РАДИАЦИЯ И РАДИАЦИЯ И ЗДОРОВЬЕЗДОРОВЬЕ

Е.К.ХандогинаЕ.К.Хандогина

доктор биологических наук,доктор биологических наук,ведущий научный сотрудникведущий научный сотрудник

Института проблем безопасного развития Института проблем безопасного развития атомной энергетики РАНатомной энергетики РАН

Воздействию радиации подвергаются все Воздействию радиации подвергаются все без исключения люди, живущие на без исключения люди, живущие на

Земле.Земле.

На Земле существуют районы, где На Земле существуют районы, где естественный радиационный фон естественный радиационный фон

многократно превышает средние значениямногократно превышает средние значения

Интерес к биологическому Интерес к биологическому действию излучений появился действию излучений появился сразу же после открытия сразу же после открытия рентгеновских лучей и рентгеновских лучей и радиоактивности.радиоактивности.

Основные дозиметрические единицыОсновные дозиметрические единицыДля количественного отражения действия радиации Для количественного отражения действия радиации

пользуются понятием пользуются понятием дозадоза . Доза облучения — это . Доза облучения — это наиболее важная характеристика для оценки наиболее важная характеристика для оценки воздействия радиации на здоровье. воздействия радиации на здоровье.

Энергия излучения, поглощенная телом (Энергия излучения, поглощенная телом (поглощенная поглощенная дозадоза), измеряется в ), измеряется в греях (Гр)греях (Гр). .

Разные виды излучения действуют на живые организмы Разные виды излучения действуют на живые организмы с разной эффективностью. Для учета этого фактора с разной эффективностью. Для учета этого фактора появилось понятие появилось понятие эквивалентной дозыэквивалентной дозы; единицей ; единицей измерения ее является измерения ее является зиверт (Зв)зиверт (Зв). .

Последствия облучения разных органов и тканей могут Последствия облучения разных органов и тканей могут быть различными даже при одинаковой поглощенной быть различными даже при одинаковой поглощенной дозе, поэтому есть понятие дозе, поэтому есть понятие эффективной дозыэффективной дозы; она ; она также измеряется в также измеряется в зивертахзивертах. .

Существуют и внесистемные единицы – например, Существуют и внесистемные единицы – например, рентген (Р)рентген (Р). В очень грубом приближении чаще всего . В очень грубом приближении чаще всего можно принять, что можно принять, что

1 Гр=1 Зв= 100 Р1 Гр=1 Зв= 100 Р

Радиочувствительность – степень реакции клеток, тканей, Радиочувствительность – степень реакции клеток, тканей, органов или организмов на воздействие ионизирующего органов или организмов на воздействие ионизирующего

излученияизлучения

Чаще всего для характеристики радиочувствительности используют дозовые Чаще всего для характеристики радиочувствительности используют дозовые зависимости выживаемости, а количественной характеристикой служит зависимости выживаемости, а количественной характеристикой служит величина, обратно пропорциональная ЛДвеличина, обратно пропорциональная ЛД5050 – дозе, приводящей к гибели 50% – дозе, приводящей к гибели 50% облучаемых объектов.облучаемых объектов.

Значения ЛДЗначения ЛД 50 50 некоторых видов:некоторых видов:

Биологический Биологический видвид

Доза, Доза, ГрГр

Биологический Биологический видвид

Доза, ГрДоза, Гр

ЧеловекЧеловек 2,5-42,5-4 МышьМышь 6-156-15ОбезьянаОбезьяна 2,5-62,5-6 КрысаКрыса 7-97-9ОвцаОвца 1,5-31,5-3 ПтицыПтицы 8-208-20СобакаСобака 2,5-32,5-3 РыбыРыбы 8-208-20ОселОсел 2-42-4 ЗмеиЗмеи 80-20080-200КроликКролик 9-109-10 НасекомыеНасекомые 10-10010-100ХомякХомяк 9-109-10 РастенияРастения 10-150010-1500

Для того, чтобы изучить, как влияет радиация на Для того, чтобы изучить, как влияет радиация на человеческий организм, используются различные подходы:человеческий организм, используются различные подходы:

► эксперименты на животныхэксперименты на животных► наблюдения за пациентами, наблюдения за пациентами,

подвергшимися действию подвергшимися действию терапевтического облучения по терапевтического облучения по поводу онкологических поводу онкологических заболеваний а также за заболеваний а также за больными, облученными в больными, облученными в диагностических целяхдиагностических целях

► наблюдения за людьми, наблюдения за людьми, подвергающиеся подвергающиеся профессиональному облучениюпрофессиональному облучению

► эпидемиологические эпидемиологические исследования исследования в районах с повышенным в районах с повышенным уровнем радиацииуровнем радиации

► эксперименты с культурами эксперименты с культурами клеток человека и животныхклеток человека и животных

Результаты онкоэпидемиологического исследования Результаты онкоэпидемиологического исследования в Хиросиме и Нагасаки в Хиросиме и Нагасаки

(когорта 86572 человек,1950-1990 годы наблюдения)(когорта 86572 человек,1950-1990 годы наблюдения)

СМЕРТНОСТЬСМЕРТНОСТЬ

ННаблюдаемыйаблюдаемый ООжидаемыйжидаемый НН - - ОО

ССоолидные ракилидные раки 75787578 72447244 334334

ЛейкозыЛейкозы 249249 162162 8877

Эксперимент «Грандиозная мышь»Эксперимент «Грандиозная мышь»

7 миллионов мышей помогли 7 миллионов мышей помогли получить сведения о получить сведения о генетических последствиях генетических последствиях облучения. Впервые при облучения. Впервые при нормировании нормировании радиационного воздействия радиационного воздействия стали учитывать риск стали учитывать риск облучения для будущих облучения для будущих поколений.поколений.

Излучение действует на живые Излучение действует на живые объекты на разных уровнях:объекты на разных уровнях:

► молекулы;молекулы;► клетки;клетки;► ткани и органы;ткани и органы;► организмы;организмы;► популяции; популяции; ► экосистемыэкосистемы

► Клетка является Клетка является той «ареной», где той «ареной», где разыгрываются разыгрываются основные событияосновные события

► Главной мишенью для Главной мишенью для воздействия радиации воздействия радиации является молекула является молекула ДНК – носитель ДНК – носитель генетической генетической информацииинформации

Триплетный кодТриплетный код

Амино-Амино-кислотакислота

Соответствующие кодоны Соответствующие кодоны (триплеты)(триплеты)

Амино-Амино-кислотакислота

Соответствующие кодоны Соответствующие кодоны (триплеты)(триплеты)

аланиналанин ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГ лейцинлейцин ЦУУ,ЦУЦ,ЦУА,ЦУГ,УУА,УЦУУ,ЦУЦ,ЦУА,ЦУГ,УУА,УУГУГ

аргининаргинин ЦГУ,ЦГЦ,ЦГА,ЦГГ,АГА,АЦГУ,ЦГЦ,ЦГА,ЦГГ,АГА,АГГГГ

лизинлизин ААА, ААГААА, ААГ

аспарагинаспарагин ААУ, ААЦААУ, ААЦ метионинметионин АУГАУГаспараги-аспараги-новая к-тановая к-та

ГАУ, ГАЦГАУ, ГАЦ пролинпролин ЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА, ЦЦГЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА, ЦЦГ

валинвалин ГУУ, ГУЦ, ГУА, ГУГГУУ, ГУЦ, ГУА, ГУГ серинсерин УЦУ,УЦЦ,УЦА,УЦГ,АГУ,АУЦУ,УЦЦ,УЦА,УЦГ,АГУ,АГЦГЦ

гистидингистидин ЦАУ, ЦАЦЦАУ, ЦАЦ тирозинтирозин УАУ, УАЦУАУ, УАЦглицинглицин ГГУ, ГГЦ, ГГА, ГГГГГУ, ГГЦ, ГГА, ГГГ треонинтреонин АЦУ, АЦЦ, АЦА, АЦГАЦУ, АЦЦ, АЦА, АЦГглутаминглутамин ЦАА, ЦАГЦАА, ЦАГ триптофантриптофан УГГУГГглутами-глутами-новая к-тановая к-та

ГАА, ГАГГАА, ГАГ фенил-фенил-аланиналанин

УУУ, УУЦУУУ, УУЦ

изолейцинизолейцин АУУ, АУЦ, АУААУУ, АУЦ, АУА цистеинцистеин УГУ, УГЦУГУ, УГЦначало начало синтезасинтеза

АУГАУГ СТОП-СТОП-сигналсигнал

УАА, УАГ, УГАУАА, УАГ, УГА

Схема синтеза белкаСхема синтеза белкаСначала Сначала

информацию надо информацию надо считать. На этом считать. На этом этапе двойная этапе двойная молекула ДНК молекула ДНК расплетается, и расплетается, и на одной из ее на одной из ее нитей нитей синтезируется синтезируется нить молекулы нить молекулы РНК. Она выходит РНК. Она выходит из ядра через из ядра через мембрану, и на мембрану, и на специальных специальных клеточных клеточных органеллах органеллах рибосомах рибосомах начинается синтез начинается синтез белка.белка.

Нарушения наследственного материалаНарушения наследственного материала

МутацииМутации затрагивают как соматические, так и затрагивают как соматические, так и половые клетки. половые клетки.

Различают геномные, хромосомные аберрации Различают геномные, хромосомные аберрации (мутации) и генные мутации (мутации) и генные мутации

► Генные мутацииГенные мутации - изменением структуры - изменением структуры ДНК в пределах одного гена. Это приводит к ДНК в пределах одного гена. Это приводит к нарушению синтеза полипептидных цепей нарушению синтеза полипептидных цепей белковых молекул, структурных, транспортных белковых молекул, структурных, транспортных белков или белков-ферментов. белков или белков-ферментов.

► Хромосомные аберрацииХромосомные аберрации - это изменение - это изменение структуры хромосом.структуры хромосом.

► Геномные мутацииГеномные мутации - это изменение - это изменение количества наследственного материала.количества наследственного материала.

Мутации в половых клетках Мутации в половых клетках могут стать причиной могут стать причиной

генетической патологии у генетической патологии у потомствапотомства

СоматическиеСоматические мутации мутации могут приводить к могут приводить к нарушению функции нарушению функции или гибели клеток. или гибели клеток.

Но значительно опаснее, если Но значительно опаснее, если в результате соматической в результате соматической мутации произойдет мутации произойдет злокачественное злокачественное перерождение клеткиперерождение клетки . . Индуцированные опухоли Индуцированные опухоли ничем не отличаются от ничем не отличаются от спонтанных, и никогда спонтанных, и никогда нельзя точно утверждать, нельзя точно утверждать, что заболевание у данного что заболевание у данного человека вызвано действием человека вызвано действием вредных факторов вредных факторов

Генные мутацииГенные мутации вот лес бук вяз дуб ивы тут был пал дым шел три днявот лес бук вяз дуб ивы тут был пал дым шел три дня

- Сдвиг рамки считывания:- Сдвиг рамки считывания:вот лес бук вяз вот лес бук вяз аа дуб ивы тут был пал дым шел три дня дуб ивы тут был пал дым шел три днявот лес бук вяз вот лес бук вяз аду бив ыту тбы лпа лды мше лтр идн яаду бив ыту тбы лпа лды мше лтр идн явот лес бук вяз вот лес бук вяз дби выт утб ылп алд ымш елт рид нядби выт утб ылп алд ымш елт рид ня

- Замена оснований:- Замена оснований:вот лес бук ввот лес бук в оо з дуб ивы тут бз дуб ивы тут б аа л пл п оо л дл д оо м м пп ел три дняел три днявот лес бук вявот лес бук вя мм дуб ивы тут был пал дуб ивы тут был пал рр ым шел три дняым шел три дня

Перестройки хромосомПерестройки хромосом

Репарация ДНКРепарация ДНК

Если произойдут изменения – спонтанно или под действием Если произойдут изменения – спонтанно или под действием повреждающих факторов, синтез белка нарушится: либо он повреждающих факторов, синтез белка нарушится: либо он прекратится, либо будет синтезироваться измененный белок. Такие прекратится, либо будет синтезироваться измененный белок. Такие нарушения называются мутациями. Специальные ферменты нарушения называются мутациями. Специальные ферменты распознают поврежденный участок, вырежут его из «неправильной» распознают поврежденный участок, вырежут его из «неправильной» нити, а на другой нити, как на матрице, синтезируют новый участок нити, а на другой нити, как на матрице, синтезируют новый участок ДНК.ДНК.

Цитогенетический метод Цитогенетический метод дозиметриидозиметрии

Мутации могут быть Мутации могут быть спонтаннымиспонтанными и и

индуцированнымииндуцированными

► Спонтанные мутации возникают случайноСпонтанные мутации возникают случайно ► Причиной индуцированных мутаций могут быть Причиной индуцированных мутаций могут быть

различные мутагенные факторы – различные мутагенные факторы – физическиефизические воздействия (ионизирующая радиация), но в воздействия (ионизирующая радиация), но в первую очередь – первую очередь – химические химические вещества, а вещества, а также также биологическиебиологические факторы, включая стресс. факторы, включая стресс. После того, как мутация возникла, для После того, как мутация возникла, для дальнейшей судьбы клетки причина ее дальнейшей судьбы клетки причина ее появления уже не имеет значения: «мутации не появления уже не имеет значения: «мутации не имеют памяти»имеют памяти»

Радиобиологический Радиобиологический парадокспарадокс

Прямое и косвенное действие радиацииПрямое и косвенное действие радиации

Когда через клетку проходит частица (или фотон), она повреждает Когда через клетку проходит частица (или фотон), она повреждает биологические важные молекулы. Для клетки такими молекулами-биологические важные молекулы. Для клетки такими молекулами-

мишенями являются молекулы ДНКмишенями являются молекулы ДНК

Прямое действиеПрямое действие – повреждение молекул – повреждение молекул ДНК непосредственно при ДНК непосредственно при взаимодействии с излучением;взаимодействии с излучением;

Косвенное действиеКосвенное действие – повреждение ДНК – повреждение ДНК свободными радикалами, свободными радикалами, образованными при облучении других образованными при облучении других молекул, в первую очередь, воды.молекул, в первую очередь, воды.

Для защиты от косвенного Для защиты от косвенного действия излучения действия излучения применяют химические применяют химические вещества – перехватчики вещества – перехватчики свободных радикалов. свободных радикалов. Антиоксидантами являются Антиоксидантами являются такие очень хорошо такие очень хорошо известные соединения, как известные соединения, как обычные витамины – А, Е. обычные витамины – А, Е.

Характер облученияХарактер облучения► Внешнее Внешнее (от источника, (от источника,

находящегося вне теланаходящегося вне тела человека)человека)

► ВнутреннееВнутреннее (от (от радиоактивных изотопов, радиоактивных изотопов, попавших внутрь организма)попавших внутрь организма)

► Острое Острое (его длительность не (его длительность не превышает нескольких часов)превышает нескольких часов)

► ПролонгированноеПролонгированное (растянутое во времени)(растянутое во времени)

► ХроническоеХроническое (с малой (с малой мощностью дозы)мощностью дозы)

► ОбщееОбщее (тотальное - полностью (тотальное - полностью поражающее организм) поражающее организм)

► ЛокальноеЛокальное (затрагивает (затрагивает отдельные участки тела, органы или отдельные участки тела, органы или ткани)ткани)

равномерное или неравномерноеравномерное или неравномерное

► ОднократноеОднократное► Фракционированное Фракционированное

(многократное)(многократное)

Классификация последствий Классификация последствий облученияоблучения

► СоматическиеСоматические (развивающиеся у (развивающиеся у облученного человека)облученного человека)

► Генетические Генетические (проявляющиеся в потомстве)(проявляющиеся в потомстве)

► ДетерминистскиеДетерминистские (повреждения органов и тканей) (повреждения органов и тканей) возникают с неизбежностью после возникают с неизбежностью после превышения некоторого порогового превышения некоторого порогового уровня дозы уровня дозы

► Стохастические Стохастические развитие происходит с определенной развитие происходит с определенной вероятностью; теоретически вероятностью; теоретически являются беспороговыми, могут являются беспороговыми, могут возникнуть при любых значениях возникнуть при любых значениях дозыдозы

Особое место занимают тератогенные эффекты – Особое место занимают тератогенные эффекты – последствия внутриутробного облученияпоследствия внутриутробного облучения

Чем активнее клетка, тем более она чувствительна к Чем активнее клетка, тем более она чувствительна к действию повреждающих факторов. Наиболее действию повреждающих факторов. Наиболее чувствительными являются клетки развивающегося чувствительными являются клетки развивающегося организма. Вот почему «самое слабое звено» - это плод, организма. Вот почему «самое слабое звено» - это плод, дети, облучающиеся внутриутробно.дети, облучающиеся внутриутробно.

Генетический грузГенетический груз

Множество хронических болезней человека есть Множество хронических болезней человека есть проявление генетического груза. Генетический груз на проявление генетического груза. Генетический груз на сегодняшний день составляет до 10% для сегодняшний день составляет до 10% для новорожденных детей. новорожденных детей.

Частота спонтанных генных мутаций установлена в Частота спонтанных генных мутаций установлена в пределах 10пределах 10 - 1 0- 1 0 на геном на поколение. на геном на поколение.

Для радиации удваивающая доза для генетических Для радиации удваивающая доза для генетических последствия составляет 1 Гр.последствия составляет 1 Гр.

Какие дозы считать малыми? Одна и таКакие дозы считать малыми? Одна и та же доза 10 Гр будет смертельной же доза 10 Гр будет смертельной длядля человека, не вызовет никаких поражений у некоторых видов человека, не вызовет никаких поражений у некоторых видов

среднеазиатских змей и стимулирует рост и развитие семян горчицы.среднеазиатских змей и стимулирует рост и развитие семян горчицы.

► Физический подход Физический подход (микродозиметрия) - (микродозиметрия) - 1 мГр1 мГр

► Радиобиологические Радиобиологические эксперименты в культурах эксперименты в культурах клеток - клеток - 2 сГр2 сГр

► Эпидемиологические Эпидемиологические исследования – исследования – 20 сГр20 сГр

Диапазоны доз для человека Диапазоны доз для человека (редкоионизирующие излучения) (редкоионизирующие излучения)

► D < D < 20 сГр - 20 сГр - малыемалые► 2020 сГр сГр < D < 2 < D < 2 Гр – Гр –

промежуточныепромежуточные► D >D > 2 Гр - 2 Гр - высокиевысокие

Действие малых доз не выявляется на Действие малых доз не выявляется на уровне отдельного организма, его можно уровне отдельного организма, его можно

обнаружить только при сравнении обнаружить только при сравнении данных обследования больших групп данных обследования больших групп

людейлюдей

Для того, чтобы в эпидемиологических исследованиях с Для того, чтобы в эпидемиологических исследованиях с 95%-ной доверительной вероятностью выявить 95%-ной доверительной вероятностью выявить последствия облучения в дозе последствия облучения в дозе 10 мЗв10 мЗв (т.е. в 10 раз (т.е. в 10 раз превышающей предельно допустимую!), необходимо превышающей предельно допустимую!), необходимо обследовать группу в обследовать группу в 10 млн10 млн человек и подобрать к ней человек и подобрать к ней контроль контроль

Основной предел дозы для населения – Основной предел дозы для населения – 1 мЗв/год1 мЗв/год

► Флюорография – Флюорография – 0,6 мЗв0,6 мЗв

► Компьютерная Компьютерная томография – томография – 3 мЗв3 мЗв

► Просмотр Просмотр телепрограмм телепрограмм по 3 часа в день по 3 часа в день в течение года – в течение года – 0,001 мЗв0,001 мЗв

► Перелет из Москвы в Перелет из Москвы в Нью-Йорк – Нью-Йорк – 0,3 мЗв0,3 мЗв

При проведении исследований по действию малых доз При проведении исследований по действию малых доз радиации на результат могут влиять не только радиации на результат могут влиять не только конкретные условия эксперимента, но и некоторая конкретные условия эксперимента, но и некоторая непредсказуемая компонента. Исследователь никогда непредсказуемая компонента. Исследователь никогда не знает всех возможных условий – клеточных, не знает всех возможных условий – клеточных, организменных и окружающей среды, которые могут организменных и окружающей среды, которые могут изменить ответ живых систем на действие малых доз изменить ответ живых систем на действие малых доз радиации. Это обстоятельство необходимо принимать радиации. Это обстоятельство необходимо принимать во внимание и при изучении реакции на малые дозы во внимание и при изучении реакции на малые дозы больших контингентов населения.больших контингентов населения.

В области малых доз перенесение В области малых доз перенесение результатов, полученных на результатов, полученных на культурах клеток человека, на культурах клеток человека, на уровень организмауровень организма - -некорректнонекорректно

Лечение радиоактивным песком – основная Лечение радиоактивным песком – основная процедура на курорте Гуарапари в Бразилиипроцедура на курорте Гуарапари в Бразилии

Благодаря зависимости проявления эффектов Благодаря зависимости проявления эффектов малых доз от нерадиационных факторов (а малых доз от нерадиационных факторов (а на уровне организма эта зависимость на уровне организма эта зависимость проявляется в еще большей степени, чем на проявляется в еще большей степени, чем на клеточном) открываются широкие клеточном) открываются широкие возможности для преодоления последствий возможности для преодоления последствий радиационных аварий, приводящих к радиационных аварий, приводящих к радиоактивному загрязнению обширных радиоактивному загрязнению обширных территорий – за счет грамотно территорий – за счет грамотно спланированных и надлежащим образом спланированных и надлежащим образом осуществленных меросуществленных мер..

Человек постоянно подвергается воздействию самых Человек постоянно подвергается воздействию самых различных источников риска. различных источников риска.

Определяется «приемлемый риск», который Определяется «приемлемый риск», который уравновешивает возможность отрицательных уравновешивает возможность отрицательных последствий и пользу от конкретного вида последствий и пользу от конкретного вида деятельности. Когда речь идет о радиационном деятельности. Когда речь идет о радиационном риске, то подразумевается вероятность риске, то подразумевается вероятность возникновения у человека и его потомства какого-возникновения у человека и его потомства какого-либо вредного эффекта. либо вредного эффекта.

Если сравнивать теоретически рассчитанные риски от Если сравнивать теоретически рассчитанные риски от действия излучения в дозах, соответствующих действия излучения в дозах, соответствующих предельным, с другими рисками, окажется, что они:предельным, с другими рисками, окажется, что они:

- примерно в 10 раз меньше риска смертности от - примерно в 10 раз меньше риска смертности от несчастных случаев в быту;несчастных случаев в быту;

- сравнимы с риском гибели от удара молнии. сравнимы с риском гибели от удара молнии.

Если бы в качестве приемлемого был принят риск, Если бы в качестве приемлемого был принят риск, равный таковому от выкуривания 20 сигарет в сутки, равный таковому от выкуривания 20 сигарет в сутки, то предел дозы облучения населения составил бы в то предел дозы облучения населения составил бы в этом случае 1 Зв, то есть в тысячу раз выше, чем это этом случае 1 Зв, то есть в тысячу раз выше, чем это принято сейчас. принято сейчас.

Выяснилось, что повышенная частота Выяснилось, что повышенная частота рождения детей с синдромом Дауна, рождения детей с синдромом Дауна, отмеченная в Белоруссии в январе 1987 отмеченная в Белоруссии в январе 1987 года, не связана с действием радиации.года, не связана с действием радиации.

Польза или вред?Польза или вред?