Радиобиология с основами радиоэкологии

сернистым ангидридом. В 1957 г. в результате аварии на радиохимическом предприятии «Маяк» население г. Каменск-Ураль- ский оказалось в зоне выпадения радиоактивных осадков. Установлено, что проживание в зоне, связанной с наиболее высоким уровнем радиоактивного загрязнения, наряду с общей продолжительностью проживания на данной территории может быть отнесено к факторам риска для злокачественных новообразований в легких и молочной железе. Следует отметить возрастание заболеваний раком легких у населения в районах, где добывают уголь. Установлена тесная зависимость между заболеванием раком легкого и уровнем загрязнения атмосферного воздуха некоторыми полициклическими углеводородами, металлами и другими веществами, поступающими в атмосферу с выбросами металлургической, сталелитейной промышленности, двигателей внутреннего сгорания, тепловых электростанций, работающих на твердом топливе. Таким образом, рак легких – одно из немногих онкологических заболеваний, которое имеет доказанную количественную связь с факторами окружающей среды, воздействующими в условиях производства и быта.

В экспериментах на лабораторных мышах доказано, что длительное вдыхание воздуха, содержащего угольную золу, повышает у экспериментальных животных частоту развития опухолей легких, кожи и молочных желез. Сочетанное хроническое воздействие на мышей угольной золы и бенз[а]пирена выявило синергизм их канцерогенного действия. Оценка отдаленных эффектов биологического действия нитратов, нитритов и окиси трития показывает, что при сочетанном воздействии этих химических веществ и окиси трития опухоли молочных желез у крыс возникают в более ранний период и в большем количестве.

Многие канцерогены в малых количествах не вызывают появление опухолей, но при действии на облученный организм способны значительно повысить вероятность их образования. Этот процесс промоции, как было показано в экспериментах, часто носит не аддитивный, а четко выраженный синергический характер. Возможными промоторами, способствующими интенсивному делению клеток и образованию опухоли, могут быть длительно действующие механические раздражения, хроническое воздействие повышенных доз УФили ионизирующего излучения, тепловые воздействия, электромагнитные излучения. Примерами усиления канцерогенеза у животных, облученных ионизирующим излучением, могут быть следующие: под влиянием половых гормонов возрастает частота опухолей молочных желез; при воздействии ростового гормона повышается вероятность возникновения остеосарком; метилурацил увеличивает появление опухолей в щитовидной железе. Явление синергизма при действии химических веществ и ионизиру-

а также при совместном потреблении алкоголя и табака на индукцию двух типов рака у мужчин (рис. 12.6 Б, В). Видно, что величина коэффициента синергического усиления (k) имеет ярко выраженный максимум при определенном соотношении воздействующих агентов N2/N1. При других величинах N2/N1 коэффициент k принимает меньшие значения. Тем самым продемонстрирована возможность применения модели синергизма, разработанной для описания комбинированного действия агентов на клеточные системы, к воздействию на человека.

Экспериментальными исследованиями, проведенными на лабораторных животных, доказано, что дым потенциирует действие α-излучения. При ингаляционном воздействии на крыс радона и табачного дыма раздельно и совместно было получено, что дозы за счет радона, равные 100, 500 и 4000 РУМ (РУМ – рабочий уровень за месяц – единица дозы для шахтеров за счет α-излучения, равная около 0.5 сГр), вызывают рак легкого. При сочетанном воздействии обоих агентов (радиации и табачного дыма) выход рака существенно увеличивается, при этом латентный период развития опухолей сокращается.

Данные обследования шахтеров не показали усиления канцерогенеза в опыте, когда курение предшествовало действию радона. Эти результаты свидетельствуют о том, что курение важно для более поздних стадий процесса образования рака, т.е. курение может ускорять развитие рака легкого, которое уже инициировано радоном. Это косвенно указывает на то, что латентный период развития рака короче у курящих, чем некурящих шахтеров, т.е. курение может действовать как промотор рака, индуцированного радоном. Сопоставление наблюдаемой частоты смертности от разных причин у американских, канадских, шведских и чехословацких шахтеров со средними показателями, характерными для всего населения, показало, что среди злокачественных опухолей повышенной является только частота рака легких, причем коэффициент риска возрастает у пожилых людей. Установлено, что дополнительная частота рака возрастает по мере увеличения накопленной дозы. Среди шахтеров-курильщиков частота рака легкого выше, чем среди некурящих. Эти данные свидетельствуют о синергическом взаимодействии курения с α-излучением радона и его дочерних продуктов, повышенное содержание которых характерно для урановых рудников.

Эпидемиологические исследования показали, что наиболее важным фактором при совместном действии радона и курения является влияние мощности дозы – длительное облучение при малых мощностях доз на единицу дозы более опасно, чем кратковременное облучение при более высокой мощности доз. Таким образом, в эпидемиолого-гигиенических наблюдениях за курящими и некурящими горнорабочими, а также в экспери-

ментах на животных с хронической ингаляционной затравкой получены результаты, свидетельствующие не только о суммации, но и возможном синергическом взаимодействии на легкие α-излучателей и химических канцерогенов.

12.4.7. Комбинированное действие физических факторов окружающей среды

К физическим факторам окружающей среды относятся внешнее и внутреннее облучение ионизирующей радиацией, а также различные виды неионизирующих излучений (электромагнитное, ультрафиолетовое, СВЧ-излучения), шумы, вибрация, ультразвук, которые в сочетании с тем или иным типом ионизирующего излучения могут давать разные типы взаимодействия.

Так, в условиях комбинированного применения слабого переменного магнитного поля сверхнизкой частоты и относительно продолжительного фракционированного рентгеновского облучения в малой суточной дозе 0.5 Гр (до суммарных доз 6–8 Гр) увеличивается выживаемость мышей и средняя продолжительность жизни. При этом снижается скорость накопления поврежденных систем, увеличивается среднее эффективное время гибели животных.

Примером синергического взаимодействия внешнего и внутреннего облучения является такой эксперимент. Многократное фракционированное внешнее воздействие γ-излучения с внутренним облучением от инкорпорированного 241Am приводят к утяжелению лучевого поражения организма, что подтверждается и отдельными клиническими показателями морфологического состава периферической крови, и таким интегральным показателем, как смертность. Все выявленные изменения являются результатом суммации эффектов, наблюдаемых при изолированном действии каждого вида радиации, при этом ранние изменения обусловлены в большей степени действием γ-излучения, поздние – действием инкорпорированного 241Am.

Большой интерес представляют комбинированные воздействия УФ-излучения с другими агентами внешней среды. Прежде всего, ультрафиолетовая составляющая солнечного света является основной причиной рака кожи человека, который возникает лишь на открытых частях кожи, главным образом (на 80–90%) на лице, преимущественно у белокожих людей. Его частота закономерно возрастает с увеличением длительности солнечного сияния и высоты Солнца над горизонтом (т.е. в направлении от полюсов к экватору), а также у лиц, профессионально связанных с работой под открытым небом. Кроме того, анализ частоты опухолевых заболеваний среди жителей штатов США показывает, что чем южнее расположены штаты, тем больше частота рака кожи у белых жителей этих шта-

тов. Канцерогенные эффекты вызывают излучения с длинами волн 240–260 нм, особенно эффективны кванты УФ-радиации с длиной волны 290–320 нм. В некоторых случаях УФ-облучение клеток после их предварительного экспонирования ионизирующим излучением может вызывать в разных ситуациях и в зависимости от типа клеток аддитивный, синергический или антагонистический эффект. Особенно синергическое взаимодействие ультрафиолетового и ионизирующего излучений хорошо изучено для бактерий. В обширных исследованиях на дрожжевых клетках было продемонстрировано синергическое взаимодействие одновременного применения УФ-излучения и гипертермии.

Комбинированное действие ионизирующего и неионизирующего электромагнитного излучений представляет большой практический интерес, поскольку такие комбинации часто встречаются в реальной жизни на производстве и в быту (телевизоры, дисплеи компьютеров, мобильные телефоны). При этом наблюдаются эффекты разной направленности. Магнитные поля различной напряженности могут индуцировать биологические эффекты через свое влияние на регуляторные системы организма, поэтому они способны модифицировать чувствительность объектов к действию поражающих факторов. Так, при изучении биологического действия ультрафиолетового, сверхвысокочастотного электромагнитного излучения и γ-радиации и их комбинаций на функциональное состояние систем организма овец показало, как синергический эффект при комбинированном применении УФ- и СВЧ-излучений, так и антагонистический эффект. При комбинированном (γ- и УФ) облучении действие γ-радиации, являющейся доминирующим фактором, модифицируется УФ-излучением. Это проявляется, в частности, в увеличении количества лейкоцитов в крови по сравнению с изолированным воздействием γ-излучения.

Кроме того, при хроническом УФ-облучении, следующем после острого γ-облучения, возрастает интенсивность обменных процессов. Данные исследования позволяют оценить чувствительность организма к действию этих факторов и его адаптационные возможности. Эффекты комбинированного действия электромагнитных излучений исследуемых диапазонов зависят от доминирующего фактора и могут быть модифицированы излучением, энергетические характеристики которого отличаются от физических характеристик доминирующего фактора за счет разных механизмов их действия. Предварительное шестичасовое воздействие магнитного поля защищало экспериментальных мышей от гибели после облучения в острых дозах 3 и 5 Гр. Оказалось, что чем позже происходило облучение после омагничивания (вплоть до 30 сут.), тем лучше была защита от действия ионизирующего излучения. Более эффективным яв-

ляется использование переменных магнитных полей инфранизких частот и малой напряженности на выживаемость мышей после общего рентгеновского облучения.

Усиление биологических эффектов происходит при комбинированном воздействии СВЧ-, рентгеновского излучения и рентгеновского излучения и шума. Известно, что микроволны влияют на функцию кроветворения как у людей, так и у животных. Кроме того, микроволны в зависимости от их интенсивности способны как стимулировать, так и угнетать окис- лительно-восстановительные процессы. Например, при изучении показателей воспроизводства установлено изменение плодовитости животных в зависимости от уровня воздействующих факторов; при этом проявляется стимулирующее действие СВЧ-облучения на плодовитость и угнетающее – рентгеновского облучения. При комбинированном воздействии установлено общее снижение числа мышат, родившихся у одной самку, причем наименьшее значение найдено при действии всех трех факторов.

Сочетанное воздействие рентгеновского излучения и электромагнитных полей СВЧ-диапазона представляет наиболее распространенный вариант профессионального облучения на предприятиях электронной и радиотехнической промышленности. У людей, работающих в этих областях, выявлены отклонения в состоянии нервной и сердечно-сосудистой системы, некоторая неустойчивость показателей периферической крови. Однако по уровню заболеваемости с временной потерей трудоспособности отличий у данного контингента людей от контрольной группы лиц не обнаружено. Отмечено, что у людей, подвергшихся одновременному действию СВЧ и ионизирующих излучений, угнетается фактор неспецифической защиты и специфического иммунитета, которые лежат в основе процессов старения. Поэтому иммунологические реакции в этом случае играют определенную роль в изменении таких важных показателей, как продолжительность жизни и функции воспроизводства.

На некоторых производствах – атомных электростанциях, предприятиях, где есть радиоэлектронная и переносная гам- ма-дефектоскопическая аппаратура, имеет место одновременное воздействие на работающих ионизирующего излучения и шума. Шумы – один из широко распространенных неблагоприятных физических факторов производственной среды. Воздействие шума может вызывать наряду с изменениями в слуховом аппарате явления вегетососудистой дистонии, переходящие постепенно в астено-вегетативный синдром. Усиление эффекта хронического сочетанного действия рентгеновского излучения и шума отмечено по частоте хромосомных перестроек в клетках костного мозга мышей после 31-го сеанса воздействия.

При одновременном действии вибрации (20–30 Гц) и шума на добровольцев продемонстрирован синергизм взаимодействия данных факторов, а повышение порога слуховой чувствительности становится наибольшим и составляет соответственно 3.8 и 4.2 дБ. Синергизм одновременного действия этих факторов проявляется и по тесту восстановления слуховой чувствительности. Самый длительный период восстановления также зарегистрирован при одновременном действии вибрации и шума.

На мышах и крысах изучено также комбинированное последовательное действие рентгеновского излучения в высоких дозах и шумовибрационного фактора, создаваемого железнодорожным транспортом. Оказалось, что действие этого сложного фактора через сутки после облучения, т.е. в латентный период развития лучевой болезни, увеличивает выживаемость животных, а в другие фазы острой лучевой болезни – снижает ее. Максимально достоверное уменьшение выживаемости зарегистрировано, когда шумовибрационный фактор действовал на мышей в разгаре лучевого поражения.

Синергическое взаимодействие одновременного применения ультразвуковых акустических колебаний и гипертермии показано в обширных исследованиях на дрожжевых клетках. Так, синергическое взаимодействие УФ- и ионизирующего излучения выявлено на бактериях Escherichia coli и культивируемых клетках китайского хомячка. С повышением предварительной дозы УФ-излучения наблюдается увеличение наклона кривых выживаемости, достигающее предельного значения при дозе УФ-света около 120 Дж/м2. Дальнейшее повышение дозы УФ-излучения не приводит к увеличению радиочувствительности бактерий. Тем самым демонстрируется ограничение максимальной модификации радиочувствительности (максимального синергизма) при комбинированном действии. Антагонистическое действие рентгеновского и УФ-излучения продемонстрировано для гаплоидных дрожжевых клеток в логарифмической стадии роста и взаимодействие этих агентов было аддитивным.

Модифицирующая роль стресса. В современном обществе стресс играет существенную роль в развитии негативных последствий облучения в организме, что имеет особое значение для состояния здоровья людей, пострадавших от радиационных аварий. Исследования показали, что стрессовый фактор модифицирует иммунный ответ организма животного на облучение ионизирующей радиацией. В результате воздействия стресс-факторов на человека может развиться целый комплекс психоневротических реакций, вызывающих состояние нервнопсихического напряжения – эмоционального стресса. Подобное состояние проявляется в условиях, когда человеку не удается достигнуть результата, жизненно важного для удовлетворения биологических и социальных потребностей. Эмоциональ-

ный стресс сопровождается многочисленными реакциями, вызывающими нарушение гомеостаза, противоопухолевого иммунитета.

Существует мнение, что стресс может служить фактором, усугубляющим реакцию организма на радиационное воздействие. Можно предполагать, что радиофобия (боязнь облучения), появившаяся у отдельных групп населения, находившихся в зонах с повышенным радиационным фоном, на загрязненных радионуклидами территориях и связанные с ней нервнопсихические нарушения могли нанести больший вред здоровью этих лиц, чем воздействие небольших доз ионизирующего излучения. Кроме того, появление заболеваний у жителей Брянской и Тульской областей России, в патогенезе которых существенное значение имеет развитие иммунологических механизмов, обусловлено сочетанным хроническим воздействием факторов радиационной и нерадиационной природы.

В экспериментах на лабораторных животных доказано, что сочетание внешнего или внутреннего облучения с иммобилизационным стрессом оказывает существенное влияние на состояние мембран эритроцитов крыс и распределение эритроцитов по стойкости. Были получены достоверные изменения некоторых биохимических показателей как при внешнем, так и при внутреннем облучении, модифицирующие влияние стресса. Выраженные изменения обнаружены и у животных, постоянно содержавшихся в 30-километровой зоне отчуждения Чернобыльской АЭС, причем они зависели от дозы облучения. Многочисленные эксперименты на животных и клинические наблюдения за группами людей демонстрируют сложность и многогранность данной проблемы. В настоящее время постепенно формируются общие принципы и методологические подходы к оценке величины повреждений, вызываемых сочетанным воздействием.

Подытоживая многочисленные данные по сочетанному действию факторов разной природы и ионизирующего излучения, В.Г. Петин, Г.П. Жураковская (2009) обосновали концепцию синергического взаимодействия ионизирующего излучения и других факторов окружающей среды и определили следующие общие закономерности проявления эффектов комбинированных воздействий, не зависящие от применяемых агентов и изучаемых объектов, имеющие важное значение в понимании механизмов их действия:

1.При комбинированных воздействиях различных агентов может наблюдаться аддитивное (независимое), синергическое (взаимное усиление) и антагонистическое (ослабление суммарного эффекта) взаимодействия.

2.Наиболее важным для радиационных аварий и проблем гигиенического нормирования является синергическое взаимо-

действие повреждающих агентов, которое наблюдается не при любых условиях воздействия.

3.Чаще всего наблюдается аддитивное сложение повреждений, индуцированных каждым агентом. Наличие синергического или антагонистического взаимодействия зависит от соотношения «доз» и/или интенсивностей воздействующих агентов.

4.Независимо от природы действующих агентов и анализируемого биообъекта синергизм максимален при одновременном применении агентов. Увеличение интервала времени между воздействиями приводит к прогрессивному уменьшению синергического эффекта.

5.Существует оптимальная доза ионизирующего излучения, при которой синергическое усиление радиационного эффекта максимально, если сохраняется постоянной «доза» второго агента, участвующего в комбинации. Увеличение или уменьшение дозы ионизирующего излучения по сравнению с оптимальной приводит к уменьшению синергизма.

6.При вариации доз обоих агентов существует определенное (оптимальное) соотношение «доз» воздействующих агентов, при котором синергизм максимален. Любое отклонение этого соотношения от оптимального приводит к снижению синергического взаимодействия.

7.Уменьшение мощности дозы ионизирующего излучения требует пропорционального снижения интенсивности второго агента для сохранения максимального синергического взаимодействия. Эта закономерность является главным аргументом, указывающим на принципиальную значимость (возможность) синергического взаимодействия при низких уровнях интенсивностей вредных агентов.

8.Наиболее распространенные из предполагаемых механизмов синергического взаимодействия связаны с подавлением способности биообъектов к пострадиационному восстановлению

вусловиях комбинированных воздействий или с формированием дополнительных эффективных повреждений за счет взаимодействия субповреждений, индуцированных каждым агентом.

9.Установленная во многих клинических исследованиях зависимость характера эффекта комбинированного действия от теста может быть связана с наличием специфического для каждой физиологической системы интервала доз или интенсивностей факторов, при которых наблюдается синергизм. Поэтому в исследуемых режимах комбинированных воздействий в различных системах будут проявляться разные типы взаимодействия эффектов (антагонизм, аддитивность или синергизм).

12.4.8. Экологические и гигиенические проблемы комбинированных воздействий

Современная экологическая ситуация характеризуется масштабным и комплексным воздействием факторов разной (физической, химической, биологической) природы на все биологические объекты. Комбинированное действие нескольких физических и химических факторов на организм человека является реальностью современного мира. В связи с этим перед гигиенистами стоит задача разработки методов количественной оценки поражающего эффекта подобных воздействий и прогнозирования его величины.

В условиях постоянно возрастающей техногенной нагрузки на экосистемы, и в том числе и на человека, широк и разнообразен набор биологических факторов, оказывающих вредное воздействие. К ним относятся микроорганизмы, аллергены, токсины, вакцины. На популяционном уровне большое значение для усиления вредного воздействия могут оказать стресс, неблагополучный социальный и экономический статус. Следует упомянуть, что многие распространенные факторы (ионизирующие излучения, ультрафиолетовое излучение, электромагнитные неионизирующие излучения, пестициды) обладают канцерогенным действием.

Прогнозирование эффектов сочетанного воздействия, планирование и проведение природоохранных мероприятий по улучшению качества окружающей среды и предотвращения негативных последствий действия широкого спектра поллютантов на биологические системы, снижение риска заболеваемости населения имеют важное практическое и теоретическое значение. Перечисленные проблемы с точки зрения экологии и гигиены еще далеки от решения, несмотря на существенные достижения в этой области. Многие санитарные нормативы, установленные для отдельных агентов и гарантирующие безопасность именно для этих условий, не могут быть использованы при комбинированных воздействиях. Например, на предприятиях ядерного топлива имеет большое значение определение эффектов комбинированного действия внешнего γ-излучения и внутреннего облучения γ-, β- и α-излучателей, а также при сочетании ионизирующих излучений с физическими и химическими факторами, оказывающими вредное воздействие.

Принципы нормирования сочетанного воздействия начали предприниматься в СССР еще с 1976 г., а на уровне международных организаций – с 1980 г. Основные документы – документ НКДАР А/АС 82/Р381, 1980 г.; доклад НКДАР, 1982 г. В  них представлена методология нормирования сочетанных воздействий. В соответствии со сведениями, представленными в этих документах, необходимо учитывать физическую или химическую природу каждого из изучаемых факторов, механиз-