Чтобы сообщить нам о грамматической ошибке на сайте
выделите её и нажмите Ctrl+Enter
Тематические статьи
Радиационное закаливание
Как говаривал один из персонажей братьев Стругацких, «рыба ищет, где глубже, а человек — где хуже». Люди подчас ухитряются существовать в условиях, казалось бы, совершенно неподходящих для жизни. Жара и холод, экстремальные нагрузки, разреженный воздух и жесткая ультрафиолетовая радиация высокогорья при близком знакомстве оказываются не столь уж губительными. Даже к смертельным ядам можно привыкнуть: вспомним царя Митридата или, к примеру, отдельных наших с вами соотечественников, чьи организмы адаптировались к дозам этилового спирта, летальным для большинства европейцев.
В биологии эту группу фактов объединяет так называемый закон Арндта—Шульце: в определенных небольших дозах вредное воздействие не причиняет вреда, а, напротив, мобилизует резервы организма, вызывая адаптацию не только к данному воздействию, но и к некоторым другим повреждающим факторам. Пример — обыкновенное закаливание: непривычный человек, попав в холодную воду, получает как минимум насморк, а тот, кто приучил себя к холодным обливаниям, и простужается реже других и вообще чувствует себя замечательно. Этот эффект — улучшение состояния здоровья и повышенную устойчивость к заболеваниям, возникающие под действием неблагоприятного фактора, — назвали гормезисом.
Естественно возникает вопрос: нет ли исключений из этого правила? Можно понять про яд, инактивирующий, скажем, определенный фермент: небольшие дозы яда усиливают синтез этого фермента, регулируемый по принципу обратной связи (заметим в скобках: если такая регуляция вообще может происходить в норме), или же включают синтез другого фермента, который уничтожает яд. Ясно, что малые дозы такого яда будут повышать устойчивость ко всем ядам аналогичного действия. Можно понять и про холод: чтобы адаптироваться к нему, надо заставить активнее работать многие органы и системы, а это бывает небесполезно и в других сложных обстоятельствах.
А как насчет радиации?
У большинства людей насчет радиации никаких сомнений нет: она приносит только вред, и все разговоры о пользе облучения суть черный юмор. Того же мнения придерживаются многие ученые и медики. Сейчас при подсчете дозы облучения принято руководствоваться линейной беспороговой концепцией. Как ясно из названия, она подразумевает, что сколь угодно малые дозы ионизирующей радиации безусловно вредны и должны суммироваться при подсчете облучения, полученного человеком.
В самом деле, о каком «приспособлении» можно говорить, если даже неспециалистам известно, что ионизирующая радиация нарушает структуру ДНК? Для того, чтобы испортить или заменить одну-единственную «букву» генетического кода, много энергии не требуется, а между тем даже такое незначительное нарушение теоретически может стать причиной наследственной болезни или злокачественного перерождения ткани — то есть как раз тех самых несчастий, против которых оказываются бессильными и лекарства, и защитные средства самого организма.
Следовательно, с точки зрения логики безвредных доз и вправду не бывает. Однако в научном мире существует и другая концепция. Она менее популярна среди неспециалистов, что и неудивительно: после всех ужасов, которые принесло расщепление атома, едва ли не кощунством звучат утверждения, что ниже некоей пороговой величины облучение не причиняет вреда и что более того, «бодрящие» дозы излучения — не шутка, а реальность.
Если уровень радона в воздухе жилых помещений заметно снизить, то число смертей от рака легкого возрастет примерно вдвое.
Первые данные в пользу радиационного гормезиса появились вскоре после того, как мировая общественность осознала опасность радиации: в 50—60-е годы. Опыты на мышах давали странные результаты: животные, получившие небольшие дозы излучения, легче переносили более сильное облучение, чем их собратья, получившие только большую дозу. Налицо была адаптивная реакция!
С тех пор проявления этой адаптивной реакции были зарегистрированы во множестве экспериментов. Малые дозы облучения ускоряли рост молодых животных (и вызывали усиленное деление — у одноклеточных), увеличивали продолжительность жизни у животных (правда, почему-то только у самцов!), стимулировали иммунную систему и даже замедляли рост опухолей. Походило на то, что «радиационное закаливание» и вправду возможно.
Конечно, подобные утверждения сегодня нельзя оставлять без доказательств. Простое уверение, что радиация, мол, бодрит, на серьезных людей впечатления не произведет.
Биохимические механизмы этого явления несложно предсказать, что называется, из общих соображений. Очевидно, малая доза излучения «включает» некие гены, кодирующие некие белки, которые и помогают клетке справиться с более сильным облучением. Что это должны быть за белки?
Самая очевидная, но не единственная возможность — ферменты, участвующие в репарации ДНК. Дело в том, что наш геном вовсе не так уж стабилен даже в самых, что ни на есть нормальных условиях. Молекула ДНК в клеточном ядре (и это показано экспериментально) претерпевает НЕСКОЛЬКО ТЫСЯЧ изменений в час! Разумеется, это не означает, что все мы мутируем с сумасшедшей скоростью. В клетке постоянно работают системы коррекции ошибок: однонитевые разрывы и дефекты в ДНК исправляются в соответствии с уцелевшей второй нитью, а тогда, когда это невозможно, сверяются разные копии ДНК. (Напоминаем, что каждый ген в клетке существует в двух экземплярах.) В результате число мутаций снижается. Естественно предположить, что эти же механизмы могут сделать организм устойчивым к радиационному поражению, если заставить их работать энергичнее.
Кроме того, вполне вероятно, что облученной клетке понадобятся факторы, регулирующие клеточный цикл. Медленная фаза репарации, при которой залечиваются двунитевые разрывы ДНК, длится несколько часов. Это вполне сравнимо с темпами деления многих клеток нашего организма. Ясно, что повреждения в клетке хорошо бы исправить до того, как она разделится, иначе объем работ возрастет вдвое. Следовательно, организм лучше справится с последствиями облучения, если деление пораженных клеток будет замедлено.
Наконец, третье: клеточные структуры портит не столько само излучение, сколько агрессивные свободные радикалы, которые образуются при облучении внутриклеточной среды. Значит, для успешного противодействия облучению был бы полезен набор ферментов, ответственных за выведение из клетки этих радикалов или их уничтожение.
Рис 1. Данные Б. Коэна и японских исследователей, подтверждающие существование радиационного гормезиса у человека. Для мужчин и для женщин проведена стандартизация по уровню спонтанного риска, который у мужчин в пять раз выше — очевидно, из-за курения; слева — «мужская» шкала, справа — «женская». Легко видеть, что у горнорабочих, получавших дозы большей мощности (то есть набиравшие ту же дозу за меньшее время; данные по этой группе обозначены символом «+»), никакого снижения заболеваемости раком легкого с увеличением дозы не наблюдается
Всем этим моделям уже нашлись первые экспериментальные подтверждения. У одних только млекопитающих обнаружены десятки белков, синтез которых может индуцироваться излучением. Среди них отметим, например, белок XRCC1 человека (от англ. Х-гау repair cross-complementing). Всякому, кто знает английский, его задача понятна из названия: участие в реконструкции поврежденных нитей ДНК. Белки, регулирующие клеточный цикл, например белки группы GADD (grow arrest and DNA damage), тоже синтезируются активнее в облученных клетках. А циклин В, чье присутствие в клетке не позволяет ей начать деление, после облучения разрушается протеазами медленнее, чем в норме, так что деление происходит на несколько часов позже. Наконец, у крыс клеточная концентрация супероксиддисмутазы — фермента, отвечающего за обезвреживание свободных радикалов, — также возрастает после слабого облучения. Не было сюрпризом и появление в облученной клетке так называемых белков хит-шока — верных спутников всякого стресса, сопровождающегося массовыми разрушениями.
В свете всего этого уже неудивительно, что облучение вызывает кросс-адаптацию, то есть помогает живым системам после слабого облучения приспосабливаться к совсем другим повреждающим факторам. Действительно, взять хотя бы те же белки группы GADD: синтез некоторых из них можно вызвать как облучением, так и метилметансульфонатом, который тоже повреждает ДНК. Приспособившись к одной напасти, клетка эффективнее противостоит другой. После небольшого облучения клетки легче переносят появление в среде перекиси водорода, некоторых антибиотиков. (Впрочем, справедливости ради отметим, что кросс-адаптацию вызывают даже не все ДНК-повреждающие факторы) .
Но это еще не все. Большие дозы излучения, как известно, подавляют иммунитет. Есть указания (хотя и не очень ясные) на то, что малые дозы оказывают в точности противоположное действие. Такие исследования проводили не только на крысах и мышах. У людей, переживших атомную бомбардировку Японии и получивших незначительные дозы радиации, брали на исследование лимфоциты. И получилось вроде бы, что слабое облучение активировало иммунную систему. (Возможно, правда, что это произошло только с теми, кому в 1945 году было меньше 15 лет, иммунные же системы взрослых людей подвергались разрушению, но не перестройке.) Жители двух областей в Китае, где естественный радиационный фон различается в два раза, тоже оказались в неравном положении: более «облученные» были также и более иммунокомпетентными. (Кто бы мог подумать!) Одно из предположений по этому поводу состоит в том, что слабое облучение снижает число Т-супрессоров — популяции лимфоцитов, действующих в норме против Т-хелперов, которые помогают другим клеткам развивать иммунный ответ.
Сегодня мы не можем изобразить в виде красивой схемы все механизмы, противодействующие облучению. В цепочках недостает многих звеньев, к тому же, как мы видели, живой организм дает не один, а несколько ответов на излучение, относительно независимых, но дополняющих друг друга. Но мы знаем самое главное: подобные механизмы существуют.
Исходя из этого, американские исследователи Л.Э. Файнендеген и Э. Рот уверенно утверждают, что маленькие дозы ионизирующего излучения способны предотвращать и спонтанные раки, те самые, которые возникают словно бы беспричинно, наводя ужас своей внезапностью и «несправедливостью». Именно от них умирает 20—25% всех людей на Земле. На самом деле у этих раков, конечно же, есть причины: например, случайное появление в клетке свободных радикалов. Следовательно, повышенное содержание супероксиддисмутазы уничтожает вероятность заболевания. Иммунная система также в принципе способна помешать развитию рака. А это значит, что механизмы, активированные облучением, вполне могут снизить и число спонтанных раков! Чем не «радиационное закаливание»?
Китайские ученые установили, что у жителей мест с высоким естественным радиационным фоном лучше работает иммунная система.
Словом, закон Арндта—Шульце оказался справедливым и для радиации. Какой бы страх она нам ни внушала, наша природа не считает ее чем-то исключительным. Было бы странно, если бы было иначе: все современные биологические виды формировались в условиях, одним из которых было фоновое радиоактивное излучение. На Земле нет мест, абсолютно от него защищенных, но нас, землян, это устраивает — значит, эволюция нашла противодействие к этому действию.
А теперь попробуем подвести итоги. Если адаптивная реакция на облучение — очевидность, тогда все же должна существовать «пороговая» доза: при превышении ее системы защиты, даже предварительно активированные, уже не смогут справиться с повреждениями, но меньшие дозы нельзя считать безусловно вредными. Догадаться об этом легко, сложнее придумать, как же установить численное значение этого порога.
Для человека, вероятно, существует только один способ: статистическая обработка данных. Как изменяется смертность или частота раковых заболеваний в зависимости от дозы?
Если верна линейная беспороговая концепция, зависимость, понятное дело, должна быть линейной: с возрастанием суммарной дозы — монотонное возрастание частоты заболеваний. Если же хотя бы в самом начале кривой будет иметь место убывание, значит, мы наблюдаем радиационный гормезис.
Напомним, что поглощенная доза излучения по новым стандартам измеряется в греях, или джоулях на килограмм (прежняя единица рад— это 0,01 грея): средняя энергия излучения, переданная веществу в объеме, делится на массу этого вещества. Для отражения того факта, что различные виды излучений по-разному взаимодействуют с веществом, ввели понятие эквивалентной дозы, которая измеряется в зивертах (бэр, «биологический эквивалент рентгена», равен 0,01 зиверта): это поглощенная доза, умноженная на специальный коэффициент.
Но, может быть, самая большая сложность состоит в том, чтобы организовать статистическое исследование и правильно интерпретировать данные. Как, к примеру, выделить группу «необлученных» людей, если фоновое излучение в разных точках Земли изменяется в десятки раз? А если в группах, соответствующих малым дозам, будут преобладать женщины, а большим дозам — мужчины (что вполне вероятно), то результаты придется корректировать, учитывая, что среди мужчин больше курящих.
Американец Б. Коэн проверил целых 54 социально-экономических фактора не говоря о географических и климатических условиях, чтобы убедиться, что они не искажают его результатов. А результаты он получил, прямо скажем, неожиданные.
Один из страхов нашего времени — радон в жилых помещениях: если в состав стройматериалов входит гранитная щебенка, обычно содержащая радиоактивные элементы, то продукты их распада (в том числе радон) беспрепятственно поступают в воздух помещения. Тихо и мирно сидя дома, человек может получить себе в легкие до трех зивертов — 300 бэр — в течение жизни! Международная комиссия по радиационной защите и МАГАТЭ с этим борются, разрабатывают нормативы и рекомендации по снижению уровня радона. (Между прочим, в России тоже есть Федеральная целевая программа «Радон», задача которой — снижение радиоактивности в помещениях...) Если справедлива линейная концепция, то каждый успех в этом направлении должен отозваться снижением числа смертей от рака легкого.
Однако исследования Б.Коэна и японских ученых показали нечто совсем обратное. На рисунке, представляющем всю совокупность их данных, мы видим, что число раков легкого ПАДАЕТ с увеличением суммарной дозы облучения. Стало быть, если уровень радона заметно снизить, число заболевших раком возрастет примерно вдвое! Таким вот образом..
По прочтении этого материала у особенно рьяных поклонников самолечения может появиться желание раздобыть где-нибудь немного радона и устраивать себе ингаляции. В самом деле, радонотерапию применяет на практике даже официальная медицина, а критики ее исходят, как правило, из предпосылок, о которых мы говорили в начале статьи: любая радиация вредна, ибо повышает частоту генетических нарушений. Однако прежде чем приступать к оздоровительным процедурам, обратите внимание на прямую линию, пересекающую график. Перед нами линейная зависимость от той же самой объемной активности радона, только полученная не для простых граждан, а для горнорабочих в рудниках. В чем же дело?
Возможно, в мощности дозы. Далеко не одно и то же — получил ли человек три зиверта маленькими порциями в течение жизни или за несколько часов. В первом случае еще можно поговорить о гормезисе, а вот во втором... Не исключено, что противоречие между линейной беспороговой зависимостью и данными по радиационному гормезису — кажущееся. Для большой мощности дозы линейная зависимость, увы, зачастую соблюдается безукоризненно.
К тому же повторим еще раз: о самом феномене радиационного гормезиса мы знаем пока очень
мало. Какие в точности дозы вызывают адаптивную реакцию у человека? Не у клеток в культуре, не у животных в камере экспериментатора — у нас с вами в нашем сложном мире... Как долго сохраняется адаптивная реакция после однократного облучения? Какие свойства индивидуума влияют на устойчивость к радиации? (Исследователи, работающие с донорскими клетками, натолкнулись на любопытный факт: лимфоциты, взятые у некоторых добровольцев, по непонятным причинам «отказываются» демонстрировать адаптивную реакцию.) Пока не будут получены ответы на все эти и многие другие вопросы, для укрепления здоровья облучение лучше не применять.
Но если приступать к радиационному закаливанию пока еще рано, то какие можно из всего этого сделать практические выводы?
Самый важный вывод, вероятно, состоит в том, что радиационной медицине следовало бы вернуться к эмпирическому обоснованию пределов дозы. Простое и понятное утверждение «чем меньше, тем лучше» ведет к ошибочным оценкам риска. Например, когда считают так называемую коллективную дозу, предполагают, что большое число людей с малой дозой увеличивает коллективный риск. Теперь мы видим, что дело может обстоять в точности наоборот.
И зто еще не вся беда. Если учесть все то, о чем мы рассказали, снижение облучения любой ценой окажет эффект, противоположный желаемому, — не спасет, а погубит чьи-то жизни. Еще раз подтверждается закон, общий для всех наук: «Никогда не думай, будто узнал все до конца». Радиация убивает — казалось бы бесспорная истина, вошедшая в школьные учебники. Но не будет ли вернее еще раз ее перепроверить?
Е. Клещенко
Автор благодарит за предоставленную информацию доктора технических наук И.Б.Кеирим-Маркуса (ГНЦ РФ «Институт биофизики»)
По материалам журнала «Химия и жизнь» № 7 за 1997 год
Закладки по теме: радионуклид
Голосов: 1
Просмотров: 3940
Комментариев: 0
Комментариев: 0
