РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 2, с. 181-187
^ РАДИАЦИОННЫЙ
КАНЦЕРОГЕНЕЗ
УДК 616-006:539.1.04
КАНЦЕРОГЕННАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ УСКОРЕННЫХ ИОНОВ ГЕЛИЯ
С ЭНЕРГИЕЙ 4 ГэВ/НУКЛОН У КРЫС
© 2007 г. Б. С. Федоренко1*, В. С. Турусов2, О. А. Смирнова3
Государственный научный центр РФ - Институт медико-биологических проблем РАН, Москва 2Институт канцерогенеза Российского онкологического центра им. Н.Н.Блохина РАМН, Москва 3Научно-исследователъский центр радиационно-химической безопасности и гигиены ФМБА, Москва
Представлены результаты сравнительного изучения канцерогенной эффективности ускоренных ионов гелия с энергией 4 ГэВ/нуклон (ЛПЭ = 0.88 кэВ/мкм) и у-излучения 60Со (ЛПЭ = 0.23 кэВ/мкм). Половозрелых беспородных крыс-самок подвергали общему однократному воздействию потока ионов гелия в дозах 0.25-4.0 Гр на синхрофазотроне Объединенного института ядерных исследований и у-излучения 60Со в дозах 0.5-4.0 Гр на установке "РХ-у-30". Определяли частоту, гистологическое строение и сроки появления новообразований молочных желез и желез эндокринной системы, кожи, мягких тканей, внутренних органов и системы крови (гемобластозов), развившихся на протяжении жизни животных. Показано, что облучение экспериментальных животных ускоренными ионами гелия и стандартным излучением приводит к увеличению частоты новообразований различной локализации, к сокращению сроков их развития и расширению гистологического спектра новообразований по сравнению с необлученными животными. Выявлено, что ионы гелия обладают более выраженным канцерогенным действием. Коэффициенты относительной биологической эффективности ионов гелия, рассчитанные непараметрическим методом, увеличиваются со снижением дозы.
Ускоренные ионы гелия, у-излучение, лучевой канцерогенез, относителъная биологическая эффек-тивностъ.
Проблема оценки канцерогенного риска при действии ионизирующих излучений различного качества в относительно низких дозах является важной для обеспечения радиационной безопасности многих групп людей, включая космонавтов (особенно в свете планируемых межпланетных экспедиций и поселений на Луне), работников ускорителей тяжелых ядер, летчиков и авиапассажиров, которые часто летают на больших высотах, жителей регионов с повышенным естественным радиационным фоном или высокогорных районов. На основе анализа уровней доз, получаемых астронавтами по время космических полетов, исследователи полагают, что облучение в таких дозах может соответствовать увеличению риска образования злокачественных опухолей примерно на 3% [1]. Однако отдаленные эффекты космического излучения изучены недостаточно. В настоящей работе представлены результаты сравнительного изучения канцерогенной эффективности ускоренных ионов гелия релятивистской энергии и стандартного излучения.
*Адресат для корреспонденции: 123007 Москва, Хорошевское ш., 76а, Ин-т медико-биологических проблем РАН; e-mail: dsv@ jinr.ru.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Белых беспородных крыс - самок 4-месячного возраста однократно подвергали воздействию ускоренных ионов гелия с энергией 4 ГэВ/нуклон (ЛПЭ = 0.88 кэВ/мкм) в дозах 0.25-4.0 Гр или у-лу-чей 60Со (ЛПЭ = 0.23 кэВ/мкм) в дозах 0.5-4.0 Гр. Ионами гелия животных облучали на синхрофазотроне Объединенного института ядерных исследований, а у-излучением - на установке "РХ-у-30". Мощность дозы составляла при этом 1.2-2.0 и 5.5 сГр/с соответственно. В эксперименте использовано 480 животных, из которых 100 особей выделено в качестве контрольной группы. Наблюдения проводили до конца жизни животных. Новообразования молочных желез и наружных покровов выявляли при внешнем осмотре. Часть животных была забита в агональном состоянии путем наркотизации. Погибших и забитых животных вскрывали. Гистологическому исследованию подвергали гипофиз, яичники, надпочечники, щитовидную и паращитовидную железы, а также другие органы и ткани по показаниям. Для приготовления гистологических препаратов использовали общепринятые методы обработки тканей. Частоту выявленных новообразований каждой локализации определяли как отношение числа животных с новообразованиями этой локализа-
Таблица 1. Эффективное число крыс в экспериментах по изучению канцерогенной эффективности ускоренных ионов гелия с энергией 4 ГэВ/нуклон и у-излуче-ния 60Со
Локализация опухоли Доза, Гр Эффективное число крыс в облученных группах Эффективное число крыс в необлучен-ной группе
ионы гелия у-лучи
Молочная 0.25 18 - 100
железа 0.5 33 38
1.0 31 54
2.0 31 46
4.0 33 71
Гипофиз 0.25 22 - 84
0.5 30 38
1.0 25 53
2.0 30 48
4.0 29 62
Щитовидная 0.25 21 - 91
железа 0.5 28 33
1.0 27 44
2.0 27 45
4.0 27 59
Яичники 0.25 20 - 91
0.5 28 37
1.0 27 48
2.0 30 46
4.0 28 67
Надпочечники 0.25 22 - 94
0.5 30 30
1.0 27 42
2.0 31 41
4.0 29 57
Матка 0.25 22 - 91
0.5 31 37
1.0 28 48
2.0 30 46
4.0 28 67
Система 0.25 22 - 99
крови (гемоблас- 0.5 31 38
тозы) 1.0 28 50
2.0 31 45
4.0 30 67
ции к эффективному числу животных в группе, которое считали равным числу экспериментальных животных на момент появления первой опухоли данной локализации (табл. 1). Статистическую обработку данных проводили стандартными методами [2]. Коэффициенты относительной биологической эффективности (ОБЭ) ионов гелия рассчитывали непараметрическим методом [3]. Для определения коэффициентов ОБЭ ионов гелия по сравнению с у-излучением использовались следующие критерии: возникновение определенного числа опухолей различных локализаций и наличие или отсутствие опухоли в том или ином органе или ткани.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Проведенные исследования свидетельствуют о том, что воздействие ионизирующих излучений приводит к увеличению частоты новообразований различных локализаций (табл. 2). По основным локализациям отмечается статистически значимое превышение частоты новообразований у облученных животных по сравнению с необлу-ченными. Найдена высокая частота новообразований молочных желез, гипофиза, щитовидной железы, надпочечников и заболеваний крови.
При изучении гистологического строения опухолей молочных желез установлено, что у животных, облученных ионами гелия, и у животных, подвергавшихся воздействию у-излучения, доброкачественные новообразования встречаются чаще. В частности, после воздействия ионов гелия в дозах 0.25-4.0 Гр доля злокачественных новообразований, определяемая как отношение числа животных со злокачественными опухолями данной локализации к общему числу животных с новообразованиями той же локализации, изменялась от 0 до 16.6%. В свою очередь, после воздействия у-излучения в дозах 1.0-4.0 Гр доля злокачественных новообразований молочных желез составляла 24.1-42.3%. Близкие значения доли злокачественных опухолей молочных желез были найдены для крыс, облученных протонами с энергией 645 МэВ [4, 5].
По гистологическому строению среди доброкачественных новообразований преобладали фиброаденомы, тогда как большинство злокачественных опухолей составляли аденокарциномы.
У части животных наблюдалось одновременное развитие двух и более опухолей молочных желез. После воздействия ионов гелия в дозах 0.25-4.0 Гр и у-лучей в дозах 1.0-4.0 Гр число крыс с первично множественными опухолями молочных желез составляло 9.0-19.9 и 3.7-12.7% соответственно. Некоторое представление о частоте первичных множественных опухолей молочных желез дает индекс множественности опухолей, ко-
Таблица 2. Частота новообразований основных локализаций у крыс, подвергнутых воздействию ускоренных ионов гелия с энергией 4 ГэВ/нуклон или у-лучей 60Со, %
Локализация опухоли Доза, Гр Частота новообразований у облученных животных Частота новообразований у необлученных животных
ионы гелия у-лучи
Молочная железа 0.25 31.8 ± 9.9 - 19.0 ± 3.9
0.5 33.3 ± 8.2 -
1.0 38.7 ± 8.7 24.1 ± 5.8
2.0 46.9 ± 8.8 39.1 ± 7.2
4.0 50.0 ± 8.8 42.3 ± 5.9
Гипофиз 0.25 45.5 ± 10.6 - 20.2 ± 4.4
0.5 60.0 ± 8.9 -
1.0 48.0 ± 10.0 26.4 ± 6.1
2.0 40.8 ± 8.5 37.5 ± 7.0
4.0 44.8 ± 9.2 40.3 ± 6.2
Щитовидная железа 0.25 19.0 ± 8.6 - 16.5 ± 3.9
0.5 35.7 ± 9.1 27.3 ± 7.8
1.0 25.9 ± 8.4 38.6 ± 7.3
2.0 22.2 ± 8.0 40.0 ± 7.3
4.0 29.6 ± 8.8 39.4 ± 6.3
Яичники 0.25 15.0 ± 8.0 - 3.3 ± 1.9
0.5 10.7 ± 5.8 5.4 ± 3.8
1.0 29.6 ± 8.8 12.5 ± 4.8
2.0 46.7 ± 9.1 13.0 ± 5.0
4.0 57.1 ± 9.4 38.8 ± 6.0
Надпочечники 0.25 40.9 ± 10.5 - 17.0 ± 3.9
0.5 36.7 ± 8.8 23.3 ± 7.3
1.0 29.6 ± 8.8 54.8 ± 7.7
2.0 38.7 ± 8.7 63.4 ± 7.5
4.0 55.2 ± 9.2 52.6 ± 6.6
Матка 0.25 25.0 ± 7.4 - 16.5 ± 2.0
0.5 24.1 ± 7.9 37.8 ± 6.0
1.0 33.3 ± 7.0 29.2 ± 4.3
2.0 40.0 ± 6.0 45.7 ± 4.7
4.0 50.0 ± 8.0 46.3 ± 3.8
Система крови 0.25 9.1 ± 6.1 - 10.1 ± 3.3
(гемобластозы) 0.5 19.4 ± 7.1 10.5 ± 5.0
1.0 28.6 ± 8.5 18.0 ± 5.4
2.0 32.3 ± 8.4 17.8 ± 5.7
4.0 30.0 ± 8.4 19.4 ± 4.8
торый определяется как отношение общего числа опухолей к числу крыс с опухолями. При облучении крыс ионами гелия в дозах 0.25: 0.5: 1.0, 2.0 и 4.0 Гр индекс множественности опухолей молочной железы равен соответственно 1.14, 1.09, 1.08, 1.40 и 1.19. При воздействии у-излучения в
дозах 1.0, 2.0 и 4.0 Гр он равен 1. Эти результаты также свидетельствуют о более высокой канцерогенной эффективности ускоренных ионов гелия с энергией 4 ГэВ/нуклон по сравнению с у-из-лучением. Следует отметить, что множественные опухоли молочных желез, как правило, развива-
Кумулятивная частота опухолей, % 80
70 60 50 40 30 20 10 0
0.25 Гр 2.0 Гр
1
!ктп
1 И
0.50 Гр 4.0 Гр
И 1.0 Гр О Контроль
=
1
1 1 —1
1
1 =
180 360 450 540 630 720 810
Сроки наблюдения, сут
Рис. 1. Кумулятивная частота опухолей молочных желез у необлученных и облученных ионами гелия крыс в различные сроки наблюдения.
лись на фоне фиброзно-кистозной мастопатии, частота которой увеличивалась с возрастом животных.
На рис. 1 представлена кумулятивная частота новообразований молочных желез, найденная в различные сроки постлучевого периода у крыс, облученных ионами гелия в различных дозах. Здесь же приведена кумулятивная частота новообразований той же локализации у
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.