Опасны ли малые дозы облучения от ионизирующих излучений

Биологические эффекты ионизирующих излучений различны, что зависит прежде всего от интенсивности облучения. Помимо повреждающего действия, которое само по себе используется при лечении различных заболеваний, прежде всего злокачественных опухолей, существует стимулирующий эффект естественного (природного) фона и малых доз. Последние не только не оказывают отрицательного влияния на здоровье человека, но и способствуют его укреплению.

Биологические эффекты  ионизирующего излучения:

I. Эффект естественного  радиационного фона.

II. Эффект малых доз.

III. Эффект больших доз

А)Лучевая болезнь (при тотальном или субтотальном облучении)

Б)Эффект больших доз при локальном облучении (в частности, при радиотерапии различных заболеваний).

Эффект естественного  радиационного фона.

Основным источником естественного (природного) радиационного фона является инертный газ радон (Rn-222). Радон и его дочерние продукты вносят 50%-ный вклад в фоновое облучение живых организмов. К другим источникам фона относятся различные природные радионуклиды (уран, радий, калий-40), а также γ-излучение Земли и космическое излучение.

Синдром дефицита облучения

Природный фон радиации оказывает  значительное влияние на живые организмы. Эксперименты, проведённые с лабораторными  животными, растениями и микроорганизмами, длительное время находившимися  в условиях пониженного в несколько  раз радиационного фона, показали тесную связь процессов жизнедеятельности  и влияющего на них ионизирующего  излучения. При этом замедлялся рост животных, они теряли в весе, становились  менее активными и менее сообразительными. Отмечались признаки анемии и выраженного иммунодефицита, который сопровождался развитием инфекционных процессов и злокачественных опухолей. Морфологически в их тканях обнаруживались атрофические изменения, аналогичные ускоренному старению. Продолжительность жизни сокращалась.

Комплекс подобных признаков  получил название синдрома дефицита облучения. В его основе лежит угнетение процессов клеточной пролиферации. Радиационный фон, таким образом, является стимулятором деления клеток, и, следовательно, процессов роста, обновления и восстановления тканей, одним из механизмов поддержания структурного гомеостаза.

Эффект малых доз.

В клинической практике под малыми дозами понимают дозы ионизирующей радиации, не приводящие к развитию клинически очерченных нестохастических эффектов (до 0,5—1 Гр). В радиационной гигиене к ним следует относить значения, которые ниже или равны дозовым пределам, установленным международными организациями (МКРЗ, НКДАР при ООН, МАГАТЭ). Малые дозы — это область статистической и социально-психологической неопределенности.

На сегодняшний день наиболее объективные данные о состоянии  здоровья людей после радиационного  воздействия получены при обследовании жертв атомных бомбардировок в Хиросиме и Нагасаки. Эти исследования свидетельствуют, что все дополнительные случаи смерти от лейкемии выявлены среди лиц, подвергшихся облучению в дозах 0,5 Гр и более. Зарегистрированы они через 7—12 лет после взрывов.

Специалисты в области  радиобиологии и эпидемиологии  считают, что использование при  расчетах (по биологическим эффектам) все более и более малых  доз прямо пропорционально увеличивает  степень неопределенности результатов. Комитет по биологическим эффектам ионизирующей радиации (БЭИР) США не уверен относительно возникновения последствий, вызванных облучением в суммарной дозе, например, 1 рад. Он не располагает также данными о негативных последствиях для человека ежегодных доз на уровне 0,1 рад. Любые соматические исходы при указанных уровнях будут маскироваться эффектами, обусловленными факторами окружающей среды или любыми другими, индуцирующими сходные с ионизирующим излучением последствия для организма.

Более того, для оценки даже небольшой абсолютной дополнительной частоты рака требуется очень существенная выборка (численность ее приблизительно обратно пропорциональна квадрату дополнительной частоты). Так, для исследования дополнительного уровня риска при облучении в дозе 10 рад и выше популяция должна составить приблизительно.50 тыс. чел., в дозе 1 сГр — 5 млн, 0,1 сГр — 500 млн (10% всех жителей Земли), 0,01 сГр — 50 млрд и 0,001 рад — 5х10¹² чел. Поэтому риск от этой дозы эпидемиологически никогда не будет доказан. Даже при более высоких дозах сроки наблюдения исчисляются 25—50 годами, что тоже осложняет оценку малых доз. В связи со сказанным НКРЗ США предлагает исключить из расчетов коллективной дозы   тех людей, которые получают   менее 1 мбэр/год.

Таким образом, на большей части Северного полушария  выпадения радионуклидов после  аварии на ЧАЭС не могут вызвать  дополнительного риска.

Проблема малых доз  — это прежде всего безопасность населения, проживающего на территориях с повышенным (по сравнению с фоном) уровнем радиационного воздействия (имеется в виду популяция лиц, профессионально не связанных с влиянием радиации). Однако преобладающая масса людей не понимает, что абсолютной безопасности не существует. С другой стороны, многие считают, что если данные условия не совсем безопасны, то они обязательно опасны.

Подчас чересчур широкое толкование беспороговой концепции возникновения рака привело к необоснованному страху общественности перед малыми дозами.

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. 
Детерминированные эффекты достаточно хорошо изучены при эпидемиологических наблюдениях и экспериментальных исследованиях.

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. Американский  учёный Б.Коэн 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 . 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 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.

1. А.М.Кузин. Стимулирующее действие ионизирующих излучений на биологические процессы. М., 1977.
2. А.М.Кузин. Вторичные биологические излучения – лучи жизни. Пущино, 1997.
3. И.Я.Василенко. Радиация. Источники. Нормирование облучения. Природа, 2001, № 4.
4. B. Cohen. Health Phys., 1995, V.67.
5. И.Б.Керим-Маркус. Особенности лучевого канцерогенеза у человека при малых дозах и малой мощности дозы. Радиац. биол. Радиоэкология. 1998, Т.38, № 5.
6. Б. И. Давыдов, Е. Г. Жиляев, И. Б. Ушаков и др. // Воен.-мед. журн. — 1994.— N 4.— С.20-24.
7. Козлов В.Ф. Справочник по радиационной безопасности. М. Энергоатомиздат, 1991