Радиация как причина лейкозов. Ионизирующее излучение как фактор риска
Обновлено: 17.05.2024
Ионизирующее излучение — это вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн (гамма- или рентгеновское излучение) или частиц (нейтроны, бета или альфа). Спонтанный распад атомов называется радиоактивностью, а избыток возникающей при этом энергии является формой ионизирующего излучения. Нестабильные элементы, образующиеся при распаде и испускающие ионизирующее излучение, называются радионуклидами.
Все радионуклиды уникальным образом идентифицируются по виду испускаемого ими излучения, энергии излучения и периоду полураспада.
Активность, используемая в качестве показателя количества присутствующего радионуклида, выражается в единицах, называемых беккерелями (Бк): один беккерель — это один акт распада в секунду. Период полураспада — это время, необходимое для того, чтобы активность радионуклида в результате распада уменьшилась наполовину от его первоначальной величины. Период полураспада радиоактивного элемента — это время, в течение которого происходит распад половины его атомов. Оно может находиться в диапазоне от долей секунды до миллионов лет (например, период полураспада йода-131 составляет 8 дней, а период полураспада углерода-14 — 5730 лет).
Источники излучения
Люди каждый день подвергаются воздействию естественного и искусственного излучения. Естественное излучение происходит из многочисленных источников, включая более 60 естественным образом возникающих радиоактивных веществ в почве, воде и воздухе. Радон, естественным образом возникающий газ, образуется из горных пород, почвы и является главным источником естественного излучения. Ежедневно люди вдыхают и поглощают радионуклиды из воздуха, пищи и воды.
Люди подвергаются также воздействию естественного излучения из космических лучей, особенно на большой высоте. В среднем 80% ежегодной дозы, которую человек получает от фонового излучения, это естественно возникающие наземные и космические источники излучения. Уровни такого излучения варьируются в разных реогрфических зонах, и в некоторых районах уровень может быть в 200 раз выше, чем глобальная средняя величина.
На человека воздействует также излучение из искусственных источников — от производства ядерной энергии до медицинского использования радиационной диагностики или лечения. Сегодня самыми распространенными искусственными источниками ионизирующего излучения являются медицинские аппараты, как рентгеновские аппараты, и другие медицинские устройства.
Воздействие ионизирующего излучения
Воздействие излучения может быть внутренним или внешним и может происходить различными путями.
Внутренне воздействие ионизирующего излучения происходит, когда радионуклиды вдыхаются, поглощаются или иным образом попадают в кровообращение (например, в результате инъекции, ранения). Внутреннее воздействие прекращается, когда радионуклид выводится из организма либо самопроизвольно (с экскрементами), либо в результате лечения.
Внешнее радиоактивное заражение может возникнуть, когда радиоактивный материал в воздухе (пыль, жидкость, аэрозоли) оседает на кожу или одежду. Такой радиоактивный материал часто можно удалить с тела простым мытьем.
Воздействие ионизирующего излучения может также произойти в результате внешнего излучения из соответствующего внешнего источника (например, такое как воздействие радиации, излучаемой медицинским рентгеновским оборудованием). Внешнее облучение прекращается в том случае, когда источник излучения закрыт, или когда человек выходит за пределы поля излучения.
Люди могут подвергаться воздействию ионизирующего излучения в различных обстоятельствах: дома или в общественных местах (облучение в общественных местах), на своих рабочих местах (облучение на рабочем месте) или в медицинских учреждениях (пациенты, лица, осуществляющие уход, и добровольцы).
Воздействие ионизирующего излучения можно классифицировать по трем случаям воздействия.
Первый случай — это запланированное воздействие, которое обусловлено преднамеренным использованием и работой источников излучения в конкретных целях, например, в случае медицинского использования излучения для диагностики или лечения пациентов, или использование излучения в промышленности или в целях научных исследований.
Второй случай — это существующие источники воздействия, когда воздействие излучения уже существует и в случае которого необходимо принять соответствующие меры контроля, например, воздействие радона в жилых домах или на рабочих местах или воздействие фонового естественного излучения в условиях окружающей среды.
Последний случай — это воздействие в чрезвычайных ситуациях, обусловленных неожиданными событиями, предполагающими принятие оперативных мер, например, в случае ядерных происшествий или злоумышленных действий.
На медицинское использование излучения приходится 98% всей дозы облучения из всех искусственных источников; оно составляет 20% от общего воздействия на население. Ежегодно в мире проводится 3 600 миллионов радиологических обследований в целях диагностики, 37 миллионов процедур с использованием ядерных материалов и 7,5 миллиона процедур радиотерапии в лечебных целях.
Последствия ионизирующего излучения для здоровья
Радиационное повреждение тканей и/или органов зависит от полученной дозы облучения или поглощенной дозы, которая выражается в грэях (Гр).
Эффективная доза используется для измерения ионизирующего излучения с точки зрения его потенциала причинить вред. Зиверт (Зв) — единица эффективной дозы, в которой учитывается вид излучения и чувствительность ткани и органов. Она дает возможность измерить ионизирующее излучение с точки зрения потенциала нанесения вреда. Зв учитывает вид радиации и чувствительность органов и тканей.
Зв является очень большой единицей, поэтому более практично использовать меньшие единицы, такие как миллизиверт (мЗв) или микрозиверт (мкЗв). В одном мЗв содержится тысяча мкЗв, а тысяча мЗв составляют один Зв. Помимо количества радиации (дозы), часто полезно показать скорость выделения этой дозы, например мкЗв/час или мЗв/год.
Выше определенных пороговых значений облучение может нарушить функционирование тканей и/или органов и может вызвать острые реакции, такие как покраснение кожи, выпадение волос, радиационные ожоги или острый лучевой синдром. Эти реакции являются более сильными при более высоких дозах и более высокой мощности дозы. Например, пороговая доза острого лучевого синдрома составляет приблизительно 1 Зв (1000 мЗв).
Если доза является низкой и/или воздействует длительный период времени (низкая мощность дозы), обусловленный этим риск существенно снижается, поскольку в этом случае увеличивается вероятность восстановления поврежденных тканей. Тем не менее риск долгосрочных последствий, таких как рак, который может проявиться через годы и даже десятилетия, существует. Воздействия этого типа проявляются не всегда, однако их вероятность пропорциональна дозе облучения. Этот риск выше в случае детей и подростков, так как они намного более чувствительны к воздействию радиации, чем взрослые.
Эпидемиологические исследования в группах населения, подвергшихся облучению, например людей, выживших после взрыва атомной бомбы, или пациентов радиотерапии, показали значительное увеличение вероятности рака при дозах выше 100 мЗв. В ряде случаев более поздние эпидемиологические исследования на людях, которые подвергались воздействию в детском возрасте в медицинских целях (КТ в детском возрасте), позволяют сделать вывод о том, что вероятность рака может повышаться даже при более низких дозах (в диапазоне 50-100 мЗв).
Дородовое воздействие ионизирующего излучения может вызвать повреждение мозга плода при сильной дозе, превышающей 100 мЗв между 8 и 15 неделей беременности и 200 мЗв между 16 и 25 неделей беременности. Исследования на людях показали, что до 8 недели или после 25 недели беременности связанный с облучением риск для развития мозга плода отсутствует. Эпидемиологические исследования свидетельствуют о том, что риск развития рака у плода после воздействия облучения аналогичен риску после воздействия облучения в раннем детском возрасте.
Деятельность ВОЗ
ВОЗ разработала радиационную программу защиты пациентов, работников и общественности от опасности воздействия радиации на здоровье в планируемых, существующих и чрезвычайных случаях воздействия. Эта программа, которая сосредоточена на аспектах общественного здравоохранения, охватывает деятельность, связанную с оценкой риска облучения, его устранением и информированием о нем.
В соответствии с основной функцией, касающейся "установления норм и стандартов, содействия в их соблюдении и соответствующего контроля" ВОЗ сотрудничает с 7 другими международными организациями в целях пересмотра и обновления международных стандартов базовой безопасности, связанной с радиацией (СББ). ВОЗ приняла новые международные СББ в 2012 году и в настоящее время проводит работу по оказанию поддержки в осуществлении СББ в своих государствах-членах.
Эффекты воздействия радиации на человека обычно делятся на две категории (рис. 10):
1) Соматические (телесные) - возникающие в организме человека, который подвергался облучению.
2) Генетические - связанные с повреждением генетического аппарата и проявляющиеся в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению.
Рис. 10. Радиационные эффекты облучения человека.
Различают пороговые (детерминированные) и стохастические эффекты. Первые возникают когда число клеток, погибших в результате облучения, потерявших способность воспроизводства или нормального функционирования, достигает критического значения, при котором заметно нарушаются функции пораженных органов. Зависимость тяжести нарушения от величины дозы облучения показана в таблице 30.
Хроническое облучение слабее действует на живой организм по сравнению с однократным облучением в той же дозе, что связано с постоянно идущими процессами восстановления радиационных повреждений. Считается, что примерно 90% радиационных повреждений восстанавливается.
Стохастические (вероятностные) эффекты, такие как злокачественные новообразования, генетические нарушения, могут возникать при любых дозах облучения. С увеличением дозы повышается не тяжесть этих эффектов, а вероятность (риск) их появления. Для количественной оценки частоты возможных стохастических эффектов принята консервативная гипотеза о линейной беспороговой зависимости вероятности отдаленных последствий от дозы облучения с коэффициентом риска около 7 *10 -2 /Зв. (Таблица 31).
| Число случаев на 100 000 человек при индивидуальной дозе облучения 10 мЗв. | ||||
| Категории облучаемых | Смертельные случаи рака | Несмертельные случаи рака | Тяжелые наследуемые эффекты | Суммарный эффект: |
| Работающий персонал | 4.0 | 0.8 | 0.8 | 5.6 |
| Все население * | 5.0 | 1.0 | 1.3 | 7.3 |
* Все население включает не только как правило здоровый работающий персонал, но и критические группы (дети, пожилые люди и т.д.)
Радионуклиды накапливаются в органах неравномерно. В процессе обмена веществ в организме человека они замещают атомы стабильных элементов в различных структурах клеток, биологически активных соединениях, что приводит к высоким локальным дозам. При распаде радионуклида образуются изотопы химических элементов, принадлежащие соседним группам периодической системы, что может привести к разрыву химических связей и перестройке молекул. Эффект радиационного воздействия может проявиться совсем не в том месте, которое подвергалось облучению. Превышение дозы радиации может привести к угнетению иммунной системы организма и сделать его восприимчивым к различным заболеваниям. При облучении повышается также вероятность появления злокачественных опухолей.
В таблице 32 приведены сведения о накоплении некоторых радиоактивных элементов в организме человека.
Организм при поступлении продуктов ядерного деления подвергается длительному, убывающему по интенсивности, облучению.
Наиболее интенсивно облучаются органы, через которые поступили радионуклиды в организм (органы дыхания и пищеварения), а также щитовидная железа и печень. Дозы, поглощенные в них, на 1-3 порядка выше, чем в других органах и тканях. По способности концентрировать всосавшиеся продукты деления основные органы можно расположить в следующий ряд:
щитовидная железа > печень > скелет > мышцы.
Так, в щитовидной железе накапливается до 30% всосавшихся продуктов деления, преимущественно радиоизотопов йода.
По концентрации радионуклидов на втором месте после щитовидной железы находится печень. Доза облучения, полученная этим органом, преимущественно обусловлена радионуклидами 99 Мо, 132 Te, 131 I, 132 I, 140 Bа, 140 Lа.
* Относящаяся к данному органу доля полной дозы, полученной всем телом человека.
Среди техногенных радионуклидов особого внимания заслуживают изотопы йода. Они обладают высокой химической активностью, способны интенсивно включаться в биологический круговорот и мигрировать по биологическим цепям, одним из звеньев которых может быть человек (рис. 11).
Основным начальным звеном многих пищевых цепей является загрязнение поверхности почвы и растений. Продукты питания животного происхождения - один из основных источников попадания радионуклидов к человеку.
Исследования, охватившие примерно 100000 человек, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, показывают, что рак - наиболее серьезное последствие облучения человека при малых дозах. Первыми среди раковых заболеваний, поражающих население, стоят лейкозы (рис. 12).
Распространенными видами рака под действием радиации являются рак молочной железы и рак щитовидной железы. Обе эти разновидности рака излечимы и оценки ООН показывают, что в случае рака щитовидной железы летальный исход наблюдается у одного человека из тысячи, облученных при индивидуальной поглощенной дозе один Грей.
Данные по генетическим последствиям облучения весьма неопределенны. Ионизирующее излучение может порождать жизнеспособные клетки, которые будут передавать то или иное изменение из поколения в поколение. Однако анализ этот затруднен, так как примерно 10% всех новорожденных имеют те или иные генетические дефекты и трудно выделить случаи, обусловленные действием радиации. Экспертные оценки показывают, что хроническое облучение при дозе 1 Грей, полученной в течение 30 лет, приводит к появлению около 2000 случаев генетических заболеваний на каждый миллион новорожденных среди детей тех, кто подвергался облучению.
В последние десятилетия процессы взаимодействия ионизирующих излучений с тканями человеческого организма были детально исследованы. В результате выработаны нормы радиационной безопасности, отражающие действительную роль ионизирующих излучений с точки зрения их вреда для здоровья человека. При этом необходимо помнить, что норматив всегда является результатом компромиса между риском и выгодой.
Радиация как причина лейкозов. Ионизирующее излучение как фактор риска
Еще в 40-х годах XX в. М. D. Ulrich отметил увеличение смертности от лейкозов среди рентгенологов. В настоящее время наиболее изученным лейкозогенным фактором является ионизирующее излучение (радиация). Опубликованы детальные обзоры эпидемиологических закономерностей радиационных лейкозов.
Особую роль сыграло эпидемиологическое наблюдение когорты жителей Хиросимы и Нагасаки, переживших атомную бомбардировку. Индивидуальная дозовая нагрузка в этой когорте в течение 50 лет не один раз пересматривалась. В первом приближении использовали элементарные показатели — расстояние до гипоцентра взрыва, а также наличие или отсутствие симптомов острого лучевого поражения. Затем был проведен ряд реконструкций дозы с помощью различных алгоритмов, обозначенных индексами по году внедрения: Т57, Т65 и DS86.
Среди облученных в дозе менее 1 Гр относительный риск оказался меньше 1 — заболели 64 человека при ожидании 71. Заболеваемость в когорте была максимальной в 1950— 1955 гг. (94,85 на 100 тыс.) и в последующие годы снижалась: 1955-1960 гг. - 53,26, 1960-1965 гг.-26,13, 1965-1971 гг. - 25,35 на 100 тыс.
Избыток (эксцесс) заболеваемости острым лейкозом был выше у тех, кто был облучен в возрасте до 15 лет: 16 случаев заболевания на 31 641 человеколет (ожидаемое число 1,53). В сопоставлении с группой получивших дозу менее 0,01 Гр относительный риск составил 20,9. В этой возрастной группе лейкозы развивались в самые ранние сроки наблюдения (1950—1975 гг.). Среди облученных в возрасте старше 15 лет эксцесс заболеваемости возникал несколько позже, но сохранялся дольше.
В период 5—10 лет после взрыва он проявлялся среди лиц, которым в момент взрыва было менее 45 лет, а спустя еще 15 лет повышенная заболеваемость сохранялась только среди тех, кому в момент взрыва было более 30 лет. Модель распределения во времени вероятности заболевания острым лейкозом приведена на рисунке. Для ХМЛ эксцесс заболеваемости проявился через 7—12 лет после взрыва с маловыраженными различиями между возрастными группами.
Заболевание хроническим миелолейкозом (ХМЛ) обусловлено специфической локализацией двойных разрывов хромосом 9 и 22 в стволовой гемопоэтической клетке и транспозицией протоонкогена ABL (c-ABL) с нормальной позиции на хромосоме 9 в новое положение на хромосоме 22, где создается связка ABL с геном ВСЯ. Более чем в 90 % случаев за счет транслокации образуется Ph-хромосома, несущая тандем BCR-ABL. Экспрессия гибридного гена обеспечивает более высокие показатели темпа пролиферации, скорости самообновления и продолжительности жизни клеток.
Формализованное распределение во времени регистрации острых лейкозов в когорте LSS пострадавших при атомных взрывах в Японии в зависимости от возраста облученных в момент бомбардировки [Isimaru M. et al.].
Возраст в момент облучения: 1 —менее 15 лет; 2 — от 15 до 29 лет; 3 — от 30 до 34 лет; 4 — более 45 лет.
В экспериментах in vitro высокие дозы облучения гемопоэтических клеточных линий приводят к формированию гена BCR-ABL с транскрипцией соответствующей мРНК. Помимо ионизирующей радиации, мы не знаем воздействий, способных привести к возникновению Ph-транслокации и ХМЛ.
В отличие от хронического миелолейкоза (ХМЛ) для всех форм острых лейкозов выявлено разнообразие хромосомных нарушений, а также зависимость риска не только от радиационного фактора.
Радиационно-зависимые формы лейкозов неспецифичны, они морфологически не отличимы от спонтанных форм, составляющих фоновую заболеваемость. Случаи лейкозов у облученных и необлученных жителей Хиросимы и Нагасаки не отличались по начальным признакам заболевания: уровню лейкоцитов в периферической крови и степени увеличения печени и селезенки. Не было отмечено и различий в продолжительности жизни больных.
В группе облученных в дозе более 1 Гр (Т65) жителей Хиросимы для периода 1946—1965 гг. первоначально отмечали повышенный риск НХЛ и ММ, но статистическая значимость была невысокой. Среди жителей Нагасаки подобного эффекта не наблюдали. При пересмотре доз и уточнении диагнозов зависимость риска заболевания этими формами от облучения не была подтверждена.
Возрастание риска хронического лимфолейкоза (ХЛЛ) не регистрировали ни в одной из дозовых групп LSS в течение всего наблюдения.
Повышение частоты солидных опухолей начало проявляться позже, чем лейкозов, — в начале 60-х годов; минимальный латентный период составлял 10— 15 лет. Этот интервал был больше у тех, кто пострадал в молодом возрасте: опухолевые заболевания у облученных реализовались по тем же возрастным закономерностям, что и в необлученной популяции.
При дальнейшем уточнении доз (DS86) риск злокачественных новообразований оказался в 1,5 раза выше, а эксцесс заболеваемости лейкозами регистрировался начиная с дозово-интервальной группы 0,20—0,49 Гр. Помимо этого, сгладились наблюдавшиеся ранее различия риска для жителей Хиросимы и Нагасаки в одинаковых дозово-интервальных группах.
Избыточный относительный риск на 1 Гр оказался практически одинаковым для мужчин и женщин: обусловленный дозой 1 Гр прирост частоты лейкозов почти в 5 раз выше исходного уровня. Атрибутивный риск (долевой вклад фактора) также мало различается: более половины случаев лейкозов в когорте можно считать следствием облучения. Заметные (но статистически мало существенные) различия абсолютного риска объяснимы: фоновая заболеваемость лейкозами женщин ниже, и при одинаковом относительном риске ожидаемый прирост числа случаев естественно тоже ниже.
Другие когорты, подвергавшиеся облучению, в отличие от когорты LSS, селективны и включали пациентов, проходивших радиотерапию по поводу анкилозирующего спондилита, лишая кожи головы, гинекологических болезней, частую флюорографию по поводу туберкулеза и высокодозную терапию злокачественных новообразований. Лейкозогенный эффект удается определить долько для доз выше 0,1 Гр: дозовая зависимость ниже этого уровня имеет крайне неопределенный характер.
В когорте из 14 106 больных анкилозирующим спондилитом, подвергшихся в период 1935—1954 гг. рентгеновскому облучению в дозе более 1 Гр, до января 1983 г. число заболевших лейкозами превысило ожидание в 3 раза (39 против 12,29). Максимального значения относительный риск достигал спустя 2,5— 5 лет после облучения и составил 12,5, но и к 25-му году наблюдения сохранялся повышенный уровень (2,0). Как и в когорте LSS, в первые 15 лет эксцесс заболеваемости был выше среди облученных в более молодом возрасте (25—44 года), затем среди более старших (45—54 года).
Относительный риск хронического миелолейкоза (ХМЛ) возрастал в 4,6 раз среди лиц, подвергшихся облучению позвоночника по поводу анкилозирующего спондилита, а также среди женщин, облученных по поводу рака шейки матки.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Читайте также: