Современные представления о механизмах влияния малых доз радиации.

Естественно предположить, что более сильное воздействие должно вызывать более сильный ответ, и, наоборот, слабое воздействие должно вызывать слабые последствия. Однако при облучении малыми дозами и низкими мощностями доз это оказывается не всегда так. Слабые, но постоянные радиационные воздействия могут вызывать значительные биологические эффекты.

Зависимость эффекта от дозы облучения оказывается нелинейной: в определенных интервалах низкоинтенсивное облучение вызывает более значительный эффект, чем большее по величине. Оказалось, что число повреждений хромосом и уровень злокачественной трансформации клеток при малых дозах примерно на порядок выше, чем можно было бы ожидать при простой (линейной) экстраполяции влияния от высоких доз к малым. То же наблюдается при реакции иммунной системы: низкоинтенсивное облучение вызывает неадекватно сильную реакцию, большее нарушение пространственной организации иммунной системы.

Сейчас становятся более ясными механизмы такого неожиданно сильного влияния малых доз. Радиация (как и другие загрязнения окружающей среды) не только нарушает функционирование живых структур, но и активизирует имеющиеся в каждом организме защитные системы (цито-генетические, иммунологически и др.): повышается концентрация супер-оксиддисмутазы, уничтожающей возникшие при ионизации радикалы, включаются системы иммунного надзора, быстрее обновляются клеточные популяции и т. д.

Все эти защитные системы активизируют деятельность организма и восстанавливают те повреждения, полученные организмом, которые можно восстановить (так называемый процесс репарации, например, энзимная репарация повреждений ДНК). Репарационные процессы, несомненно, должны зависеть от мощности и дозы облучения. Но в самом начале повреждающего воздействия мощности и дозы облучения могут быть такими малыми (сравнивыми с уровнем естественной радиации), что сигнальные системы разных уровней - от молекулярно-генетических до клеточных - еще не улавливают такого воздействия и не запускают механизмов репарации. В таких случаях механизмы репарации или не включаются, или начинают работать с задержкой, или работают не на полную мощность. В результате все полученные организмом радиационные повреждения (которые в диапазоне более значительных доз, вероятнее всего, стали бы активно исправляться репарационными системами) реализуются, а наблюдаемый при этом эффект будет более значительным, чем при воздействии даже многократно большей дозы.

Если доза облучения будет нарастать, то механизм репарации включается на полную мощность. В результате внешний эффект влияния радиации в следующем за малыми дозами диапазоне должен уменьшиться, и, пока не исчерпан резерв репарации, внешне реакция будет выглядеть как плато (при увеличении дозы эффект не нарастает). Наконец, когда возможности репарации будут исчерпаны, будет проявляться линейная зависимость эффекта от дозы (больше доза - больше эффект). Сложение взаимодействия первичного эффекта от радиации и результата репарации при низких дозах дает S-образную кривую ответа организма на воздействие малых доз радиации.

Эта сложная зависимость между облучением и повреждением описывается во множестве работ. Например, при облучении дозами до 10 сЗв число смертельных лейкозов оказывается столь же значительным, как и при облучении многократно большими дозами. Та же парадоксальная зависимость прослеживается и на биохимическом уровне.

Несомненно, нам еще неизвестны многие механизмы сверхэффекта малых доз. Дополнительной к гипотезе Е.Б. Бурлаковой является гипотеза английского физического химика и эпидемиолога К. Басби, также объясняющая непропорционально большой эффект малых доз, которая развивается им под названием «Теория второго события». Гипотеза Басби также основана на задержке репарации после облучения. После сублетального радиационного удара по ДНК внутри клетки немедленно запускается процесс репарации. Известно, что этот процесс длится 8-10 часов. К. Басби предполагает, что пока этот процесс не закончится, ДНК не в состоянии начать новый процесс репарации. Поэтому любое фракционированное облучение на протяжении следующих 8-10 часов будет иметь последствием нерепарированные повреждения ДНК. К. Басби считает, что такие вторичные поражения не возникают при внешнем облучении ниже 1 мЗв (средний естественный радиационный фон), но возникают при внутреннем облучении, в том числе в результате появления новых радионуклидов в результате распада инкорпорированных техногенных радионуклидов. Я бы назвал эти взгляды гипотезой «второго удара»: вратарь, бросившийся ловить летящий в сетку мяч, имеет мало шансов отбить второй и третий мячи, одновременно летящие в ворота.

Приведенные выше рассуждения объясняют некоторые давно известные и, казалось бы, противоречащие друг другу факты: доза радиации, получаемая организмом за короткий промежуток времени, в каких-то условиях может вызывать меньшие поражения, чем равновеликая доза, полученная за длительный период; в других случаях эффект кратковременного острого облучения может быть большим, чем равновеликого, растянутого во времени (фракционированного) облучения (эффект Петко). В то же время в отношении ряда раковых заболеваний установлено, что отмеченная выше закономерность не всегда действует: фракционное, растянутое во времени, облучение иногда дает меньший канцерогенный эффект, чем разовое. Получает объяснение и радиационная стимуляция (т. н. «гормезис»): при определенных условиях после воздействия малых доз по каким-то показателям может наблюдаться внешне положительная реакция организма.

Об эффекте радиационной стимуляции известно давно. Атомщики горячо поддерживают работы в этом направлении. Иногда атомные энтузиасты даже утверждают, что малые дозы радиации повышают жизненную активность, усиливают половую потенцию и увеличивают среднюю продолжительность жизни. Может быть, у какого-то небольшого числа малочувствительных к радиации особей половая потенция и повышается от радиации, но ничем хорошим это не может обернуться в череде поколений, - нарушенный радиацией генетический материал обязательно даст о себе знать в потомстве. Зато противоположные эффекты доказаны на большом статистическом материале. У растений и животных никогда не обнаруживались положительные эффекты от радиации в экспериментах на большом числе поколений. На материале исследований природных сообществ ВУРСа и Чернобыльской зоны отчуждения можно утверждать, что за внешним благополучием (иногда даже развитием особенно пышных форм растений и грибов) скрываются устойчивые генетические повреждения и дестабилизация.

При обсуждении проблемы влияния малых доз радиации необходимо иметь в виду так называемое правило пропорционального риска (Шевченко, 1990), которое в нашем случае можно сформулировать так: облучение большого числа людей малыми дозами эквивалентно (с точки зрения влияния радиации на всю популяцию) облучению небольшого числа людей большими дозами. Генетический риск для 100 человек, получивших дозу 0,01 Зв, эквивалентен, с точки зрения поражения популяции, риску для 10 человек, получивших дозу 0,1 Зв, и риску для одного человека, получившего дозу 1,0 Зв. Малые индивидуальные дозы суммируются в большие коллективные. На самом деле, зависимость, конечно, сложнее. Во-первых, эквивалентность результатов облучения многих малыми дозами и немногих - большими подразумевает линейную зависимость доза - эффект, но, как говорилось выше, в области сверхмалых доз эта линейность нарушается. Во-вторых, в течение первых десятков поколений зависимость усложняется из-за различной судьбы мутаций в популяции. В одном случае эти мутации будут передаваться следующим поколениям небольшими группами особей, а в другом - более многочисленными.

Несомненно, в области выяснения влияния малых доз нас ждут новые открытия, связанные с более глубоким пониманием путей воздействия ионизирующей радиации на живое. Возможно, что не вполне понятные сегодня эффекты малых уровней облучения связаны не с прямым, а с опосредованным действием радиации, например, через влияние создаваемых радиацией аномалий атмосферного электрического поля.

В длящемся два последних десятилетия горячем споре сторонников значительного негативного влияния малых доз (и мощностей доз) и сторонников отсутствия такого влияния (или даже позитивного влияния облучения на жизнедеятельность организма) наступил качественно новый этап. Сторонники значительного негативного влияния малых доз теперь не только предоставляют факты такого влияния, но и дают обоснованное теоретическое объяснение этого влияния. На наших глазах гипотеза о влиянии малых доз превращается в настоящую научную концепцию влияния малых доз.