Всякая ли радиация вредна?

В наше время все хорошо знают, что радиация оказывает вредное влияние на здоровье человека, а в больших дозах приводит к быстрой смерти. В этом нас убеждает исторический опыт – последствия атомных бомбардировок Японии во время Второй мировой войны, аварии реактора в Чернобыле и т.п., – а также многочисленные публикации официальных изданий по радиационной безопасности, произведения художественной литературы, фильмы. Но так было не всегда.

До 1930-х гг. к радиоактивности относились без всякой осторожности. Это приводило к несчастьям. В истории радиологии известен случай с промышленником и общественным деятелем из Филадельфии Э.Байерсом. В течение трех лет он принимал препараты радия в качестве лекарства (суточная доза в 2 млн раз превышала установленную в настоящее время норму в 5 мкКи), вследствие чего и умер в мучениях. Следует отметить, что умер он не от рака: накопление радия в организме вызвало сильный некроз костной и других тканей, что и стало причиной его смерти. После этого случая, вызвавшего большой общественный резонанс, к радиации стали относиться с опаской. Однако еще долгое время ведомства, ответственные за охрану труда и здоровья, не могли дать рекомендаций по защите от радиации.

В 1942 г. правительство США приступило к реализации секретного Манхеттенского проекта, имевшего целью создание атомной бомбы. Для проведения работ в штате Теннесси был построен специальный город Окридж (Oak Ridge). В Окридже были созданы национальная лаборатория, несколько заводов, университет. В рамках проекта в начале 1950-х гг. в Окриджской лаборатории были проведены широкомасштабные исследования на мышах по влиянию различных доз радиации на организм животного. Вместе с данными наблюдений за жертвами бомбардировок Хиросимы и Нагасаки результаты этих исследований легли в основу официальных правил радиационной безопасности.

Основной лейтмотив всех таких правил и рекомендаций состоит в том, что нет минимальной безвредной дозы облучения, т.е. все дозы вредны для здоровья человека – это так называемая концепция линейного беспорогового эффекта (ЛБЭ) радиации.

Однако с течением времени появлялось все больше данных о том, что малые дозы радиации не вредны, а иногда оказывают и благотворное воздействие на жизнедеятельность организма (это явление называют радиационным гормезисом). А в последнее время некоторые радиологи обратили внимание на то, что многие данные по радиационным эффектам, полученные в исследованиях, финансировавшихся агентствами и ведомствами, ответственными за радиационную безопасность, сознательно не публиковались в открытой печати, а те, что публиковались, были искажены или неверно интерпретированы.

Так, например, в Окриджской национальной лаборатории в 1950-е гг. занимались исследованием влияния калия, очищенного от радиоактивного изотопа, на жизненные показатели животных. Калий – жизненно необходимый элемент. В природных условиях он содержит около 0,012% радиоактивного изотопа калия-40. Как говорит д-р Ч.Виллис, участник этих исследований, животные, получавшие очищенный калий, чувствовали себя плохо, однако их состояние быстро нормализовалось, если им начинали давать выделенный изотоп калия-40 или неочищенный калий. Эти результаты не были опубликованы, т.к. руководители проекта придерживались концепции ЛБЭ.

Д-р Э.Лоренц из Национального института рака в отчетах по Манхеттенскому проекту сообщал, что он провел эксперименты с круглосуточным облучением здоровых мышей в суточных дозах 4,4; 1,1; 0,11 и 0,044 рад. После 15 месяцев облучения мыши не отличались от мышей в контрольной группе по активности, весу и состоянию шерсти; частота возникновения рака молочной железы также значительно не изменилась. У мышей, получавших дозы 0,11–1,1 рад, по-видимому, не было серьезных хромосомных нарушений, т.к. в течение последующих 5–6 поколений размеры пометов и продолжительности жизни не отличались от нормы. Несмотря на это, в 1950 г. в исследовании, в котором было зарегистрировано увеличение продолжительности жизни мышей, непрерывно облучавшихся в суточной дозе 0,11 рад, д-р Лоренц утверждал: «Хорошо известно, что ионизирующая радиация повреждает ткани независимо от величины дозы...»

Таких фактов множество. В статье известного радиолога Дж.Мукерхайда (США, Массачусетс), опубликованной в журнале «Наука XXI века» летом 2000 г., собрано большинство из них. Автор считает, что сокрытие или замалчивание данных о радиационном гормезисе выгодно официальным организациям, занимающимся радиационной безопасностью («пока конгрессмены боятся радиации они будут выделять средства на защиту от нее и на соответствующие исследования»), поэтому они финансируют те исследования, которые подтверждают официальную точку зрения на вредное действие радиации. Ниже приведены некоторые интересные и малоизвестные факты из этой статьи.

В 1971 г. Комиссия по атомной энергии выделила средства для проведения исследований взаимосвязи между естественным уровнем радиации и частотой заболевания раком, но в 1973 г. эти работы были прекращены без объяснения причин. В 1980-е гг. д-р Б.Коэн (университет в Питтсбурге) предпринял аналогичное частное исследование частоты заболеваний раком легких в зависимости от концентрации радона в домах. В конце концов, с помощью 450 профессоров физики из ста одного университета ему удалось собрать данные по концентрации радона в 272 тыс. домов в наиболее населенных графствах США. Ему также удалось получить все данные о концентрациях радона, имевшиеся в распоряжении Агентства по защите окружающей среды США. Факты свидетельствовали об обратной корреляции частоты рака легких и содержания радона в воздухе: чем выше концентрация радиации, тем ниже заболеваемость раком. Результаты исследования были опубликованы.

Конечно, такой эффект мог бы быть вызван не радоном, а каким-то другим фактором. Но тогда этот фактор должен оказывать влияние, большее, чем курение, быть обратно–пропорционален концентрации радона и при этом должен быть до сих пор не обнаруженным. Это чрезвычайно маловероятно. Интересно, что агентства радиационной безопасности не принимают в расчет эти данные на том основании, что «это экологическое исследование, а не медицинское».

С данными Б.Коэна согласуются недавно опубликованные данные по зависимости частоты рака легких от концентрации радона в воздухе жилища (1996 г. д-р К.Боген из Ливерморской национальной лаборатории; 1997 г. – проф. В.Шуттманн и 1998 г. – проф. К.Бекер из Германии).

В 1950–1960-х гг. прекратилось производство ранее популярных часов со светящимся циферблатом, т.к. в их производстве использовались радиоактивные вещества. В 1981 г. известный радиолог из Массачусетского технологического института (MIT) Р.Эванс на международной конференции по радиобиологии радия и актинидов (опубликовано в 1983 г.) сообщил, что «исследования в течение последних 12 лет нескольких сотен работников часовых заводов, имевших дело с радием, показали, что у тех из них, кто имел радиационную нагрузку менее 50 мкКи радия-226, что эквивалентно суммарной дозе облучения скелета около 1000 рад, не обнаружено никаких опухолей или других заболеваний радиогенной природы».

Систематическое потребление 50 мкКи радия-226 примерно в 125 тыс. раз превышает установленную Агентством по защите окружающей среды (EPA) предельную дозу, получаемую при потреблении воды с радиоактивностью 5 пКи/л. В настоящее время EPA планирует еще больше снизить допустимый порог радиоактивности воды, что потребует дополнительно значительных средств на ее очистку. Если бы вместо этого норму повысили в 4 раза, что для человека, потребляющего 1,1 л воды в день, составило бы дозу в 30 тыс. раз меньшую, чем у работников часовых заводов, то вообще отпала бы надобность в мониторинге уровня радия в питьевой воде.

Данные статистического анализа состояния здоровья упомянутых работников часовых заводов, опубликованные в 1994 г. д-ром Р.Томасом, показали, что даже без учета отсутствия рака у многих работников с дозой ниже 1000 рад безопасная доза составляет 400 рад. В 1997 г. д-р Р.Роланд, проанализировав те же данные, подтвердил, что существует пороговая доза, ниже которой облучение безопасно: «Сейчас имеется 2383 случая с хорошо установленной поглощенной дозой... Все 64 случая саркомы кости обнаружены среди 224 человек, получивших дозу более 10 Гр, в то время как у 2119 человек с меньшими дозами никаких опухолей не обнаружено».

С 1977 по 1987 г. Департамент энергии США провел массовые обследования персонала предприятий атомной промышленности, подвергавшегося внешнему облучению от кобальта-60. Были обследованы 39 004 из 108 тыс. рабочих, занятых в отрасли, и полученные данные тщательно сопоставлены с результатами обследования контрольной группы из 33 352 (из 700 тыс.) рабочих неядерных отраслей. Данные обследования были частично опубликованы лишь в 1991 г. Из них следует, что среди получивших высокие дозы облучения смертность составила 76% от смертности в контрольной группе.

Международная ассоциация по изучению рака провела аналогичное исследование среди 95 тыс. рабочих ядерных отраслей промышленности в США, Канаде и Великобритании, после чего заявила, что данные согласуются с концепцией ЛБЭ. Однако для такого вывода были использованы данные только по одному виду рака, а именно лейкемии от которой умерли199 человек (из 15 825 умерших). При этом на самом деле только в одной группе с дозой облучения более 0,4 Зв было шесть смертей против ожидаемых 2,3. В других шести группах с меньшими дозами частота смертей от лейкемии не отличалась от контроля. Таким образом, прямая зависимость эффекта от дозы была получена фактически по одной точке.

Д-р Т.Д. Лаки (1997) обобщил все доступные данные по заболеваемости рабочих ядерных отраслей промышленности и пришел к выводу, что среди них частота заболевания раком составляет 52% от частоты заболевания среди рабочих неядерных отраслей.

Еще одна большая группа людей с контролируемой дозой облучения – женщины с туберкулезом легких (часто подвергавшиеся рентгеноскопическому обследованию), обследование которых проводилось в Канаде. Результаты обследования в 1980 г. показали, что при дозах рентгеновского облучения меньше примерно 0,3 Гр наблюдается статистически значимое уменьшение частоты заболеваемости раком молочной железы (рис. 1). В самой большой группе обследованных со средней дозой 0,15 Гр, частота заболевания снизилась примерно на треть, причем это на 2,7 стандартных отклонения ниже нулевого риска. Это соответствует тому, что среди 1 млн женщин раком груди заболеют на 10 тыс. человек меньше. Позже (1995) второй соавтор этой работы (д-р Дж.Хау, член Национального комитета по радиологической защите США) объединил пять групп с низкими дозами в одну группу с дозой до 0,5 Гр, что позволило провести прямую через экспериментальные точки. В дальнейшем различные агентства в официальных документах ссылались на статью Дж.Хау как опровергающую данные, полученные в исходной работе 1989 г. Интересно, что Дж.Хау опубликовал также данные о частоте рака легких у тех же женщин. Оказалось, что при дозах меньших 2 Гр частота заболевания значительно ниже, чем в группе с более низкими дозами облучения.

Рис. 1. Данные обследования женщин с туберкулезом легких в 1989 г.

Логическим основанием для модели ЛБЭ служит то, что один высокоэнергетичный фотон или одна частица, поглощенные клеткой, могут повредить ДНК, а это повреждение может привести к раку. Но тело взрослого человека получает от естественных источников около 15 тыс. гамма-квантов или частиц в 1 с, т.е. более 1 млрд в день. Кроме того, ДНК в каждой клетке в норме ежедневно теряет около 5 тыс. пуриновых оснований из-за разрушения связей с дезоксирибозой под действием естественного тепла. Еще больше разрушений приносят нормальные процессы клеточного деления и репликации ДНК. Но самые большие разрушения – около 1 млн нуклеотидов ДНК в каждой клетке ежедневно – вызывают свободные радикалы, естественные продукты метаболизма.

Из-за радиации чаще, чем в нормальном процессе метаболизма, возникают двойные разрывы в ДНК, а такие повреждения устранить труднее, чем одиночные разрывы. Но даже с учетом этого скорость мутаций за счет метаболизма в 10 млн раз превышает скорость мутаций под действием радиации.

Эффект малых доз радиации, не достаточных для разрушения механизмов восстановления повреждений организма, может быть объяснен так же, как эффекты малых доз токсинов или других повреждающих факторов. Введение в организм малых доз болезнетворных бактерий или токсичных металлов стимулирует иммунную систему. В результате при последующих попаданиях того же фактора в организм в больших дозах организм легче справляется с детоксикацией. Многочисленными исследованиями установлено, что малые дозы радиации стимулируют иммунную систему, активируют ферменты, устраняющие повреждения, а также системы ликвидации повреждений ДНК и клетки в целом.

Хорошо известно, что у организмов, помещенных в условия с уровнем радиации ниже естественного, выше частоты заболевания раком и различных физиологических расстройств. Их состояние нормализуется при возвращении в естественную обстановку или при искусственном повышении уровня радиации.

Японские исследователи (К.Сакамото и др., 1996) показали, что облучение всего тела (или половины тела) рентгеновскими лучами в течение 1–2 мин в дозе 0,1–0,15 Гр с интервалом в несколько дней значительно стимулирует защитные силы организма. Пациентов с запущенными случаями лимфомы (кроме лимфомы Ходжкина) облучали по описанной схеме. Результаты такого вмешательства приведены на рис. 2. Очевидно, что малые дозы радиации благотворно сказались на состоянии здоровья больных. В других случаях твердо установлено, что облучение малыми дозами совместно с введением инактивированных антигенов опухолевых клеток приводило к предотвращению появления и замедлению развития опухолей.

Рис. 2.

Рис. 2. Степень выживания больных лимфомой, облучавшихся (23 чел., верхняя кривая) и не облучавшихся (94 чел., нижняя кривая) рентгеновскими лучами. Для верхней кривой значение 84% сохраняется и для 12-летнего периода наблюдений

Возможно, такой подход к лечению заболеваний оправдает себя и в случае СПИДа. Описан случай, когда больному СПИДом пересадили орган от бабуина, а затем облучали, чтобы предотвратить отторжение. Хотя орган и не прижился, у больного затем наступила длительная ремиссия, которую приписывают благотворному действию радиации.

В начале 1970-х гг. мне пришлось некоторое время работать в Научно-исследовательском институте ядерной физики МГУ. В те годы уже был введен строгий дозиметрический контроль: все сотрудники имели личные дозиметры, помещения проверялись на радиационное загрязнение и т.п. Среди сотрудников были два «старожила», которые к тому времени проработали в институте по 25 лет. Они рассказывали, как еще в начале 1950-х гг. им приходилось без всякой защиты работать с растворами солей радия. Только через несколько лет правилами техники безопасности было установлено, что это вредно для здоровья. Трудно оценить дозы, которые получили эти сотрудники (дозиметров у них тогда не было), но они могут достигать сотни рад. Меня тогда поразило отсутствие вредных последствий после такого облучения. Если бы мне были известны все данные о влиянии радиации на организм, этот факт меня бы не удивил.

Единицы измерения доз ионизирующей радиации

Радиоактивность измеряется в Беккерелях (Бк): 1 Бк соответствует 1 распаду в 1 с. До сих пор используется устаревшая единица радиоактивности – Кюри (Ки): 1 Ки соответствует такому количеству распадов в единицу времени, которое происходит за то же время в 1 г радия-226 (около 37 млрд).

Поглощенная доза радиации определяется количеством энергии, выделяемой единицей массы тела, и измеряется в Греях (Гр): 1 Гр соответствует выделению энергии 1 Дж в 1 кг вещества; используется также внесистемная единица рад: 1 рад = 0,01 Гр.

Биологическая доза радиации определяется по поглощенной дозе умножением ее на коэффициент, зависящий от вида излучения, и измеряется в Зивертах (Зв): 1 Зв = Kx1 Гр.

Для рентгеновского, гамма- и бета-излучения (для наиболее важных значений энергии) К=1;
для нейтронов и протонов К=10;
для альфа-излучения К=20.
Используется также внесистемная единица бэр (биологический эквивалент рада):
1 бэр = 0,01 Зв.