Радиационная биология. Радиоэкология

Приведена история развития и обосновывается перспективность применения радиационных ядерно-физических методов для определения содержания химических элементов при экологических и радиобиологических исследованиях, а также в диагностических и лечебных подходах радиационной медицины. На основе результатов многолетних экспериментальных и клинических исследований, проведенных в НИИМР АМН СССР (ныне МРНЦ им. А.Ф. Цыба), анализируются механизмы поступления и негативные эффекты от выбросов в окружающую среду различных (в том числе и радиоактивных) химических элементов при работе предприятий атомной отрасли и при радиационных авариях, намечены пути решения проблем.

Пилоты входят в перечень профессий с наиболее серьезным отбором по состоянию здоровья, в связи с чем показатели стандартизованного отношения смертности (standardized mortality ratio; SMR) для них и соответствующие уровни “Эффекта здорового работника” (healthy worker effect; HWE) могут рассматриваться как эталонные, несмотря на то, что эта профессиональная группа подвергается хроническому радиационному воздействию за счет космического излучения, включающего значительную долю протонов и нейтронов. Проведен систематический обзор, объединяющий анализ (по средним значениям выборок) и мета-анализ работ по оценке для пилотов SMR по общей смертности (all causes) и смертности от всех злокачественных новообразований (all cancer); конечные выборки включали 16 и 13 публикаций. О наличии HWE судили, исходя из того, что верхняя граница 95% доверительного интервала (CI) для SMR должна быть <1.0. В результате объединяющего анализа и мета-анализа были получены соответственно значения для SMR all causes равные 0.60 (95% CI: 0.50; 0.69) и 0.57 (95% CI: 0.48; 0.66), а для SMR all cancer, равные 0.61 (95% CI: 0.51; 0.72) и 0.62 (95% CI: 0.52; 0.75). Таким образом, сравнительно с генеральной популяцией пилоты имеют сниженные на 40% показатели смертности и от всех причин, и от всех раков. Это обусловлено особым здоровьем летчиков, а также их отбором, поскольку исследования SMR all causes и SMR all cancer у бортпроводников, подвергающихся тем же неблагоприятным факторам (за исключением, вероятно, профессионального стресса), но не проходящих строгий отбор, не выявили ни единого индекса SMR, который демонстрировал бы наличие HWE. Уровни SMR all causes и SMR all cancer для пилотов оставались практически неизменными с 1970-х гг. по 2019 г. прослеживания когорт (конец follow-up), несмотря на то, что за эти периоды, в связи с повышением высоты полетов, увеличивалась и мощность радиационной экспозиции, и накапливаемые дозы облучения. Обзор источников показал, что попытки выявить у летчиков зависимое от дозы повышение частоты транслокаций, то есть аберраций хромосом – индикаторов канцерогенеза, оказались несостоятельными. Таким образом, радиационный фактор вряд ли отражается на смертности пилотов, но и гормезисные эффекты, исходя из данных по SMR для бортпроводников, маловероятны. Сравнение уровня HWE по all causes для пилотов и работников ядерной индустрии обнаружило высокие эффекты для некоторых когорт работников, особенно в ранние десятилетия (SMR для all causes в диапазоне 0.3–0.6 для персонала Великобритании и Франции). Хотя столь высокий уровень HWE нехарактерен для большинства работников ядерных объектов, этот эффект раз за разом воспроизводится на когортах из разных стран. Тот факт, что работники ядерной индустрии могут иметь показатели SMR, сопоставимые с эталонной по отбору профессиональной группой, то есть с пилотами, улучшает имидж и ядерной индустрии, и занятости в области атомной энергетики.

Хроническое облучение может оказывать модифицирующее влияние на иммунитет, изменяя баланс между провоспалительными и противовоспалительными цитокинами, что запускает механизм самоподдерживающегося хронического воспаления. Согласно современным представлениям, хроническое воспаление играет значительную роль в прогрессии атеросклероза. Цель данной работы – оценка профиля цитокинов, вовлеченных в патогенез атеросклероза, у работников, подвергшихся хроническому облучению. Для исследования сформированы две группы: основная (работники радиационно-опасного предприятия, подвергшиеся хроническому облучению) и контрольная (жители города Озерска, не подвергавшиеся профессиональному облучению). Содержание цитокинов (IL-6, МСP-1, IFNγ, IL-12p70 и IL-17A) в сыворотке периферической крови определяли методом твердофазного ИФА. Не выявлено статистически значимых отличий в содержании сывороточных цитокинов IL-6, IFNγ, IL-12p70 и IL-17A. Содержание МСP-1 было статистически значимо выше в основной группе в целом и у мужчин основной группы при сравнении с контролем. Содержание MCP-1 было статистически значимо выше, а IL-12p70 статистически значимо ниже у лиц основной группы с заболеваниями, обусловленными атеросклерозом, чем у лиц из группы контроля. У работников радиационно-опасного предприятия с заболеваниями, обусловленными атеросклерозом сосудов, подвергшихся хроническому облучению, наблюдаются изменения в содержании провоспалительных цитокинов, которые могут способствовать прогрессии заболевания.

Впервые были исследованы нейробиологические эффекты комбинированного действия четырех важнейших факторов межпланетного полета, моделируемых в наземном эксперименте: пребывания в гипомагнитной среде, синхронного воздействия длительного γ-облучения и моделируемой невесомости (антиортостатического вывешивания) и облучения головы ионами углерода ¹²С. Установлено, что пребывание в гипомагнитных условиях усугубляет эффекты воздействия трех других факторов, показанные в предыдущих работах авторов, в сторону усиления возбуждения. Показано, что типологические характеристики подопытных животных вносят определенный вклад в данные процессы, что, в частности, отразилось в метаболизме моноаминов в ключевых структурах мозга, особенно в дофаминергической системе.

Холодная плазма и обработанные ею растворы активно используются в разных областях медицины. Биомедицинские эффекты холодной плазмы в первую очередь связаны с генерацией активных форм кислорода и азота. Источник холодной плазмы “САРКО” (ИОФ РАН) генерирует пероксид водорода, оксид азота (II), нитрит-ионы и нитрат-ионы в водном растворе. Использование низкотемпературной плазмы газового наносекундного разряда в потоке аргона уменьшает генерацию пероксида водорода по сравнению с атмосферной плазмой (разряд зажигается в воздухе без протока газа) и ликвидирует образование производных азота. Количество продуктов окислительных реакций, инициируемых аргоновой плазмой, на 30% меньше, чем у атмосферной плазмы. Рекомендуется использовать прямой пьезоразряд в воздухе для получения активированных растворов, используемых в медицине.

Эксперименты по изучению морфологических особенностей сосудистого сплетения желудочков головного мозга были выполнены на крысах линии Вистар репродуктивного возраста, которые были разделены на три группы по семь животных: 1 – контроль и 2 и 3 – длительное низкоинтенсивное γ-излучение (поглощенные дозы – 5 и 50 сГр). Облучение осуществляли с помощью установки “Фотон-1” от источника ¹³⁷Cs. Эксперименты производили на наркотизированных животных. Для анализа использовали гистологические препараты серийных срезов боковых желудочков головного мозга. Зафиксированы следующие морфофункциональные перестройки: уменьшение относительного объема сосудистых сплетений, а также фракции клеток в сплетениях, снижение высоты эпителиоцитов, набухание клеток, стертость их контуров, вакуолизация цитоплазмы. Наблюдалось увеличение объемной фракции сосудов и относительно плотное прилегание отдельных петель кровеносных сосудов между собой с явлениями дезорганизации. Зарегистрированы зоны дистрофических изменений не только сосудистого сплетения, но и вещества мозга. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что длительное γ-излучение оказывает влияние на морфологические характеристики сосудистого сплетения желудочков головного мозга и расширяют представления о действии на головной мозг низкоинтенсивного ионизирующего излучения, которое может являться потенциальным фактором риска, приводящим к дисфункции сплетений и нарушению ликвородинамики и кровоснабжения.

Представлены данные по распределению ¹³⁷Cs и ¹³⁴Cs в основных компонентах (лесная подстилка, верхние слои минеральной части почвы, элементы надземной фитомассы древесных растений) сосновых насаждений белорусского сектора 30-километровой зоны ЧАЭС спустя 8 лет после аварийных радиоактивных выпадений. С применением дозиметрических моделей, основанных на интегрировании дозовой функции точечного источника излучения и численного решения уравнений переноса излучения, выполнены расчеты мощности поглощенной дозы внешнего γ-излучения на высоте 1 м над поверхностью лесной подстилки от излучения радионуклидов, содержащихся в лесной подстилке, минеральной части почвы и элементах фитомассы деревьев. Установлена удовлетворительная сходимость результатов расчета и измерений мощности дозы в сосновых насаждениях. Показано, что разные методы расчета мощности дозы от внешнего γ-излучения радионуклидов, содержащихся в одних и тех же компонентах биогеоценоза, позволяют получить сопоставимые результаты. Установлен определяющий вклад в формирование мощности дозы излучения ¹³⁷Cs и ¹³⁴Cs, находящихся в лесной подстилке и двух верхних почвенных слоях минеральной части почвы, вклад элементов надземной фитомассы древесных растений не превышает 2.5%.