Концепция беспорогового действия ионизирующих излучений. Рабочая гипотеза о линейной зависимости эффекта от дозы излучения

Концепция беспорогового действия ионизирующих излучений. Рабочая гипотеза о линейной зависимости эффекта от дозы излучения

Вопрос о биологических эффектах действия малых доз излучения, особенно проблема их количественной оценки (как, впрочем, и любых иных антропогенных факторов малой интенсивности), продолжает оставаться предметом многочисленных дискуссий и полярных мнений по поводу их опасности для человека и среды его обитания.

Вместе с тем совершенно очевидно, что регламентация облучения человека невозможна без приемлемого обоснования принципов, на базе которых строятся научные подходы к установлению подобного рода регламентов.

В зависимости от особенностей биологического действия на живые объекты всю совокупность многообразных факторов физической, химической и биологической природы, особенно при хроническом действии, можно условно разделить на две большие

группы: агенты (или факторы), обладающие порогом вредного действия (т.е. если порог вредного действия не достигнут, биологические эффекты отсутствуют), и агенты, лишенные таких свойств, т.е. у них порога вредного влияния не существует. На современном этапе к числу агентов, которым свойственен пороговый механизм действия, относят многие ксенобиотики и некоторые виды неионизирующих излучений. К факторам, обладающим беспороговым действием на живые системы, современная наука относит все виды ионизирующих излучений и некоторые токсиканты химической природы, обладающие канцерогенными и генотоксическими свойствами. Уже само определение свидетельствует о том, что в условиях длительного хронического воздействия на организм пороговых агентов в количествах, равных установленному значению порога (по концентрации, дозе и т.п.) и тем более ниже такового, как бы гарантируется исключение каких-либо вредных медикобиологических последствий у отдельных лиц, всего населения и его потомков1. Принципиально иные подходы используют при прогнозировании и регламентации негативных эффектов в случае воздействия факторов, для которых порога вредного влияния на организм не существует. В мировой науке этот принцип впервые был предложен радиобиологами в начале второй половины XX в. и относился к ионизирующим излучениям. Только в последние годы этот подход получил развитие в области химических агентов, для которых получены доказательства их канцерогенного и генотоксического действия. Концепция (точнее, рабочая гипотеза) беспорогового действия ионизирующих излучений постулирует линейную зависимость биологических эффектов от дозы облучения. Поэтому, в отличие от пороговой, беспороговая гипотеза предопределяет признание того факта, что отрицательные (но недетерминирован- ные) вредоносные биологические эффекты воздействия ионизирующего излучения - злокачественные опухоли и наследственные нарушения - теоретически возможны при сколь угодно малой дозе облучения вплоть до значений, практически не отличающихся от нуля. При этом вероятность индукции таких эффектов тем меньше, чем ниже доза облучения. Если детерминированные эффекты с высокой степенью вероятности персонифицированы и

1 Это заключение далеко не безупречно. Тем не менее, в интересах последующего изложения существа обсуждаемой в данном учебнике проблемы мы упоминаем о нем без каких-либо комментариев.

степень тяжести поражения любого облученного индивидуума или группы пострадавших будет тем больше, чем выше доза облучения, то для стохастических, вероятностных последствий облучения речь идет не о тяжести поражений, а о повышении частоты (вероятности) случаев проявления раковых заболеваний или наследственных дефектов в популяции людей и в том числе у каждого среднестатистического индивидуума. Следовательно, чем больше луче- вая нагрузка на популяцию облученных (или облучаемых людей), тем при прочих равных условиях, вероятность выхода (частоты) отдаленных последствий будет выше. Для осуществления соответствующих расчетов и оценок в радиационной защите введено специальное понятие, определяемое термином «коллективная доза облучения» (S). Она представляет собой произведение двух величин: средней эффективной индивидуальной дозы в облученной когорте и численности людей, которые подверглись облучению.

Обозначается S в человеко-зивертах (чел-Зв). Например, когорта населения численностью 1000 человек подверглась внешнему γ-облучению в средней индивидуальной дозе 0,01 Зв. Тогда S составляет 1000-0,01 = 10 чел-Зв.

Важно помнить, что вытекающая из беспороговой гипотезы линейная зависимость эффекта от дозы предопределяет равновеликий выход (число случаев) отдаленных последствий на единицу коллективной дозы. Иными словами, это означает, что если различные когорты людей получили одинаковую лучевую нагрузку (коллективную дозу), то теоретически ожидаемый абсолютный выход опухолей или наследственных дефектов будет равным независимо от численности облучаемых групп. Поясним сказанное следующим абстрактным примером.

Допустим, одна популяция численностью 1 млн человек облучена в средней эффективной индивидуальной дозе 0,001 Зв, а другая, численностью 10 000 человек в дозе 0,1 Зв. Тогда коллективные дозы облучения в обеих когортах будут равновеликими: 1-106-1-10-3 = 1-103 чел-Зв и 1-104-1-10-1 = 1-103 чел-Зв. Отсюда следует, что в соответствии с линейной зависимостью эффекта от дозы ожидаемый выход абсолютного числа, например, злокачественных опухолей, распределенных на вероятностной основе в обоих популяциях облученных людей, должен быть одинаковым. Если это действительно так, становится ясным, что вероятность (частота) выхода опухолей в популяции 1 млн человек, облученных средней индивидуальной

дозой 0,001 Зв, будет в 100 раз меньше, чем в когорте 10 000 человек, облученных дозой 0,1 Зв. Эти теоретические оценки, которые ни в коем случае нельзя абсолютизировать, позволяют, тем не менее, рассчитать вероятность заболевания радиогенным раком для каждого индивидуума из этих когорт.

Расчеты показывают, что, согласно номинальным коэффициентам вероятности стохастических эффектов, при S, равной 1-103 чел-Зв, можно ожидать выхода 60 злокачественных опухолей (излечимых или со смертельным исходом) в каждой популяции людей. Отсюда следует, что вероятность (риск) заболевания радиационно обусловленным раком в течение всей жизни у людей в когорте 1 млн человек составит 6-10-5, а во второй когорте (10 000 человек) -

6-10-3 .

Линейная зависимость эффекта от дозы, отражающая суть беспороговой концепции действия ионизирующих излучений на биологические объекты, была принята в качестве рабочей гипотезы международными научными организациями (Научный комитет по действию атомной радиации при ООН - НКДАР и МКРЗ) в основном для обоснования принципов и методов регламентации малых доз облучения. При ее обосновании исходили из теоретически корректных представлений о механизмах взаимодействия излучений с биосубстратами на молекулярном уровне, которые подтверждают принципиальную возможность беспорогового действия излучений, экспериментальных исследований на биологи- ческих моделях in vitro и на микроорганизмах, а также из одного принципиально важного априорного предположения. Суть его заключается в том, что предполагается правомерной экстраполяция (перенос) данных о канцерогенных эффектах у человека, полученных в условиях воздействия больших доз и больших мощностей доз, на малые дозы и низкие мощности доз редкоионизирующих излучений. При этом должны вводиться некоторые поправочные коэффициенты, учитывающие меньшую биологическую эффективность малых доз.

Этот подход по понятным причинам носил вынужденный характер из-за отсутствия сколько-нибудь надежных данных эпи- демиологических исследований у облученных когорт людей при действии малых доз и данных, подтверждающих наличие прямой зависимости выхода стохастических эффектов от дозы облучения. Упомянутая рабочая гипотеза, а не доказанный на человеческих

популяциях факт, будучи по сути своей консервативной, явно завышает реальный риск облучения в малых дозах и, следовательно, практически исключает возможную недооценку подобного рода последствий. В то же время линейная зависимость эффекта от дозы максимально упрощает оценку вероятности стохастических последствий для уровней доз значительно ниже порогов детерминированных эффектов. Поскольку ограничение индукции именно этих вероятностных эффектов после воздействия радиации является медико-гигиенической основой радиационной защиты и регламентации пределов дозы облучения, возникает много проблем, касающихся доказательства их существования у человека в диапазоне воздействия малых доз и низких мощностей доз редкоионизирующих излучений. Согласно теории и соответствующим расчетам, риск, точнее вероятность, проявления таких эффектов у людей в обсуждаемом диапазоне малых доз, особенно хронического облучения, - весьма редкое событие. Данным фактом объясняется то обстоятельство, что установление и подтверждение этих отдаленных последствий в эпидемиологических наблюдениях за облучаемыми когортами людей обеспечили бы получение прямых данных о риске, но они сопряжены подчас с непреодолимыми статистическими ограничениями, поскольку для выявления таких стохастических эффектов на фоне высоких уровней спонтанной заболеваемости (рак и наследственные дефекты естественного происхождения) требуются популяции, исчисляемые многими сотнями тысяч и даже миллионами людей (без учета так называемых контрольных, т.е. необлученных, групп обследуемого населения).

По мнению большинства ученых, не существует совокупности неопровержимых данных, устанавливающих рост канцерогенного риска при дозах ниже 0,5-0,2 Гр. Например, применительно к некоторым лейкозам человека, радиогенное происхождение которых четко доказано, ряд ученых предполагают наличие практического порога для их индукции в пределах доз 0,3-0,4 Гр. Тем не менее, МКРЗ, подтверждая свою позицию по поводу беспорогового действия ионизирующей радиации, отмечает: «Теоретическое рассмотрение и большинство экспериментальных и эпидемиологических данных не подтверждают идею порога в дозовой зависимости канцерогенеза для излучений с малой линейной потерей энергии. Тем не менее, на статистической основе нельзя исключить с до-

стоверностью порог для отдельных видов опухолей ни для экспериментальных систем, ни для человека. Однако если пороги и существуют, их значения для большинства видов рака у человека должны быть менее 0,2 Гр, а возможно, и еще меньше».

YAmedik.org