Какая же из этих двух концепций (пороговость или беспороговость) ближе к истине? Начнем с самого опасного действия радиации — с гибели организма. Здесь имеется большой экспериментальный материал, и кривые «доза — эффект» дают вполне определенный ответ. Он особенно нагляден, если эти кривые построить в полулогарифмическом масштабе (для выявления событий при малых дозах в логарифмическом масштабе возьмем шкалу дозы). На рис. 5 мы видим, что даже для наиболее радиочувствительных организмов — млекопитающих — имеется надежный порог. Облучение до 100 рад не ведет к гибели. Все остальные виды организмов еще более устойчивы к действию радиации (данные для взрослых животных). Известно, что развивающийся эмбрион более радиочувствителен, чем взрослый организм. Исследования по облучению животных в различные периоды беременности показали, что при облучении дозой менее 20 рад не удается выявить снижения приплода, отклонений в развитии, появления уродств. При этих дозах процессы репарации полностью ликвидируют редкие и небольшие повреждения, наносимые облучением.
Рис. 5. Зависимость смертности организмов от дозы облучения
1 — собаки,
2 — мыши, 8 крысы,
4 — насекомые, (амбарный долгоносик),
5 — растения (кукуруза),
6 — синезеленые водоросли
Переходя к рассмотрению отдаленных последствий облучения, остановимся прежде всего на преждевременном старении облученного организма и, как следствие, на сокращении сроков жизни.
В 1967 г. большое исследование было проведено на γ-облученных мышах А. Аптоном в США. На основании полученных им данных составлен рис. 6, на котором показано, что обнаружить небольшое сокращение сроков жизни (5,3 %) удается лишь при дозе 100 рад. При дозе в 300 рад сокращение достигает 19 %. При дозе в 25 и 50 рад отмечено обратное явление — увеличение сроков жизни. При хроническом облучении (1–5 рад в сутки) сокращение сроков жизни отмечалось лишь при накоплении суммарной дозы в 400 рад. Хроническое облучение мышей в дозе 300 рад в течение года (около 1 рад в день) не сокращало продолжительности жизни мышей, а, наоборот, в среднем увеличивало ее на 5 %.
Приведенные данные наглядно показывают, что закономерности, найденные при больших дозах облучения, не проявляются при действии малых доз.
Исходя из экспериментов на животных, нет оснований ожидать сокращения продолжительности жизни человека при остром облучении в дозе 50 рад и ниже, а при хроническом облучении — до накопления суммарной дозы в 200–300 рад.
Рис. 6. Продолжительность жизни мышей после облучения
1 — острое облучение,
2 — хроническое облучение
(1–5 раз в день), контроль — необлученные животные
По рекомендациям Международного комитета по радиационной защите поглощенная доза, допустимая в производственных условиях, составляет Д = 5 (В— 18) рад, где Д — доза в радах, В — возраст человека в годах. Это значит, что к 60 годам в организме человека может накопиться суммарная доза Д = 5 (60–18) =210 рад, т. е. доза, не сокращающая сроков жизни.
Восстановительные силы организма и идущие в нем репаративные процессы обусловливают наличие отчетливого порога по этому признаку, ниже которого нет научно обоснованных данных о влиянии облучения на среднюю продолжительность жизни популяции.
Говоря об отдаленных последствиях облучения, следует особенно тщательно рассмотреть вероятность заболевания раком, в том числе лейкемией — злокачественным перерождением кроветворной ткани.
Эксперименты на животных показали, что возникновение различных форм рака наблюдается при весьма различной дозе облучения. Некоторые из этих данных приведены на рис. 7. В то время как заболевание лейкемией проявлялось при дозах выше 50 рад, другие формы рака наблюдались лишь при дозе более 100–400 рад, а для возникновения рака кожи требовались дозы выше 600 рад. Остеосаркома костной ткани при ее облучении поглощенными радиоактивными веществами (радий, стронций-90) наблюдалась только после накопления дозы около 1000 рад.
Рис. 7. Возникновение опухолей у мышей в зависимости от дозы облучения
1 — миелоидная лейкемия,
2 — лимфома тимуса,
3 — опухоли почек,
4 — кожные опухоли
Отчетливо проявляются пороги бластомогенного действия радиации. Сторонники беспороговой концепции исходили из гипотезы, что при попадании ионизирующей частицы в нормальную клетку вследствие мутации она превращается в злокачественную. Далее допускалось, что через какое-то время злокачественная клетка начинала безудержно делиться и давала опухоль. Так как для возникновения мутации достаточно одной частицы, то подобная ситуация может возникнуть при любом малом облучении, т. е. порог не существует.
Однако исследования последних лет показали, что образование опухоли — более сложный процесс, который зависит от ряда факторов. Прежде всего, присутствующий в здоровых тканях в неактивной форме онкогенный вирус должен под влиянием радиации превратиться в активную форму. Одновременно должно произойти второе событие — мутация в клетке, делающая ее восприимчивой к внедрению активированного онкогенного вируса.
Как уже говорилось, доказано, что радиационные повреждения в молекуле ДНК, ведущие к возникновению мутации, легко восстанавливаются специальными ферментами. Только в том случае, если повреждений возникает настолько много, что ферменты репарации не успевают их ликвидировать, возникает мутация. Если все перечисленные события произойдут одновременно (концепция одного попадания здесь явно несостоятельна), то образуется чуждая организму злокачественная клетка.
Однако образование злокачественной клетки совершенно не означает появления злокачественной опухоли. Сейчас есть все основания полагать, что единичные перерождения нормальной клетки в злокачественную постоянно происходят в организме животного под влиянием естественного фона радиации и благодаря присутствию в окружающей нас среде различных канцерогенных веществ. Однако организм животного и человека в процессе эволюции выработал иммунные механизмы для уничтожения чуждых организму клеток. Иммунными силами организма (например, макрофагами) постоянно уничтожаются проникающие в ткани болезнетворные микробы и возникающие злокачественные клетки. Чтобы под влиянием радиации повысилась частота случаев прорыва этих клеток через иммунологический барьер, должна ослабиться иммунологическая защита организма. Действительно, облучение ослабляет иммунитет. Однако это удается обнаружить лишь при дозах выше 100 рад. Только при ослаблении иммунитета начнется развитие злокачественной клетки в опухоль с большей вероятностью, чем это происходит спонтанно.