕН,
лауреат Государственной премии СССР
О.И.Василенко
профессор Физического факультета
Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова,
доктор физико-математических наук

    Проблема малых доз ионизирующих излучений (ИИ) была и остаётся наиболее сложной, имеющей не только радиобиологическое, но и социально-экономическое значение. Растительные и животные организмы в процессе эволюции жизни на Земле подвергаются постоянному внутреннему и внешнему облучению от естественных источников радиации. Общая доза внешнего и внутреннего облучения человека равна в среднем 1 мЗв/год. В отдельных регионах с повышенным содержанием радионуклидов в Земной коре и на больших высотах доза превышает среднюю в 10 и более раз. О биологическом значении естественного фона Земли существуют противоречивые суждения. Согласно одним воззрениям фоновое облучение вредно, согласно другим оно является необходимым фактором возникновения и эволюции жизни на Земле.
    В результате антропогенного радиоактивного загрязнения повысился радиационный фон Земли, основным источником которого стали испытания ядерного оружия и выбросы предприятий атомной энергетики. Естественно повысились и дозы облучения населения. Широкое использование ИИ в народном хозяйстве, медицине, науке, военном деле потребовало регламентации облучения профессиональных работников и населения. Допустимая доза облучения персонала и населения по мере накопления знаний о биологическом действии ИИ и разработки эффективных мер защиты была снижена с 600 мЗв/год (1946 г) до 20 мЗв/год для персонала и 1 мЗв/год для населения (1996 г) [1].
    Облучение от антропогенных источников ИИ, как и от естественных, носит хронический комбинированный характер – сочетание внешнего и внутреннего облучения от радионуклидов, поступающих в организм преимущественно с продуктами питания [2].
    Дозы облучения населения от техногенных источников, в подавляющем большинстве случаев можно отнести к категории малых. Малыми дозами можно считать дозы в 0,1 Зв и меньше с мощностью дозы 0,1 Зв/год и меньше. По данным НКДАР при ООН (1982 г) дозы общего облучения населения Северного и Южного полушарий за счёт глобальных выпадений радионуклидов при испытаниях ядерного оружия оценены в 4,5 и 3,1 мЗв соответственно, а дозы облучения щитовидной железы в результате поступления в организм ^131-135I составили в Северном полушарии у детей 12,1 мбэр, у взрослых 1,1 мбэр, в Южном полушарии соответственно 1,5 и 0,23 мбэр [3]. Облучение населения в районах локальных выпадений радионуклидов было значительно большим. Так при испытаниях ядерного оружия на Семипалатинском испытательном полигоне (СИП) в отдельных населённых пунктах оно достигало 1-2 Гр [4]. В подавляющем большинстве населённых пунктов дозы были существенно ниже и их можно также отнести к категории малых.
    Какова опасность облучения человека? Критерием опасности считают учащение случаев онкологических заболеваний и генетических нарушений по отношению к их спонтанному уровню. В экономическом плане число их не должно превышать риска их возникновения в благоприятных областях производства. Облучение человека может проявиться в форме детерминированных и стохастических эффектов. Первые возникают после гибели критического числа функциональных клеток в органах и тканях, т.е. для их клинического проявления существует порог. Его клиническое проявление связано с организменными нарушениями в ближайший период после облучения. Тяжесть поражения быстро нарастает с повышением дозы облучения. При этом органы и ткани по своей радиочувствительности существенно различаются (табл.1).
    Детерминированные эффекты достаточно хорошо изучены при эпидемиологических наблюдениях и экспериментальных исследованиях. Острое облучение в дозе 0,25 Гр не приводит к заметным клинически регистрируемым изменениям в организме. При облучении в дозе 0,5-0,75 Гр регистрируют незначительные изменения клеточного состава крови и другие скоро проходящие изменения обмена, иммунитета и др., которые можно оценивать, как реакцию на облучение. Пороговой дозой, вызывающей острую лучевую болезнь (ОЛБ), принято считать 1 Гр и больше. ОЛБ лёгкой, средней и тяжёлой степени развивается при дозах облучения 1-2, 2-4, 4-6 Гр.
    Это было подтверждено наблюдениями за пострадавшим персоналом при аварии на ЧАЭС. Исходя из приведённых данных, есть основания считать, что у ограниченной части населения при испытаниях ядерного оружия на СИП могло развиться в отдельных случаях острое лучевое поражение лёгкой степени, обусловленное локальными выпадениями радионуклидов при первых испытаниях, хотя в то время их никто не регистрировал.
    Эффективность хронического облучения ниже острого и зависит от мощности дозы. По мере снижения мощности дозы эффективность снижается за счёт восстановительных процессов. Для оценки вводится коэффициент эффективности (DDREF) [5], отражающий влияние дозы излучения D и её мощности DR. Значение его разными авторами оценивается в пределах 2-10. Однако прямые обоснования таких величин коэффициента отсутствуют. Считая, что в области малых доз коэффициент риска мало зависит от дозы, выбрали значение DDREF=2.
    Оценка стохастических эффектов, главным образом канцерогенных, в настоящее время базируется на линейной беспороговой концепции (ЛБК). Считают, что ИИ независимо от дозы и мощности дозы являются абсолютно вредным фактором. Облучение в любой дозе, отличной от нуля, связано с риском возможного канцерогенного действия, проявляющегося в отдалённые сроки после облучения. Тяжесть стохастических эффектов таким образом не зависит от дозы. Вероятность их возникновения повышается с дозой, начиная с нуля, достигая даже 100 % с возрастанием дозы, а затем убывает вследствие гибели всё большего числа трансформированных клеток от облучения. Этой концепции придерживаются МКРЗ, НКДАР при ООН и Национальная КРЗ РФ. Прямых доказательств такого подхода к оценке малых доз радиации и низких мощностей доз нет.
    Многие исследователи считают, что и для стохастических эффектов должен существовать порог. Рассмотрим вопрос о пороговости вредного действия ИИ, доказательства/отрицания по данным эпидемиологических наблюдений, экспериментальных исследований и теоретических механизмов действия радиации.
    Среди материалов эпидемиологических наблюдений особое значение имеют наблюдения за пострадавшими при атомных бомбардировках в Японии. По данным многолетних наблюдений заболеваемость у лиц, облучённых в дозах ниже 200 мГр статистически недостоверно отличается от заболеваемости в контрольной группе необлучённых и даже отмечается тенденция к её более низкому уровню. В официальных публикациях НКДАР, основанных на ретроспективных оценках, отмечается, что для общей когорты пострадавших, включая все возрастные группы на момент облучения, нижней границей достоверного повышения риска смерти от рака является доза 200 мГр. При этом не учитываются другие осложняющие вредные агенты и прежде всего сильный эмоциональный стресс не только в момент бомбардировки, но и в последующие сроки. Имеются данные медицинских наблюдений, свидетельствующие о высокой радиочувствительности зародыша/плода. При облучении в дозе 5-20 мГр отмечено возрастание выхода раков у детей до 15 лет. При облучении в детском возрасте в дозе 100 мГр возрастало число раков щитовидной железы. О высокой радиочувствительности щитовидной железы у детей свидетельствуют наблюдения за пострадавшими при аварии на ЧАЭС.
    Резюмируя материалы эпидемиологических наблюдений, укажем, что наличие порога действия радиации отмечают многие авторы по критерию канцерогенного действия, мутагенного действия на уровне хромосом (хромосомные аберрации) и геномном уровне (точковые мутации). Дискутируется лишь сама величина порога. Отмечают более высокую радиочувствительность зародыша/плода и детского организма, что свидетельствует о необходимости дифференцированного подхода к установлению допустимых уровней ИИ для разных возрастных групп.
    Обширные материалы экспериментальных исследований получены на разных видах животных с большим набором дозовых нагрузок, условий облучения и разнообразным набором используемых тестов оценки последствий облучения. Исследования, как правило, характеризуются точностью доз облучения и причин гибели животных. Показано, что лишь при превышении определённого порога наблюдается статистическая достоверность гибели животных. Статистически значимые величины доз выхода разных типов опухолей у разных видов животных существенно различаются. Наиболее низкое значение у самок для раков грудных желёз и яичников – 0,2-0,5 Гр.
    Оценить опасность облучения в малых дозах в условиях действия на организм животных других негативных агентов физической, химической и биологической природы, которые по силе могут превосходить эффект облучения, крайне сложно. Исключить действие этих агентов невозможно. Для статистически значимого установления зависимости при малых дозах требуется для экспериментов огромное количество животных, а при эпидемиологических наблюдениях соответственно людей, что практически невозможно. Для установления дозовой зависимости обычно прибегают к экстраполяции с больших и промежуточных доз на малые. Результаты в значительной мере зависят от выбора математической модели по усмотрению каждого исследователя. Дозовая зависимость обычно аппроксимируется от начала координат, хотя реальное расположение точек часто указывает на наличие порога. При таком подходе завышается риск неблагоприятных исходов облучения, ибо остаётся неясным, будет ли ответная реакция организма на облучение в малых дозах такой же, как и при больших.
    Остановимся на вопросах теоретических механизмов действия радиации. В основу ЛБК действия ИИ положены в первую очередь особенности действия радиации. Поглощение любой дозы ИИ сопровождается процессами ионизации и возбуждения атомов и молекул с последующим образованием биологически активных радикалов. Считают, что даже одна повреждённая клетка может быть источником стохастического эффекта, т.е. возможен моноклоновый характер развития опухоли в условиях нормального функционирования иммунной системы организма.
    Многие исследователи считают, что для стохастических эффектов существует порог. Вредное действие ИИ начинает проявляться после его превышения. Для обоснования концепции выдвигаются не только теоретические соображения, но и материалы эпидемиологических наблюдений и экспериментальных исследований. Приведём некоторые из них:

• есть основания считать, что радиация была одним из физических факторов возникновения жизни на Земле;
• жизнь на Земле продолжает эволюционировать в условиях постоянного воздействия естественного радиационного фона – космических и земных ИИ;
• не произошло накопление генетического груза в растительных и животных организмах, включая человека, не совместимого с их существованием в процессе смены бесчисленного количества поколений;
• на Земле имеются районы (Индия, Бразилия, Китай, Иран, Франция, Кавказ и др.), где естественный радиационный фон в 10 и более раз превышает среднеземной (» 0,1 бэр/год). Многочисленные комплексные медицинские исследования не выявили нарушений в состоянии здоровья местного населения по сравнению с регионами со среднеземным уровнем ЕРФ, в том числе по таким показателям, как уровень онкологической заболеваемости, состояние репродуктивного здоровья и др.
• радиация в больших дозах подавляет репликацию ДНК и пролиферацию клеток. Имеется много данных, полученных в опытах на животных и растениях, что малые дозы стимулируют клеточную пролиферацию (явление гормезиса). Повышается жизненная активность и плодовитость животных, улучшается состояние их здоровья, удлиняется продолжительность жизни, а предпосевное облучение семян повышает урожайность. Явление гормезиса можно связать со снижением эффекта спонтанных повреждений ДНК, действием свободных радикалов, перестройкой клеточных мембран. Вредное действие радиации проявляется лишь после превышения определённого порога, что вписывается в общебиологический закон Арндта-Шульца и правило Парацельса – нет ядов и лекарств, их делают только дозы;
• в организме человека в процессе эволюции выработались мощные системы защиты. Биота адаптировалась к слабому действию ИИ. Выработалась и генетически закрепилась система восстановления и элиминации повреждённых молекул и клеток (репарация повреждений ДНК, мембран, регуляция межклеточных отношений, апоптоз и др.).

    Существует мнение, в основе которого лежат эпидемиологические наблюдения, экспериментальные и теоретические исследования, что радиация в малых дозах при низкой мощности дозы является необходимым фактором жизни на Земле [6,7,8]. Американский учёный Б.Коэн [9] провёл обширные исследования влияния содержания радона (газообразного нуклида) в жилых помещениях на смертность жителей от рака лёгких. Выборка составила около 200 млн. человек (80 % населения США). Концентрация радона в помещениях была от 20 до 250 Бк/м³. Выяснилось, что у жителей с более высокой концентрацией радона в помещениях смертность от рака лёгких была ниже, чем у жителей с более низкой концентрацией. Выводы Коэна подтверждены и другими исследователями [10]. Очевидно, что защита от радона связана со стимуляцией образования соответствующих ферментов репарации ДНК, повреждённых не только радиацией, но и другими вредными агентами, широко распространёнными во внешней среде.
    Заключая отметим, радиационный риск при облучении в малых дозах, если допустить отсутствие порога, настолько мал, что трудно выявить его на фоне спонтанного бластомогенеза. Известно, что около 20 % населения умирает от злокачественных новообразований, т.е. 200 тысяч человек в популяции 1 млн. населения, а генетические нарушения той или иной степени регистрируют у каждого десятого родившегося ребёнка. В табл.2 для сравнения приведены номинальные коэффициенты вероятности стохастических эффектов. При малых дозах облучения удлиняется латентный период образования опухоли, он может превысить естественную продолжительность жизни человека и опухолевый эффект не будет регистрироваться, что может служить основанием введения “практического” порога. Оценивая опасность малых доз ИИ, следует учитывать, что во внешней среде имеется кроме радиации много других вредных агентов физической, химической и биологической природы, многие из которых являются канцерогенами и опасность их воздействия значительно выше опасности малых доз ИИ.

Список литературы

1. Нормы радиационной безопасности НРБ-99. СП. 2.6.1. 758. 99. Минздрав России, 1999, 116 с.
2. И.Я.Василенко. Токсикология продуктов ядерного деления. М.: Медицина. 1999. 200 с.
3. Ионизирующие излучения: источники и биологические эффекты. Доклад на Генеральной Ассамблее ООН за 1988. Т.1, 882 с.
4. Ядерные испытания в СССР. Семипалатинский полигон: обеспечение общей радиационной безопасности ядерных испытаний. Коллектив авторов под рук. В.А.Логачёва. М.: Вторая типография ФУ “Медбиоэкстрем” при Минздраве России, 1997, 319 с.
5. Публикация 60 МКРЗ. Ч.1. Перевод с англ. М.: Энергоатомиздат, 1994.
6. А.М.Кузин. Стимулирующее действие ионизирующих излучений на биологические процессы. М.: 1977.
7. А.М.Кузин. Вторичные биологические излучения – лучи жизни. Пущино, 1997.
8. И.Я.Василенко. Радиация. Источники. Нормирование облучения. Природа, 2001, № 4, С. 10-16.
9. B. Cohen. Health Phys., 1995, V.67, P.157-174.
10. И.Б.Керим-Маркус. Особенности лучевого канцерогенеза у человека при малых дозах и малой мощности дозы. Радиац. биол. Радиоэкология. 1998, Т.38, № 5, С.673-683.

Таблица 1

Дозовые пороги локальных детерминированных эффектов¹

Примечания:

1. облучение острое (о), при беременности (б) и протяжённое (п).
2. порог снижается с возрастом.
3. наблюдали у грызунов.
4. доза за 8-15 недели беременности.
5. доза за 16-25 недели беременности.

Таблица 2

Номинальные коэффициенты вероятности стохастических эффектов [5]

* Для больших доз выход смертельного рака в 2 раза больше.