Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2017. Том 62. № 3. C. 50-75

DOI: 10.12737/article_5927fc2939abe0.63201589

В. Рюм (Werner Rühm)¹, Г. Волощак (Gayle E. Woloschak)², Р. Шор (Roy E. Shore)³, Т.В. Азизова (Tamara V. Azizova)⁴, Б. Гроше (Bernd Grosche)⁵, О. Нива (Ohtsura Niwa)⁶, С. Акиба (Suminori Akiba)⁷, Т. Оно (Tetsuya Ono)⁸, К. Сузуки (Keiji Suzuki)⁹, Т. Ивасаки (Toshiyasu Iwasaki)¹⁰, Н. Бан (Nobuhiko Ban)¹¹, М. Кай (Michiaki Kai)¹², К. Клемен (Christopher H. Clement)¹³, С. Буфлер (Simon Bouffler)¹⁴, Х. Тома (Hideki Toma)¹⁵, Н. Хамада (Nobuyuki Hamada)¹³

ЭФФЕКТЫ ДОЗЫ И МОЩНОСТИ ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ – ДИСКУССИЯ С ПОЗИЦИИ РАДИОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ*

1. Институт радиационной защиты, Центр Гельмгольца, Мюнхен, Центр исследований в области состояния окружающей среды Германии, Нойэрберг, Германия; 2. Отделение радиационной онкологии, Северо-западный университет, Медицинский колледж Фаенберга, Иллинойс, Чикаго, США; 3. Фонд исследования радиационных эффектов, Хиросима, Япония; 4. Южно?уральский институт биофизики, Озерск, Россия; 5. Федеральное управление радиационной защиты, Обершляйсхайм, Германия; 6. Медицинский университет Фукусимы, Фукусима, Япония; 7. Подразделение экологии и превентивной медицины, Докторантура медицинских и стоматологических наук Университета Кагосимы, Кагосима, Япония; 8. Институт наук об окружающей среде, Аомори-кен, Роккасо, Япония; 9. Отделение радиационных медицинских наук, Институт заболеваний, вызванных атомной бомбардировкой, Университет Нагасаки, Нагасаки, Япония; 10. Центр исследований радиационной безопасности, Лаборатория исследований ядерных технологий, Центральный исследовательский институт электроэнергетической промышленности (CRIEPI), Токио, Япония; 11. Факультет медсестринского дела, Университет здравоохранения Токио, Токио, Япония; 12. Отделение наук о здоровье окружающей среды, Университет медицинской помощи и здоровья, Оита, Мегусуно, Япония; 13. Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ), Онтарио, Оттава, Канада, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. ; 14. Центр изучения рисков, возникающих от воздействия радиации, химических веществ и факторов окружающей среды, Министерство здравоохранения Великобритании, Дидкот, Чилтон, Великобритания; 15. Компания JAPANNUS, Ltd., Синдзуку-Ку, Япония

Реферат

Биологические эффекты ионизирующего излучения в малых дозах и с низкой мощностью дозы всегда вызывали большой интерес. В настоящее время Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ) предлагает экстраполировать результаты эпидемиологических исследований по оценке влияния больших доз и высоких мощностей доз излучений на малые дозы и низкие мощности дозы, актуальные для современной системы радиологической защиты, применяя так называемый коэффициент эффективности дозы и мощности дозы (DDREF). В статье представлена дискуссия по этой проблеме, организованная экспертами МКРЗ и Японии. Представлено историческое развитие концепта DDREF в свете современных научных данных об эффектах доз и мощностей доз облучения. Обобщены выводы, к которым относительно DDREF в последнее время пришли различные международные организации (например, Комиссия по биологическим эффектам ионизирующих излучений, МКРЗ, Комиссия по радиационной защите Германии, Научный комитет по действию атомной радиации Организации Объединенных Наций и Всемирная организация здравоохранения). Представлены результаты научно-исследовательских работ, направленных на получение новых знаний об эффектах облучения в малых дозах и с низкой мощностью дозы на молекулярном, клеточном уровнях и на уровне организма животных и человека. Обсуждены планы на будущее, направленные на улучшение и оптимизацию концепта DDREF, применяемого в целях радиологической защиты.

Ключевые слова: радиационный риск, малые дозы, малые мощности доз, линейная беспороговая модель, коэффициент эффективности дозы и мощности дозы, МКРЗ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Akiba S, Mizuno S (2012) The third analysis of cancer mortality among Japanese nuclear workers, 1991–2002: estimation of excess relative risk per radiation dose. J Radiol Prot 32:73–83

Beels L, Bacher K, De Wolf D, Werbrouck J, Thierens H (2009) γ-H2AX foci as a biomarker for patient X-ray exposure in paediatric cardiac catheterization: are we underestimating radiation risks? Circulation 120:1903–1909

Beels L, Werbrouck J, Thierens H (2010) Dose response and repair kinetics of γ-H2AX foci induced by in vitro irradiation of whole blood and T-lymphocytes with X- and γ -radiation. Int J Radiat Biol 86:760–768

Birschwilks M, Gruenberger M, Adelmann C, Tapio S, Gerber G, Schofield PN, Grosche B (2011) The European radiobiological archives: online access to data from radiobiological experiments. Radiat Res 175:526–531

Cardis E, Vrijheid M, Blettner M, Gilbert E, Hakama M, Hill C, Howe G, Kaldor J, Muirhead CR, Schubauer-Berigan M, Yoshimura T, Bermann F, Cowper G, Fix J, Hacker C, Heinmiller B, Marshall M, Thierry-Chef I, Utterback D, Ahn YO, Amoros E, Ashmore P, Auvinen A, Bae JM, Solano JB, Biau A, Combalot E, Deboodt P, Diez Sacristan A, Eklof M, Engels H, Engholm G, Gulis G, Habib R, Holan K, Hyvonen H, Kerekes A, Kurtinaitis J, Malker H, Martuzzi M, Mastauskas A, Monnet A, Moser M, Pearce MS, Richardson DB, Rodriguez-Artalejo F, Rogel A, Tardy H, Telle-Lamberton M, Turai I, Usel M, Veress K (2005) Risk of cancer after low doses of ionizing radiation: retrospective cohort study in 15 countries. BMJ 331:77

Cardis E, Vrijheid M, Blettner M, Gilbert E, Hakama M, Hill C, Howe G, Kaldor J, Muirhead CR, Schubauer-Berigan M, Yoshimura T, Bermann F, Cowper G, Fix J, Hacker C, Heinmiller B, Marshall M, Thierry-Chef I, Utterback D, Ahn YO, Amoros E, Ashmore P, Auvinen A, Bae JM, Bernar J, Biau A, Combalot E, Deboodt P, Diez Sacristan A, Eklöf M, Engels H, Engholm G, Gulis G, Habib RR, Holan K, Hyvonen H, Kerekes A, Kurtinaitis J, Malker H, Martuzzi M, Mastauskas A, Monnet A, Moser M, Pearce MS, Richardson DB, Rodriguez-Artalejo F, Rogel A, Tardy H, Telle-Lamberton M, Turai I, Usel M, Veress K (2007) The 15-country collaborative study of cancer risk among radiation workers in the nuclear industry: estimates of radiation-related cancer risks. Radiat Res 167:396–416

Carnes BA, Fritz TE (1991) Responses of the beagle to protracted irradiation. I. Effect of total dose and dose rate. Radiat Res 128:125–132

Carnes BA, Fritz TE (1993) Continuous irradiation of beagles with γ rays. Radiat Res 136:103–110

Cologne J, Preston DL (2001) Impact of comparison group on cohort dose response regression: an example using risk estimation in atomic-bomb survivors. Health Phys 80:491–496

Daniels RD, Bertke S, Waters KM, Schubauer-Berigan MK (2013) Risk of leukaemia mortality from exposure to ionising radiation in US nuclear workers: a pooled case-control study. Occup Environ Med 70:41–48

Darby S, Hill D, Auvinen A, Barros-Dios JM, Baysson H, Bochicchio F, Deo H, Falk R, Forastiere F, Hakama M, Heid I, Kreienbrock L, Kreuzer M, Lagarde F, Mäkeläinen I, Muirhead C, Oberaigner W, Pershagen G, Ruano-Ravina A, Ruosteenoja E, Rosario AS, Tirmarche M, Tomásek L, Whitley E, Wichmann HE, Doll R (2005) Radon in homes and risk of lung cancer: collaborative analysis of individual data from 13 European case-control studies. BMJ 330:223

Degteva MO, Kozheurov VP, Tolstykh EI, Vorobiova MI, Anspaugh LR, Napier BA, Kovtun AN (2000) The Techa River dosimetry system: methods for the reconstruction of internal dose. HealthPhys 79:24–35

Degteva MO, Vorobiova MI, Tolstykh EI, Shagina NB, Shishkina EA, Anspaugh LR, Napier BA, Bougrov NG, Shved VA, Tokareva EE (2006) Development of an improved dose reconstruction system for the Techa River population affected by the operation of the Mayak Production Association. Radiat Res 166:255–270

Degteva MO, Shagina NB, Tolstykh EI, Vorobiova MI, Anspaugh LR, Napier BA (2009) Individual dose calculations with use of the Revised Techa River Dosimetry System TRDS-2009D. Final Report for Milestone 22. Chelyabinsk, Russia and Sault Lake City, Utah: Urals Research Center for Radiation Medicine and University of Utah

Degteva MO, Shagina NB, Vorobiova MI, Anspaugh LR, Napier BA (2012) Reevaluation of waterborne releases of radioactive materials from the Mayak Production Association into the Techa River in 1949-1951. Health Phys 102:25–38

Gerber G, Watson C, Sugahara T, Okada S (1996) International radiobiology archives of long-term animal studies I. Descriptions of participating institutions and studies. Retrieved from http://www.ustur.wsu.edu/NRA/pdf/IRA.pdf

Ghandhi SA, Smilenov LB, Elliston CD, Chowdhury M, Amundson SA (2015) Radiation dose-rate effects on gene expression for human biodosimetry. BMC Med Genomics 8:22

Grudzenski S, Raths A, Conrad S, Rube CE, Lobrich M (2010) Inducible response required for repair of low dose radiation damage in human fibroblasts. Proc Natl Acad Sci USA 107:14205–14210

Haley B, Wang Q, Wanzer B, Vogt S, Finney L, Yang PL, Paunesku T, Woloschak G (2011) Past and future work on radiobiology mega-studies: a case study at Argonne National Laboratory. Health Phys 100:613–621

Haley B, Paunesku T, Grdina D, Woloschak G (2015) Animal mortality risk increase following low-LET radiation exposure is not linear-quadratic. PLOS ONE (submitted in June 2015)

Hamada N, Maeda M, Otsuka K, Tomita M (2011) Signaling pathways underpinning the manifestations of ionizing radiation-induced bystander effects. Curr Mol Pharmacol 4:79–95

Hayata I, Wang C, Zhang W, Chen D, Minamihisamatsu M, Morishima H, Wei L, Sugahara T (2004) Effect of high level natural radiation on chromosomes of residents in southern China. Cytogenet Genome Res 104:237–239

High Background Radiation Research Group, China (1980) Health survey in high background radiation area in China. Science 209:877–880

Hoel DG (2015) Comments on the DDREF estimate of the BEIR VII Committee. Health Phys 108:351–356

Hosoda M, Tokonami S, Omori Y, Sahoo SK, Akiba S, Sorimachi A, Ishikawa T, Nair RR, Jayalekshmi PA, Sebastian P, Iwaoka K, Akata N, Kudo H (2015) Estimation of external dose by carborne survey in Kerala, India. PLOS ONE 10:e0124433

Hsu W-L, Preston DL, Soda M, Sugiyama H, Funamoto S, Kodama K, Kimura A, Kamada N, Dohy H, Tomonaga M, Iwanaga M, Miyazaki Y, Cullings HM, Suyama A, Ozasa K, Shore RE, Mabuchi K (2013) The Incidence of Leukemia, Lymphoma and Multiple Myeloma among Atomic Bomb Survivors: 1950–2001. Radiat Res 179:361–382

ICRP (1991) 1990 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 60. Ann ICRP 21(1–3)

ICRP (2005) Low-dose extrapolation of radiation-related cancer risk. ICRP Publication 99. Ann ICRP 35(4)

ICRP (2007) The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 103. Ann ICRP 7(2–4)

ICRP (2013a) ICRP Main Commission Meeting. April 15 to 18, 2013—Cambridge, UK. http://www.icrp.org/docs/Summary %20of %20April %202013 %20Main %20Commission %20Meeting %20in %20Cambridge %20UK.pdf?ICRP (2013b) Task Group 91. Radiation risk inference at low-dose and low-dose rate exposure for radiological protection purposes.http://www.icrp.org/icrp_group.asp?id=83

ICRP (2015) Stem Cell Biology with Respect to Carcinogenesis Aspects of Radiological Protection. ICRP Publication 131. Ann ICRP 44(3–4)

Jacob P, Ruehm W, Walsh L, Blettner M, Hammer G, Zeeb H (2009) Is cancer risk of radiation workers larger than expected? Occup Environ Med 66:789–796

Jayalekshmi P, Rajan B (2007) Cancer incidence in Karunagappally 1998–2002, Kerala, India. In: Cuardo MP, Edwards B, Shin HR, Storm H, Ferlay J, Heanue M, Boyle P, eds. Cancer incidence in five continents, vol IX. Lyon: International Agency for Research on Cancer; IARC Publication 160

Kajita M, Fujita Y (2015) EDAC: Epithelial defence against cancer cell competition between normal and transformed epithelial cells in mammals. J Biochem 158:15–23

Kellerer AM, Rossi HH (1972) The theory of dual radiation action. Curr Top Radiat Res Q 8:85–158

Kendall GM, Little MP, Wakeford R, Bunch KJ, Miles JC, Vincent TJ, Meara JR, Murphy MF (2013) A record-based case-control study of natural background radiation and the incidence of childhood leukaemia and other cancers in Great Britain during 1980-2006. Leukemia 27:3–9

Khokhryakov VV, Khokhryakov VF, Suslova KG, Vostrotin VV, Vvedensky VE, Sokolova AB, Krahenbuhl MP, Birchall A, Miller SC, Schadilov AE, Ephimov AV (2013) Mayak Workers Dosimetry System 2008 (MWDS-2008): assessment of internal α-dose from measurement results of plutonium activity in urine. Health Phys 104:366–378

Krestinina LY, Davis FG, Schonfeld S, Preston DL, Degteva M, Epifanova S, Akleev AV (2013) Leukemia incidence in the Techa River Cohort: 1953–2007. Br J Cancer 109:2886–2893

Kudo H, Tokonami S, Omori Y, Ishikawa T, Iwaoka K, Sahoo SK, Akata N, Hosoda M, Wanabongse P, Pornnumpa C, Sun Q, Li X, Akiba S (2015) Comparative dosimetry for radon and thoron in high background radiation areas in China. Radiat Prot Dosimetry. doi:10.1093/rpd/ncv235

Kuznetsova IS, Labutina EV, Hunter N, Haylock R (2015) Radiation risks of leukemia, lymphoma and multiple myeloma incidence among workers at the Mayak PA: 1948–2004. PLOS ONE (submitted in February 2015)

Leuraud K, Richardson DB, Cardis E, Daniels RD, Gillies M, O’Hagan JA, Hamra GB, Haylock R, Laurier D, Moissonnier M, Schubauer-Berigan MK, Thierry-Chef I, Kesminiene A (2015) Ionising radiation and risk of death from leukaemia and lymphoma in radiation-monitored workers (INWORKS): an international cohort study. Lancet Haematol 2:e276–e281

Loebrich M, Jeggo P (2007) The impact of a negligent G2/M checkpoint on genomic instability and cancer induction. Nat Rev Cancer 7:861–869

Loucas BD, Eberle R, Bailey SM, Cornforth MN (2004) Influence of dose rate on the induction of simple and complex chromosome exchanges by γ rays. Radiat Res 162:339–349

Manning G, Kabacik Finnon P, Bouffler S, Badie C (2013) High and low dose responses of transcriptional biomarkers in ex vivo X-irradiated human blood. Int J Radiat Biol 89:512–522

Manning G, Taylor K, Finnon P, Lemon JA, Boreham DR, Badie C (2014) Quantifying murine bone marrow and blood radiation dose response following 18F-FDG PET with DNA damage biomarkers. Mutat Res 770:29–36

Morgan WF, Sowa MB (2015) Non-targeted effects induced by ionizing radiation: mechanisms and potential impact on radiation induced health effects. Cancer Lett 356:17–21

Nair MK, Amma S, Mani KS (1997) India, Karunagappally 1990–1994. In: Parkin DM, Whelan SL, Ferlay J, Raymond L, Young J, eds. Cancer incidence in five continents, vol VII. Lyon: International Agency for Research on Cancer; IARC Publication 143:350–353

Nair MK, Gangadharan P, Jayalakshmi P, Mani KS (2002) Cancer incidence in Karunagappally 1993–1997, Kerala, India. In: Parkin DM, Whelan SL, Ferlay J, Teppo L, Thomas DB, eds. Cancer incidence in five continents, vol VIII. Lyon: International Agency for Research on Cancer; IARC Publication 155:240–241

Nair RR, Rajan B, Akiba S, Jayalekshmi P, Nair MK, Gangadharan P, Koga T, Morishima H, Makamura S, Sugahara T (2009) Background radiation and cancer incidence in Kerala, India-Karanagappally cohort study. Health Phys 96:55–66

Nakajima T, Taki K, Wang B, Ono T, Matsumoto T, Oghiso Y, Tanaka K, Ichinohe K, Nakamura S, Tanaka S, Nenoi M (2008) Induction of rhodanese, a detoxification enzyme, in livers from mice after long-term irradiation with low-dose-rate γ-rays. J Radiat Res 49:661–666

NAS (2006) Health risks from exposure to low levels of ionizing radiation (BEIR VII Phase 2). National Academy Press, Washington

NCRP (1980) Influence of dose and its distribution in time on dose response relationships for low-LET radiations, NCRP Report No. 64. Issued April 1, 1980. Bethesda, Maryland

Neary GJ (1965) Chromosome aberrations and the theory of RBE. General considerations. Int J Radiat Biol 9:477–502

Neumaier T, Swenson J, Pham C, Polyzos A, Lo AT, Yang P, Dyball J, Asaithamby A, Chen DJ, Bissell MJ, Thalhammer S, Costes SV (2012) Evidence for formation of DNA repair centers and dose-response nonlinearity in human cells. Proc Natl Acad Sci USA 109:443–448

Ojima M, Furutani A, Ban N, Kai M (2011) Persistence of DNA double strand breaks in normal human cells induced by radiation-induced bystander effect. Radiat Res 175:90–96

Okudaira N, Uehara Y, Fujikawa K, Kagawa N, Ootsuyama A, Norimura T, Saeki K, Nohmi T, Matsumura K, Matsumoto T, Oghiso Y, Tanaka K, Ichinohe K, Nakamura S, Tanaka S, Ono T (2010) Radiation dose-rate effect on mutation induction in spleen and liver of GPT delta mice. Radiat Res 173:138–147

Ostroumova E, Preston DL, Ron E, Krestinina LY, Davis FG, Kossenko M, Akleyev AV (2008) Breast cancer incidence following low-dose rate environmental exposure: Techa River Cohort, 1956–2004. Br J Cancer 99:1940–1945

Otsuka K, Iwasaki T (2015) Effects of dose rates on radiation-induced replenishment of intestinal stem cells determined by Lgr5 lineage tracing. J Radiat Res 56:615–622

Otsuka K, Hamada N, Magae J, Matsumoto H, Hoshi Y, Iwasaki T (2013) Ionizing radiation leads to the replacement and de novo production of colonic Lgr5? stem cells. Radiat Res 179:637–646

Ozasa K, Shimizu Y, Suyama A, Kasagi F, Soda M, Grant EJ, Sakata R, Sugiyama H, Kodama K (2012) Studies of the mortality of atomic bomb survivors, report 14, 1950–2003: an overview of cancer and noncancer diseases. Radiat Res 177:229–243

Preston DL, Ron E, Tokuoka S, Funamoto S, Nishi N, Soda M, Mabuchi K, Kodama K (2007) Solid cancer incidence in atomic bomb survivors: 1958-1998. Radiat Res 168:1–64

Rothkamm K, Loebrich M (2003) Evidence for a lack of DNA double strand break repair in human cells exposed to very low x-ray doses. Proc Natl Acad Sci USA 100:5057–5062

Russell WL, Kelly EM (1982) Mutation frequencies in male mice and the estimation of genetic hazards of radiation in men. Proc Natl Acad Sci USA 79:542–544

Schonfeld SJ, Krestinina LY, Epifanova S, Degteva MO, Akleyev AV, Preston DL (2013) Solid cancer mortality in the Techa River cohort (1950–2007). Radiat Res 179:183–189

Searle AG (1974) Mutation induction in mice. Adv Radiat Biol 4:131–207

Shagina NB, Vorobiova MI, Degteva MO, Peremyslova LM, Shishkina EA, Anspaugh LR, Napier BA (2012a) Reconstruction of the contamination of the Techa River in 1949-1951 as a result of releases from the ‘‘MAYAK’’ Production Association. Radiat Environ Biophys 51:349–366

Shagina NB, Tolstakh EI, Degteva MO, Vorobiova MI, Anspaugh LR, Napier BA (2012b) Re-evaluation of radionuclide intakes for Techa River residents on the basis of revised source-term parameters. Health Phys 103:S96–S97

Sokolnikov ME, Preston DL, Gilbert ES, Schonfeld SJ, Koshurnikova NA (2015) Radiation effects on mortality from solid cancers other than lung, liver and bone cancer in the Mayak Worker cohort: 1948–2008. PLoS ONE 10:e0117784

Spycher BD, Lupatsch JE, Zwahlen M, Röösli M, Niggli F, Grotzer MA, Rischewski J, Egger M, Kuehni CE, Swiss Pediatric Oncology Group, Swiss National Cohort Study (2015) Background ionizing radiation and the risk of childhood cancer: a census-based nationwide cohort study. Environ Health Perspect 123:622–628

SSK (2014) Dose- and dose-rate-effectiveness factor (DDREF), Recommendation by the German Commission on Radiological Protection with scientific grounds, http://www.ssk.de/SharedDocs/Beratungsergebnisse_E/2014/DDREF_e.html?nn=2876278

Takai D, Todate A, Yanai T, Ichinohe K, Oghiso Y (2011) Enhanced transplantability of a cell line from a murine ovary granulosa cell tumour in syngeneic B6C3F1 mice continuously irradiated with low dose-rate γ-rays. Int J Radiat Biol 87:729–735

Taki K, Wang B, Nakajima T, Wu Y, Ono T, Uehara Y, Matsumoto T, Oghiso Y, Tanaka K, Ichinohe K, Nakamura S, Tanaka S, Magae J, Kakimoto A, Nenoi M (2009) Microarray analysis of differentially expressed genes in the kidneys and testes of mice after long-term irradiation with low-dose-rate γ-rays. J RadiatRes 50:241–252

Tanaka S, Tanaka BI 3rd, Sasagawa S, Ichinohe K, Takabatake T, Matsushita S, Matsumoto T, Otsu H, Sato F (2003) No lengthening of life span in mice continuously exposed to γ-rays at very low dose rates. Radiat Res 160:376–379

Tanaka BI 3rd, Tanaka S, Ichinohe K, Matsushita S, Matsumoto T, Otsu H, Oghiso Y, Sato F (2007) Cause of death and neoplasia in mice continuously exposed to very low dose rates of γ-rays. Radiat Res 167:417–437

Tanaka K, Kohda A, Sato K, Toyokawa T, Ichinohe K, Ohtaki M, Oghiso Y (2009) Dose rate effectiveness for unstable-type chromosome aberrations detected in mice after continuous irradiation with low-dose-rate γ-rays. Radiat Res 171:290–301

Tao Z, Akiba S, Zha Y, Sun Q, Zou J, Li J, Liu Y, Yuan Y, Tokonami S, Morishima H, Koga T, Nakamura S, Sugahara T, Wei L (2012) Cancer and non-cancer mortality among inhabitants in the high background radiation area of Yangjiang, China (1979–1998). Health Phys 102:173–181

Tapio S, Schofield PN, Adelmann C, Atkinson MJ, Bard JL, Bijwaard H, Birschwilks M, Dubus P, Fiette L, Gerber G, Gruenberger M, Quintanilla-Martinez L, Rozell B, Saigusa S, Warren M, Watson CR, Grosche B (2008) Progress in updating the European Radiobiology Archives. Int J Radiat Biol 84:930–936

Tolstykh EI, Degteva MO, Vorobiova MI, Peremyslova LM, Shagina NB, Anspaugh LR, Napier BA (2006) Reconstruction of longlived radionuclide intakes for Techa Riverside residents. Part 2. Cesium-137. Radiat Safety Problems Mayak Production Association Scientific Journal) Special issue 1:68–79 (in Russian, the English abstract is available separately in the issue)

Tolstykh EI, Degteva MO, Peremyslova LM, Shagina NB, Shishkina EA, Krivoshchapov VA, Anspaugh LR, Napier BA (2011) Reconstruction of long-lived radionuclide intakes for Techa Riverside residents: Strotium-90. Health Phys 101:28–47

Uehara Y, Ito Y, Taki K, Nenoi M, Ichinohe K, Nakamura S, Tanaka S, Ogisho Y, Tanaka K, Matsumoto T, Paunesku T, Wolschak GE, Ono T (2010) Gene expression profiles in mouse liver after long-term low-dose-rate irradiation with γ-rays. Radiat Res 174:611–617

UNSCEAR (1958) Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation General Assembly official records: Thirteenth session Supplement No. 17 (A/3838), http://www.unscear.org/unscear/en/publications/1958.html

UNSCEAR (1962) Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, http://www.unscear.org/unscear/en/publications/1962.html

UNSCEAR (1964) Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation General Assembly official records: Nineteenth session Supplement No. 14 (A/5814), http://www.unscear.org/unscear/en/publications/1964.html

UNSCEAR (1969) Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, http://www.unscear.org/unscear/en/publications/1969.html

UNSCEAR (1977) Sources and effects of ionizing radiation, United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General Assembly, with Annexes, http://www.unscear.org/unscear/en/publications/1977.html

UNSCEAR (1986) Genetic and somatic effects of ionizing radiation, United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation 1986 Report to the General Assembly, with Annexes General Assembly Official Records: Forty-first session, Supplement No. 16 (A/41/16), http://www.unscear.org/unscear/en/publications/1986.html

UNSCEAR (1988) Sources, effects and risks of ionizing radiation, United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation 1988 Report to the General Assembly, with Annexes, http://www.unscear.org/unscear/en/publications/1986.html

UNSCEAR (1993) Sources and effects of ionizing radiation, United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation

UNSCEAR 1993 Report to the General Assembly, with ScientificAnnexes, http://www.unscear.org/unscear/en/publications/1993.html

UNSCEAR (1994) Sources and effects of ionizing radiation, United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 1994 Report to the General Assembly, with Scientific Annexes, http://www.unscear.org/unscear/en/publications/1994.html

UNSCEAR (2000) Sources and effects of ionizing radiation, United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000 Report to the General Assembly, with Scientific Annexes, http://www.unscear.org/unscear/en/publications/2000_2.html

UNSCEAR (2006) Effects of ionizing radiation, United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2006 Report to the General Assembly, with Scientific Annexes, http://www.unscear.org/unscear/en/publications/2006_1.html

UNSCEAR (2010) Summary of low-dose radiation effects on health, http://www.unscear.org/docs/reports/2010/UNSCEAR_2010_Report_M.pdf

UNSCEAR (2012) United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2012 Report to the General Assembly, with Scientific Annexes, http://www.unscear.org/unscear/en/publications/2012.html

UNSCEAR (2013) Sources, effects and risks of ionizing radiation, United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2013 Report to the General Assembly, with Scientific Annexes, http://www.unscear.org/unscear/en/publications/2013_1.html

Vasilenko EK, Khokhryakov VF, Miller SC, Fix JJ, Eckerman K, Choe DO, Gorelov M, Khokhryakov VV, Knyasev V, Krahenbuhl MP, Scherpelz RI, Smetanin M, Suslova K, Vostrotin V (2007) Mayak worker dosimetry study: an overview. Health Phys 93:190–206

Verbiest T, Bouffler S, Nutt SL, Badie C (2015) PU.1 downregulation in murine radiation-induced acute myeloid leukaemia (AML): from molecular mechanism to human AML. Carinogenesis 36:413–419

Vrijheid M, Cardis E, Blettner M, Gilbert E, Hakama M, Hill C, Howe G, Kaldor J, Muirhead CR, Schubauer-Berigan M, Yoshimura T, Ahn YO, Ashmore P, Auvinen A, Bae JM, Engels H, Gulis G, Habib RR, Hosoda Y, Kurtinaitis J, Malker H, Moser M, Rodriguez-Artalejo F, Rogel A, Tardy H, Telle-Lamberton M, Turai I, Usel M, Veress K (2007a) The 15-Country Collaborative Study of Cancer Risk Among Radiation Workers in the Nuclear Industry: design, epidemiological methods and descriptive results. Radiat Res 167:361–379

Vrijheid M, Cardis E, Ashmore P, Auvinen A, Bae JM, Engels H, Gilbert E, Gulis G, Habib R, Howe G, Kurtinaitis J, Malker H, Muirhead C, Richardson D, Rodriguez-Artalejo F, Rogel A, Schubauer-Berigan M, Tardy H, Telle-Lamberton M, Usel M, Veress K (2007b) Mortality from diseases other than cancer following low doses of ionizing radiation: results from the 15-Country Study of nuclear industry workers. Int J Epidemiol 36:1126–1135

Wang ZY, Boice JD Jr, Wei LX, Beebe GW, Zha YR, Kaplan MM, Tao ZF, Mazon HR 3rd, Zhang SZ, Schneider AB, Tan B, Wesseler TA, Chen D, Ershow AG, Kleinerman RA, Littlefield LG, Preston D (1990) Thyroid nodularity and chromosome aberrations among women in areas of high background radiation in China. J Natl Cancer Inst 82:478–485

Wang Q, Paunesku T, Woloschak G (2010) Tissue and data archives from irradiation experiments conducted at Argonne National Laboratory over a period of four decades. Radiat Environ Biophys 49:317–324

WHO (2013) Health risk assessment from the nuclear accident after the 2011 Great East Japan earthquake and tsunami based on a preliminary dose estimation. World Health Organization, Geneva

 

* Представленный материал является переводом англоязычной оригинальной статьи, опубликованной издательством Springer-Verlag GmbH, разрешение на публикацию в России от 26.10.2016. Werner Ruhm, Gayle E. Woloschak, Roy E. Shore, Tamara V. Azizova, Bernd Grosche, Ohtsura Niwa, Suminori Akiba, Tetsuya Ono, Keiji Suzuki, Toshiyasu Iwasaki, Nobuhiko Ban, Michiaki Kai, Christopher H. Clement, Simon Bouffler, Hideki Toma, and Nobuyuki Hamada. Dose and dose–rate effects of ionizing radiation: a discussion in the light of radiological protection // Radiat. Environ. Biophys. 2015. Vol. 54. P. 379–401, (doi: 10.1007/s00411-015-0613-6) http://dx.doi.org/10.1007/s00411-015-0613-6

Для цитирования: Рюм В., Волощак Г., Шор Р., Азизова Т. В., Гроше Б., Нива О., Акиба С., Оно Т., Сузуки К., Ивасаки Т., Бан Н., Кай М., Клемен К., Буфлер С., Тома Х., Хамада Н. Эффекты дозы и мощности дозы ионизирующего излучения - дискуссия с позиции радиологической защиты // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2017. Т. 62. № 3. С. 50-75. DOI: 10.12737/article_5927fc2939abe0.63201589

PDF (RUS) Полная версия статьи

Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2017. Том 62. № 3. C. 5-12

DOI: 10.12737/article_5926b628c107c6.46098964

С.Н. Лукьянова, В.В. Уйба

ТЕРАПИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО НЕВРОЗА У КРОЛИКОВ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В СРАВНЕНИИ С ФАКТОРАМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России, Москва, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

С.Н. Лукьянова - гл.н.с., д.б.н., проф.; В.В. Уйба - руководитель ФМБА России, д.м.н., проф.

Реферат

Цель: Сопоставление данных о влиянии различных (предполагаемо купирующих) факторов и соответствующих приемов на состояние экспериментального невроза у кроликов.

В основе невротизации лежит сильная эмоциональная реакция типа страха, которая провоцировала развитие экспериментального невроза. В результате наблюдали исчезновение двигательных ответов на условный сигнал, что сопровождалось хаотичностью частотно-амплитудных характеристик биопотенциалов мозга, мышц и дыхания.

Материал и методы: Эксперименты выполнены на кроликах, находящихся в состоянии экспериментального невроза. В основе методов его купирования - данные литературы о: реципрокных отношениях гиппокампа и ретикулярной формации среднего мозга; соотношении ритмов тэта- и альфа-диапазонов ЭЭГ; антистрессовом влиянии слабых ЭМП; снижении эмоционального напряжения аминазином.

Соответственно, приемами были: раздражение электрическим током микрополяризации ретикулярной формации среднего мозга (NRT); облучение ЭМП нетепловой интенсивности в режиме модуляции в диапазоне альфа-ритмов ЭЭГ; облучение ЭМП в непрерывном режиме в условиях металлического электрода-«антенны», вживленного в NRT; внутримышечное введение аминазина.

Результаты: Каждый из приемов (после 10 сут применения) приводил у кроликов в состоянии экспериментального невроза к достоверным положительным изменениям в биоэлектрической активности головного мозга, дыхании, миограмме. Степень этих изменений была различна. Во всех случаях они не были стабильными и по условным двигательным ответам не достигали значений нормы. Минимальный и сходный результат получен в сериях с аминазином и с раздражением током микрополяризациии NRT. Наиболее выраженный положительный эффект наблюдался в результате облучения ЭМП, в режиме свипирования частот в альфа-диапазоне ЭЭГ. Этот прием заслуживает большего внимания еще и тем, что является неинвазивным и, практически, не имеет противопоказаний. Важно отметить, что только в этой серии имела место положительная тенденция восстановления двигательных условных ответов, что сохранялась спустя 2 нед после облучения.

Выводы: В описанной выше ситуации (модель и условия воздействия) можно говорить только о тенденции к нормализации. Наиболее эффективный вариант купирующего воздействия - облучение ЭМП в режиме, модулированном в альфа-диапазоне ЭЭГ.

Ключевые слова: экспериментальный невроз, кролики, показатели нарушения, головной мозг, биоэлектрическая активность, электромиограмма, дыхание, факторы и приемы купирования

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вейн А.М., Айрапетянц М.Г. Неврозы в эксперименте и клинике. М.: Медицина. 1982. 271 с.
2. Каменецкий Д.А. Неврозология и психотерапия (учебное пособие). М.: Учебная литература. 2001. 215 с.
3. Абабков В.А., Исурина Г.Л., Мизинова Е.Б. Учение о неврозах. СПб.: Изд-во СПБГУ. 2012. 175 с.
4. Лукьянова С.Н. Биоэлектрическая активность коры и некоторых подкорковых образований при экспериментальном неврозе // Ж. высш. нервн. деят. Т. 26. № 3. С. 539-547.
5. Lukyanova S.N. Über eine Komplexe Analise bei der Erforschung der experimentallen neurose // In: Stress Neurose. - Berlin: Herz-Kreislauf. Р. 251-259.
6. Лукьянова С.Н. Особенности электрической активности головного мозга при экспериментальном неврозе // Сб. «Неврозы в эксперименте и клинике». М. 1982. С. 103-109.
7. Книпст И.Н., Лукьянова С.Н., Кориневский А.В. Соотношение поведенческих фаз «покой-активность» и характеристики пространственной организации потенциалов в экспериментальном неврозе // Ж. высш. нервн. деят. 1981. Т. 31. № 2. С. 296-305.
8. Лукьянова С.Н. Межцентральные взаимоотношения при экспериментальном неврозе // Ж. высш. нервн. деят. 1977. Т. 27. № 2. С. 345-347.
9. Хомская Е.Д. Нейропсихология эмоций: гипотезы и факты. // Вопросы психологии. 2002. № 4. С. 50-61.
10. Багирова Р.М. Влияние нейрохимических систем мозга на частотные спектры гиппокампального тета-ритма // Вестник Моск. гос. обл. ун-та. Серия: Естественные науки. 2014. № 5. С. 8-13.
11. Buzsak I.G., Moser E.I. Memory, navigation and theta rhythm in the hippocampal entorhinal system // Nature Neurosci. Vol. 16. Р. 130-138.
12. Виноградова О.С. Гиппокамп и память. М.: Наука. 1975. 333 с.
13. Ливанов М.Н. Пространственная организация процессов головного мозга. М.: Наука. 1972. 89 с.
14. Гаркави Л.Х., Квакина Е.Б., Кузьменко Т.С. Антистрессорные реакции и активационная терапия. Реакция активации как путь к здоровью через процессы самоорганизации. М.: Имедис. 1998. 656 с.
15. Данилова Н.Н., Крылова А.Л. Физиология высшей нервной деятельности. М.: Учебная литература. 1997. 259 с.
16. Лукьянова С.Н. Электромагнитное поле СВЧ диапазона нетепловой интенсивности как раздражитель для центральной нервной системы. М.: Из-во ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна. 2015. 200 с.
17. Суворов К.Б., Василевский К.Н., Цыган В.К. Биоритмологическая диагностика действия слабых факторов // Сб. «Механизмы действия сверхмалых доз». 1995. С. 129.
18. Коновалов В.Ф., Буренко Б.Н., Кожакару А.Ф. Биорезонансная электроимпульсная терапия с помощью ЭМП // Матер. конф. «Проблемы электромагнитной безопасности человека. Фундаментальные и прикладные исследования». 1996. С. 128-129.
19. Лукьянова С.К., Рынсков В.В., Макаров В.П. Реакции нейронов сенсомоторной области коры головного мозга кролика на низкоинтенсивное импульсное СВЧ-излучение // Радиац. биол. Радиоэкология. 1995. Т. 35. № 1. С. 53-56.
20. Лукьянова С.Н. Определяющее значение исходного фона в нейроэффектах ЭМИ нетепловой интенсивности // Радиац. биол. Радиоэкология. 2003. Т. 43. № 5. С. 519-523.

Для цитирования: Лукьянова С.Н., Уйба В.В. Терапия экспериментального невроза у кроликов с помощью электромагнитного поля в сравнении с факторами электрической и химической природы // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2017. Т. 62. № 3. С. 5-12. DOI: 10.12737/article_5926b628c107c6.46098964

PDF (RUS) Полная версия статьи

Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2017. Том 62. № 3. C. 26-32

DOI: 10.12737/article_5927e7f0092c62.96839938

В.Ю. Нугис, А.Ю. Бушманов, М.Г. Козлова, О.А. Тихонова

ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНДЕКСАЦИЯ ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ ПРИМЕРНО ЧЕРЕЗ 30 ЛЕТ ПОСЛЕ АВАРИИ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС

Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России, Москва, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

В.Ю. Нугис – зав. лаб., д.б.н.; А.Ю. Бушманов – первый зам. генерального директора ФМБЦ им. А.И. Бурназяна, д.м.н., проф.; М.Г. Козлова – н.с.; О.А. Тихонова – зав. лаб., к.м.н.

Реферат

Цель: Ретроспективная биологическая индикация дозы на основе цитогенетического обследования через 29,7–30,4 года после аварии на Чернобыльской АЭС в основном ликвидаторов, работавших в различные годы.

Материал и методы: Цитогенетическое исследование культур лимфоцитов периферической крови с одновременным использованием классического метода и метода одноцветного FISH-окрашивания хромосом.

Результаты: В целом частоты FISH-регистрируемых транслокаций превышали фоновые уровни у 17 из 56 чел. Оценки доз варьировали от 172 до 624 мЗв. При FISH-анализе у 4 обследованных индивидуумов были обнаружены единичные сильно аберрантные клетки, содержавшие в основном нестабильные аберрации хромосом. Присутствие или отсутствие таких клеток не было связано с наличием цитогенетически оцененной дозы. Анализ данных, полученных с помощью классического метода, показал, что только у одного ликвидатора общая частота перестроек хромосом и частота аберраций хромосом – индикаторов радиационного воздействия – превысила фоновые значений. Полученные результаты были объединены с данными ранее проведенного исследования и сделаны общие выводы на основе цитогенетических исследований у 114 чел.

Выводы: 1. Использование одноцветного FISH-окрашивания хромосом через примерно 28–30 лет после аварии на Чернобыльской АЭС позволяет осуществлять ретроспективную оценку дозы у лиц, вовлечённых в данную ситуацию.

2. При классической окраске хромосом обнаруженные в те же сроки индивидуальные уровни аберраций нестабильного типа практически не отличались от их фоновых значений. Сумма атипичных хромосом в обследованной группе также существенно не превышала контрольный уровень.
3. Обнаружение у отдельных лиц в культурах лимфоцитов периферической крови единичных сильно(мульти)аберрантных метафаз является характерным для людей, пребывавших/пребывающих на территориях, загрязнённых в результате аварии на Чернобыльской АЭС, что, очевидно, связано с присутствием α-излучающих радионуклидов, хотя дозиметрическая трактовка этих данных остаётся не ясной.
4. Корреляция между физическими и биологическими оценками доз, хотя и имеется, однако выглядит весьма слабой. Поэтому, по нашему мнению, точность чернобыльских документально зарегистрированных физических оценок доз сомнительна.

Ключевые слова: аберрации хромосом, периферическая кровь, культура лимфоцитов, поставарийное облучение, авария на Чернобыльской АЭС

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Нугис В.Ю., Бушманов А.Ю., Западинская Е.Э. и соавт. Цитогенетические исследования через 28–29 лет после аварии на Чернобыльской АЭС // Мед. радиол. и радиац. безопасность. Т. 61. № 4. С. 35–42.
2. Cytogenetic Dosimetry: Applications in Preparedness for and Response to Radiation Emergencies. Vienna: IAEA. 2011. 229 pp.
3. Нугис В.Ю., Козлова М.Г. Цитогенетические исследования в двух ситуациях обнаружения неконтролируемых источников ионизирующего излучения // Мед. радиол. и радиац. безопасность. Т. 60. № 2. С. 37–46.
4. Lucas J.N., Awa A., Straume T. et al. Rapid translocation frequency analysis in human decades after exposure to ionizing radiation // Int. J. Radiat. Biol. 1992. Vol. 62. № 1. P. 53–63.
5. Mendelsohn M.L., Mayall B.H., Bogart E. et al. DNA content and DNA-based centromeric index of 24 human chromosomes // Science. Vol. 179. № 78. P. 1126–1129.
6. Снигирева Г.П., Богомазова А.Н., Новицкая Н.Н. и соавт. Биологическая индикация радиационного воздействия на организм человека с использованием цитогенетических методов. Медицинская технология № ФС-2007/015-У. М. 2007. 29 с.
7. Воробцова И.Е., Семенов А.В. Возрастная динамика частоты спонтанных и индуцированных in vitro хромосомных аберраций в лимфоцитах крови человека при естественном и лучевом старении // Радиац. биология. Радиоэкология. 2010. Т. 50. № 3. С. 253-258.
8. Sigurdson A.J., Ha M., Hauptmann M. et al. International study of factors affecting human chromosome translocations // Mutat. Res. 2008. Vol. 652. № 2. P. 112-121.
9. Whitehouse C.A., Edwards A.A., Tawn E.J. et al. Translocation yields in peripheral blood lymphocytes from control populations // Int. J. Radiat. 2005. Vol. 81. № 2. P. 139-145.
10. Бакаева О.А. Необходимость использования поправки Йетса в критерии χ² проверки независимости качественных переменных // Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2012. Cб. науч. трудов SWorld Междунар. научно-практ. конф. - Одесса: КУПРИЕНКО. 2012. Т. 2. Вып. 3. С. 82-83.
11. Домрачева Е.В., Кузнецов С.А., Шкловский-Корди Н.Е., Воробьев А.И. Клетки с многочисленными хромосомными аберрациями, обнаруженные у жителей Чернобыльского региона // Гематология и трансфузиология. Т. 36. № 11. С. 36-37.
12. Domracheva E.V., Rivkind N.B., Aseeva E.A. et al. Stable and unstable aberrations in lymphocytes of Chernobyl accident clearance workers carrying rogue cells // Appl. Radiat. and Isotopes. 2000. Vol. 52. № 5. P. 1153-1159.
13. Асеева Е.А., Снигирева Г.П., Неверова А.Л. и соавт. Клетки с множественными хромосомными нарушениями в группах лиц, подвергшихся облучению при различных ситуациях и их возможная биологическая роль // Радиац. биология. Радиоэкология. 2009. Т. 49. № 5. С. 552-562.
14. Бююль А., Цефель П. SPSS: искусство обработки информации. СПб.: ДиаСофтЮП. 2005. 608 с.
15. Андреева М.М., Волков В.Р. Корреляционный анализ в социологических исследованиях // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. № 7. С. 271-274.
16. Мазник Н.А., Винников В.А., Мазник В.С. Оценка распределения индивидуальных доз облучения у ликвидаторов последствий аварии на Чернобыльской АЭС по результатам цитогенетического анализа // Радиац. биология. Радиоэкология. 2003. Т. 43. № 4. С. 412-419.
17. Севанькаев А.В., Хвостунов И.К., Снигирева Г.П. и соавт. Сравнительный анализ результатов цитогенетических обследований контрольных групп лиц в различных отечественных лабораториях // Радиац. биология. Радиоэкология. 2013. Т. 53. № 1. С. 5-24.

Для цитирования: Нугис В.Ю., Бушманов А.Ю., Козлова М.Г., Тихонова О.А. Цитогенетическая индексация дозы облучения примерно через 30 лет после аварии на Чернобыльской АЭС // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2017. Т. 62. № 3. С. 26-32. DOI: 10.12737/article_5927e7f0092c62.96839938

PDF (RUS) Полная версия статьи

Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2017. Том 62. № 3. C. 33-41

DOI: 10.12737/article_5927f40e8f1b58.14975996

Ю.А. Кураченко¹, Ю.Г. Забарянский², Е.А. Онищук³

ПРИМЕНЕНИЕ ФОТОНЕЙТРОНОВ ДЛЯ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ

1. Обнинский институт атомной энергетики ИАТЭ НИЯУ «МИФИ», Обнинск, e- mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. ; 2. Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского, Обнинск; 3. Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва

Ю.А. Кураченко – главн. н.c. ИАТЭ, д.ф.-м.н., проф.; Ю.Г. Забарянский – аспирант ФЭИ; Е.А. Онищук – м.н.с., МРНЦ, аспирант МИФИ

Реферат

Цель: Показать возможность проведения нейтронной терапии на пучке фотонейтронов из мишени мощного ускорителя электронов при обеспечении требуемой дозы в опухоли за приемлемое время экспозиции и при минимальном облучении нормальных тканей организма пациента.

Материал и методы: Генерация нейтронов из мишени ускорителя электронов происходит двухступенчато: e → γ → n, причём в выбранном диапазоне энергии электронов 20–100 МэВ выход тормозного излучения многократно (на ~3 порядка) превышает «полезный» выход нейтронов. Отсюда возникает проблема избирательного подавления «вредного» для лучевой терапии фотонного излучения при минимальном ослаблении потока нейтронов в выводимом пучке. Для решения общей задачи формирования пучка нейтронов необходимого спектрального состава и достаточной интенсивности решён ряд расчётных задач подбора оптимальной конфигурации и состава блока вывода пучка. Особое внимание уделено минимизации дополнительного облучения пациента тормозным (генерация электронами) и вторичным (генерация нейтронами) гамма-излучением мишени и материалов блока вывода.

Результаты: Полученная конфигурация блока вывода обеспечивает требуемое качество пучка применительно к задачам нейтронозахватной терапии (НЗТ), которая является единственной конкурентоспособной технологией нейтронной терапии на фоне массового применения протонной терапии и др. методик, избирательно поражающих мишень при минимальной лучевой нагрузке на окружающие органы и ткани. При характеристиках коммерчески доступных ускорителей (средний ток 4 мА, энергия электронов 35 МэВ) плотность потока эпитепловых фотонейтронов, требуемых для НЗТ, на выходе пучка на порядок и более превышает величины, характерные для существующих и проектируемых реакторных пучков.

Выводы: Предложенная схема генерации и вывода фотонейтронов для НЗТ имеет ряд несомненных преимуществ перед традиционными подходами:

1. a) применение ускорителей электронов для получения нейтронов гораздо безопаснее и дешевле использования традиционных реакторных пучков;
2. b) ускоритель с мишенью, блок вывода пучка с необходимыми устройствами и оснасткой могут быть без особых проблем размещены на территории клиники;
3. c) применяемая мишень – жидкий галлий, который также служит и теплоносителем, является экологически чистым материалом: его активация весьма незначительна и быстро (за ~ 4 сут) спадает до уровня фона.

Ключевые слова: ускоритель электронов, вольфрам-галлиевая мишень, тормозное излучение, фотонейтроны, нейтронозахватная терапия, оптимизация характеристик пучка

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кураченко Ю.А., Вознесенский Н.К., Говердовский А.А., Рачков В.И. Новый интенсивный источник нейтронов для медицинских приложений // Мед. физика. 2012. № 2(38). С. 29–38.
2. Кураченко Ю.А. Фотонейтроны для нейтронозахватной терапии // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2014. № 4. С. 41–51.
3. Zamenhof R.G., Murray B.W., Brownell G.L. et al. Boron neutron capture therapy for the treatment of cerebral gliomas. 1: Theoretical Evaluation of the Efficacy of Various Neutron Beams // Med. Phys. 1975. Vol. 2. P. 47–60.
4. Blue T.E., Yanch J.C. Accelerator-based epithermal neutron sources for boron neutron capture therapy of brain tumors // J. Neurooncol. 2003. Vol. 62. P. 19–31.
5. Zhou Y., Gao Z., Li Y., Guo C., Liu X. Design and construction of the in-hospital neutron irradiator-1(HNI) // In: Advances in Neutron Capture Therapy 2006. Proc. 12^th Cong Neutron Capture Therapy. Oct 9–13. Eds. Nakagawa Y., Kobayashi T., Fukuda H. Takamatsu. Japan. 2006. P. 557–560.
6. Nigg D.W. Neutron sources and applications in radiotherapy – A brief history and current trends // In: Advances in Neutron Capture Therapy 2006. Proc. 12^th Cong Neutron Capture Therapy. Oct 9–13. Eds. Nakagawa Y., Kobayashi T., Fukuda H. Takamatsu. Japan. 2006. P. 623–626.
7. Кураченко Ю.А. Оптимизация блока вывода реакторного пучка для лучевой терапии // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2008. № 1. С. 129–138.
8. Tanaka H., Sakurai Y., Suzuki M. et al. Experimental verification of beam characteristics for cyclotron-based epithermal neutron source (C-BENS) // Appl. Radiat. Isot. 2011. Vol. 69. P. 1642–1645.
9. The Basics of Boron Neutron Capture Therapy. http://web.mit.edu/nrl/www/bnct/facilities/facilities.html
10. MIT BNCT Facilities. Fission Converter Beam (FCB). http://web.mit.edu/nrl/www/bnct/facilities/MIT BNCT Facilities.htm
11. Reattore TAPIRO: ENEA Internal Document, DISP/TAP/85-1, 1985 // In: Design of neutron beams for boron neutron capture therapy in a fast reactor. Current status of neutron capture therapy. IAEA-TECDOC-1223, 2001.
12. Rosi et al. Role of the TAPIRO fast research reactor in neutron capture therapy in Italy. Calculations and measurements. IAEA-CN-100/97. // In: Research Reactor Utilization, Safety, Decommissioning, Fuel and Waste Management. Proc. Internat. Conf. 10–14 November 2003 Santiago, Chile. P. 325–338.
13. Carta M., Palomba M. TRIGA RC-1 and TAPIRO ENEA Research Reactors. https://www.iaea.org/OurWork/ST/NE/NEFW/Technical-Areas/RRS/documents/TM_Innovation/Carta_ENEA.pdf.
14. General information and technical data of TAPIRO research reactor. http://www.enea.it/en/research-development/documents/nuclear-fission/tapiro-eng-pdf.
15. Nuclear Research Reactor: TAPIRO. http://old.enea.it/com/ingl/ New_ingl/research/energy/nucleare_fission/pdf/TAPIRO-ENG.pdf.
16. Кураченко Ю.А., Казанский Ю.А., Левченко А.В., Матусевич Е.С. Вывод нейтронных пучков и защита медицинского реактора МАРС // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2006. № 4. С. 36–48.
17. Кураченко Ю.А., Моисеенко Д.Н. МАРС и TAPIRO: реакторы малой мощности для нейтронозахватной терапии // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2010. № 1. С. 153–163.
18. Кураченко Ю.А., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Критерии качества нейтронных пучков для лучевой терапии // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2008. № 1. С. 139-149.
19. Кураченко Ю.А. Реакторные пучки для лучевой терапии: критерии качества и расчетные технологии // Мед. физика. 2008. № 2 (38). С. 20-28.
20. Кураченко Ю.А. Реакторные пучки для лучевой терапии. Расчетные модели и вычислительные технологии. Монография. - Saarbrücken, Deutschland. Palmarium Academic Publishing, OmniScriptum GmbH&Co. RG. 2013. 372 pp.
21. Burn K.W. et al. Final design and construction issues of the TAPIRO epithermal column, Report at ICNCT-XII, Oct. 9-13, 2006. http://icnct-12.umin.jp/beams for boron neutron capture therapy in a fast reactor/Current status of neutron capture therapy. IAEA-TECDOC-1223, 2001.
22. Liu Hungyuan B., Brugger R.M., Rorer D.C. Upgrades of the epithermal neutron beam at the Brookhaven Medical Research Reactor BNL-63411. http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/28/014/28014354.pdf
23. Riley K.J., Binns P.J., Harling O.K. Performance characteristics of the MIT fission converter based epithermal neutron beam // Phys. Med. Biol. 2003. Vol. 48. P. 943-958,
24. Harling O.K., Riley K.J., Newton T.H. et al. The new fission converter based epithermal neutron irradiation facility at MIT // Nuclear Reactor Laboratory. MIT. http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/36/026/36026570.pdf
25. MCNP - A General Monte Carlo N-Particle Transport Code. Version 5. Vol. I: Overview and Theory. Authors: X-5 Monte Carlo Team. LA-UR-03-1987. April 24. 2003.
26. Pelowitz D.B. MCNPX user’s manual. Version 2.4.0 - LA-CP-07-1473.
27. STAR-CD®. CD-adapco Engineering Simulation Software - CAE and CFD Software.

Для цитирования: Кураченко Ю.А., Забарянский Ю.Г., Онищук Е.А.. Применение фотонейтронов для лучевой терапии // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2017. Т. 62. № 3. С. 33-41. DOI: 10.12737/article_5927f40e8f1b58.14975996

PDF (RUS) Полная версия статьи