Радиационный гормезис — это гипотеза о том, что низкие дозы ионизирующего излучения (в пределах естественного фонового уровня и чуть выше него ) полезны, стимулируя активацию механизмов восстановления , защищающих от болезней , которые не активируются в отсутствие ионизирующего излучения. Предполагается, что резервные механизмы восстановления достаточно эффективны при их стимуляции, чтобы не только отменить вредное воздействие ионизирующей радиации, но и ингибировать заболевания, не связанные с радиационным воздействием (см. гормезис ). [1] [2] [3] [4] Это основная концепция, по крайней мере, с 2009 года. [5] [ ненадежный источник? ]
В то время как эффекты высоких и острых доз ионизирующей радиации легко наблюдать и понимать на людях ( например, на людях, переживших атомную бомбардировку в Японии ), эффекты радиации низкого уровня очень трудно наблюдать и они весьма противоречивы. Это связано с тем, что базовый уровень заболеваемости раком уже очень высок, а риск развития рака колеблется на 40% из-за индивидуального образа жизни и воздействия окружающей среды, [6] [7] скрывая тонкие эффекты низкого уровня радиации. Острая эффективная доза в 100 миллизивертов может увеличить риск рака примерно на 0,8%. Однако дети особенно чувствительны к радиоактивности: детская лейкемия и другие виды рака растут даже при уровнях естественного и искусственного фонового излучения (кумулятивно менее 4 мЗв, при этом 1 мЗв является средней годовой дозой земного и космического излучения, за исключением радона , который в первую очередь дозирует радиоактивность). легкие). [8] [9] Имеются ограниченные доказательства того, что облучение при этом уровне дозы будет вызывать негативные субклинические последствия для здоровья и развития нервной системы. [10] Учащиеся, родившиеся в регионах с более сильными чернобыльскими выпадениями, хуже успевали в средней школе, особенно по математике. «Ущерб особенно выражен в семьях (т.е. при сравнении братьев и сестер) и среди детей, рожденных от родителей с низким уровнем образования...», у которых часто нет ресурсов для преодоления этой дополнительной проблемы со здоровьем. [11]
Гормезис остается в значительной степени неизвестным общественности. Правительственные и регулирующие органы расходятся во мнениях относительно существования радиационного гормезиса, а исследования указывают на «серьезные проблемы и ограничения» использования гормезиса в целом в качестве «основного допущения по умолчанию о зависимости дозы от реакции в процессе оценки риска, призванного обеспечить защиту общественного здоровья». " [12]
Ссылаясь на результаты исследования базы данных литературы, Национальная академия медицины ( Французская академия наук – Национальная академия медицины ) заявила в своем отчете за 2005 год о воздействии низкоуровневой радиации, что во многих лабораторных исследованиях наблюдался радиационный гормезис. [13] [14] Однако они предупредили, что пока неизвестно, возникает ли радиационный гормезис вне лаборатории или у людей. [15]
В докладах Национального исследовательского совета США , Национального совета по радиационной защите и измерениям и Научного комитета ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН) утверждается [16] , что нет никаких доказательств гормезиса у людей и в случае Гормезис Национального исследовательского совета категорически отвергается как возможность. [17] Таким образом, оценка линейной беспороговой модели (LNT) продолжает оставаться моделью, обычно используемой регулирующими органами для оценки радиационного воздействия на человека.
Радиационный гормезис предполагает, что радиационное воздействие, сравнимое с естественным фоновым уровнем радиации и чуть превышающее его , не вредно, а полезно, при этом признается, что гораздо более высокие уровни радиации опасны. Сторонники радиационного гормезиса обычно утверждают, что радиозащитные реакции в клетках и иммунной системе не только противодействуют вредному воздействию радиации, но и дополнительно ингибируют спонтанный рак, не связанный с радиационным воздействием. Радиационный гормезис резко контрастирует с более общепринятой линейной беспороговой моделью (LNT), которая утверждает, что зависимость дозы радиации от риска линейна для всех доз, так что малые дозы по-прежнему наносят вред, хотя и в меньшей степени, чем более высокие. В 2003 году статьи о химическом и радиобиологическом гормезисе появились в журналах Nature [1] и Science [3] .
Оценка риска облучения при малых дозах (<100 мЗв ) и малых мощностях доз (<0,1 мЗв ·мин -1 ) весьма проблематична и противоречива. [18] [19] Хотя эпидемиологические исследования популяций людей, подвергшихся острой дозе радиации высокого уровня, таких как японские выжившие после атомной бомбардировки (хибакуша (被爆者) ), убедительно подтвердили LNT (средняя доза ~ 210 мЗв), [20 ] исследования с использованием низких доз и низких мощностей доз не выявили какого-либо увеличения заболеваемости раком. [19] Это связано с тем, что базовый уровень заболеваемости раком уже очень высок (~ 42 из 100 человек будет диагностирован в течение жизни) и колеблется на ~ 40% из-за образа жизни и воздействия окружающей среды, [7] [21] скрывая тонкие последствия. низкого уровня радиации. Эпидемиологические исследования могут выявить повышение уровня заболеваемости раком всего на 1,2–1,3, т.е. на 20–30%. Но для низких доз (1–100 мЗв) прогнозируемые повышенные риски составляют всего лишь 1,001–1,04, а избыточные случаи рака, если таковые имеются, не могут быть обнаружены из-за мешающих факторов, ошибок и предвзятостей. [21] [22] [23]
В частности, различия в распространенности курения или даже точности отчетности о курении приводят к значительным различиям в распространенности рака и погрешности измерения. Таким образом, даже крупное исследование с участием многих тысяч участников с неполной информацией о распространенности курения не сможет обнаружить эффекты низкого уровня радиации, чем меньшее исследование, которое должным образом компенсирует распространенность курения. [24] Учитывая отсутствие прямых эпидемиологических данных, ведутся серьезные споры о том, является ли зависимость доза-реакция <100 мЗв супралинейной, линейной (LNT), имеет порог, является сублинейной или является ли коэффициент отрицательным при изменение знака, т.е. горметическая реакция.
Радиационная адаптивная реакция, по-видимому, является основной причиной потенциального горметического эффекта. Теоретические исследования показывают, что адаптивный ответ отвечает за форму кривой доза-реакция и может трансформировать линейную зависимость (LNT) в горметическую. [25] [26]
В то время как большинство основных консенсусных отчетов и правительственных органов в настоящее время придерживаются LNT, [27] в отчете Французской академии наук и Национальной медицинской академии 2005 года о воздействии низкоуровневой радиации отвергается LNT как научная модель канцерогенного риска при низких дозах. . [15]
Использование LNT для оценки канцерогенного эффекта при дозах менее 20 мЗв не оправдано в свете современных радиобиологических знаний.
Они считают, что существует несколько взаимосвязей «доза-эффект», а не только одна, и что эти взаимосвязи имеют множество переменных, таких как ткань-мишень, доза радиации, мощность дозы и факторы индивидуальной чувствительности. Они требуют, чтобы необходимы дальнейшие исследования низких доз (менее 100 мЗв ) и очень низких доз (менее 10 мЗв ), а также влияния типа ткани и возраста. Академия считает, что модель LNT полезна только для целей регулирования, поскольку она упрощает административную задачу. Цитируя результаты литературных исследований, [13] [14] они также утверждают, что примерно 40% лабораторных исследований клеточных культур и животных указывают на некоторую степень химического или радиобиологического гормезиса, и заявляют:
...его существование в лаборатории не подлежит сомнению, и механизм его действия, по-видимому, хорошо изучен.
Далее они излагают растущее количество исследований, которые показывают, что человеческое тело не является пассивным накопителем радиационного повреждения , а активно восстанавливает повреждения, вызванные рядом различных процессов, в том числе: [15] [19]
Кроме того, повышенная чувствительность к радиационно-индуцированному раку при наследственном заболевании, подобном атаксии-телеангиэктазии , иллюстрирует разрушительные последствия потери гена репарации Mre11h , что приводит к неспособности исправить двухцепочечные разрывы ДНК. [28]
В отчете BEIR-VII утверждается, что «наличие истинного порога дозы требует абсолютно безошибочной реакции и восстановления повреждений ДНК». Конкретное повреждение, о котором они беспокоятся, - это двухцепочечные разрывы (DSB), и они продолжают: «Склонное к ошибкам восстановление негомологичного соединения концов (NHEJ) в пострадиационном клеточном ответе решительно выступает против опосредованного репарацией ДНК порога низких доз для инициации рака». [29] Недавние исследования показали, что DSB, вызванные компьютерной томографией, восстанавливаются в течение 24 часов, а DSB могут быть более эффективно восстановлены при низких дозах, что позволяет предположить, что риск ионизирующего излучения при низких дозах может быть не прямо пропорционален дозе. [30] [31] Однако неизвестно, стимулируют ли низкие дозы ионизирующего излучения восстановление DSB, не вызванное ионизирующим излучением, то есть горметическую реакцию.
Газ радон в домах является крупнейшим источником радиационной дозы для большинства людей, и обычно рекомендуется поддерживать концентрацию ниже 150 Бк/м³ (4 пКи/л). [32] Недавнее ретроспективное исследование риска рака легких методом «случай-контроль» показало существенное снижение заболеваемости раком на 50–123 Бк на кубический метр по сравнению с группой с уровнем от 0 до 25 Бк на кубический метр. [33] Это исследование цитируется как доказательство гормезиса, но отдельное исследование само по себе не может считаться окончательным. Другие исследования последствий воздействия радона в домашних условиях не выявили горметического эффекта; включая, например, уважаемое «Исследование рака легких с радоном в Айове» Field et al. (2000), в которых также использовалась сложная дозиметрия воздействия радона . [34] Кроме того, Дарби и др. (2005) утверждают, что воздействие радона отрицательно коррелирует со склонностью к курению, и исследования окружающей среды должны точно контролировать это; люди, живущие в городских районах, где уровень курения выше, обычно имеют более низкий уровень воздействия радона из-за увеличения распространенности многоэтажных жилищ. [35] При этом они обнаружили значительный рост заболеваемости раком легких среди курильщиков, подвергшихся воздействию радона даже в дозах от 100 до 199 Бк м -3 , и предупредили, что курение значительно увеличивает риск, связанный с воздействием радона, то есть снижает распространенность курения. уменьшит смертность, вызванную радоном. [35] [36] Однако дискуссия о противоположных экспериментальных результатах все еще продолжается, [37] особенно популярные исследования в США и Германии обнаружили некоторые горметические эффекты. [38] [39]
Более того, исследования микролучей частиц показывают, что прохождение даже одной альфа-частицы (например, из радона и его потомков) через ядра клеток является высокомутагенным [40] и что альфа-излучение может иметь более высокий мутагенный эффект при низких дозах (даже если небольшая часть клеток подвергается воздействию альфа-частиц), чем предсказывает линейная беспороговая модель, явление, приписываемое эффекту свидетеля . [41] Однако в настоящее время недостаточно доказательств того, что эффект свидетеля способствует канцерогенезу у людей при низких дозах. [42]
Радиационный гормезис не был принят ни Национальным исследовательским советом США [17] , ни Национальным советом по радиационной защите и измерениям (NCRP). [43] В мае 2018 года NCRP опубликовал отчет междисциплинарной группы экспертов по радиации, которые критически рассмотрели 29 высококачественных эпидемиологических исследований групп населения, подвергшихся радиации в диапазоне низких доз и низких мощностей дозы, в основном опубликованных за последние 10 лет. годы. [44] Группа экспертов пришла к выводу:
Недавние эпидемиологические исследования подтверждают продолжение использования модели LNT для радиационной защиты. Это согласуется с выводами других национальных и международных научных комитетов, основанными на несколько более старых данных, о том, что никакая альтернативная зависимость «доза-реакция» не кажется более прагматичной или разумной для целей радиационной защиты, чем модель LNT.
Кроме того, Научный комитет ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН) в своем отчете за 2000 год написал: [45]
До тех пор, пока [...] не будут устранены неопределенности в отношении реакции на низкие дозы, Комитет считает, что увеличение риска индукции опухоли, пропорциональное дозе радиации, согласуется с развитием знаний и, соответственно, остается наиболее научно обоснованным приближением реакции на низкие дозы. Однако не следует ожидать строго линейного ответа на дозу при всех обстоятельствах.
Это ссылка на тот факт, что очень низкие дозы радиации оказывают лишь незначительное влияние на состояние здоровья человека. Поэтому трудно обнаружить «сигнал» снижения или увеличения заболеваемости и смертности из-за низкого уровня радиационного воздействия в «шуме» других эффектов. Идея радиационного гормезиса была отвергнута 16-летним исследованием биологических эффектов ионизирующей радиации, проведенным Национальным исследовательским советом (частью Национальной академии наук). «Научно-исследовательская база показывает, что не существует порога воздействия, ниже которого можно было бы продемонстрировать, что низкие уровни ионизирующего излучения безвредны или полезны. Риски для здоровья – особенно развитие солидного рака в органах – растут пропорционально воздействию», — говорит Ричард Р. Монсон, заместитель декана по профессиональному образованию и профессор эпидемиологии Гарвардской школы общественного здравоохранения, Бостон. [46] [17]
Возможность того, что низкие дозы радиации могут иметь положительный эффект (феномен, часто называемый «гормезисом»), была предметом серьезных дискуссий. Были рассмотрены доказательства горметических эффектов с упором на материалы, опубликованные после исследования BEIR V 1990 года о влиянии на здоровье воздействия низких уровней ионизирующей радиации. Хотя примеры очевидных стимулирующих или защитных эффектов можно найти в клеточной биологии и биологии животных, преобладание доступной экспериментальной информации не подтверждает утверждение о том, что низкие уровни ионизирующего излучения имеют положительный эффект. Механизм любого такого возможного эффекта остается неясным. В настоящее время предположение о том, что любые стимулирующие горметические эффекты от низких доз ионизирующего излучения будут иметь значительную пользу для здоровья человека, превышающую потенциальные вредные последствия от радиационного воздействия в той же дозе, является необоснованным.
Монацитовый песок Кералы (содержащий треть мировых экономически извлекаемых запасов радиоактивного тория ) испускает около 8 микрозивертов в час гамма-излучения, что в 80 раз превышает мощность дозы, эквивалентную в Лондоне, но десятилетнее исследование с участием 69 985 жителей опубликовано в журнале Health Physics в 2009 году «не было выявлено избыточного риска развития рака в результате воздействия земного гамма-излучения. Избыточный относительный риск рака, исключая лейкемию, оценивался в -0,13 на Гр (95% ДИ: -0,58, 0,46)», что указывает на отсутствие статистически значимых положительных или отрицательных результатов. взаимосвязь между уровнями фонового излучения и риском рака в этом образце. [47]
Исследования клеточных культур могут быть полезны для поиска механизмов биологических процессов, но их также можно критиковать за то, что они не позволяют эффективно охватить весь живой организм.
Исследование Э. И. Аззама показало, что предварительное воздействие радиации заставляет клетки включать защитные механизмы. [48] Другое исследование, проведенное де Толедо и его коллегами, показало, что облучение гамма-лучами увеличивает концентрацию глутатиона, антиоксиданта, обнаруженного в клетках. [49]
В 2011 году исследование in vitro под руководством С.В. Костеса показало на покадровых изображениях сильно нелинейную реакцию определенных механизмов клеточного восстановления, называемых радиационно-индуцированными фокусами (RIF). Исследование показало, что низкие дозы радиации вызывают более высокую скорость образования РИФ, чем высокие дозы, и что после воздействия низких доз РИФ продолжает формироваться после окончания облучения. Измеренная скорость образования РИФ составила 15 РИФ/ Гр при 2 Гр и 64 РИФ/Гр при 0,1 Гр. [31] Эти результаты показывают, что низкие дозы ионизирующего излучения не могут увеличивать риск рака прямо пропорционально дозе и, таким образом, противоречат линейной беспороговой стандартной модели. [50] Мина Бисселл , всемирно известный исследователь рака молочной железы и участник этого исследования, заявила: «Наши данные показывают, что при более низких дозах ионизирующего излучения механизмы восстановления ДНК работают намного лучше, чем при более высоких дозах. Это нелинейное повреждение ДНК. ответ ставит под сомнение общее предположение о том, что любое количество ионизирующего излучения вредно и аддитивно». [50]
Раннее исследование на мышах, подвергавшихся ежедневной низкой дозе радиации (0,11 Р в день), показало, что они могут пережить контрольных животных. [51] Исследование Оцуки и его коллег выявило гормезис у животных. [52] Миячи провел исследование на мышах и обнаружил, что доза рентгеновского излучения в 200 мГр защищает мышей как от дальнейшего воздействия рентгеновских лучей, так и от газообразного озона. [53] В другом исследовании на грызунах Сакаи и его коллеги обнаружили, что гамма-облучение (1 мГр/ ч ) предотвращает развитие рака (вызванного химическими средствами, инъекцией метилхолантрена ) . [54]
В статье 2006 года [55] доза в 1 Гр была доставлена в клетки (с постоянной скоростью от радиоактивного источника) в течение ряда промежутков времени. Они составляли от 8,77 до 87,7 часов, абстрактно утверждается, что для дозы, доставленной в течение 35 часов или более (низкая мощность дозы), трансформации клеток не произошло. Также для дозы 1 Гр, доставленной в течение 8,77–18,3 часов, биологический эффект (неопластическая трансформация) был примерно «в 1,5 раза меньше, чем эффект, измеренный при высокой мощности дозы в предыдущих исследованиях с аналогичным качеством [рентгеновского] излучения». Аналогичным образом сообщалось, что фракционирование гамма-облучения снижает вероятность неопластической трансформации. [56] Сообщается, что предварительное воздействие быстрых нейтронов и гамма-лучей Cs-137 увеличивает способность второй дозы вызывать неопластическую трансформацию. [57]
При интерпретации этих результатов следует соблюдать осторожность, поскольку, как отмечается в отчете BEIR VII, эти предварительные дозы также могут увеличить риск рака: [17]
В хронических экспериментах с низкими дозами на собаках (75 мГр/день в течение всей жизни) жизненно важные гемопоэтические предшественники показали повышенную радиорезистентность наряду с возобновлением пролиферативной способности (Seed and Kaspar 1992). В тех же условиях у подгруппы животных наблюдалась повышенная способность к репарации, что было подтверждено анализом внепланового синтеза ДНК (Seed and Meyers 1993). Хотя эти наблюдения можно интерпретировать как адаптивный эффект на клеточном уровне, в популяции животных, подвергшихся воздействию, наблюдалась высокая заболеваемость миелолейкозом и связанными с ним миелопролиферативными заболеваниями. Авторы пришли к выводу, что «приобретение радиорезистентности и связанных с ней репаративных функций под сильным селективным и мутагенным давлением хронической радиации связано во времени и причинно с лейкемогенной трансформацией в результате радиационного воздействия» (Seed and Kaspar 1992).
Однако 75 мГр/сут нельзя точно назвать низкой мощностью дозы – это эквивалентно более 27 зивертам в год. То же исследование на собаках не выявило ни увеличения заболеваемости раком, ни сокращения продолжительности жизни у собак, облученных дозой 3 мГр/день. [58]
В ходе многолетнего исследования ликвидаторов чернобыльской катастрофы [59] было установлено, что: «В ходе текущих исследований парадоксально более длинные теломеры были обнаружены у лиц, получивших более сильное длительное облучение». и «Смертность от онкологических заболеваний была ниже, чем в общей популяции во всех возрастных группах, что может отражать эффективное здравоохранение этой группы». Хотя в заключении промежуточные результаты были проигнорированы, а заключение последовало гипотезе ЛНТ : «Признаки преждевременного старения были обнаружены у ликвидаторов Чернобыльской катастрофы; причем процесс старения развивался в более тяжелой форме и в более молодом возрасте у людей, подвергшихся большему воздействию ионизирующих воздействий». радиация».
В австралийском исследовании, в котором анализировалась связь между воздействием солнечного ультрафиолета и повреждением ДНК, результаты показали, что, хотя частота клеток с разрывами хромосом увеличивается с увеличением воздействия солнца , неправильное восстановление разрывов цепей ДНК уменьшается по мере увеличения воздействия солнца. [60]
Здоровью жителей радиоактивных многоквартирных домов на Тайване уделяется пристальное внимание. В 1982 году более 20 000 тонн стали были случайно заражены кобальтом-60 , и большая часть этой радиоактивной стали была использована для строительства квартир и подвергла тысячи тайваньцев воздействию гамма-излучения, уровень которого превышал фоновый более чем в 1000 раз (в среднем 47,7 мЗв, максимум 2360 мЗв (избыточная кумулятивная доза). Радиоактивное загрязнение было обнаружено в 1992 году.
Серьезно ошибочное исследование 2004 года сравнило молодых жителей здания с гораздо более старшим населением Тайваня и установило, что у молодых жителей реже диагностируется рак, чем у пожилых людей; это рекламировалось как свидетельство эффекта радиационного гормезиса. [61] [62] (Пожилые люди имеют гораздо более высокий уровень заболеваемости раком даже при отсутствии избыточного радиационного воздействия.)
Сообщалось, что в первые годы после заражения общее число случаев рака было либо ниже, чем в среднем по обществу, либо немного выше. [63] [64] Значительно увеличилось количество случаев лейкемии и рака щитовидной железы. [61] [63] Когда был обнаружен более низкий уровень заболеваемости «всеми видами рака», предполагалось, что это связано с тем, что подвергшиеся воздействию жители имели более высокий социально-экономический статус и, следовательно, в целом более здоровый образ жизни. [61] [63] Кроме того, Hwang и соавт. в 2006 году предупредил, что лейкемия была первым типом рака, который был обнаружен среди выживших после бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, поэтому могут пройти десятилетия, прежде чем будет замечено какое-либо увеличение числа более распространенных типов рака. [61]
Помимо повышенного риска лейкемии и рака щитовидной железы, в более поздней публикации отмечаются различные аномалии ДНК и другие последствия для здоровья среди подвергшегося воздействию населения: [65]
Было несколько сообщений о радиационном воздействии на облученную популяцию, включая цитогенетический анализ, который показал увеличение частоты микроядер в периферических лимфоцитах в облученной популяции, увеличение ацентромерных и одиночных или множественных центромерных цитогенетических повреждений, а также более высокую частоту хромосомных транслокаций, колец и дицентрики. Другие анализы показали стойкую депрессию периферических лейкоцитов и нейтрофилов, увеличение количества эозинофилов, изменение распределения субпопуляций лимфоцитов, увеличение частоты помутнений хрусталика, задержку физического развития среди подвергшихся воздействию детей, повышенный риск нарушений щитовидной железы и поздние последствия гемопоэтической адаптации у детей.
Люди, живущие в этих зданиях, также страдали от бесплодия. [66]
Намеренное воздействие воды и воздуха, содержащих повышенное количество радона, воспринимается как терапевтическое, и «радоновые курорты» можно найти в США, Чехии, Польше, Германии, Австрии и других странах.
Учитывая неопределенные последствия радиации низкого и очень низкого уровня, существует острая необходимость в качественных исследованиях в этой области. Группа экспертов, созванная на Саммите по воздействию сверхнизкой радиации в 2006 году в Карлсбаде, штат Нью-Мексико, предложила построить лабораторию сверхнизкой радиации . [67] Лаборатория, если она будет построена, будет исследовать влияние почти полного отсутствия радиации на лабораторных животных и клеточные культуры , а также сравнивать эти группы с контрольными группами , подвергшимися естественному уровню радиации. Например, будут приняты меры по удалению калия-40 из пищи лабораторных животных. Группа экспертов считает, что лаборатория сверхнизкой радиации — единственный эксперимент , который может авторитетно и уверенно исследовать эффекты низкоуровневой радиации; что он может подтвердить или опровергнуть различные радиобиологические эффекты, предполагаемые при низких уровнях радиации, например, LNT , порог и радиационный гормезис. [68]
Первые предварительные результаты воздействия практически нулевого излучения на клеточные культуры были сообщены двумя исследовательскими группами в 2011 и 2012 годах; исследователи в США изучали клеточные культуры, защищенные от радиации, в стальной камере на глубине 650 метров под землей на экспериментальном заводе по изоляции отходов в Карлсбаде, штат Нью-Мексико [69] , а исследователи в Европе предложили план эксперимента для изучения воздействия почти отсутствия радиации на мышей. клеток (анализ трансгенной хромосомной инверсии pKZ1), но эксперимент не проводил. [70]
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь )Изучена заболеваемость раком в когорте из примерно 6250 человек, и сообщалось о незначительном повышении уровня заболеваемости раком по сравнению с оцененными дозами, хотя у студента имеется ряд неуверенности, включая отсутствие контроля за мешающими факторами, такими как как курение