Последствия воздействий ионизирующих излучений: цитогенетические изменения в лимфоцитах крови человека (стр. 2 )

2. Цитогенетические повреждения в лимфоцитах крови лиц, подвергшихся радиационному воздействию при различных ситуациях

2.1 Профессиональное облучение

2.1.1. Космонавты. Во время космических полетов (КП) космонавты, находясь в экстремальных условиях, постоянно подвергаются воздействию комплекса неблагоприятных для функционирования организма факторов (невесомость, перегрузки, измененный газовый состав, стресс и др.), среди которых следует особо выделить ионизирующее излучение. Контроль уровня облучения во время КП, осуществляемый с помощью физических методов дозиметрии, не всегда позволяет получить полную и объективную информацию о степени опасности космического излучения для организма космонавтов. Это связано с особенностями космического излучения, а также с пролонгированным характером облучения в течение длительного времени.

Пребывание человека в космосе приводит к увеличению частоты хромосомных аберраций - четко прослеживается рост общей частоты хромосомных аберраций, а

Таблица 2

Результаты цитогенетического обследования групп сравнения (контрольные группы)

Группы	Классический цитогенетический метод	FISH метод
Число обследованных (число клеток)	Частота хромосомных аберраций на 100 кл ± m	Число обследованных (число клеток)	Частота транслокаций Fp на 100 кл ± m
ХА	диц+ц. к	ф²	хрмт
Московский регион		0,66±0,04	0,02±0,01	0,23±0.02	0,41±0,03	16 (29043)	0,17±0,03
г. Саров	49 (51893)	0,92±0,04*	0,08±0,01*	0,32±0,02	0,51±0,03	Нет данных	Нет данных
с. Тюменцево	36 (9377)	1,07±0,12*	0,03±0,02	0,57±0,09*	0,47±0,08	Нет данных	Нет данных
Павлодарский р-он, Казахстан	47 (34940)	1,49±0,06*	0,16±0,02*	0,88±0,04*	0,88±0,04*	46 (50562)	0,34±0,03*
Космонавты до 1-го полета	51 (44716)	1,20±0,05*	0,10±0,01*	0,43±0,03*	0,62±0,04*	5 (9710)	0,30±0,02*

* - значения, достоверно отличающиеся от аналогичных показателей в группе из Московского региона, p<0,05, t-критерий Стьюдента. ХА –все хромосомные аберрации; диц+ц. к - дицентрики и центрические кольца; ф² - ацентрические фрагменты; хрмт - хроматидные аберрации, Fp – частота транслокаций с участием только окрашенных хромосом.

также ацентрических фрагментов и маркеров радиационного воздействия–дицентриков и центрических колец с увеличением продолжительности КП.

Если в лимфоцитах крови космонавтов, принимавших участие в краткосрочных полетах (экспедиции посещения, ЭП), частота дицентриков и центрических колец в 2 раза превышает дополетный уровень, то после длительных полетов (основные экспедиции, ЭО) этот показатель выше почти в 4 раза (табл. 3).

Таблица 3

Результаты цитогенетического обследования космонавтов после первого КП

Группы	Число обследованных (число клеток)	Частота хромосомных аберраций на 100 кл ± m
ХА	диц + ц. к	ф²	хрмт
До 1-го полета	51 (44716)	1,20 ± 0,05	0,10 ± 0,01	0,43 ± 0.03	0,62 ± 0,043
После ЭП	17 (17373)	1,41 ± 0,09	0,19 ± 0,03*	0,54 ± 0,06	0,60 ± 0,06
После ЭО	20 (16478)	1,92±0,10*	0,38±0,05*	0,63 ± 0,06*	0,80 ± 0,06

*- значения, достоверно отличающиеся от дополетного уровня, p<0,05, t-критерий Стьюдента.

При смене космической станции в 2001 году (переход космонавтов со станции «Мир» на МКС) радиационная нагрузка на космонавтов по данным физической дозиметрии снизилась примерно в 2,5 раза для ЭО и в 3 раза для ЭП. Данные цитогенетического анализа также свидетельствуют о снижении радиационной нагрузки - частота маркеров радиационного воздействия уменьшилась в 1,6 раза как у космонавтов, участвовавших в ЭП, так и у участников ЭО (рис. 1).

Рис. 1. Средняя частота дицентриков и центрических колец в лимфоцитах крови космонавтов после первого полета на станции «Мир» и МКС.

Одним из дополнительных факторов, оказывающих влияние на уровень хромосомных аберраций, является внекорабельная деятельность космонавтов (ВКД). Анализ связи частоты хромосомных аберраций с длительностью работы в открытом космосе показал, что у космонавтов, которые находились в открытом космосе 18 и более часов, наблюдается статистически достоверное увеличение частоты дицентриков и центрических колец в лимфоцитах крови (рис. 2).

Рис. 2. Влияние продолжительности работы в открытом космосе на частоту хромосомных аберраций в лимфоцитах крови космонавтов.

Большинство обследованных космонавтов участвовали в полетах неоднократно. Длительность межполетных периодов у космонавтов, участвовавших в нескольких полетах, варьировала от 200 до 2000 дней. Это позволило проследить динамику частоты нестабильных аберраций хромосом (дицентриков и центрических колец) в группе космонавтов в послеполетном периоде (рис. 3). Видно, что уже в течение первого года после завершения полета происходит существенное снижение частоты клеток с дицентриками и центрическими кольцами. При этом частота хромосомных аберраций остается повышенной по сравнению с дополетным значением и сохраняется такой на протяжении всего периода наблюдения.

Рис. 3. Послеполетная динамика средней частоты дицентриков и центрических колец в лимфоцитах крови космонавтов (I – до первого КП; II - после первого КП: III - через 0,6-1,8 лет, IV – через 1,9-3,1 лет, V – через 3,4-5,9 лет).

Стабильные хромосомные аберрации. Индивидуальная частота транслокаций для большинства из 12 космонавтов, обследованных FISH методом, превышает контрольный уровень как в дополетном, так и послеполетном периоде. Причем следует отметить, что только у 3-х космонавтов были отмечены достоверные различия с контролем. Более высокий дополетный уровень транслокаций наблюдался у космонавтов, которые в период обследования участвовали в одном и более КП. Основываясь на данных физической дозиметрии во время КП, были выделены 3 группы космонавтов. Первую из них составили космонавты, обследованные до первого КП. Во вторую группу вошли космонавты, обследованные после первого и перед вторым КП. Третья группа объединила космонавтов, обследованных после второго и третьего КП. Следует отметить, что во всех трех группах средняя частота транслокаций достоверно превышает контрольный уровень (рис. 4). Для космонавтов, обследованных после второго и третьего КП, наблюдается достоверное, по сравнению с дополетным периодом, увеличение в 1,5 раза средней частоты транслокаций.

Таким образом, результаты цитогенетического обследования космонавтов показали, что КП приводят к увеличению частоты стабильных и нестабильных аберраций хромосом в лимфоцитах периферической крови. Частота дицентриков и

Рис. 4. Средняя частота транслокаций в лимфоцитах крови космонавтов до и после КП (I-контроль, II - до 1-го КП, III - после 1-го КП, IV - после 2-3-го КП).

центрических колец, являющихся маркерами радиационного воздействия, зависит от продолжительности КП и, соответственно, величины накопленной дозы космического излучения. Работа в открытом космосе приводит к дополнительному увеличению частоты цитогенетических нарушений и, следовательно, к увеличению радиационного риска для космонавтов. В межполетном периоде отмечается снижение частоты аберраций хромосом, однако даже через несколько лет после окончания полета в лимфоцитах крови космонавтов сохраняется повышенный уровень хромосомных аберраций.

2.1.2. Цитогенетическое обследование профессионалов г. Сарова. «Гамма» группа объединяет участников полигонных испытаний ядерных боеприпасов, а также сотрудников Всесоюзного научно-исследовательского института экспериментальной физики (ВНИИЭФ), работавших на исследовательских реакторах. Примерно у половины профессионалов (52%) суммарная доза, накопленная за период работы, не превышала 200 мЗв, остальные имели дозы более 500 мЗв, при этом у 7 из них доза превышала 1000 мЗв. «Бета» группа объединяет сотрудников ВНИИЭФ, которые подвергались воздействию бета-излучения трития и его окиси в процессе производственной деятельности. Суммарные дозы, накопленные за период работы, составили от 20 до 990 мЗв, при этом около 85% специалистов имели суммарные дозы менее 200 мЗв. Стаж работы в радиационно-опасных условиях производства для профессионалов обеих групп составляет в среднем 30 – 40 лет.

Нестабильные хромосомные аберрации. Общая частота хромосомных аберраций, частота ацентрических фрагментов, а также аберраций хроматидного типа в «гамма» и «бета» группах профессионалов примерно в 2 раза достоверно превышает аналогичные показатели в группе сравнения из г. Сарова и в 2,5 раза – в группе сравнения из Московского региона (табл. 4). Что касается маркеров радиационного воздействия – дицентриков и центрических колец, то их частота в «гамма» группе почти в 3 раза выше, а в «бета» группе в 2 раза выше контрольного уровня. Частота ацентрических фрагментов в обеих группах профессионалов превышает в 2 раза аналогичный показатель в группе сравнения из г. Сарова. Повышенная частота ацентрических фрагментов является результатом хронического воздействия малых доз радиации с низкой ЛПЭ и свидетельствует о пролонгированном характере облучения. Статистический анализ зависимости частоты дицентриков и центрических колец от суммарной дозы радиационного воздействия в «гамма» группе (были исключены курящие члены группы) выявил наличие достоверной корреляции - коэффициент корреляции 0,49 (р=0,003).

Исследование зависимости частоты хромосомных аберраций от накопленной за период работы дозы в «бета» группе показал, что подгруппы с наименьшими (< 36 мЗв) и наибольшими (>100 мЗв) значениями доз достоверно отличаются по частоте дицентриков и центрических колец. Частота этих обменных аберраций составила 0,14 ± 0,02 в первой подгруппе и 0,24 ± 0,04 на 100 клеток во второй подгруппе.

Таблица 4

Результаты цитогенетического обследования профессионалов г. Сарова

Группы	Число обследованных (число клеток)	Частота хромосомных аберраций на 100 клеток ± m
ХА	диц+ц. к	ф"	хрмт
«гамма»	108 (104536)	1.82 ± 0.04*	0.21 ± 0.01*	0.61 ± 0.02*	0.92 ± 0.03*
«бета»	79 (65557)	1,79 ± 0,05*	0,17 ± 0,02*	0,63 ± 0,03*	0,94 ± 0,04*
Контроль (Саров)	49 (51893)	0,92 ± 0,04	0,08 ± 0,01	0,32 ± 0,02	0,51 ± 0,03
Контроль (Москва)	114 (51430)	0.66 ± 0.04	0.02 ± 0.01	0.23 ± 0.02	0.41 ± 0.03

*- значения, достоверно отличающиеся от аналогичных показателей в группах сравнения, p<0,05, t-критерий Стьюдента.

Стабильные хромосомные аберрации. С помощью FISH метода обследовано17 человек из «гамма» группы и 20 человек из «бета» группы (табл. 5). Средняя частота транслокаций для трех пар хромосом (Fp ) в «гамма» группе превысила аналогичный показатель в группе сравнения в 3,5 раза, а в «бета» группе - в 4 раза.

Интересным фактом является обнаружение инсерций у 12 человек из «бета» группы. При этом не выявлено зависимости уровня инсерций от поглощенной дозы, оцененной физическими методами дозиметрии. При цитогенетическом обследовании профессионалов «гамма» группы было обнаружено только две инсерции у одного пациента, который подвергся смешанному гамма-нейтронному облучению в дозе 408 мЗв. Предполагают (Brenner, Sachs, 1994), что при воздействии плотноионизирующего излучения с высокой ЛПЭ может возникать больше внутрихромосомных аберраций по сравнению с редкоионизирующим излучением с низкой ЛПЭ. Особенность излучений с высокой ЛПЭ индуцировать внутрихромосомные обмены (инсерции) легла в основу метода биоиндикации плотноионизирующих излучений (Griffin et al., 1995; Anderson et al., 2000, 2003; Barquinero et al., 2004). По мнению авторов, способность инсерций беспрепятственно переходить в последующее поколение клеток позволяет использовать этот тип хромосомных нарушений в качестве маркера хронического воздействия альфа-излучения. В этом свете факт обнаружения инсерций в лимфоцитах крови профессионалов, подвергавшихся длительному воздействию бета-излучения трития, заслуживает особого внимания. Учитывая, что средняя плотность ионизации бета-частиц трития, равная 4,7 КэВ/мкм, значительно превосходит соответствующие значения для рентгеновского излучения с энергией 200 КэВ (1,7 КэВ/мкм) и гамма-излучения 60Со (0,22 КэВ/мкм) (ICRU Report 16, 1970; Кеирим-Маркус, 1980), нет оснований считать выявленный факт случайным. Дополнительным свидетельством, подтверждающим образование большого числа внутрихромосомных обменов при воздействии излучения с высокой ЛПЭ, является обнаружение в крови профессионалов из «бета» группы клеток с комплексными хромосомными перестройками, частота которых составляет 0,08 на 100 клеток. Как известно, такие клетки с большей вероятностью и частотой встречаются при воздействии плотноионизирующих излучений (Tawn et al., 2006).

Таблица 5

Результаты цитогенетического анализа в группах профессионалов

г. Сарова (FISH метод)

Группы	Число обследованных(число клеток)	Частота транслокаций Fpна 100 кл.±m	Частота инсерций Fр на 100 кл.±m	Частота клеток с комплексными аберрациям Fр на 100 кл.±m
«гамма»	17 (15561)	0,59±0,06*	0,01±0,01	0,01±0,01
«бета»	20 (46549)	0,67±0,09*	0,03±0,01	0,08±0,04
Контроль	16 (29043)	0,17±0,03	-	-

*- значения, достоверно отличающиеся от аналогичных показателей в группах сравнения, p<0,05, t-критерий Стьюдента.