08.07.2020

Вплив малих доз радіації на організм

Вплив малих доз радіації на організм

Інтенсивне випробування ядерної зброї в середині XX століття, використання атомної енергії, іонізуючого випромінювання в народному господарстві призвело до збільшення радіаційного фону на планеті. Ці процеси призвели до зміни акцентів в радіобіологічних дослідженнях. Стали більше приділяють увагу дослідження дії радіації у відносно малих дозах і які є пролонговані в часі.


Які дози опромінення вважають малими?


Серед вчених в цьому питанні немає одностайності, але більшість вважає, що діапазон малих доз знаходиться вище природного фону і перевищує його в десять разів. Верхня межа діапазону малих доз є менш визначеною, оскільки існує велика різниця між різними організмами в радіочутливості. Мірилом верхньої межі малих доз вважають ту дозу радіації, яка є причиною 50% особин даного виду протягом 30-60 днів (ЛД50 \ 30) або 100% за цей же час (ЛД100 / 30). Діапазон малих доз обмежується «зверху» величиною, яка на 2 порядки (в сто разів) менше ніж ЛД50 \ 30 для даного виду живих істот (організмів). У разі, коли малі дози стосуються людини, то мова йде про дози 4-5 рад (0,04 - 0,05 Гр) в умовах разового опромінення.


Яка біологічна дія малих доз радіації?


Що б відповісти на це питання необхідно звернутися до того, як реалізується дію іонізуючого випромінювання на рівні окремих іонізуючих частинок (квантів) при взаємодії з ДНК (ДНК в даному випадку є біологічною мішень). Навіть одне єдине влучання в біологічну мішень (взаємодія) може привести до незворотного пошкодження гену (до мутації). Зміна генетичної інформації може призвести до загибелі клітини. Таким чином, іонізуюча радіація - це не єдиний, відомий людству, фізичний агент, який не має порогу ефекту. Оскільки навіть за найменшого впливу (одна іонізуюча частинка) можуть виникнути серйозні біологічні наслідки (зрозуміло, що з дуже низькою ймовірністю). Прямий висновок з усього цього полягає в тому, що будь-яке додаткове до існуючого радіаційного фону опромінення організму є шкідливим і небезпечним.


Але не все так просто. Імовірнісний характер дії радіації здійснюється тільки на ті біологічні процеси, які безпосередньо пов'язані з функціонуванням генетичного апарату клітини. Такі ефекти розвиваються за принципом «все або нічого» (іонізуюча частинка або потрапила, або не потрапила в «мішень»). Зі збільшенням дози радіації збільшується кількість таких елементарних подій, а не їх величина. Всі інші біологічні ефекти опромінення залежать від величини отриманої дози - зі збільшенням дози опромінення збільшується виразність ефекту. Наприклад, зі збільшенням дози опромінення збільшується тривалість затримки ділення клітини.
 

Більш того, при малих дозах опромінення, рівні яких межують з природним фоном, вдається зареєструвати стимулюючу дію радіації. Така дія проявляється в збільшенні частоти клітинних поділів, прискорене проростання і поліпшення схожості насіння, і навіть підвищення врожайності сільськогосподарських культур. Збільшується виведення курчат (зменшується їх відмирання при вилуплюванні з яєць). Курчата краще набирають вагу, а у курей покращується несучість. Збільшується стійкість тварин до бактеріальних і вірусних інфекцій. Таким чином не тільки у рослин, але навіть і у тварин (навіть в радіочутливих видах ссавців) виділяють діапазон доз, які викликають стимуляцію життєдіяльності (1-10-25 рад). Цей ефект вчені називають гормезисом. Необхідно звернути увагу, що для імовірнісних (стохастичних) ефектів, тобто мутацій, явище гормезису не доведене.


При таких умовах застосування теорії безпорогової дії радіації істотно обмежується і є тільки для стохастичних ефектів.
З іншого боку, багатьма вченими було доведено, що в дії радіації існує поріг навіть для стохастичних ефектів. До них відноситься, наприклад, збільшення випадків лейкозу і раку (який виникає внаслідок пошкодження хромосом). В діапазоні значних доз опромінення (від 20 до 30 рад) чітко реєструється лінійна залежність частоти віддалених наслідків від дози опромінення. Зі зменшенням доз все важче встановити таку залежність, а якщо врахувати, що існує природний рівень раків і лейкозів (їх виникнення не пов'язане з радіацією та опроміненням), то встановити залежність доза-ефект є вкрай проблематичним. При таких умовах визначити ефекти малих доз радіації, тобто встановити достовірність наукового експерименту, необхідно в тисячі разів збільшити кількість експериментальних тварин. При цьому необхідно, щоб тварини (наприклад, миші) були однорідною популяцією, що вкрай важко. Крім цього, для такої кількості тварин дуже важко створити однорідні (однакові) умови навколишнього середовища. З огляду на сказане можна зробити висновок, що експериментальна перевірка безпорогової, або порогової концепції дії радіації на організм, є завдання надзвичайно важке, і на сьогодні це питання не вирішене.

 

 

Щодо порогової концепції дії радіації необхідно додати, що дана концепція має істотне теоретичне і експериментальне підтвердження. Основний зміст полягає в тому, що в клітці існують цілі системи, які відповідають за відновлення пошкоджень генетичного апарату. Ці системи відновлення ДНК (хромосом) називаються системами репарації (відновлення). Ці системи є надзвичайно ефективними і мають потужний запас функціональної стійкості до навантажень, які пов'язані з відновленням враженої ДНК. Виходячи зі знань про системи репарації в клітині і роблять висновок, що при малих дозах радіації (коли низькі рівні ушкодження генетичного апарату) системи репарації (відновлення) встигають повністю ліквідувати пошкодження генів. Тільки при збільшенні дози (потужності опромінення) вище певного рівня, системи відновлення генетичного апарату просто не встигають (не справляються) відновлювати пошкоджену ДНК. Наслідки опромінення (ефект) реєструється по збільшенню генетичних ушкоджень.


Як розуміти наявність двох протилежних концепцій дії малих доз радіації?


На думку деяких вчених (наприклад, В.А.Барабой), існує пояснення, яке пояснює доцільність і змістовність двох концепцій. Необхідно звернути увагу на факт про те, що незважаючи на наявність потужних систем репарації ДНК, вони не можуть повністю ліквідувати пошкодження генетичного апарату (як радіаційної, так і нерадіаційної природи). Системи відновлення генетичного апарату клітини сформувалися разом з виникненням життя на Землі. Разом з живими організмами еволюціонували і системи відновлення (захисту) генетичного апарату клітини, організму від мутагенного впливу навколишнього середовища (в тому числі й радіаційного фону).


З іншого боку, повне відновлення зміненої генетичної інформації - не в інтересах біологічного виду. Оскільки умови життя на Землі поступово змінюються. В умовах змін умов життя (довкілля) для біологічного виду є життєво важливою потрібно постійно пристосовуватись до змін. В умовах, коли вид на 100% захищає свою спадковість втрачає можливість пристосовуватися і як наслідок, в умовах, що змінилися життя, його чекає загибель. У такій ситуації стає очевидним, що для біологічного виду є необхідність збереження певної кількості мутантних особин, які в змінених умовах життя були більш придатними для існування внаслідок кращого пристосування. Завдяки цим особинам, в уже змінених умовах навколишнього середовища, вид може успішно розмножуватися і, в кінцевому підсумку, зберегти вигляд (запобігти вимирання).


Виходячи з цього можна припустити, що незважаючи на наявність потужних систем відновлення (захисту) генетичного апарату клітини, в умовах природного радіаційного (в широкому значенні - мутагенного) фону виникають мутантні особини серед популяцій всіх видів живих істот. Мутаційний процес відбувається безперервно. Таким чином мутантні організми є «сировиною», завдяки якому здійснює природний відбір і зберігаються організми (види) найбільш пристосовані для умов навколишнього середовища.


Виходить, що системи репарації ліквідують не всі, а тільки частина пошкоджень ДНК. Якась кількість пошкоджень не відновлюється і дає початок мутаціям, які виникають з частотою, яка найбільш вигідною для популяції даного виду. Таким чином навіть природний радіаційний фон, який співіснує з життям на Землі мільярди років грає роль «постачальника» мутацій. Поріг, таким чином, відсутня або знаходиться нижче фону. Ця мутагенна роль радіації і над фоновою області малих доз опромінення. Репаративні системи основну масу мутацій, за виключенням біологічно необхідних. Тому в межах малих доз опромінення відсутня лінійна (пряма) залежність між відношенням «доза-ефект», а спостерігається хвилеподібна залежність або крива виходить на плато. Тільки виходячи з якоїсь величини дози (для кожного виду організмів він окремий) залежність «доза-ефект» має лінійну залежність - спостерігається лінійне збільшення пошкоджень ДНК, що є показником переходу від малих доз радіації до істотних, при яких перевищенням резервних можливостей репаративних систем клітини.


Слідуючи такому тлумаченню, що в межах малих доз радіації можливі ефекти стимуляції фізіологічних функцій клітин та цілого організму (гормезис), а також мутагенні ефекти, які є співставними з дією природного мутагенного фону.

+
Не поспішайте закривати сторінку

Ви точно ознайомилися з усіма пропозиціями і акціями нашої компанії?