Гипотеза о низких дозах ионизирующего излучения и здоровье

Введение

Гипотеза относительно низких доз ионизирующего излучения на здоровье

Радиационный гормез – это гипотеза о том, что низкие дозы ионизирующего излучения (в пределах и немного выше естественного фонового уровня) оказывают благотворное воздействие, стимулируя активацию механизмов восстановления, которые защищают от заболеваний и не активируются в отсутствие ионизирующего излучения. Предполагается, что стимулированные резервные механизмы восстановления достаточно эффективны, чтобы не только нейтрализовать вредные эффекты ионизирующего излучения, но и подавлять заболевания, не связанные с облучением (см. гормез). Эта концепция является общепринятой, по крайней мере, с 2009 года. Ненадежный источник: дата=апрель 2024

В то время как эффекты высоких и острых доз ионизирующего излучения легко наблюдаются и понятны у людей (например, у выживших после атомных бомбардировок в Японии), эффекты низких уровней излучения очень трудно обнаружить и вызывают большие споры. Это связано с тем, что исходный уровень заболеваемости раком уже достаточно высок, а риск его развития колеблется на 40% из-за индивидуального образа жизни и факторов окружающей среды, что затрудняет выявление незначительного влияния низких уровней радиации. Острая эффективная доза в 100 миллизиверт может увеличить риск развития рака примерно на 0,8%. Однако дети особенно чувствительны к радиоактивности, и детская лейкемия и другие виды рака увеличиваются даже при естественном и техногенном фоновом излучении (менее 4 мЗв кумулятивно, при этом 1 мЗв – это средняя годовая доза от земного и космического излучения, не считая радона, который в основном воздействует на легкие). Существует ограниченное количество данных, свидетельствующих о том, что воздействие в пределах этого уровня дозы может вызывать негативное субклиническое воздействие на здоровье и развитие нервной системы. Ученики, родившиеся в районах с высоким уровнем радиоактивных осадков после Чернобыльской аварии, показывали худшие результаты в средней школе, особенно по математике. "Вред проявляется сильнее в семьях (то есть при сравнении братьев и сестер) и среди детей, рожденных от родителей с низким уровнем образования", у которых часто нет ресурсов для преодоления этой дополнительной проблемы со здоровьем. Радиационный гормез остается малоизвестным широкой публике. Правительственные и регулирующие органы расходятся во мнениях относительно существования радиационного гормеза, а исследования указывают на "серьезные проблемы и ограничения" в использовании гормеза в целом как "основного предположения по умолчанию при оценке рисков, направленной на обеспечение защиты здоровья населения". По данным исследования литературной базы данных, Академия наук – Национальная академия медицины (Французская академия наук – Национальная академия медицины) заявила в своем отчете за 2005 год, касающемся последствий низкоуровневого излучения, что во многих лабораторных исследованиях наблюдался радиационный гормез. Однако они предостерегли, что пока неясно, происходит ли радиационный гормез за пределами лаборатории или у людей. В отчетах Национального исследовательского совета США, Национального совета по радиационной защите и измерениям и Научного комитета ООН по воздействию атомной радиации (UNSCEAR) утверждается, что нет доказательств гормеза у людей, а в случае Национального исследовательского совета гормез и вовсе отвергается как возможность. Поэтому модель линейного не порогового эффекта (LNT) продолжает оставаться моделью, обычно используемой регулирующими органами для оценки воздействия радиации на человека.

While the effects of high and acute doses of ionising radiation are easily observed and understood in humans (e. g. Japanese atomic bomb survivors), the effects of low level radiation are very difficult to observe and highly controversial. This is because the baseline cancer rate is already very high and the risk of developing cancer fluctuates 40% because of individual life style and environmental effects, obscuring the subtle effects of low level radiation. An acute effective dose of 100 millisieverts may increase cancer risk by ~0.8%. However, children are particularly sensitive to radioactivity, with childhood leukemias and other cancers increasing even within natural and man made background radiation levels (under 4 mSv cumulative with 1 mSv being an average annual dose from terrestrial and cosmic radiation, excluding radon which primarily doses the lung). There is limited evidence that exposures around this dose level will cause negative subclinical health impacts to neural development. Students born in regions of higher Chernobyl fallout performed worse in secondary school, particularly in mathematics. "Damage is accentuated within families (i. e., siblings comparison) and among children born to parents with low education " who often don't have the resources to overcome this additional health challenge. Hormesis remains largely unknown to the public. Government and regulatory bodies disagree on the existence of radiation hormesis and research points to the "severe problems and limitations" with the use of hormesis in general as the "principal dose response default assumption in a risk assessment process charged with
ensuring public health protection." Quoting results from a literature database research, the Académie des Sciences – Académie nationale de Médecine (French Academy of Sciences – National Academy of Medicine) stated in their 2005 report concerning the effects of low level radiation that many laboratory studies have observed radiation hormesis. However, they cautioned that it is not yet known if radiation hormesis occurs outside the laboratory, or in humans. Reports by the United States National Research Council and the National Council on Radiation Protection and Measurements and the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR) argue that there is no evidence for hormesis in humans and in the case of the National Research Council hormesis is outright rejected as a possibility. Therefore, estimating linear no threshold model (LNT) continues to be the model generally used by regulatory agencies for human radiation exposure.

Предлагаемый механизм и продолжающиеся дебаты

Радиационный гормез предполагает, что воздействие радиации, сопоставимое с естественным уровнем радиации и несколько превышающее его, не вредно, а полезно, при этом признавая, что гораздо более высокие уровни радиации опасны. Сторонники радиационного гормеза обычно утверждают, что радиозащитные реакции в клетках и иммунной системе не только нейтрализуют вредные эффекты радиации, но и дополнительно подавляют спонтанный рак, не связанный с облучением. Радиационный гормез резко контрастирует с более общепринятой линейной моделью без порога (ЛНТ), которая утверждает, что зависимость риска от дозы радиации линейна для всех доз, то есть даже небольшие дозы наносят ущерб, хотя и меньший, чем высокие. Статьи, посвященные химическому и радиобиологическому гормезу, были опубликованы в журнале Nature. В то время как эпидемиологические исследования популяций, подвергшихся воздействию высоких доз радиации, таких как японские пережившие атомную бомбардировку (hibakusha (被爆者)), подтвердили ЛНТ (средняя доза ~210 мЗв), исследования с низкими дозами и малыми дозовыми скоростями не выявили увеличения заболеваемости раком, что затрудняет выявление незначительных эффектов низкоуровневой радиации. Эпидемиологические исследования способны выявлять повышение заболеваемости раком всего на 1,2–1,3, то есть увеличение на 20–30%. Однако для низких доз (1–100 мЗв) прогнозируемое повышение риска составляет всего 1,001–1,04, и избыточные случаи рака, если они есть, не могут быть обнаружены из-за вмешивающихся факторов, ошибок и систематических погрешностей. В частности, различия в распространенности курения или даже точности данных о курении приводят к значительным колебаниям заболеваемости раком и ошибкам при измерениях. Таким образом, даже крупное исследование с участием тысяч испытуемых с неполной информацией о распространенности курения не сможет выявить эффекты низкоуровневой радиации, в отличие от более мелкого исследования, которое должным образом учитывает распространенность курения. Ввиду отсутствия прямых эпидемиологических данных ведутся активные дебаты о том, является ли зависимость доза-ответ при <100 мЗв сверхлинейной, линейной (ЛНТ), имеет ли порог, является ли подлинейной или коэффициент отрицательным с изменением знака, то есть проявляет ли горметический эффект. Радиационный адаптивный ответ, по-видимому, является основным источником потенциального горметического эффекта. Теоретические исследования показывают, что адаптивный ответ определяет форму кривой доза-ответ и может преобразовать линейную зависимость (ЛНТ) в горметическую. Хотя большинство основных экспертных отчетов и государственных органов в настоящее время придерживаются ЛНТ, в отчете Французской академии наук и Национальной академии медицины 2005 года, касающемся последствий низкоуровневой радиации, ЛНТ была отвергнута как научная модель канцерогенного риска при низких дозах. В отчете BEIR VII утверждалось, что «наличие истинного порога дозы требует абсолютно безошибочного ответа и восстановления повреждений ДНК». Конкретное повреждение, которое вызывает беспокойство, — это двунитевые разрывы (ДНР), и далее утверждается: «склонный к ошибкам ремонт нехомологичного соединения концов (NHEJ) в клеточном ответе после облучения решительно опровергает наличие порога дозы при низких дозах, опосредованного восстановлением ДНК, для инициирования рака». Недавние исследования показали, что ДНР, вызванные КТ-сканированием, восстанавливаются в течение 24 часов, и что ДНР могут восстанавливаться более эффективно при низких дозах, что позволяет предположить, что риск ионизирующего излучения при низких дозах может быть не прямо пропорционален дозе. Однако неизвестно, стимулирует ли низкая доза ионизирующего излучения восстановление ДНР, не вызванных ионизирующим излучением, то есть проявляет ли горметический эффект. Радон в домах является основным источником радиационной дозы для большинства людей, и обычно рекомендуется поддерживать концентрацию ниже 150 Бк/м³ (4 пКи/л). Недавнее ретроспективное исследование случай-контроль риска рака легких показало существенное снижение заболеваемости раком в диапазоне от 50 до 123 Бк на кубический метр по сравнению с группой с концентрацией от 0 до 25 Бк на кубический метр. Это исследование приводится в качестве доказательства гормеза, но одного исследования недостаточно для окончательных выводов. Другие исследования воздействия радона в жилых помещениях не выявили горметического эффекта, в том числе, например, авторитетное «Исследование рака легких, связанного с радоном, в штате Айова» Филда и др. (2000 г.), в котором также использовалась сложная дозиметрия воздействия радона. Кроме того, Дарби и др. (2005 г.) утверждают, что воздействие радона отрицательно коррелирует со склонностью к курению, и что экологические исследования должны точно учитывать это; люди, живущие в городах, где выше распространенность курения, обычно подвергаются меньшему воздействию радона из-за большей распространенности многоэтажных домов. Учитывая это, они обнаружили значительное увеличение заболеваемости раком легких среди курящих, подвергающихся воздействию радона в дозах от 100 до 199 Бк/м³, и предупредили, что курение значительно увеличивает риск, связанный с воздействием радона, то есть снижение распространенности курения снизит смертность от радона. Однако дискуссия об обратных экспериментальных результатах продолжается, особенно в популярных исследованиях США и Германии, которые выявили некоторые горметические эффекты. Кроме того, исследования с использованием микропучков частиц показывают, что прохождение даже одной альфа-частицы (например, от радона и его продуктов распада) через ядро клетки обладает высокой мутагенностью, и что альфа-излучение может иметь более выраженный мутагенный эффект при низких дозах (даже если небольшая часть клеток подвергается воздействию альфа-частиц), чем это предсказывается линейной моделью без порога, что объясняется побочным эффектом. Однако в настоящее время недостаточно доказательств, чтобы предположить, что побочный эффект способствует канцерогенезу у людей при низких дозах.

Radiation hormesis proposes that radiation exposure comparable to and just above the natural background level of radiation is not harmful but beneficial, while accepting that much higher levels of radiation are hazardous. Proponents of radiation hormesis typically claim that radio protective responses in cells and the immune system not only counter the harmful effects of radiation but additionally act to inhibit spontaneous cancer not related to radiation exposure. Radiation hormesis stands in stark contrast to the more generally accepted linear no threshold model (LNT), which states that the radiation dose risk relationship is linear across all doses, so that small doses are still damaging, albeit less so than higher ones. Opinion pieces on chemical and radiobiological hormesis appeared in the journals Nature While epidemiological studies on populations of people exposed to an acute dose of high level radiation such as Japanese atomic bomb survivors (hibakusha (被爆者)) have robustly upheld the LNT (mean dose ~210 mSv), studies involving low doses and low dose rates have failed to detect any increased cancer rate. obscuring the subtle effects of low level radiation. Epidemiological studies may be capable of detecting elevated cancer rates as low as 1.2 to 1.3 i. e. 20% to 30% increase. But for low doses (1–100 mSv) the predicted elevated risks are only 1.001 to 1.04 and excess cancer cases, if present, cannot be detected due to confounding factors, errors and biases. In particular, variations in smoking prevalence or even accuracy in reporting smoking cause wide variation in excess cancer and measurement error bias. Thus, even a large study of many thousands of subjects with imperfect smoking prevalence information will fail to detect the effects of low level radiation than a smaller study that properly compensates for smoking prevalence. Given the absence of direct epidemiological evidence, there is considerable debate as to whether the dose response relationship <100 mSv is supralinear, linear (LNT), has a threshold, is sub linear, or whether the coefficient is negative with a sign change, i. e. a hormetic response. The radiation adaptive response seems to be a main origin of the potential hormetic effect. The theoretical studies indicate that the adaptive response is responsible for the shape of dose response curve and can transform the linear relationship (LNT) into the hormetic one. While most major consensus reports and government bodies currently adhere to LNT, the 2005 French Academy of Sciences National Academy of Medicine's report concerning the effects of low level radiation rejected LNT as a scientific model of carcinogenic risk at low doses. The BEIR VII report argued that, "the presence of a true dose threshold demands totally error free DNA damage response and repair." The specific damage they worry about is double strand breaks (DSBs) and they continue, "error prone nonhomologous end joining (NHEJ) repair in postirradiation cellular response, argues strongly against a DNA repair mediated low dose threshold for cancer initiation". Recent research observed that DSBs caused by CAT scans are repaired within 24 hours and DSBs may be more efficiently repaired at low doses, suggesting that the risk of ionizing radiation at low doses may not be directly proportional to the dose. However, it is not known if low dose ionizing radiation stimulates the repair of DSBs not caused by ionizing radiation i. e. a hormetic response. Radon gas in homes is the largest source of radiation dose for most individuals and it is generally advised that the concentration be kept below 150 Bq/m³ (4 pCi/L). A recent retrospective case control study of lung cancer risk showed substantial cancer rate reduction between 50 and 123 Bq per cubic meter relative to a group at zero to 25 Bq per cubic meter. This study is cited as evidence for hormesis, but a single study all by itself cannot be regarded as definitive. Other studies into the effects of domestic radon exposure have not reported a hormetic effect; including for example the respected "Iowa Radon Lung Cancer Study" of Field et al. (2000), which also used sophisticated radon exposure dosimetry. In addition, Darby et al. (2005) argue that radon exposure is negatively correlated with the tendency to smoke and environmental studies need to accurately control for this; people living in urban areas where smoking rates are higher usually have lower levels of radon exposure due to the increased prevalence of multi story dwellings. When doing so, they found a significant increase in lung cancer amongst smokers exposed to radon at doses as low as 100 to 199 Bq m−3 and warned that smoking greatly increases the risk posed by radon exposure i. e. reducing the prevalence of smoking would decrease deaths caused by radon. However, the discussion about the opposite experimental results is still going on, especially the popular US and German studies have found some hormetic effects. Furthermore, particle microbeam studies show that passage of even a single alpha particle (e. g. from radon and its progeny) through cell nuclei is highly mutagenic, and that alpha radiation may have a higher mutagenic effect at low doses (even if a small fraction of cells are hit by alpha particles) than predicted by linear no threshold model, a phenomenon attributed to bystander effect. However, there is currently insufficient evidence at hand to suggest that the bystander effect promotes carcinogenesis in humans at low doses.

Влияние незначительно повышенного уровня радиации

В долгосрочном исследовании ликвидаторов Чернобыльской катастрофы было обнаружено, что: "В ходе текущего исследования парадоксально обнаружены более длинные теломеры у людей, получивших более высокую кумулятивную дозу облучения". и "Смертность от онкологических заболеваний была ниже, чем в общей популяции во всех возрастных группах, что может быть связано с эффективной медицинской помощью, оказываемой этой группе". Однако в заключении промежуточные результаты были проигнорированы, и был сделан вывод в соответствии с гипотезой LNT: "У ликвидаторов Чернобыльской катастрофы были выявлены признаки преждевременного старения; более того, процесс старения протекал тяжелее и начинался в более молодом возрасте у тех, кто подвергся большему воздействию ионизирующего излучения".

Влияние воздействия солнечного света

В австралийском исследовании, анализировавшем связь между воздействием солнечного ультрафиолетового излучения и повреждением ДНК, было показано, что, хотя частота клеток с разрывами хромосом возрастала с увеличением времени пребывания на солнце, вероятность неправильного восстановления разрывов ДНК снижалась при более интенсивном солнечном воздействии.

Влияние воздействия кобальта-60

В Тайване уделяется особое внимание здоровью жителей радиоактивных многоквартирных домов. В 1982 году более 20 000 тонн стали были случайно загрязнены кобальтом-60, и большая часть этой радиоактивной стали использовалась для строительства квартир, подвергнув тысячи тайваньцев воздействию уровней гамма-излучения до >1000 раз фонового (средний уровень 47,7 мЗв, максимальная кумулятивная доза 2360 мЗв). Радиоактивное загрязнение было обнаружено в 1992 году. Серьезно flawed исследование 2004 года сравнило молодых жителей зданий с гораздо более пожилым населением Тайваня и пришло к выводу, что у молодых жителей вероятность диагностики рака была ниже, чем у пожилых; это преподносилось как свидетельство эффекта радиационного гормеза. (У пожилых людей уровень заболеваемости раком гораздо выше даже при отсутствии избыточного облучения.) В годы, непосредственно последовавшие за облучением, общее число случаев рака было либо ниже, чем средний показатель по обществу, либо незначительно выше. Значительно возросла заболеваемость лейкемией и раком щитовидной железы. Было опубликовано несколько отчетов о влиянии радиации на облученное население, включая цитогенетический анализ, который показал увеличение частоты микроядер в периферических лимфоцитах облученного населения, увеличение ацентромерных и однократных или многократных центромерных цитогенетических повреждений, а также более высокую частоту хромосомных транслокаций, колец и дицентриков. Другие анализы показали стойкое снижение количества периферических лейкоцитов и нейтрофилов, увеличение эозинофилов, изменение распределения подпопуляций лимфоцитов, увеличение частоты помутнения хрусталика, задержку физического развития у облученных детей, повышенный риск развития аномалий щитовидной железы и отдаленные последствия гематопоэтической адаптации у детей. Жители этих зданий также страдали от бесплодия.

Радонотерапия

Умышленное воздействие воды и воздуха с повышенным содержанием радона считается целебным, и "радоновые курорты" можно встретить в Соединенных Штатах, Чехии, Польше, Германии, Австрии и других странах.

Влияние отсутствия радиации

Учитывая неопределенность эффектов низких и очень низких уровней радиации, существует острая необходимость в качественных исследованиях в этой области. Экспертная группа, собранная на саммите по воздействию ультранизких уровней радиации в 2006 году в Карлсбаде, штат Нью-Мексико, предложила строительство лаборатории для изучения ультранизких уровней радиации. Если лаборатория будет построена, она будет исследовать влияние практически полного отсутствия радиации на лабораторных животных и клеточные культуры, сравнивая эти группы с контрольными, подвергающимися воздействию естественных уровней радиации. Будут приняты меры предосторожности, например, удаление калия-40 из рациона лабораторных животных. Экспертная группа полагает, что лаборатория для изучения ультранизких уровней радиации – это единственный эксперимент, который позволит авторитетно и уверенно исследовать эффекты низких уровней радиации, а также подтвердить или опровергнуть различные радиобиологические эффекты, постулируемые при низких уровнях облучения, такие как LNT, порог и радиационный гормез. Первые предварительные результаты воздействия практически полного отсутствия радиации на клеточные культуры были опубликованы двумя исследовательскими группами в 2011 и 2012 годах: исследователи из США изучали клеточные культуры, защищенные от радиации в стальной камере на глубине 650 метров под землей на пилотном заводе по изоляции отходов в Карлсбаде, штат Нью-Мексико, а исследователи из Европы предложили дизайн эксперимента для изучения воздействия практически полного отсутствия радиации на клетки мышей (pKZ1 трансгенный анализ хромосомной инверсии), но не провели сам эксперимент.