Стохастический эффект ионизирующего излучения
Изучение отдаленных последствий радиации началось еще в 20-е годы XX века. Как показали исследования, ионизирующее излучение является причиной хромосомных мутаций. Изучение здоровья жителей японских городов Хиросимы и Нагасаки показали, что через 12 лет после ядерной бомбардировки увеличилась частота онкологических заболеваний у тех людей, которые были подвергнуты радиационному воздействию. Причем риск развития рака не связан с пороговой моделью, когда заболевание возникает в результате превышения «критического» значения полученной дозы. Он увеличивается линейно, даже при кратковременном облучении. Эти явления связаны со стохастическим эффектом радиации. Как считают ученые, любая доза излучения повышает риск возникновения злокачественных опухолей и генетических нарушений.
Что такое стохастический эффект ионизирующего излучения?
Радиация обладает разрушающим эффектом в отношении биологических тканей. В современной науке выделяют 2 варианта таких последствий: детерминированные и стохастические эффекты. Первый тип еще называют предопределенным (от латинского слова determino – «определять»), то есть последствия возникают при достижении дозового порога. При его превышении риск появления отклонений увеличивается.
К патологиям, возникающим в результате детерминированных эффектов, относятся острое лучевое поражение, радиационные синдромы (костномозговой, желудочно-кишечный, церебральный), ухудшение репродуктивной функции, катаракта. Они отмечаются в кратчайшие сроки после получения дозы радиации, реже – в отдаленный период.
Стохастические, или случайные, эффекты (от греческого слова stochastikos – «умеющий угадывать») – это такие последствия, тяжесть которых не зависит от дозы облучения. Дозовая зависимость проявляется в увеличении частоты возникновения патологии среди популяции живых организмов. Вероятность негативных последствий существует даже при кратковременной экспозиции.
Отличия
Отличия стохастического эффекта излучения от детерминированного описаны в таблице ниже.
| Критерий | Детерминированные эффекты | Стохастические эффекты |
| Пороговая доза | Проявляются при больших дозах (>1 Гр). При превышении порогового значения заболевание неизбежно (предопределено, детерминировано). Тяжесть поражения увеличивается с ростом дозы | Наблюдаются при малых и средних дозах. Патогенез не зависит от дозы |
| Механизм повреждения | Гибель клеток, приводящая к нарушению функционирования тканей и органов | Облученные клетки остаются живыми, но изменяются и дают мутирующее потомство. Клоны могут быть подавлены иммунной системой организма. В противном случае развивается рак, а при поражении половых клеток – наследственные дефекты, сокращающие продолжительность жизни |
| Время появления | В течение нескольких часов или дней после облучения | После латентного периода. Заболевание носит случайный характер |
Одна из особенностей стохастических явлений – это то, что они могут одновременно протекать вместе с хронической лучевой болезнью.
Виды
К стохастическим эффектам относятся 2 вида изменений в зависимости от того, какой вид клеток поражен:
- Соматические эффекты (злокачественные опухоли, лейкоз). Они выявляются при длительном наблюдении.
- Наследуемые эффекты, регистрирующиеся у потомков облученных лиц. Возникают из-за повреждения генома в половых клетках.
Оба типа дефектов могут появляться как в организме облученного человека, так и у его потомства.
Мутация клеток
Мутационные процессы в клетке, подвергнувшейся радиационному воздействию, не приводят к ее гибели, но стимулируют генетическую трансформацию. Возникает так называемая радиационно-индуцированная мутация – искусственно вызванное изменение структур клетки, которые отвечают за передачу наследственной информации. Они носят постоянный характер.
Клеточные мутации всегда есть и в естественных, природных механизмах. Благодаря им дети отличаются от своих родителей. Этот фактор является очень важным для биологического развития. Спонтанные раковые и генетические патологии постоянно присутствуют в человеческой популяции. Ионизирующее излучение является дополнительным агентом, увеличивающим вероятность возникновения таких изменений.
В медицинской науке принято считать, что даже одна трансформированная клетка может положить начало развитию опухолевого процесса. Разрыв ДНК и хромосомные аберрации способны возникнуть после одного инцидента ионизации.
Заболевания
Достоверная связь определенных заболеваний и случайных последствий радиации была доказана только в 90-е годы XX в. Ниже перечислено, что относится к стохастическим эффектам ионизирующих излучений:
- Злокачественные опухоли кожи, желудка, костной ткани, грудных желез у женщин, легких, яичников, щитовидной железы, толстой кишки. Неопластические заболевания кроветворной системы.
- Неопухолевые заболевания: гиперплазия (избыточное размножение клеток) или аплазия (обратный процесс) органов, состоящих из соединительной ткани (печень, селезенка, поджелудочная железа и другие), склеротические патологии, гормональные нарушения.
- Генетические последствия.
Наследственные аномалии
В группе генетических эффектов выделяют 3 типа аномалий:
- Изменение генома (числа и формы хромосом), приводящее к развитию различных отклонений – синдрома Дауна, пороков сердца, эпилепсии, катаракты и других.
- Доминантные мутации, проявляющиеся сразу, в первом или втором поколении детей.
- Рецессивные мутации. Они возникают только тогда, когда у обоих родителей мутировал одинаковый ген. В противном случае генетические аберрации могут не проявляться в течение нескольких поколений или не возникать вообще.
Ионизирующие излучения приводят к возникновению генетической нестабильности в клетке из-за нарушений в системе восстановления поврежденных ДНК. Изменение нормального течения биосинтеза влечет за собой снижение жизнеспособности и появление наследственных заболеваний. Нестабильность генома клеток также является ранним признаком развития рака.
Уровень онкопатии и скрытый период
Так как стохастические эффекты носят случайный характер, то нельзя достоверно узнать, у кого они разовьются, а у кого – нет. Естественный уровень онкологических заболеваний в человеческой популяции составляет около 16 % в течение всей жизни. Этот показатель выше при увеличении коллективной дозы облучения, но точных данных на этот счет в медицинской науке нет.
Поскольку развитие злокачественных опухолей является многостадийным процессом, то онкопатологии, обусловленные стохастическими эффектами, имеют довольно продолжительный латентный (скрытый) период, предшествующий выявлению заболевания. Так, при развитии лейкоза этот показатель составляет в среднем порядка 8 лет. После ядерной бомбардировки в японских городах Хиросима и Нагасаки рак щитовидной железы диагностировали через 7-12 лет, а лейкозы – через 3-5 лет. Ученые считают, что продолжительность латентного периода для злокачественных заболеваний в определенной локализации зависит от дозы облучения.
Последствия генетических мутаций
Последствия наследственных мутаций подразделяют на три группы по тяжести течения:
- Крупные аберрации – гибель в ранний эмбриональный и послеродовой период, серьезные врожденные пороки (черепно-мозговые грыжи, отсутствие костей свода черепа, микро- и гидроцефалия; недоразвитие или полное отсутствие глазного яблока, аномалии костной системы – лишние пальцы, отсутствие конечностей и другие), задержка развития.
- Физическая неполноценность (нестабильность в отношении хранения и передачи генетического материала из поколения в поколение, ухудшение сопротивляемости организма к неблагоприятным внешним факторам).
- Повышенный риск развития злокачественных опухолей в результате наследственной предрасположенности.