Введение к работе
Актуальность проблемы. Изучение экспериментальных и прикладных аспектов действия малых доз ионизирующих излучении на генетический аппарат человека представляет собой одну пз актуальных проблем современной радиационной генетики. Теоретическая сторона проблемы малых доз проистекает из того факта, что все живое на Земле, в том числе и человек, эволюционировали в присутствии малых доз радиации а также вредных химических веществ, хотя нередко живые организмы подвергались действию и больших доз повреждающих агентов. То же самое можно сказать в отношении индивидуального развития животных и растений. Возможно, именно в силу постоянного контакта с малыми дозами радиации, последние оказывают на живые организмы не только, а в некоторых случаях и не столько повреждающее, сколько стимулирующее воздействие. Речь идет о явлении радиационного гормезиса.
Одним из отчетливых проявлений гормезиса является интенсивно изучаемый в последнее время феномен адаптивного ответа (АО), заключающийся в проявлении устойчивости клеток к действию повреждающих доз радиации (или химических агентов) после предварительного воздействия малыми, практически немутагенными дозами того же самого или другого повреждающего агента. АО удобно регистрировать, в частности, с помощью одного из наиболее надежных методов цитогенетики - учета аберраций хромосом (АХ) в метафазе митоза.
Среди нерешенных вопросов, касающихся АО как фундаментального аспекта биологического действия малых доз радиации, находятся такие, как зависимость от качества излучения и мощности дозы,.возможность модификации АО различными физическими и химическими воздействиями, связь АО с репарацией ДНК, генетический контроль АО, роль физиологического состояния клетки и организма в индукции АО, проблема АО в общем контексте идеи о мутагенном последействии. По всем этим вопросам в литературе нет общепринятой точки зрения.
Актуальность практического аспекта генетического действия малых доз радиации определяегся, в первую очередь, ростом числа лиц. подвергающихся облучению низкими дозами либо в процессе профессиональной деятельности, либо в результате проживания на территориях, загрязненных вследствие экологических катастроф, подобных аварии на Чернобыльской АЭС. В последнем случае особое значение приобретает выяснение конкретного механизма(ов) влияния малых доз, поскольку только с учетом его могут проводиться научно обоснованные лечебные и профилактические мероприятия по отношению к лицам, проживающим на загрязненных территориях.
Нормирование действия излучений основано на канцерогенном действии. Согласно современным молекулярно-биологическим представлениям о природе злокачественного перерождения клеток (малигнизации) последнее вызывается изменением функциональной активности генов, связанных так или иначе с контролем пролиферации соматических клеток. Появление радиационно-индуцированного рака связано с АХ, в первую очередь, симметричными транслокациями.
Особенность ответа на облучение связана с наличием плато в зависимости доза-эффект в области до 30 сГр. Это делает невозможным в этом диапазоне доз количественные оценки дозы облучения, основанные на результатах биологической дозиметрии. Хронический характер облучения, а также необходимость ретроспективной оценки обусловливают дополнительные сложности.
Имеющиеся данные по цитогенетическому обследованию лиц, проживающих в районах с повышенным радиоактивным фоном, не являются полными и свидетельствуют о необходимости проведения систематических исследований, направленных на оценку риска облучения низкими дозами.
Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение эффектов малых доз радиации на хромосомный аппарат лимфоцитов человека при облучении in vitro и in vivo.
Поставленная цель определила решение следующих основных задач:
1.Исследование выхода АХ при действии на культивируемые с ФГА лимфоциты человека хронического облучения с низкой мощностью дозы (на примере тритиевой воды).
2.Изучение радиозащитного действия малых доз радиации в системе "адаптивный ответ" при различных вариантах адаптирующего и повреждающего воздействия.
3. Изучение модификации чувствительности хромосом лимфоцитов периферической крови человека к действию низких доз облучения с использованием теста АО и анализа кривых доза-эффект выхода АХ.
4.Исследование формирования реакции АО в клетках больных с синдромом Дауна, как одного из заболеваний, связанных с повышенной радиочувствительностью хромосом.
5.1Дитогенетическое обследование групп детей, проживающих на территориях с различным уровнем радиоактивного загрязнения. При этом особенное внимание уделяется детям с высокими дозами внешнего и внутреннего (от инкорпорированных радионуклидов)облучения.
6.Обследование 4 групп детей (здоровых и с тиреопахологиеи, проживающих в загрязненных радиацией районах а также в Москве) для установления связи между облучением низкими дозами и заболеваниями щитовидной железы (ЩЖ).
Таким образом, популяционным исследованиям целенаправленно предшествовали лабораторные эксперименты. Результаты последних были использованы при разработке методологии обследования лиц, проживающих в районах, пострадавших вследствие аварии на Чернобыльской АЭС.
Научная новизна и практическая значимость работы.
Показано, что малые дозы излучения могут, с одной стороны, приводить к появлению регистрируемых цитогенетических эффектов, а с другой - оказывать при некоторых условиях стимулирующее воздействие. Обнаружена неоднозначность цитогенетического действия малых доз ионизирующего излучения в системе АО.
Изучена индукция радиационно-индуцированного АО при различных экспериментальных протоколах;, многие схемы облучения использованы впервые. Предложена схема,
позволяющая тестировать индивидуумов на АО как показатель генетического гомеостаза.
Показано, что радиозащитное действие адаптирующего облучения совпадает по величине с радиозащитным действием антиокисдантов. В то же время не происходит дальнейшего возрастания величины защитного эффекта при одновременном воздействии обоих факторов.
Впервые показано отсутствие АО в клетках больных с синдромом Дауна. У больного с мозаичной формой заболевания АО отсутствовал как в трисомных, так и в диплоидных клетках.
Впервые проведено цитогенетическое обследование, в том числе, с применением метода флюоресцентной гибридизации in situ - FISH (использованы пробы на хромосомы 1, 4 и 12), детей с высокими дозами внутреннего и внешнего облучения, которые могут рассматриваться как крайний случай по дозовой нагрузке. Показана повышенная частота асимметричных хромосомных обменов (дицентриков), являющихся маркером облучения, в лимфоцитах периферической крови. В то же время в клетках этих детей отсутствуют симметричные хромосомные транслокации, затрагивающие хромосомы 1, 4 и 12.
Впервые разработана схема обследования, позволяющая установить связь между уровнем загрязненности территории и заболеваемостью проживающего там населения. Для этого выбраны 4 группы детей: дети с заболеваниями ЩЖ и здоровые дети, проживающие в районах, загрязненных в результате аварии на ЧАЭС, а также дети с заболеваниями ЩЖ и здоровые дети г.Москвы (контроль). Показано, что частота АХ повышена в клетках детей с тиреопатологией, проживающих на загрязненной радионуклидами территории, по сравнению с соответствующими показателями в группе здоровых детей того же района; различий между двумя группами московских детей обнаружено не было. Таким образом, дети с заболеваниями ЩЖ представляют собой группу повышенного риска относительно действия низких доз радиации.
Полученные при обследовании детей из загрязненных радионуклидами районов данные говорят о том, что действие низких доз радиации на их клетки может быть различным.
Среди проживающих в них районах встречаются индивидуумы, которых можно отнести к группе повышенного риска по индукции АХ.
Положения, выносимые на защиту:
1 .Доказательство высокой зависимости проявления различных эффектов малых доз ионизирующих излучений на хромосомный аппарат клеток человека по тесту АО от внешних по отношению к клетке и организму (качество излучения, мощность дозы, температура, присутствие антиокисдантов, лазерное облучение) и внутриклеточных (стадии клеточного цикла, генотип) факторов.
2.Обнаружение особой, отличной от канонических механизмов репарации ДНК, роли генетических факторов в регуляции биологического действия малых доз ионизирующей радиации в системе АО (на примере клеток больных с синдромом Дауна).
3.Разработка экспериментально-клинической модели для определения принадлежности к одной из групп риска по повышенной частоте АХ (и, следовательно, склонности к злокачественным опухолям) лиц, проживающих в районах, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Рабочем совещании по исследованию механизмов радиационно-индуцированного мутагенеза и репарации ДНК (Дубна, 1990), II Всесоюзном съезде медицинских генетиков (Алма-Ата, 1990), Всесоюзном совещании "Генетические последствия загрязнения окружающей среды мутагенными факторами" (Самарканд, 1990), VIII Международном конгрессе по генетике человека (США, Вашингтон, 1991), Рабочем совещании "Методы радиационной цитогенетики" (Германия, Мюнхен/Нойерберг, 1991), Международном совещании по определению доз облучения критических групп населения СНГ после Чернобыльской аварии (Германия, Мюнхен/Нойерберг, 1994), Всероссийской конференции "Радиоэкологические, медицинские и социально-экономические последствия аварии на Чернобыльской АЭС. Реабилитация территорий и населения" (Голицыно, 1995), 2
Международном симпозиуме "Мехапичмы действия сверхмалых доч" (Москва. 1995). Международной конференции по медицинским последствиям Чернобыльской и других радиологических аварий (Швейцария, Женева, !995).
Получено положительное решение от 3.01.92 по заявке No 4939474/14 (043764 от 24.05.91), МКИ G01N 33/483 "Способ отбора лиц в группу риска по заболеваниям, обусловленным хромосомной нестабильностью", свидетельство No 140702.
Результаты исследования включены в отчет Научного Комитета по Действию Атомной Радиации ООН за 1994 г. "Sources and Effects of Ionizing Radiation", Suppl. No 46 (A/49/46).
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 18 публикациях: 11 статьях и 7 тезисах* докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 165 страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, изложения результатов, обсуждения и выводов. Работа содержит 29 таблиц и 15 рисунков. Список литературы включает 232 работы (69 опубликованы в отечественной печати, 163 - в зарубежной).