Последствия воздействий ионизирующих излучений: цитогенетические изменения в лимфоцитах крови человека
На правах рукописи
СНИГИРЕВА ГАЛИНА ПЕТРОВНА
Последствия воздействий ионизирующих излучений:
цитогенетические изменения в лимфоцитах крови человека
03.00.01-03 - радиобиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Москва-2009
Работа выполнена в Российском научном центре рентгенорадиологии «Росмедтехнологий»
Научный консультант:
доктор биологических наук, профессор Шевченко Владимир Андреевич
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор Пелевина Ирина Ивановна доктор биологических наук, профессор Севанькаев Александр Васильевич доктор биологических наук Нугис Владимир Юрьевич
Ведущая организация - Российский научный центр радиологии и хирургических технологий «Росмедтехнологий», г. Санкт-Петербург
Защита состоится «»2009 г. в _ часов на заседании диссертационного совета Д.501.00.65 при Московском Государственном Университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, дом 1, МГУ, корп. 12, Биологический факультет, ауд. 557.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова. Отзывы просим присылать по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, МГУ, биологический факультет. Факс (495) 939-11-
Автореферат разослан «_»_2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук Веселова Т.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Человеку приходится сталкиваться с источниками ионизирующего излучения при самых разных обстоятельствах. Наряду с медицинским облучением населения в диагностических и терапевтических целях, использование радиоактивных источников в различных областях науки, промышленности и медицины не исключает возможности профессионального облучения специалистов. В условиях постоянного повышенного радиационного фона работают космонавты, которые совершают длительные полеты на околоземной орбите.
Применение ядерных технологий с использованием источников ионизирующего излучения в военных и мирных целях могут создавать опасность радиационных аварий, когда в результате радиоактивного загрязнения местности облучению могут подвергаться многочисленные группы людей, а внештатные ситуации на предприятиях атомного комплекса могут приводить к переоблучению персонала. Примерами таких ситуаций являются аварии на ядерном реакторе в Селлафильде в Англии в 1957г., на производственном объединении «Маяк» на Урале в 1957г., на атомной станции Три Майл Айленд в США в 1979г. и Чернобыльской атомной станции в 1986г.
Для того чтобы предсказать тяжесть радиационного поражения организма, вовремя оказать эффективную помощь, а также оценить возможные последствия облучения, необходимо иметь достоверную информацию о полученной дозе ионизирующего излучения. При радиационных авариях, в случаях неконтролируемого облучения данные физической дозиметрии часто бывают ограничены, нуждаются в уточнении или могут полностью отсутствовать. Подобные ситуации имели место при облучении населения в результате ядерных взрывов на Семипалатинском полигоне, сброса радиоактивных отходов в р.Теча в Челябинской области, аварии на Чернобыльской АЭС. В таких случаях особое значение приобретают биологические маркеры радиационного воздействия. На сегодняшний день общепризнанно, что наиболее информативными и чувствительными являются цитогенетические показатели, а именно хромосомные аберрации в лимфоцитах периферической крови (Дубинина, 1977;
Севанькаев, Насонов, 1979;
Пяткин, Нугис, 1981;
Bender et al, 1988;
Tawn, Whitehouse, 2003;
Terzoudi, Pantelias, 2006;
Simon et al., 2007, Obe, 2007).
Принципы цитогенетического метода дозиметрии и индикации радиационного воздействия достаточно убедительно обоснованы во многих отечественных и зарубежных исследованиях, результаты которых послужили основой для выработки рекомендаций ВОЗ, МАГАТЭ и НКДАР ООН по практическому использованию анализа хромосомных аберраций в лимфоцитах крови в качестве тест-системы для количественной оценки мутагенных факторов радиационной природы (WHO, 1976;
IAEA, 1986, 2001;
UNSCEAR, 1986). Информация о «биологической» дозе, полученная с помощью цитогенетических методов, шире, чем ее физическое значение, т.к. она отражает не только результат радиационного воздействия, но и его индивидуальную радиочувствительность, что позволяет более корректно прогнозировать ранние и отдаленные последствия облучения.
Анализ хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови нашел широкое применение при молекулярно-эпидемиологическом обследовании людей, подвергшихся облучению (Brogger et al., Hagmar et al., 1990, 1994;
Brooks, 1999;
Bonassi et al., 2000, 2001, 2002;
Durante et al., 2001;
). Известно, что повреждение генетического аппарата клетки, которое может проявляться на уровне структурных перестроек хромосом в виде симметричных транслокаций, в ряде случаев лежит в основе радиационного канцерогенеза (Rowley, 1998;
Bonassi, 1999;
Mitelman et al., 1997, 2006;
Rossner et al., 2005). Однако к нерешенным вопросам относится роль соматических мутаций в развитии неопухолевой патологии. Повышенный уровень хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови может предшествовать развитию патологических процессов или просто быть индикатором неблагополучия в организме человека. Имеющиеся данные о взаимосвязи хромосомных аберраций с соматическими заболеваниями у лиц, подвергшихся облучению в процессе профессиональной деятельности или в результате проживания на радиационно загрязненных территориях, не являются однозначными и свидетельствуют о необходимости проведения систематических исследований в этом направлении для получения более детальной информации.
В большинстве случаев, при которых люди подвергаются воздействию радиации, как от естественных, так и от техногенных источников, речь идет об облучении в небольших дозах. Поэтому главную озабоченность вызывают последствия радиационного воздействия в малых дозах, особенность биологического действия которых до сих пор является предметом активных дискуссий (Воробцова, 1974, 1991, 2006;
Кузин, 1977, 1991, 1995;
Шевченко, Померанцева, 1985;
Спитковский, 1992;
Бурлакова, 1994;
Пелевина и др., 1996, 2003;
Upton, 2001;
Bonner, 2003;
Morgan, 2003;
Preston, 2003;
Булдаков и Калистратова 2003, 2005;
Enns et al., 2004;
Mothersill, Seymour, 2004 и др.;
Москалев и Зайнуллин, 2004). При этом количественная оценка малых доз, а также возможных последствий облучения остаются проблемами, сталкивающимися с серьезными научными и методическими трудностями. В связи с этим одной из актуальных задач радиационной биологии является разработка чувствительных критериев, с помощью которых можно объективно судить об опасности воздействия радиации, особенно в малых дозах, на организм человека. Естественно, что эта задача может быть успешно решена только на основе данных цитогенетического мониторинга людей, подвергшихся облучению при различных аварийных и чрезвычайных ситуациях.
Цель и задачи исследования Основной целью работы было изучение цитогенетических эффектов облучения в лимфоцитах периферической крови человека и возможность их применения для количественной оценки воздействия ионизирующего излучения и прогноза неблагоприятных медицинских последствий.
Поставленная цель определила решение следующих задач:
1) исследовать спектр и частоту хромосомных аберраций стабильного и нестабильного типов в лимфоцитах периферической крови лиц, подвергшихся облучению при различных ситуациях:
• у профессионалов, подвергшихся радиационному воздействию в процессе производственной деятельности и при внештатных ситуациях;
• у жителей загрязненных радионуклидами территорий;
• у участников ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС;
2) изучить дозовую зависимость частоты хромосомных аберраций при воздействии гамма- и бета-излучения in vitro при разных мощностях дозы и построить калибровочные кривые «доза-эффект»;
3) изучить цитогенетические эффекты разных видов ионизирующего излучения (гамма-, бета- и космическое излучение) и определить их относительную биологическую эффективность;
4) оценить индивидуальные и среднегрупповые дозы радиационного воздействия по частоте хромосомных аберраций стабильного и нестабильного типов в обследованных группах;
5) установить взаимосвязь между заболеваемостью и уровнем цитогенетических повреждений в лимфоцитах периферической крови в группах профессионалов и участников ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС;
На защиту выносятся следующие положения:
1. Цитогенетические повреждения в лимфоцитах периферической крови лиц, подвергшихся облучению в результате аварийных и чрезвычайных ситуаций, являются объективным показателем радиационного воздействия и могут быть использованы для биологической оценки дозы.
2. Хромосомные аберрации нестабильного типа являются чувствительным биологическим маркером, который может быть использован для прогноза неблагоприятных медицинских последствий облучения и формирования групп риска в отношении развития соматической патологии.
Научная новизна работы. Впервые проведено масштабное цитогенетическое обследование людей, которые подвергались облучению преимущественно в низких дозах вследствие радиационных аварий (население, проживающее на загрязненных радионуклидами территориях) и при различных ситуациях (профессионалы, подвергшиеся радиационному воздействию в процессе производственной деятельности и участники ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС).
Впервые представлены результаты многолетнего цитогенетического мониторинга космонавтов, принимавших участие в полетах на станции «Мир» и Международной космической станции (МКС).
Впервые для профессионального облучения проведено сравнение цитогенетической эффективности разных видов ионизирующего излучения (гамма-, бета-, космическое излучение) и определены коэффициенты относительной биологической эффективности (ОБЭ).
Получены калибровочные кривые «доза-эффект» для хромосомных аберраций стабильного и нестабильного типов, позволившие оценить индивидуальные и среднегрупповые дозовые нагрузки в ранние и отдаленные периоды после радиационного воздействия.
Установлена взаимосвязь между цитогенетическими показателями крови и результатами медицинского обследования лиц, подвергшихся радиационному воздействию в процессе профессиональной деятельности и при аварийной ситуации.
Практическое значение работы. Результаты работы используются в практической деятельности Республиканского экспертного совета Российского научного центра рентгенорадиологии по установлению связи заболеваний с предшествовавшим радиационным воздействием (цитогенетическое обследование участников ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС, а также лиц, подвергшихся облучению в результате других аварийных и чрезвычайных ситуаций). По частоте стабильных хромосомных аберраций проводится оценка доз облучения, а результаты цитогенетического обследования являются одним из критериев при формировании групп риска в отношении развития соматической патологии. Полученная информация позволяет более эффективно применять профилактические и лечебные мероприятия, направленные на снижение и возможное предотвращение негативных последствий облучения.
Результаты работы использованы при подготовке методических указаний и методических рекомендаций МЗ РФ, а также пособий для врачей.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на: Международном рабочем совещании «Методы в радиационной цитогенетике», 1991 (Мюнхен, Германия);
Международном совещании «Определение доз у населения после аварии на Чернобыльской АЭС», 1994 (Мюнхен, Германия);
III Международном рабочем совещании «Методология реконструкции доз», 1995 (Брюссель, Бельгия);
Международной конференции «Радиация и здоровье», 1996 (Беэр Шева, Израиль);
Рабочем совещании НАТО, 1997 (Киев);
XII Международном симпозиуме «Человек в космосе», 1997 (Вашингтон, США);
III и V съездах по радиационным исследованиям, 1997, 2006 (Москва);
IV Международной конференции по экологическому образованию, 1998 (Пущино);
XI конференции по космической биологии и авиакосмической медицине, 1998 (Москва);
Международной научной конференции в рамках года России на Украине, 2003 (Одесса);
Международном симпозиуме «Хроническое радиационное воздействие: возможности биологической индикации», 2000 (Челябинск);
Международной конференции «Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях», 2000 (Москва);
Международной конференции «Проблемы радиационной генетики на рубеже веков», 2000 (Москва);
II Международном рабочем совещании «Радиационная безопасность пилотируемых полетов на Марс», (Дубна);
Международных конференциях «Генетические последствия чрезвычайных и радиационных ситуаций», 2002, 2005 (Москва, Дубна);
I и II Международном совещании «Человек и электромагнитные поля», 2003, 2007 (Саров);
II Международной конференции «Современные проблемы генетики, радиобиологии, экологии и эволюции», 2005 (Ереван);
VI Международной научной конференции «Экология человека и природа», 2004 (Плес);
XVII рабочем совещании NASA, (Санкт-Петербург);
VII Международной конференции по применению источников радиации в промышленности, 2008 (Прага, Чехия);
XXXVI Международной конференции Европейского общества по радиационным исследованиям, 2008 (Тур, Франция);
Международной научно-практической конференции «Чернобыльские чтения – 2008». 2008 (Гомель);
Международной конференции «Системы жизнеобеспечения как средство освоения человеком дальнего космоса», (Москва);
научно-практической конференции РНЦРР, 2009 (Москва);
V съезде радиобиологического общества Украины, 2009 (Ужгород).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 137 печатных работ, в том числе: 25 статей в российских и зарубежных журналах из списка ВАК, 29 статей в сборниках и журналах, 5 методических указаний и рекомендаций МЗ РФ и 54 тезиса международных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на стр.
машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы (глава I), описания объектов и методов исследования (глава II), изложения полученных результатов и их обсуждения (главы III, IV, V), выводов и списка литературы. Текст иллюстрирован таблицами и рисунками. Список литературы включает отечественных и зарубежных работ.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дано обоснование актуальности выбранной темы в связи с имеющимися на сегодняшний день исследованиями, посвященными оценке и прогнозу последствий радиационного воздействия в малых дозах на человека.
Сформулированы цели и задачи исследования.
В I главе представлен обзор данных литературы по цитогенетическим показателям крови и их применению для оценки мутагенных факторов окружающей среды, с акцентом на воздействие радиационных факторов. Обсуждается возможность использования анализа хромосомных аберраций в лимфоцитах крови для индикации и количественной оценки радиационного воздействия. Представлен обзор цитогенетических методов, которые применяются в биологической дозиметрии.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Характеристика групп обследования. По отношению к облучению все обследованные в рамках представленной работы люди разделены на две группы.
Первая группа объединяет профессионалов, т.е. лиц, которые постоянно или временно контактируют с источниками ионизирующего излучения в процессе производственной и научной деятельности. Вторая группа включает население, которое подверглось радиационному воздействию в результате различных аварийных ситуаций. В отдельную группу выделены участники ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС (ликвидаторы). Характеристика групп (включая и группы сравнения) представлена в таблице 1.
Цитогенетическое обследование включало анализ нестабильных хромосомных аберраций с применением классического цитогенетического метода и стабильных хромосомных аберраций с применением метода флуоресцентной гибридизации in situ с ДНК-пробами (FISH метод). С помощью классического цитогенетического метода обследовано 2084 человека, с применением FISH метода -191человек.
Методика проведения цитогенетического анализа. Культивирование лимфоцитов периферической крови и приготовление хромосомных препаратов проводили с использованием стандартного протокола (Moorhead et al., 1960, Bauchinger et al., 1998). Культуральная среда RPMI 1640 содержала 15% эмбриональной телячьей сыворотки, 2,5% фитогемагглютинина, 10 мМ 5 бромдезоксиуридина и антибиотики. Инкубацию клеточной культуры проводили при 370С в течение 48 часов.
Препараты метафазных хромосом, предназначенные для анализа нестабильных хромосомных аберраций, окрашивали с использованием технологии «флюоресценция плюс краситель Гимза» (FPG-метод), позволяющей определять долю клеток, находящихся на стадии первого митотического цикла (Apelt et al., 1981). При микроскопировании учитывали все типы хромосомных аберраций, распознаваемые без кариотипирования.
Таблица Характеристика обследованных групп Группы Число Период Возраст, лет обследованных обследования, гг.
Лица, профессионально контактирующие с ионизирующим излучением «гамма»
Сотрудники 108 45 – 85 1998 - группа* РФЯЦ ВНИИЭФ «бета»
79 45 - 84 2003 - (г.Саров) группа** Космонавты 48 29 - 61 1992 - Участники ликвидации последствий аварии на ЧАЭС Ликвидаторы аварии на ЧАЭС 1044 29 - 73 1990 - 1986-89гг.
Ликвидаторы 60 36 - 72 1995 - профессионалы*** Жители территорий, загрязненных радионуклидами вследствие радиационных аварий Жители Брянской области 80 27 - 68 1992 - Жители Алтайского края 226 25 - 75 1992 - Жители Павлодарской обл.
18 55 - 59 Казахстана Жители с. Муслюмово, 116 5 - 78 1993 - Челябинской обл.
Жители окрестности АЭС «Три 29 25 - 75 1994 - Майл Айленд», США Группы сравнения (контрольные группы) Жители Московского региона 114 15 – 69 1990 - Жители г.Сарова 49 45 - 79 1998 - Жители с. Тюменцево 30 45 - 79 1992 - (Алтайский край) Жители Павлодарского района 47 50 - 56 2004 - Казахстана Космонавты до I-го полета 51 26 - 60 1992 - *сотрудники, подвергавшиеся гамма-излучению в процессе профессиональной деятельности;
**сотрудники, контактировавшие с бета-излучением трития и его окиси;
***ликвидаторы, работающие на предприятиях атомной промышленности.
Анализ стабильных хромосомных аберраций проводили с помощью метода окрашивания, основанного на молекулярной гибридизации ДНК зонда с ДНК метафазных хромосом, фиксированными на предметном стекле (in situ) и с последующим использованием флуоресцентной микроскопии для детекции результатов гибридизации (FISH метод). Для анализа использовали коктейль проб:
меченые биотином ДНК-пробы для 1, 4 и 12 хромосом в комбинации с меченой дигоксигенином панцентромерной пробой. Процедуру окрашивания проводили по методу (Pinkel et al.,1986) в модификации (Bauchinger et al., 1993). Для выявления гибридных молекул ДНК применяли иммунохимическое окрашивание препаратов хромосом с использованием FITC-меченого стрептавидина и конъюгированного с биотином антистрептавидина для хромосомных проб и АМСА – меченых антител для панцентромерных проб. Часть препаратов обрабатывали с помощью коммерческих наборов фирмы MetaSystems GmbH, которые включают ДНК зонды, специфичные к 1, 4 и 12 хромосомам человека. При проведении цитогенетического анализа учитывали «полные» (реципрокные, tc) и «неполные»
(нереципрокные, ti) транслокации, инсерции и комплексные хромосомные обмены.
Пересчет частоты обменных аберраций с участием окрашенных хромосом на геномную частоту этих событий проводили по формуле (Lucas et al., 1992).
Статистический анализ результатов исследования проводили с применением параметрических и непараметрических методов, который включал анализ различий и связей (Гланц, 1999;
Савилов и др., 2004;
Реброва, 2006). Для расчетов использовали пакет программ STATISTICA (StatSoft. USA-Russia, версия 6.1). Достоверность статистических гипотез оценивал при пороговом уровне значимости р0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 1. Спонтанный уровень хромосомных повреждений в лимфоцитах крови Для корректной оценки результатов цитогенетического обследования у лиц, подвергшихся радиационному воздействию при различных ситуациях, проведен анализ уровня хромосомных повреждений в группах сравнения, в которые вошли люди, предположительно никогда ранее не подвергавшиеся воздействию ионизирующего излучения (кроме медицинских диагностических исследований).
Нестабильные хромосомные аберрации. Средняя частота хромосомных аберраций в группе жителей Московского региона в 1,5 – 2 раза достоверно ниже аналогичного показателя в других группах сравнения (табл. 2). Повышенный уровень хромосомных аберраций обусловлен, главным образом, аберрациями хроматидного типа и ацентрическими фрагментами. Одной из причин повышенного уровня ацентрических фрагментов может быть хроническое воздействие малых доз ионизирующего излучения с низкой ЛПЭ (Balakrischan, Rao, 1999;
Севанькаев и др., 2005). Аберрации хроматидного типа являются в основном показателем влияния на организм мутагенных факторов химической природы. Повышенный уровень хроматидных аберраций может свидетельствовать о загрязнении окружающей среды мутагенами нерадиационной природы, в том числе различными химическими веществами и пестицидами.
Особого внимания заслуживает частота дицентриков и центрических колец – маркеров радиационного воздействия. По полученным данным, этот показатель имеет наибольшее значение в группе космонавтов, обследованных до первого полета (в раз достоверно выше аналогичного показателя в группе жителей Московского региона). По-видимому, уровень дицентриков и центрических колец в крови космонавтов до полета отражает радиационную нагрузку, полученную за счет рентгенодиагностических исследований, которые неоднократно проводят космонавтам в процессе подготовки к полету. Одной из причин более высокой частоты дицентриков и центрических колец в группе жителей г. Сарова является влияние повышенного радиационного фона в городе, обусловленного деятельностью предприятия атомного комплекса.
Стабильные хромосомные аберрации. Средняя частота транслокаций (FISH метод) с участием окрашенных хромосом, в группе жителей Павлодарского района Казахстана в 2 раза выше аналогичного показателя в группе жителей Московского региона (табл. 2). Такие различия нельзя объяснить только с позиции возраста средний возраст в контрольной группе из Москвы составляет 44 года, а у жителей Казахстана – 55 лет. Скорее всего, повышенный уровень стабильных хромосомных аберраций может быть результатом воздействия на организм мутагенных факторов радиационной и химической природы. Подтверждением данного предположения является наблюдаемый повышенный уровень аберраций хромосомного и хроматидного типов при анализе с помощью классического цитогенетического метода.
В группе космонавтов средняя частота транслокаций также почти в 2 раза выше по сравнению с группой жителей из Московы. Результаты, полученные с помощью FISH метода при обследовании космонавтов, подтверждают возможное влияние радиационного воздействия за счет рентгенодиагностических процедур.
Таким образом, цитогенетическое обследование групп сравнения, показало, что хромосомные аберрации с небольшой частотой встречаются у большинства абсолютно здоровых людей, не подвергавшихся техногенному облучению.
Спонтанный уровень хромосомных аберраций зависит в первую очередь от места проживания, т.е. определяется экологическими условиями. Существенное влияние на уровень хромосомных аберраций могут оказывать рентгенодиагностические исследования, а также производственные и бытовые факторы генотоксического характера, с которыми человеку приходится сталкиваться на протяжении всей жизни.
Достоверных различий по частоте нестабильных хромосомных аберраций в зависимости от пола, возраста и курения не выявлено. В целом, все обследованные группы лиц характеризуются достаточно низкими значениями частот стабильных и нестабильных хромосомных аберраций, которые близки с данными других исследователей.
2. Цитогенетические повреждения в лимфоцитах крови лиц, подвергшихся радиационному воздействию при различных ситуациях 2.1 Профессиональное облучение 2.1.1. Космонавты. Во время космических полетов (КП) космонавты, находясь в экстремальных условиях, постоянно подвергаются воздействию комплекса неблагоприятных для функционирования организма факторов (невесомость, перегрузки, измененный газовый состав, стресс и др.), среди которых следует особо выделить ионизирующее излучение. Контроль уровня облучения во время КП, осуществляемый с помощью физических методов дозиметрии, не всегда позволяет получить полную и объективную информацию о степени опасности космического излучения для организма космонавтов. Это связано с особенностями космического излучения, а также с пролонгированным характером облучения в течение длительного времени.
Пребывание человека в космосе приводит к увеличению частоты хромосомных аберраций - четко прослеживается рост общей частоты хромосомных аберраций, а Таблица Результаты цитогенетического обследования групп сравнения (контрольные группы) Классический цитогенетический метод FISH метод Число Число Частота Частота хромосомных аберраций на 100 кл ± m Группы обследован обследован транслокаций Fp ных (число ных (число на 100 кл ± m ХА диц+ц.к хрмт ф клеток) клеток) Московский 114 (51430) 16 (29043) 0,17±0, 0,66±0,04 0,02±0,01 0,23±0.02 0,41±0, регион Нет г. Саров 49 (51893) 0,92±0,04* 0,08±0,01* 0,32±0,02 0,51±0,03 Нет данных данных Нет с. Тюменцево 36 (9377) 1,07±0,12* 0,03±0,02 0,57±0,09* Нет данных 0,47±0, данных Павлодарский 47 (34940) 1,49±0,06* 0,16±0,02* 46 (50562) 0,34±0,03* 0,88±0,04* 0,88±0,04* р-он, Казахстан Космонавты до 51 (44716) 1,20±0,05* 0,10±0,01* 0,43±0,03* 5 (9710) 0,30±0,02* 0,62±0,04* 1-го полета * - значения, достоверно отличающиеся от аналогичных показателей в группе из Московского региона, p0,05, t-критерий Стьюдента. ХА –все хромосомные аберрации;
диц+ц.к- дицентрики и центрические кольца;
ф - ацентрические фрагменты;
хрмт - хроматидные аберрации, Fp – частота транслокаций с участием только окрашенных хромосом.
также ацентрических фрагментов и маркеров радиационного воздействия– дицентриков и центрических колец с увеличением продолжительности КП.
Если в лимфоцитах крови космонавтов, принимавших участие в краткосрочных полетах (экспедиции посещения, ЭП), частота дицентриков и центрических колец в раза превышает дополетный уровень, то после длительных полетов (основные экспедиции, ЭО) этот показатель выше почти в 4 раза (табл. 3).
Таблица Результаты цитогенетического обследования космонавтов после первого КП Число Частота хромосомных аберраций на 100 кл ± m Группы обследованных ХА диц + ц.к хрмт ф (число клеток) До 1-го 1,20 ± 0,05 0,10 ± 0,01 0,43 ± 0.03 0,62 ± 0, полета (44716) После 1,41 ± 0,09 0,19 ± 0,03* 0,54 ± 0,06 0,60 ± 0, ЭП (17373) После 1,92±0,10* 0,38±0,05* 0,63 ± 0,06* 0,80 ± 0, ЭО (16478) *- значения, достоверно отличающиеся от дополетного уровня, p0,05, t-критерий Стьюдента.
При смене космической станции в 2001 году (переход космонавтов со станции «Мир» на МКС) радиационная нагрузка на космонавтов по данным физической дозиметрии снизилась примерно в 2,5 раза для ЭО и в 3 раза для ЭП. Данные цитогенетического анализа также свидетельствуют о снижении радиационной нагрузки - частота маркеров радиационного воздействия уменьшилась в 1,6 раза как у космонавтов, участвовавших в ЭП, так и у участников ЭО (рис. 1).
Частота диц+ц.к на 100 кл 0, Рис. 1. Средняя 0, частота дицентриков и центрических колец в лимфоцитах крови 0, космонавтов после первого полета на 0 станции «Мир» и До ЭП ЭП ЭО ЭО МКС.
поле та "М ир"М КС "М ир"М КС Одним из дополнительных факторов, оказывающих влияние на уровень хромосомных аберраций, является внекорабельная деятельность космонавтов (ВКД).
Анализ связи частоты хромосомных аберраций с длительностью работы в открытом космосе показал, что у космонавтов, которые находились в открытом космосе 18 и более часов, наблюдается статистически достоверное увеличение частоты дицентриков и центрических колец в лимфоцитах крови (рис. 2).
Частота диц+ц.к на Рис. 2. Влияние 0, продолжительности 100 кл 0,4 работы в открытом космосе на частоту 0, хромосомных аберраций в лимфоцитах крови 0,3 - 6,4 10,0 - 17,8 17,9 - 35,2 космонавтов.
Продолжительность ВКД, ч Большинство обследованных космонавтов участвовали в полетах неоднократно. Длительность межполетных периодов у космонавтов, участвовавших в нескольких полетах, варьировала от 200 до 2000 дней. Это позволило проследить динамику частоты нестабильных аберраций хромосом (дицентриков и центрических колец) в группе космонавтов в послеполетном периоде (рис. 3). Видно, что уже в течение первого года после завершения полета происходит существенное снижение частоты клеток с дицентриками и центрическими кольцами. При этом частота хромосомных аберраций остается повышенной по сравнению с дополетным значением и сохраняется такой на протяжении всего периода наблюдения.
Рис. 3. Послеполетная Частота диц+ц.к на 100 кл 0,4 динамика средней частоты дицентриков и центрических 0,3 колец в лимфоцитах крови космонавтов (I – до первого 0,2 КП;
II- после первого КП: III - через 0,6-1,8 лет, IV – через 0, 1,9-3,1 лет, V – через 3,4-5, лет).
I II III IV V Стабильные хромосомные аберрации. Индивидуальная частота транслокаций для большинства из 12 космонавтов, обследованных FISH методом, превышает контрольный уровень как в дополетном, так и послеполетном периоде.
Причем следует отметить, что только у 3-х космонавтов были отмечены достоверные различия с контролем. Более высокий дополетный уровень транслокаций наблюдался у космонавтов, которые в период обследования участвовали в одном и более КП.
Основываясь на данных физической дозиметрии во время КП, были выделены группы космонавтов. Первую из них составили космонавты, обследованные до первого КП. Во вторую группу вошли космонавты, обследованные после первого и перед вторым КП. Третья группа объединила космонавтов, обследованных после второго и третьего КП. Следует отметить, что во всех трех группах средняя частота транслокаций достоверно превышает контрольный уровень (рис. 4). Для космонавтов, обследованных после второго и третьего КП, наблюдается достоверное, по сравнению с дополетным периодом, увеличение в 1,5 раза средней частоты транслокаций.
Таким образом, результаты цитогенетического обследования космонавтов показали, что КП приводят к увеличению частоты стабильных и нестабильных аберраций хромосом в лимфоцитах периферической крови. Частота дицентриков и Частота транслокаций на 100 кл 1, 1 Рис. 4. Средняя частота транслокаций в лимфоцитах крови космонавтов до и 0, после КП (I-контроль, II - до 1-го КП, III - после 1-го КП, IV - после 2-3-го КП).
I II III IV центрических колец, являющихся маркерами радиационного воздействия, зависит от продолжительности КП и, соответственно, величины накопленной дозы космического излучения. Работа в открытом космосе приводит к дополнительному увеличению частоты цитогенетических нарушений и, следовательно, к увеличению радиационного риска для космонавтов. В межполетном периоде отмечается снижение частоты аберраций хромосом, однако даже через несколько лет после окончания полета в лимфоцитах крови космонавтов сохраняется повышенный уровень хромосомных аберраций.
2.1.2. Цитогенетическое обследование профессионалов г. Сарова. «Гамма»
группа объединяет участников полигонных испытаний ядерных боеприпасов, а также сотрудников Всесоюзного научно-исследовательского института экспериментальной физики (ВНИИЭФ), работавших на исследовательских реакторах. Примерно у половины профессионалов (52%) суммарная доза, накопленная за период работы, не превышала 200 мЗв, остальные имели дозы более 500 мЗв, при этом у 7 из них доза превышала 1000 мЗв. «Бета» группа объединяет сотрудников ВНИИЭФ, которые подвергались воздействию бета-излучения трития и его окиси в процессе производственной деятельности. Суммарные дозы, накопленные за период работы, составили от 20 до 990 мЗв, при этом около 85% специалистов имели суммарные дозы менее 200 мЗв. Стаж работы в радиационно-опасных условиях производства для профессионалов обеих групп составляет в среднем 30 – 40 лет.
Нестабильные хромосомные аберрации. Общая частота хромосомных аберраций, частота ацентрических фрагментов, а также аберраций хроматидного типа в «гамма» и «бета» группах профессионалов примерно в 2 раза достоверно превышает аналогичные показатели в группе сравнения из г. Сарова и в 2,5 раза – в группе сравнения из Московского региона (табл. 4). Что касается маркеров радиационного воздействия – дицентриков и центрических колец, то их частота в «гамма» группе почти в 3 раза выше, а в «бета» группе в 2 раза выше контрольного уровня. Частота ацентрических фрагментов в обеих группах профессионалов превышает в 2 раза аналогичный показатель в группе сравнения из г. Сарова.
Повышенная частота ацентрических фрагментов является результатом хронического воздействия малых доз радиации с низкой ЛПЭ и свидетельствует о пролонгированном характере облучения. Статистический анализ зависимости частоты дицентриков и центрических колец от суммарной дозы радиационного воздействия в «гамма» группе (были исключены курящие члены группы) выявил наличие достоверной корреляции - коэффициент корреляции 0,49 (р=0,003).
Исследование зависимости частоты хромосомных аберраций от накопленной за период работы дозы в «бета» группе показал, что подгруппы с наименьшими ( мЗв) и наибольшими (100 мЗв) значениями доз достоверно отличаются по частоте дицентриков и центрических колец. Частота этих обменных аберраций составила 0, ± 0,02 в первой подгруппе и 0,24 ± 0,04 на 100 клеток во второй подгруппе.
Таблица Результаты цитогенетического обследования профессионалов г. Сарова Число Частота хромосомных аберраций на 100 клеток ± m Группы обследованных ХА диц+ц.к ф" хрмт (число клеток) 1.82 ± 0.04* 0.21 ± 0.01* 0.61 ± 0.02* 0.92 ± 0.03* «гамма»
(104536) «бета» 1,79 ± 0,05* 0,17 ± 0,02* 0,63 ± 0,03* 0,94 ± 0,04* (65557) Контроль 49 0,92 ± 0,04 0,08 ± 0,01 0,32 ± 0,02 0,51 ± 0, (Саров) (51893) 0.66 ± 0.04 0.02 ± 0.01 0.23 ± 0.02 0.41 ± 0. Контроль (Москва) (51430) *- значения, достоверно отличающиеся от аналогичных показателей в группах сравнения, p0,05, t-критерий Стьюдента.
Стабильные хромосомные аберрации. С помощью FISH метода обследовано17 человек из «гамма» группы и 20 человек из «бета» группы (табл. 5).
Средняя частота транслокаций для трех пар хромосом (Fp ) в «гамма» группе превысила аналогичный показатель в группе сравнения в 3,5 раза, а в «бета» группе в 4 раза.
Интересным фактом является обнаружение инсерций у 12 человек из «бета»
группы. При этом не выявлено зависимости уровня инсерций от поглощенной дозы, оцененной физическими методами дозиметрии. При цитогенетическом обследовании профессионалов «гамма» группы было обнаружено только две инсерции у одного пациента, который подвергся смешанному гамма-нейтронному облучению в дозе мЗв. Предполагают (Brenner, Sachs, 1994), что при воздействии плотноионизирующего излучения с высокой ЛПЭ может возникать больше внутрихромосомных аберраций по сравнению с редкоионизирующим излучением с низкой ЛПЭ. Особенность излучений с высокой ЛПЭ индуцировать внутрихромосомные обмены (инсерции) легла в основу метода биоиндикации плотноионизирующих излучений (Griffin et al., 1995;
Anderson et al., 2000, 2003;
Barquinero et al., 2004). По мнению авторов, способность инсерций беспрепятственно переходить в последующее поколение клеток позволяет использовать этот тип хромосомных нарушений в качестве маркера хронического воздействия альфа излучения. В этом свете факт обнаружения инсерций в лимфоцитах крови профессионалов, подвергавшихся длительному воздействию бета-излучения трития, заслуживает особого внимания. Учитывая, что средняя плотность ионизации бета частиц трития, равная 4,7 КэВ/мкм, значительно превосходит соответствующие значения для рентгеновского излучения с энергией 200 КэВ (1,7 КэВ/мкм) и гамма излучения 60Со (0,22 КэВ/мкм) (ICRU Report 16, 1970;
Кеирим-Маркус, 1980), нет оснований считать выявленный факт случайным. Дополнительным свидетельством, подтверждающим образование большого числа внутрихромосомных обменов при воздействии излучения с высокой ЛПЭ, является обнаружение в крови профессионалов из «бета» группы клеток с комплексными хромосомными перестройками, частота которых составляет 0,08 на 100 клеток. Как известно, такие клетки с большей вероятностью и частотой встречаются при воздействии плотноионизирующих излучений (Tawn et al., 2006).
Таблица Результаты цитогенетического анализа в группах профессионалов г. Сарова (FISH метод) Группы Число Частота Частота Частота клеток обследованных транслокаций инсерций Fр с (число клеток) Fpна 100 на 100 кл.±m комплексными кл.±m аберрациям Fр на 100 кл.±m «гамма» 17 (15561) 0,59±0,06* 0,01±0,01 0,01±0, «бета» 20 (46549) 0,67±0,09* 0,03±0,01 0,08±0, Контроль 16 (29043) 0,17±0,03 - *- значения, достоверно отличающиеся от аналогичных показателей в группах сравнения, p0,05, t-критерий Стьюдента.
Транслокации, являясь стабильными хромосомными аберрациями, обладают способностью беспрепятственно проходить клеточное деление, и, естественно, накапливаться в течение жизни, отражая влияние генотоксических факторов на организм человека, т.е. они должны коррелировать с накопленной за период профессиональной деятельности дозой ионизирующего излучения. Статистический анализ выявил достоверную связь частоты транслокаций у профессионалов «гамма»
группы и накопленной за период работы дозы ионизирующего излучения коэффициент корреляции составил 0,50 (р=0,04). В тоже время каких-либо значимых закономерностей вплоть до дозы 500 мЗв в «гамма» группе не выявлено. Заметное, более чем пятикратное, превышение контрольного уровня наблюдалось только у двух профессионалов с накопленными дозами бета-излучения 645 и 994 мЗв. Учитывая, что нижний предел чувствительности FISH метода составляет около 250 мЗв (IAEA, 2001), полученные данные вполне объяснимы, т.к. большинство профессионалов данной группы (85%) имели накопленные дозы, не превышающие 200 мЗв.
Таким образом, представленные результаты цитогенетического обследования профессионалов г. Сарова, подвергавшихся длительному воздействию гамма- и бета излучения, позволяют заключить, что в отдаленные сроки, через 50 и более лет после начала работы в радиационно-опасных условиях производства, средняя частота хромосомных аберраций стабильного и нестабильного типов достоверно превышает контрольный уровень. При этом частота маркеров радиационного воздействия – дицентриков и центрических колец - в 2-3 раза превышает аналогичный показатель в группе сравнения и коррелирует с величиной дозы ионизирующего излучения, накопленной за период профессиональной деятельности. Частота стабильных хромосомных аберраций – транслокаций превышает уровень дицентриков и центрических колец и также коррелирует с величиной накопленной дозы. В группе профессионалов, подвергшихся воздействию бета-излучения трития, выявлен повышенный уровень инсерций, что может служить индикатором хронического воздействия ионизирующего излучения с высокой ЛПЭ.
2.2. Население, подвергшееся радиационному воздействию в результате аварийных и чрезвычайных ситуаций и проживающее на территориях, загрязненных радионуклидами Радиоактивное загрязнение окружающей среды в результате испытания ядерного оружия, а также аварий на атомных станциях и предприятиях атомной промышленности обусловило облучение значительных контингентов населения как в малых, так и, в отдельных случаях, в относительно высоких дозах. Для людей, проживающих на загрязненных радионуклидами территориях, характерно длительное комбинированное воздействие внешнего и внутреннего излучения в сочетании с нерадиационными факторами. Следует подчеркнуть, что из-за неоднородности загрязнения и разного радионуклидного состава выпавших осадков, а также широкого диапазона биогеохимических характеристик местности, цитогенетическое обследование населения с целью оценки повреждающего действия радиации имеет особую актуальность.
2.2.1. Жители Алтайского края и Казахстана, подвергшиеся облучению в результате ядерных взрывов на Семипалатинском полигоне.
Нестабильные хромосомные аберрации. Спустя 40-45 лет после первого ядерного взрыва на Семипалатинском полигоне в 1949г. у жителей всех обследованных населенных пунктов Алтайского края (Угловское, Лаптев Лог, Топольное, Зеленая Дубрава, Беленькое и Наумовка), за исключением с. Озерное Кузнецово, выявлена повышенная частота нестабильных аберраций хромосом, в первую очередь, дицентриков и центрических колец (рис. 5).
Установлена достоверная связь (коэффициент корреляции 0,70, р0,05) частоты клеток с дицентриками и центрическими кольцами в группе жителей Алтайского края с величиной средней эффективной дозы.
0, Частота диц+ц.к на 100 кл Рис. 5. Средняя частота 0, дицентриков и центрических 0, колец в лимфоцитах крови 0,4 жителей Алтайского края (1 Тюменцево, 2 - Озерное 0, Кузнецово;
3 - Зеленая Дубрава;
0, 4 – Беленькое;
5 – Топольное;
0,1 – Наумовка;
7 – Лаптев Лог;
8 – Угловское).
1 2 3 4 5 6 7 Стабильные хромосомные аберрации. Средние значения частоты транслокаций, измеренные FISH методом, для жителей трех наиболее пострадавших населенных пунктов Алтайского края достоверно превышают контрольный уровень (р0,05) – в 2,4 раза для жителей с.Лаптев Лог и с.Топольное и в 3,3 раза для жителей с.Беленькое (рис. 6).
Частота транслокаций на 2, Рис. 6. Средняя частота 1, 100 кл транслокаций (FISH метод).
1 у жителей населенных пунктов Алтайского края (I 0, контроль, II- Лаптев Лог, III Беленькое, IV - Топольное).
I II III IV Примерно 80% дозы внешнего облучения пришлось на взрыв 1949 года, поэтому люди, родившиеся до 1949 года, получили наибольшую дозовую нагрузку.
Так, в группу обследованных жителей с.Лаптев Лог вошли люди, родившиеся до г. и позже. Средняя частота транслокаций для людей, родившихся до 1949 года, более чем в 5 раз превышает аналогичный показатель в группе сравнения (р0,05, t критерий Стьюдента). Показано также, что для жителей, родившихся после 1949 г., частота стабильных хромосомных аберраций не отличается от контрольного уровня (рис. 7).
Частота транслокаций 2,5 Рис.7. Средняя частота транслокаций (FISH метод) у на 100 кл жителей с. Лаптев Лог 1, Алтайского края (I – рожденные до 1949 г.;
II – рожденные после 0, 1949 г.) Контроль I II Цитогенетическое обследование, проведенное в четырех населенных пунктах Казахстана (Долонь, Знаменка, Караул, Кайнар) FISH методом показало, что средняя частота транслокаций у жителей всех населенных пунктов достоверно превышает контрольный уровень (группа сравнения из Павлодарского района).
Наибольшая частота стабильных хромосомных аберраций зарегистрирована у жителей пос. Долонь (в 2,2 раза выше, чем в группе сравнения), для которых была определена с помощью расчетных методов дозиметрии и наибольшая средняя эффективная доза – 670 мЗв (рис. 8).
Рис. 8. Средняя 3 частота транслокаций Частота транслокаций на 100 кл (FISH метод) у 2,5 жителей населенных пунктов Казахстана (I - контрольная группа из Павлодарского 1, района;
II - Долонь;
.
III – Знаменка;
IV Караул;
V - Кайнар;
VI - вся 0, обследованная группа) I II III IV V VI 2.2.2. Жители с. Муслюмово, расположенного на берегах реки Теча в Челябинской области. В конце сороковых годов на Южном Урале создано производственное объединение (ПО) «Маяк», задачей которого было получение оружейного плутония и переработка радиоактивных продуктов. Процесс интенсификации производства плутония на предприятии в 1948-55 гг., а также отсутствие надежных технологий переработки и хранения радиоактивных отходов привели к тому, что с 1949 г. часть сточных вод, содержащих радиоактивные вещества, сбрасывалась в открытые водоемы бассейна реки Теча. Это привело к значительному радиоактивному загрязнению речной системы Теча-Исеть-Тобол и облучению жителей прибрежных населенных пунктов. Среди не выселенных сел наиболее серьезная радиационная обстановка в период проведения цитогенетического обследования (1993-1994 гг.) сохранялась в с. Муслюмово, находящемся в 78 км от ПО «Маяк».
0,5 Рис. 9. Средняя частота дицентриков и центрических колец у жителей с.
0, Муслюмово (I –контрольная группа;
Частота диц+ц.к на 100 кл 0, II - жители, родившиеся до 1949 г.
0,35 (начало загрязнения реки Теча) и проживающие в с.Муслюмово 0, постоянно;
III - жители, родившиеся в 0, период с 1949 по 1956 гг.(период, 0,2 характеризующийся наиболее высоким уровнем загрязнения реки 0, Теча);
IV - жители, родившиеся после 0, 1957 г;
V- мигранты, т.е. люди, 0,05 приехавшие в с.Муслюмово в разное время, в том числе эвакуированные из деревень, подвергшихся I II III IV V радиоактивному загрязнению) Нестабильные хромосомные аберрации. В соответствии с задачами исследования все жители были разделены на группы (рис. 9). Средняя частота маркеров радиационного воздействия во всех группах значительно превышает контрольный показатель (в 5-10 раз), что может свидетельствовать о продолжающемся облучении. Наиболее высокая частота дицентриков и центрических колец отмечена в первой и второй группах, т.е. у жителей, подвергшихся облучению в первые годы функционирования ПО «Маяк».
Стабильные хромосомные аберрации. Статистически достоверное превышение в 4 раза средней частоты транслокаций по сравнению с группой сравнения (2,24 и 0,54 на 100 клеток соответственно) было зарегистрировано при цитогенетическом обследовании с помощью FISH метода у 6 жителей с. Муслюмово.
2.2.3. Жители Брянской области, проживающие на территории, загрязненной радионуклидами в результате аварии на Чернобыльской АЭС.
Среди радиационных аварий, приведших к загрязнению окружающей среды, самой значительной по количеству выброшенных радионуклидов, по площади загрязненных территорий, а также по числу пострадавших является авария на Чернобыльской АЭС.
Нестабильные хромосомные аберрации. Цитогенетическое обследование жителей Брянской области, проживающих в районах, загрязненных радионуклидами, выявило повышенный уровень хромосомных аберраций - общая частота хромосомных аберраций в 2 раза превышает аналогичный показатель в группе сравнения, а частота дицентриков и центрических колец в 5 раз выше по сравнению с контрольным уровнем.
2.2.4. Население, проживающее в окрестности атомной электростанции Три Майл Айленд (США). 28 марта 1979 г. на атомной станции Три Майл Айланд (ТМА), (Пенсильвания, США), на блоке N2 произошла авария. Согласно официальным данным, изложенным в докладе Комиссии по ядерному регулированию США в 1980 г. (Nakao, 1980) никаких последствий от этой аварии на население, флору и фауну не ожидается. Однако, расчеты специалистов о масштабах возможных выбросов радиоактивных инертных газов, обнаружение в окружающей среде радиоактивного йода, а также научные публикации о наблюдаемых радиационных эффектах при обследовании деревьев и животных до сих пор не позволяют однозначно оценить масштабы и последствия этой аварии (NUREG-0738 EPA 600/4 80-049, 1980) Нестабильные хромосомные аберрации. Цитогенетическое обследование жителей окрестности АЭС ТМА показало, что на фоне относительно нормального общего уровня хромосомных аберраций наблюдается значительное увеличение частоты маркеров радиационного воздействия - дицентриков и центрических колец (рис. 10). Этот показатель в 10 раз превышает аналогичный показатель в группе сравнения из Московского региона. Так как не представлялось возможным получить данные по спонтанному уровню хромосомных аберраций для жителей того же региона, где проводилось обследование, то данные цитогенетического анализа сравнивали с контрольными значениями, полученными при обследовании жителей с.
Тюменцево, г. Сарова и Павлодарского района Казахстана. В этом случае также наблюдали достоверное превышение частоты дицентриков и центрических колец в группе жителей окрестности атомной станции ТМА (соответственно в 3, 2,5 и 1, раз).
Рис. 10. Средняя частота 0,3 дицентриков и Частота диц+ц.к на 100 кл центрических колец в 0, группе жителей окрестности АЭС ТМА 0, и группах сравнения (I 0, Московский регион, II с. Тюменцево;
III - г.
0, Саров;
IV 0,05 Павлодарский район;
V окрестности АЭС ТМА, США) I II III IV V Стабильные хромосомные аберраций. Для 6 жителей из обследованной группы был проведен анализ частоты стабильных хромосомных аберраций, который показал, что средняя частота транслокаций в пересчете на весь геном достоверно превышает аналогичный показатель для группы сравнения из Московского региона почти в 3 раза (1,49 и 0,54 на 100 клеток соответственно).
Таким образом, анализ результатов цитогенетического обследования населения, пострадавшего вследствие радиационных аварий, позволяет заключить, что повышенный уровень хромосомных аберраций стабильного и нестабильного типов, выявленный спустя десятилетия после облучения, свидетельствует о продолжающемся мутагенном воздействии на организм человека факторов радиационной природы.
2.3. Участники ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС Ликвидаторы являются наиболее облученной и многочисленной категорией населения, пострадавшего в результате аварии на Чернобыльской АЭС. При выполнении работ в зоне аварии они подвергались, в основном, воздействию внешнего гамма-излучения с разной мощностью дозы, в меньшей степени воздействию внешнего бета-излучения на кожные покровы, а также внутреннему облучению за счет ингаляции изотопов йода. Дозы радиационного воздействия, полученные ликвидаторами, особенно в первые месяцы после аварии, были определены с высокой степенью неопределенности. Погрешность в оценке доз, по данным специалистов, могла составлять в зависимости от использованного метода от 50 до 500 % (Иванов В.К., Цыб, Иванов С.И., 1992).
Нестабильные хромосомные аберрации. При анализе результатов цитогенетического обследования из всей базы ликвидаторов были сформированы группы – в зависимости от времени первого въезда в зону аварии – с 1986 по 1989 гг.
(табл. 6). Такое разделение соответствовало радиационной обстановке, которая существенно изменялась в Чернобыле в указанные периоды. Наиболее сложной и опасной радиационная обстановка была в 1986 г. в период сооружения «Саркофага».
По всем цитогенетическим показателям (исключение составляет частота дицентриков и центрических колец в группе ликвидаторов 1989 г.) были выявлены статистически значимые различия между группой сравнения и всеми группами ликвидаторов, независимо от времени первого въезда в зону аварии. Общая частота хромосомных аберраций, а также частота ацентрических фрагментов и аберраций Таблица Результаты цитогенетического обследования ликвидаторов, принимавших участие в восстановительных работах в разные годы после аварии.
Частота хромосомных аберраций на 100 клеток ± m Число Время обследованных работы, год ХА диц.+ц.к ф" хрмт (число клеток) 1986 788 (304883) 1,81±0,02* 0,11±0,01* 0,62±0,01* 1,00±0,02* из них:
однократно 692 (269015) 1,77±0,03 0,11±0,01 0,60±0,01 0,98±0, многократно 96 (35868) 2,10±0,08 0,14±0,02 0,73±0,05 1,17±0, 1987 205 (70107) 1,63±0,05* 0,09±0,01* 0,54±0,03* 0,93±0,04* 1988 41 (13657) 1,35±0,10* 0,07±0,02* 0,44±0,06* 0,80±0,08* 1989 10 (2935) 2,35±0,28* 0,07±0,05 0,48±0,13* 1,70±0,24* Контроль 114 (51430) 0,66±0,04 0,02±0,01 0,23±0,02 0,41±0, (Москва) *- значения, достоверно отличающиеся от аналогичных показателей в группе сравнения, p0,05, t-критерий Стьюдента.
хроматидного типа примерно в 2–3 раза превышает аналогичные показатели в контрольной группе. Частота дицентриков и центрических колец имеет наибольшие значения в группе ликвидаторов, работавших в 1986 году - примерно в 5 раз выше по сравнению с контролем. В группах ликвидаторов, работавших в последующие годы, наблюдается постепенное снижение уровня цитогенетических показателей.
В обследованной группе только у 60% ликвидаторов имелись официальные данные о дозе облучения. Статистический анализ не выявил достоверных различий по частоте дицентриков и центрических колец между группами с разными значениями средних доз (рис. 11).
Частота диц+ц.к на 0,2 Рисунок 11. Средняя 100 кл частота дицентриков и центрических колец в 0, группах ликвидаторов с разными значениями доз по документам.
0-49 50-99 100- 150- 149 Диапазон доз, мЗв Среди ликвидаторов 1986 г. 692 человека работали в зоне аварии однократно, а 96 человек приезжали на работу несколько раз в течение 3–4 лет (табл. 6). В группе ликвидаторов, работавших в Чернобыле многократно, частота всех цитогенетических показателей была выше. Получены статистически значимые различия между группами по общей частоте хромосомных аберраций, частоте ацентрических фрагментов и частоте хроматидных аберраций.
В отдельную группу выделены 60 ликвидаторов, которые работали на предприятиях атомной промышленности, являясь специалистами в области радиационной физики, радиохимии, дозиметрии, и которые подвергались радиационному воздействию в процессе профессиональной деятельности. Средняя частота дицентриков и центрических колец в этой группе в 1,5 раза достоверно выше аналогичного показателя в группе ликвидаторов, работавших в зоне аварии в наиболее опасное время - в 1986 году.
При анализе результатов цитогенетического мониторинга ликвидаторов, работавших в 1986 г., полученные данные были объединены в 4 группы - по времени проведения цитогенетического анализа – через 4–5 лет (I группа) после аварии, 6– лет (II группа), 11–15 лет (III группа) и 15–20 лет (IV группа) (рис. 12).
0,2 2 контроль 1990-91 1992-96 1997- 1, 0, 0, контроль 1990-91 1992-96 1997-01 2002- контроль 1990-91 1992-96 1997-01 2002- а б 1, 12. Средняя частота хромосомных аберраций в группе ликвидаторов года в разные сроки обследования (а– 0, частота дицентриков и центрических колец на 100 клеток;
б – частота 0, ацентрических фрагментов на клеток;
в – частота хроматидных аберраций на 100 клеток) контроль1990-91 1992-96 1997-01 2002- в На протяжении всего периода обследования, начиная с1990 года и вплоть до 2007 года, частота всех типов хромосомных аберраций оставалась достоверно более высокой по сравнению с контрольными значениями.
Необходимо подчеркнуть, что не было выявлено достоверных различий по частоте клеток с дицентриками и центрическими кольцами в зависимости от сроков проведения цитогенетического обследования. При этом частота ацентрических фрагментов и аберраций хроматидного типа снизилась со временем. В группах ликвидаторов, обследованных через 11–15 лет и 16–20 лет (III и IV группы), средняя частота этих показателей примерно в 2 раза ниже по сравнению с группами ликвидаторов, обследованных в более ранние периоды (I и II группы).
Стабильные хромосомные аберрации. Цитогенетический анализ, проведенный с помощью FISH метода, показал, что средняя частота транслокаций в группе ликвидаторов превышает контрольный уровень в 2,2 раза (табл. 7). ликвидаторов работали в Чернобыле периодически в течение 1986-1995 гг., т.е.
подвергались длительному фракционированному облучению. Частота транслокаций в этой группе в 3,3 раза выше, чем в контрольной группе и в 2 раза превышает аналогичный показатель для группы ликвидаторов, которые работали в Чернобыле только в 1986 г.
Среди обследованных FISH методом ликвидаторов у 34 человек имелись официальные сведения о дозе облучения. Статистический анализ не выявил значимой корреляции частоты транслокаций с накопленной (по документам) за время работы в Чернобыле дозой ионизирующего излучения (коэффициент корреляции составил 0, при p=0,65).
Таблица Средняя частота транслокаций у ликвидаторов Чернобыльской аварии (FISH метод) Группы Число Доза по Частота обследованных документам ± m, транслокаций FG ± m на100 кл (число клеток) мЗв Все ликвидаторы 52 (44283) 251±42 1,21±0,16* Ликвидаторы 35 (27767) 200±20 0,86±0,13*а 1986г.
Ликвидаторы 17 (15516) 380±46 1,81±0,34* 1986-1995гг.
Контроль 0,17 ± 0, 16 (29043) (Москва) * - значения, достоверно отличающиеся от аналогичных показателей в группе сравнения, p0,05, t-критерий Стьюдента;
a - значения, достоверно отличающиеся от аналогичных показателей в группе ликвидаторов, работавших в Чернобыле в 1986-1995 гг., р0,05, t- критерий Стьюдента.
Таким образом, подводя итоги многолетнего изучения цитогенетических эффектов у участников ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, необходимо отметить, что на протяжении всего периода наблюдения средняя частота хромосомных аберраций в группах ликвидаторов, работавших в зоне аварии в 1986 – 1989 гг., превышает контрольный уровень. Со временем после облучения наблюдается постепенное снижение частоты ацентрических фрагментов и аберраций хроматидного типа. При этом частота дицентриков и центрических колец – маркеров радиационного воздействия - фактически не изменяется и превышает аналогичный показатель в контрольной группе в 3,5 – 5 раз в зависимости от сроков работы и длительности нахождения в зоне аварии. Частота транслокаций, исследованная с помощью FISH метода, также превышает контрольный уровень (в 1,5 – 3 раза) и зависит от продолжительности работы в зоне аварии.
Не обнаружено связи частоты дицентриков и центрических колец, а также частоты транслокаций с величиной дозы, официально зарегистрированной в документах ликвидаторов.
Результаты цитогенетического обследования свидетельствуют, что более надежными показателями при анализе последствий облучения ликвидаторов являются дата въезда в зону радиоактивного загрязнения или, иными словами, год работы в Чернобыле и продолжительность проведения восстановительных работ.
3. Применение цитогенетических показателей крови для биологической индикации и дозиметрии ионизирующего излучения 3.1. Анализ зависимостей «доза-эффект» при воздействии гамма- и бета излучения и построение калибровочных кривых для частоты дицентриков и транслокаций 3.1.1. Гамма-излучение. Зависимость «доза-эффект» для гамма-излучения 60Co исследована при двух режимах облучения образцов крови – при мощности дозы 0, Гр/мин и 0,47 Гр/мин. Для построения калибровочной кривой выбраны дозы в диапазоне от 0 до 4 Гр.
С целью построения максимально адекватной калибровочной кривой «доза эффект» проанализированы результаты цитогенетического исследования для пяти (облучение с мощностью дозы 0,1 Гр/мин) и трех (облучение с мощностью дозы 0, Гр/мин) доноров. При обоих режимах облучения данные, полученные для разных доноров, после предварительной проверки на однородность были объединены. Всего проанализировано 55007 метафаз, т.е. около 5000 клеток на каждую точку кривой при облучении образцов крови с мощностью дозы 0,1 Гр/мин и 10510 метафаз, т.е. около 1500 клеток на каждую точку кривой при облучении образцов крови с мощностью дозы 0,47 Гр/мин.
Регрессионные уравнения, описывающие дозовую зависимость, вычислены с помощью метода наименьших квадратов с весами, величины которых обратно пропорциональны дисперсиям частот хромосомных аберраций. Установлено, что наиболее значимым для оценки дозы показателем является частота дицентриков и центрических колец (р=6 10-14 при облучении с мощностью дозы 0,1 Гр/мин и р= 10-11 при облучении с мощность дозы 0,47 Гр/мин). Дозовые зависимости для этого показателя лучше всего описываются линейно-квадратичным уравнением. Сравнение двух дозовых зависимостей, полученных при разных режимах облучения образцов крови, не выявило существенных различий (рис. 13). Значения линейных и линейно квадратичных коэффициентов практически не отличаются или отличаются в пределах ошибки (р0,05).
Таким образом, результаты экспериментального исследования позволяют констатировать, что мощность дозы в исследуемом диапазоне не оказывает влияния на частоту хромосомных аберраций.
В дальнейшем для реконструкции доз по частоте дицентриков применяли калибровочные кривые «доза-эффект», полученные при облучении образцов крови гамма-излучением с мощностью дозы 0,1 Гр/мин. Соответствующая регрессионная зависимость, имеет вид:
y = 0,1 + 1,5 D +6,3 D2, где y - частота аберраций на 100 клеток, D - доза облучения. Значимость модели:
р=610-14.
1, Частота диц+ц.к на кл 0, 0, 0, 0, Мощность дозы 0,1 Гр/мин 0 Мощность дозы 0,47 Гр/мин 0 1 2 3 Доза, Гр Рис. 13. Зависимость «доза-эффект» для частоты дицентриков и центрических колец при двух режимах облучения.
Дозовая зависимость для частоты стабильных хромосомных аберраций транслокаций при облучении образцов крови гамма-излучением с мощностью дозы 0,1 Гр/мин получена с помощью FISH метода. Всего проанализировано метафаз, т.е. в среднем 2636 метафаз на каждую точку кривой. При построении калибровочной кривой учитывали суммарное значение реципрокных и нереципрокных транслокаций. Соответствующая регрессионная зависимость имеет вид:
y = 0,24 + 0,70 D +0,14 D2, где y - частота транслокаций с участием хромосом 1, 4 и 12 на 100 клеток, D - доза облучения. Значимость модели: р=6,3х10-4.
Известно, что клетки с нестабильными хромосомными аберрациями (дицентриками и центрическими кольцами) постепенно элиминируют из циркулирующей крови в силу особенностей структурной организации, что и является основной причиной, не позволяющей использовать их для ретроспективной дозиметрии. При анализе стабильных хромосомных аберраций – транслокаций, с увеличением дозы радиационного воздействия повышается вероятность появления клеток, содержащих как стабильные, так и нестабильные хромосомные аберрации.
Элиминация таких клеток в пострадиационном периоде может привести к тому, что доза, рассчитанная по частоте транслокаций, будет недооценена. Поэтому очень важно иметь достоверную информацию том, в каком диапазоне доз можно применять анализ стабильных хромосомных аберраций для ретроспективной дозиметрии, не вводя поправку на снижение частоты нестабильных клеток, в которых могут содержаться транслокации. Анализ частоты клеток только со стабильными хромосомными аберрациями показал, что только в диапазоне доз до 2 Гр можно проводить ретроспективную оценку уровня облучения по частоте транслокаций, не учитывая процессы элиминации (рис. 14).
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, Ч ц к и й н л р о а т с 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7, Доза, Гр для транслокаций во всех клетках для транслокаций в стабильных клетках Рис. 14. Зависимость «доза-эффект» для частоты транслокаций.
Анализ частоты дицентриков и центрических колец, проведенный с помощью FISH метода после облучения образцов крови гамма-излучением (мощность дозы 0, Гр/мин) показал, что зависимость «доза-эффект» очень близка к полученной при применении классического цитогенетического метода (рис. 15). Различия между показателями статистически недостоверны. Этот, несомненно, важный результат является подтверждением корректности формулы, предложенной (Lucas et al., 1993) для пересчета частоты транслокаций с участием окрашенных хромосом на весь геном.
1, Рис. 15. Дозовая зависимость Частота диц+ц.к на кл 1 для частоты дицентриков и центрических колец (FISH 0, метод).
Сплошной линией обозначена 0, калибровочная кривая для 0,4 частоты дицентриков и центрических колец, 0, полученная с помощью классического метода.
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4, Доза, Гр 3.1.2. Бета-излучение оксида трития (НТО). Зависимость «доза-эффект»
после воздействия бета-излучения НТО изучена при двух режимах облучения – при постоянном времени облучения - 24 ч (мощность дозы изменялась от 0,042 до 1, мГр/мин) и при постоянной мощности дозы бета-излучения НТО - 0,522 мГр/мин (время облучения варьировало от 1,6 до 48 ч) в диапазоне доз от 0,05 до 1,5 Гр.
На основании результатов цитогенетического анализа (посчитано 15329 клеток, в среднем по 2000 клеток на точку) с помощью метода наименьших квадратов с весами получены уравнения регрессии, описывающие дозовую зависимость при двух режимах облучения. Результаты экспериментального исследования показали, что при пролонгированном радиационном воздействии в течение 24 ч с низкой мощностью доз, варьирующей от 0,042 до 1,03 мГр/мин, дозовая зависимость частоты дицентриков и центрических колец лучше всего соответствует линейной модели регрессии (у=0,21+10,76D, р=4х10-6). При облучении с постоянной мощностью дозы 0,522 мГр/мин при разном времени радиационного воздействия (от 1,6 до 48 ч) дозовая зависимость имеет линейно-квадратичный вид (у=0,07+4,47D+9,03D2, р=2x10-6).
Анализ экспериментальных данных показал, что дозовые зависимости для обоих режимов облучения в диапазоне до 1 Гр практически одинаковые. И только при дальнейшем увеличении дозы наблюдаются различия. При облучении образцов крови с постоянной мощностью дозы - 0,522 мГр/мин в течение 48 ч резко возрастает частота хромосомных аберраций. По-видимому, в исследуемом диапазоне мощностей доз (0,522 – 1,03 мГр/мин) определяющим фактором могло быть время радиационного воздействия, отличающееся в 2 раза (48 и 24 ч, соответственно), и которое в совокупности с особенностями биологического действия бета-излучения трития, привело к наблюдаемому эффекту.
3.2. Относительная биологическая эффективность излучений разного качества.
Для количественной оценки биологического действия разных по качеству ионизирующих излучений определяют коэффициенты относительной биологической эффективности (ОБЭ). Численные значения ОБЭ не только представляют самостоятельный интерес для радиобиологии, определяя степень опасности излучения, но и служат основанием для оценки весового множителя излучений (Wr), который является поправочным коэффициентом при определении качества излучения и необходим для преобразования поглощенной дозы (Гр) в эквивалентную (Зв) (МКРЗ, публикация 60, 1990).
3.2.1. Оценка относительной биологической эффективности бета излучения НТО in vitro. Определение коэффициента ОБЭ бета-излучения НТО проводили, сравнивая частоту дицентриков и центрических колец с данными, полученными при облучении in vitro гамма-излучением 60Co с мощностью дозы 0, Гр/мин:
0,001 + 0,0149 D + 0,0633D2 = 0.0007 + 0.0447 DT + 0.0903DT.
Отсюда:
7,899(0,1513 ( DT + 0,0156)( DT + 0,4794) 0,0149) D ОБЭ = = DT DT Максимальное значение коэффициента ОБЭ трития, равное 2,2, было получено при дозе 0,03 Гр. При увеличении дозы значение коэффициента ОБЭ плавно снижается, приближаясь к величине 1,2 при дозе в 1 Гр.
Причины более высокой эффективности бета-излучения трития обусловлены в первую очередь особенностями его биологического действия. Известно, что из-за низкой энергии и малого пробега бета-частиц трития средняя плотность ионизации значительно возрастает, что может приводить к повышению дозы на порядок (Pinson et al., 1980). Важным фактором является включение тритиевой воды в гидратированные оболочки ДНК, что приводит к дополнительным повреждениям молекул ДНК и, соответственно, увеличению реальной поглощенной дозы (Mathur-de Vre, Binet, 1984;
Baumgartner, 2002). Также важно учитывать, что при радиационном распаде трития проявляется трансмутационный эффект – превращение атома трития в атом гелия, что реализуется в более выраженной деструкции генетических структур (например, замена пар оснований) и может проявляться в виде точечных мутаций.
Возникновение таких точечных повреждений в молекуле ДНК трудно обнаруживается системой репарации, что постепенно приводит к накоплению дефектов молекулярной структуре и, как следствие, потери генетической информации. Показано, что эффект трансмутации может значительно превосходить эффект ионизации (Грачева, Королев, 1977;
Commerford, 1984 Balonov et al., 1984).
Наиболее важная с практической точки зрения информация о значениях ОБЭ бета-излучения трития касается области малых доз. Увеличение ОБЭ при действии низких доз может быть связано как с нарушением взаимоотношений между основными системами клетки, ответственными за реализацию радиационных повреждений, так и с повышением продукции активных форм кислорода, губительно влияющих на структуры клеток (Федоренко, 2006). При малых дозах излучения степень повреждения клеток за счет образования свободных радикалов на единицу поглощенной дозы значительно возрастает по сравнению с областью высоких доз.
3.2.2. Оценка ОБЭ бета-излучения трития и космического излучения in vivo. Для определения ОБЭ бета-излучения трития и космического излучения был проведен сравнительный анализ результатов цитогенетического обследования профессионалов г. Сарова и космонавтов, имевших близкие значения частот стабильных хромосомных аберраций (транслокаций). У этих людей, подвергавшихся радиационному воздействию в процессе профессиональной деятельности, имеется достаточно надежная информация о дозе, полученная с помощью физических и расчетных методов дозиметрии.
Значение коэффициента, характеризующего ОБЭ бета-излучения трития и космического излучения по сравнению с гамма-излучением, определяли как отношение средних равноэффективных доз, индуцирующих одинаковую частоту транслокаций (табл. 8). Значение коэффициента ОБЭ для бета-излучения трития составило 2,5 при средней дозе бета-излучения НТО 157 мЗв. Эта величина несколько превышает значение ОБЭ трития, полученное в экспериментальной части работы.
Однако представленные результаты позволяют с уверенностью говорить о большей эффективности бета-излучения трития по сравнению с гамма-излучением, особенно в области малых доз.
В группе космонавтов дозы, вызывающие эффект, близкий наблюдаемому в группе профессионалов, подвергавшихся действию гамма-излучения, в 1,9 раз ниже.
Это значение вполне реально и не противоречит данным, представленным в работ по экспериментальной оценке ОБЭ космического излучения (Методические указания, 1991;
Ballarin, Ottolenghi, 2005;
Петров и др., 2007). Полученные данные являются наглядным подтверждением более высокой ОБЭ космического излучения, обусловленной входящими в его состав тяжелыми ионами высокой энергии.
Таблица Средние значения коэффициентов ОБЭ бета-излучения трития и космического излучения, рассчитанные по частоте транслокаций in vivo Частота Группы Доза, мЗв транслокаций на Коэффициент ОБЭ 100 кл. ± m Профессионалы, 157 1,94± 0,50 2, бета-излучение Космонавты 203 1,84±0,61 1, Профессионалы, 386 1,77±0,71 гамма-излучение Оценка ОБЭ космического излучения и бета-излучения трития проведена непосредственно по реакции организма, с учетом его индивидуальных особенностей.
Естественно, эти результаты нельзя считать бесспорными. Однако такой подход, на наш взгляд, позволяет реально оценить степень опасности разных видов ионизирующего излучения и может быть полезен при разработке рекомендаций по обеспечению радиационной безопасности лиц, профессионально контактирующих с источниками облучения.
3.3. Реконструкция доз ионизирующего излучения по частоте хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови (биологическая дозиметрия) Для оценки и прогноза последствий облучения в первую очередь важно иметь достоверную информацию о дозе радиационного воздействия. Одним из возможных подходов в случае отсутствия или ограничения данных физической дозиметрии является оценка доз с помощью цитогенетических методов (WHO, 1976;
IAEA, 1986, 2001;
UNSCEAR, 1986). Располагая результатами цитогенетического обследования людей, подвергшихся облучению в результате аварийных и чрезвычайных ситуаций, нам представлялось вполне обоснованным применить их для оценки доз, используя калибровочные кривые, полученные в настоящей работе. Принимая во внимание, что все обследованные лица подвергались пролонгированному или хроническому облучению в течение длительного времени, для определения доз использовали только линейную компоненту уравнения регрессии: у= с+D (Obe, 2007).
3.3.1. Космонавты. Только для космонавтов была возможность оценить дозы по частоте нестабильных хромосомных аберраций, т.к. цитогенетический анализ проводился сразу после окончания КП. По частоте дицентриков были рассчитаны дозы, полученные космонавтами за время первого КП (табл. 9).
Необходимо отметить, что полученные значения доз рассчитаны без учета реальных условий облучения в космосе, а именно, без учета ОБЭ космического излучения, а также величины мощности дозы. Несмотря на это, данные биологической дозиметрии свидетельствуют о более значительном воздействии космического излучения на организм космонавтов, чем это следует из данных физической дозиметрии. Причем в случае краткосрочных полетов различия между биологическими и физическими дозами достигают значений 17 – 26, в то время как в случае длительных полетов эта величина составляет всего 3 – 4. Одним из объяснений данного факта может быть длительное (около полугода) пролонгированное облучение, во время которого в циркулирующей крови космонавтов во время КП протекают одновременно два противоположных процесса – образование хромосомных аберраций под воздействием радиации и элиминация клеток с нестабильными хромосомными аберрациями. Оценка дозы проводилась после окончания КП, т.е. по остаточной частоте дицентриков, что, естественно, могло привести к недооценке радиационного эффекта у космонавтов, участвующих в ЭО.
Также нельзя не учитывать и возможность влияния на уровень хромосомных аберраций дополнительных факторов КП, таких как стресс, невесомость, перегрузки, измененный состав газовой среды. Сочетанное воздействие факторов радиационной и нерадиационной природы может приводить к аддитивному или даже синергетическому эффекту. Непропорционально высокий уровень хромосомных аберраций, наблюдаемый у космонавтов после краткосрочных полетов, может быть связан и с особенностями космического излучения, характеризующегося высокой плотностью ионизации, при действии которого в поврежденных клеточных структурах отсутствуют или крайне слабо выражены восстановительные процессы.
Именно вследствие этого ОБЭ излучений с высокой ЛПЭ возрастает по мере снижения суммарной дозы и достигает максимальных значений при хроническом воздействии в малых дозах (Москалев, 1983).
Таблица Биологическая оценка доз у космонавтов по частоте дицентриков и центрических колец Среднее значение Частота «Биологическая физической Число Экспедиция Станция диц+ц.к на » доза дозы обследованных 100 кл.±m (диапазон), мЗв (диапазон), мГр 6 «Мир» 4 0,26±0, (2-11) (47 – 167) ЭП 2 МКС 13 0,18±0, (1-3) (27–80) 71 «Мир» 14 0,44±0, (7-109) (187–267) ЭО 29 МКС 6 0,27±0, (18-46) (67–160) Биологическая оценка доз у космонавтов проведена также по частоте стабильных хромосомных аберраций – транслокаций, которые были проанализированы с помощью FISH метода (табл. 10). Среднее значение дозы, рассчитанное по частоте транслокаций в группе космонавтов после первого КП, оказалось близким к дозе, которая была определена по частоте дицентриков. Несколько сниженное значение последней, возможно, обусловлено процессом элиминации клеток с дицентриками из циркулирующей крови космонавтов во время длительного КП. Как и в случае оценки доз по частоте дицентриков, доза после первого КП, рассчитанная по частоте транслокаций, 4 раза превышает значение дозы, полученной на основании данных физической дозиметрии.
Таблица Биологическая оценка доз у космонавтов по частоте стабильных хромосомных аберраций – транслокаций (FISH метод) Данные физической Частота «Биологическая»
Число Группа дозиметрии транслокаций доза (диапазон), обследованных (суммарная FP на 100 кл. ± m мЗв доза), мГр 0.30 ± 0. До 1-го КП 5 - 45 ± 4 0.43 ± 0. После 1-го КП 10 186 (0 –314), После 2-го и 0,46 ± 0. 8 181±18 229 (143 –314) 3-го КП 3.3.2. Профессионалы г. Сарова. Индивидуальная оценка доз проведена спустя несколько десятилетия с начала работы в радиационно-опасных условия производства только для тех профессионалов, у которых частота транслокаций достоверно отличалась от контрольного уровня.
В «гамма» группе значения доз составили от 243 до 1757 мЗв. Несмотря на наблюдаемую тенденцию связи между дозами, полученными с помощью физических методов дозиметрии и «биологическими» дозами, статистический анализ не выявил достоверной корреляции (коэффициент корреляции 0,64, р=0,06).
Оценка доз у профессионалов «бета» группы проведена с использованием двух подходов:
- по частоте транслокаций с помощью калибровочной кривой «доза-эффект», для бета-излучения трития, представленной в работе (Deng et.al., 1998);
- по частоте транслокаций с помощью собственной калибровочной кривой «доза-эффект» для гамма-излучения 60Со с учетом коэффициента ОБЭ бета-излучения трития, полученного в настоящей работе.
Значения индивидуальных доз при использовании первого подхода составили от 94 до 1280 мЗв, второго - от 115 до 2530 мЗв, т.е. в 1,5 – 2 раза в среднем выше.
Установлена достоверная корреляция между дозами, полученными расчетными методами дозиметрии и дозами, реконструированными по частоте транслокаций.
Коэффициенты корреляции составили 0,68 (p=0,004) для доз, рассчитанных по калибровочной кривой для бета-излучения трития и 0,80 (p=0,0002) для доз, рассчитанных по калибровочной кривой для гамма-излучения 60Со с учетом коэффициента ОБЭ трития.
Наибольшие различия между расчетными и «биологическими» дозами наблюдаются в области малых доз – до 100 мЗв (табл. 11). При низких уровнях облучения (по данным физической дозиметрии) значения «биологических» доз превышают расчетные как минимум в 6 раз. В области более высоких доз (100 мЗв) данные физической и биологической дозиметрии очень близки, особенно при оценке доз по калибровочной кривой для бета- излучения трития. При определении доз по калибровочной кривой для гамма-излучения 60Со с учетом ОБЭ трития данные физической и биологической дозиметрии отличаются в 2 раза.
Таблица Соотношения «биологических» доз и доз, полученных расчетными методами дозиметрии у профессионалов «бета» группы.
Группы, Число Расчетная «Биологическая» Соотношение диапазон обследованных доза, мЗв доза, мЗв доз доз, мЗв 212а (238)в 100 8 35 6,1 (6,8) 100 8 386 407 (820) 1,1 (2,1) а - доза, рассчитанная по калибровочной кривой для бета-излучения НТО;
в - доза, рассчитанная по калибровочной кривой для гамма-излучения с учетом коэффициента ОБЭ.