научная статья по теме КАНЦЕРОГЕННАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ УСКОРЕННЫХ ИОНОВ ГЕЛИЯ С ЭНЕРГИЕЙ 4 ГЭВ/НУКЛОН У КРЫС Биология

Текст научной статьи на тему «КАНЦЕРОГЕННАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ УСКОРЕННЫХ ИОНОВ ГЕЛИЯ С ЭНЕРГИЕЙ 4 ГЭВ/НУКЛОН У КРЫС»

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.

Показать целиком