РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 5, с. 574-577
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ МАЛЫХ ДОЗ ИОНИЗИРУЮЩЕЙ РАДИАЦИИ
УДК [577.2+576]:539.1.04
ИЗУЧЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, МОДЕЛИРУЮЩЕГО РАДИАЦИОННОЕ ПОЛЕ В УСЛОВИЯХ АВИАЦИОННЫХ ПОЛЕТОВ, НА МЫШАХ in vivo
© 2007 г. С. И. Заичкина1*, О. М. Розанова1, А. X. Ахмадиева1, Г. Ф. Аптикаева1, Е. Н. Смирнова1, С. П. Романченко1, О. А. Вахрушева1, С. С. Сорокина1, В. Н. Пелешко2
1 Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино 2 Государственный научный центр Институт физики высоких энергий, Протвино
Исследовали особенности эффектов длительного действия низкоинтенсивного излучения с высокой линейной потерей энергии, моделирующего компонентный и спектральный состав радиационного поля, формирующегося в атмосфере Земли на высоте примерно 10 км, в полихроматофильных эритроцитах костного мозга мышей in vivo. С помощью микроядерного теста изучали дозовую зависимость и цитогенетический радиационный адаптивный ответ (РАО). Облучение мышей линии SHK проводили круглосуточно, помещая их в поле излучения за верхней бетонной защитой Серпуховского ускорителя протонов с энергией 70 ГэВ на 15, 24 и 31 сут. Поглощенные дозы излучения составили 11.5; 21.5 и 31.5 сГр. Показано, что хроническое воздействие излучения, моделирующего условия при авиационных полетах на высоте 10 тыс. м, в дозах от 11.5 до 31.5 сГр приводит к увеличению в полихроматофильных эритроцитах костного мозга мышей числа клеток с микроядрами и не индуцирует цитогенетический радиационный адаптивный ответ в отличие от хронического воздействия у-излучения при той же мощности дозы.
Малые дозы, низкоинтенсивное излучение, ЛПЭ, радиационный адаптивный ответ, мыши, микроядра.
В последние годы большой интерес вызывают исследования биологического действия низкоинтенсивных излучений с высокой линейной передачей энергии (ЛПЭ), встречающихся в условиях авиационных и космических полетов, а также при работе персонала на ускорителях [1-4].
Целью настоящего исследования является изучение с помощью микроядерного теста особенностей длительного действия на организм млекопитающих низкоинтенсивного излучения, моделирующего радиационное поле, которое формируется в атмосфере на высоте примерно 10 км, в полихроматофильных эритроцитах костного мозга мышей in vivo. Для этого определяли дозовую зависимость эффекта и радиационный адаптивный ответ (РАО).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
В экспериментах использовали 2-месячных самцов белых беспородных мышей линии SHK. Облучение проводили круглосуточно в поле излучения за верхней бетонной защитой Серпухов-
* Адрес для корреспонденции: 142290 Московская обл., г. Пущино, Институтская ул., 3, ИТЭБ РАН; тел.: (27) 739349; факс: (27) 33-05-53; e-mail: szaichkina@yandex.ru.
ского ускорителя протонов с энергией 70 ГэВ ("У-70 ИФВЭ", Протвино). Нейтронные спектры за бетонной защитой высокоэнергетических ускорителей похожи на спектры нейтронов, сформированные космическими лучами в атмосфере на высоте от 3 до 12 км, что широко используется для градуировки и изучения поведения аппаратуры (дозиметров и др.) в этих полях. Так, спектры нейтронов, измеренные за бетонной защитой ускорителя "CERN" [5] близки к спектрам нейтронов, измеренных на высотах 12 и 16 км в атмосфере [6, 7]. Еще более близок спектр нейтронов, измеренный на высоте 3 км на горе Цугшпитце [5]. Мониторирование облучения в нашей работе проводилось нейтронным детектором "РМ58" системы радиационного контроля ускорителя "У-70", измеряющим эквивалентную дозу нейтронов с энергией до 20 МэВ, и термолюминесцентными дозиметрами "ИКС", измеряющими поглощенную дозу фотонов и протонов. По компонентному составу доза нейтронов с энергией до 20 МэВ в точке измерения составляет половину полной дозы нейтронов с энергиями от тепловой и до 500 МэВ. Многозарядных ионов за бетонной защитой практически нет. Было проведено два независимых экспери-
Таблица 1. Выход полихроматофильных эритроцитов (ПХЭ) микроядрами (МЯ) в костном мозге мышей в зависимости от дозы низкоинтенсивного излучения с высокой ЛПЭ
Доза облучения (длительность) Число мышей Число анализированных ПХЭ Число ПХЭ с МЯ ПХЭ с МЯ, % ПХЭ с МЯ без фона, %
0 15 60000 198 0.33 ± 0.02
11.5 сГр (15 сут) 10 38000 208 0.55 ± 0.03* 0.22
21.5 сГр (24 сут) 10 38000 337 0.89 ± 0.06** 0.56
31.5 сГр (31 сут) 10 26000 243 0.94 ± 0.07** 0.61
10 сГр (у-излучение 60Со) (10 сут) 10 20300 133 0.66 ± 0.04* 0.33
* Отличие от контроля достоверно, р < 0.05. ** Отличие от контроля достоверно, р < 0.01.
Таблица 2. Выход полихроматофильных эритроцитов (ПХЭ) с микроядрами (МЯ) в костном мозге мышей, подвергнутых воздействию низкоинтенсивного излучения с высокой ЛПЭ или у-излучения в дозе 1.5 Гр
Варианты облучения Число мышей Число анализированных ПХЭ Число ПХЭ с МЯ ПХЭ с МЯ, %
11.1 сГр + 1.5 Гр 10 40000 2771 6.90 ± 0.38
1.5 Гр 10 40000 2743 6.69 ± 0.39
21.5 сГр + 1.5 Гр 10 25000 1590 6.40 ± 0.46
1.5 Гр 10 31000 1951 6.30 ± 0.45
31.5 сГр + 1.5 Гр 10 37000 2330 6.30 ± 0.40
1.5 Гр 10 43000 2729 6.30 ± 0.51
10 сГр (у-излучение 60Со) + 1.5 Гр 5 9870 378 3.90 ± 0.30*
* Отличие от группы, облученной только в дозе 1.5 Гр, достоверно,р < 0.01.
мента с интервалом в 1 год, что связано с плановой работой Серпуховского ускорителя (ноябрь-декабрь 2004 и 2005 гг.).
Для изучения индукции РАО животных хронически облучали в течение 15, 24 и 31 сут для накопления суммарных доз 11.5, 21.5 и 31.5 сГр, соответственно. В качестве положительного контроля другую группу мышей хронически облучали только в одной дозе 10 сГр (1 сГр/сут) на источнике у-излучения. Через 24 ч после облучения соответствующие группы мышей подвергали повторному воздействию у-излучения в выявляющей дозе 1.5 Гр (1 Гр/мин). В каждом отдельном опыте на экспериментальную точку использовали не менее 5 мышей. Для определения уровня цитогене-тического повреждения через 28 ч после выявляющего облучения животных забивали методом цервикальной дислокации и по стандартной методике приготавливали цитологические препараты костного мозга [8]. В каждом препарате анализировали не менее 2000 полихроматофильных эритроцитов (ПХЭ) для подсчета числа клеток с микроядрами (МЯ). Для исключения эффектов клеточного цикла проводили контроль соотношения ПХЭ и НХЭ. Для оценки статистической досто-
верности различий между группами использовали критерий Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В табл. 1 представлены результаты определения числа ПХЭ с МЯ в костном мозге мышей, подвергнутых хроническому воздействию излучения с высокой ЛПЭ в разных дозах. Видно, что облучение мышей в течение 15, 24 и 31 сут (дозы 11.5; 24.5 и 31.5 сГр), приводит к значительному увеличению частоты цитогенетических повреждений, по сравнению с частотой спонтанного повреждения.. Выход ПХЭ с МЯ в костном мозге мышей, облученных в дозе 11.5 сГр, сравним с наблюдаемым при аналогичном цитогенетическом повреждении, индуцированном хроническим воздействием у-излучения в дозе 10 сГр. Это означает, что величина ОБЭ низкоинтенсивного излучения за бетонной защитой при данной мощности дозы близка, в пределах точности опыта, к единице. Аналогичные данные о росте частоты повреждений, по сравнению со спонтанным уровнем, при облучении в малых дозах низкоинтенсивного излучения с высокой ЛПЭ были получены и другими исследователями с помощью различных ме-
576
ЗАИЧКИНА и др.
тодов: хромосомного анализа в лимфоцитах периферической крови человека, индукции опухолей, репарации двунитевых разрывов ДНК [1, 3, 9]. Показано также влияние излучений с высокими ЛПЭ в малых дозах на центральную нервную и иммунную системы [10, 11] и геномную нестабильность [12].
При исследовании возможности индукции РАО у мышей, облученных за верхней бетонной защитой ускорителя, нами было обнаружено, что предварительное облучение мышей в малой дозе не приводит к уменьшению выхода цитогенети-ческого повреждения после облучения в выявляющей дозе 1.5 Гр (табл. 2), т.е. РАО не проявляется. Эти результаты согласуются с полученными нами ранее данными об отсутствии РАО при использовании в качестве адаптирующего воздействия в малых дозах других излучений с высокими ЛПЭ: п-мезонов и вторичного излучения от протонов с энергией 70 ГэВ [13]. В то же время при исследовании нами адаптирующего эффекта острого и хронического действия у-излучения в малых дозах с последующим облучением в дозе 1.5 Гр на мышах было показано, что у-излучение в этих дозах индуцирует РАО [14]. Следует заметить, что уровень выраженности цитогенетиче-ского повреждения при действии исследованных излучений как с низкими, так и с высокими ЛПЭ в адаптирующих дозах был практически одинаков, то есть ОБЭ равнялась 1. По-видимому, для индукции РАО важны не только сила, но и качество адаптирующего повреждения. Поскольку известно, что соотношение количеств одно- и двунитевых разрывов ДНК увеличивается с увеличением ЛПЭ, то на основании этих данных можно предположить, что для индукции РАО существенным является определенное соотношение этих типов повреждения ДНК. Ранее в нашей лаборатории на клетках китайского хомячка было показано, что вторичное излучение от протонов с энергией 70 ГэВ индуцирует трудно- и нерепариру-емые повреждения ДНК, а также ингибирует репарацию ДНК [15]. Эти результаты дополняют известные данные, полученные на культурах клеток, о неспособности излучений с высокими ЛПЭ, индуцировать РАО [2, 16].
Таким образом, при исследовании действия длительного низкоинтенсивного излучения с высокой линейной потерей энергии, моделирующего компонентный и спектральный состав радиационного поля, формирующегося в атмосфере на высоте 10 км, на мышах in vivo было показано увеличение выхода цитогенетического повреждения при облучении в дозах 11.5 - 31.5 сГр и от-
сутствие РАО. Полученные данные могут быть использованы для оценки радиационных рисков при долговременных высотных полетах, при подготовке пилотируемых космических полетов, а также для разработки теоретических основ адаптационной медицины.
Работа выполнена при поддержке Президиума РАН в рамках Программы фунда
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.