Отдаленные цитогенетические эффекты хронического профессионального облучения

«Бюллетень радиационной медицины», 1993 год, № 1, стр. 85-90

Отдаленные цитогенетические эффекты хронического профессионального облучения

Окладникова Н.Д., Бурак Л.Е.

Оценено состояние хромосомного аппарата лимфоцитов периферической крови у 134 больных хронической лучевой болезнью (ХЛБ), вызванной внешним у-облучением через 30-35 лет после диагностики заболевания. Выявлена повышенная частота аберрантных клеток со структурными хромосомными нарушениями (по сравнению со спонтанным уровнем) у большинства обследованных. Половину хромосомных аберраций составляют перестройки стабильного типа. При динамическом обследовании в течение 20 лет отмечено длительное сохранение аберраций хромосомного типа с постепенным нарастанием в их структуре доли стабильных нарушений.

Long-term cytogenetic effects of chronic occupational

irradiation

Okladnikova N.D., Burak L.E.

Status of chromosomal apparatus of lymphocytes of peripheral blood was estimated in 134 patients with chronic radiation sickness caused by external gamma-radiation in 30-35 years after establishing the diagnosis. Increased rate of aberrant cells with structural chromosomal aberrations compared to the baseline was found in the majority of the examined people. A half of chromosomal aberrations were rearrangements of stable type. 20-year dynamic examination showed long-term retaining of chromosomal aberrations with gradual increase in a fraction of stable aberrations in their structure.

В экспериментальных и клинических исследованиях получает все большее подтверждение гипотеза о важной роли радиационно-индуцированных хромосомных аберраций в формировании отдаленных последствий и исходов облучения [1, 7]. В иммунокомпетентных клетках человека -лимфоцитах могут длительное время сохраняться радиационно-индуцированные хромосомные повреждения. Количественный и качественный анализ этих повреждений в динамике и сопоставление результатов анализа с клинической симптоматикой позволяют накапливать столь необходимые для раскрытия патогенетических механизмов формирования отдаленных последствий облучения данные и вести поиск наиболее информативных тестов ранней индикации предпатологического процесса. Нами продолжается клинико-цитогенетическое наблюдение за больными хронической лучевой болезнью (ХЛБ), вызванной воздействием внешнего общего у-излучения [3].

Диагностика ХЛБ относится к 1950-1955 гг. (преимущественно), начало цитогенетических исследований - к 1964-1966 гг. Настоящее исследование проведено в 1983-1988 гг. и позволяет оценить дальнейшую динамику хромосомных изменений в наиболее позднем периоде ХЛБ.

Материалы и методы исследования

Обследовано 134 чел. в возрасте от 55 до 75 лет (преимущественно от 55 до 65 лет - 89%) через 30-35 лет после диагностики ХЛБ. Суммарные дозы внешнего общего у-излучения имеют широкий диапазон: от 1,02 до 9,0 Гр в период работы на радиохимическом предприятии в первые годы его становления (от 1 до 6,5 лет). В большинстве случаев (85) в первые годы трудовой деятельности имелся контакт с аэрозолями 239Ри. На период настоящего цитогенетического обследования в 15% случаев косвенным методом (по спонтанной экскреции радионуклида) содержание 239Ри в организме не обнаружено, у 94 чел. (70%) уровень депонирования радионуклида в организме не превышал 1,48 кБк. В группе лиц с содержанием 239Ри в организме в количестве более 1,48 кБк (15% случаев) максимальным был уровень 11,3 кБк. Отбор цитогенетических данных для анализа предусматривал ряд условий: отсутствие остроты респираторно-вирусных инфекций и других вирусных заболеваний, отсутствие целевого рентгеновского исследования желудочно-кишечного тракта, мочевыводящих и желчевыводящих путей

с рентгено-контрастными веществами, а также анамнестических указаний на химио- или рентгенотерапию.

Использован общепринятый метод культуры лимфоцитов периферической крови [8]. Анализировали количественные (уровень и характер анеу-плоидии) и качественные (структурные повреждения хроматидного и хромосомного типа) изменения в геноме культивированных лимфоцитов. Хромосомный анализ проведен с учетом не только суммарных доз внешнего облучения, но и уровня депонирования радионуклида. Оценка результатов основана прежде всего на сравнении показателей в различных по значению дозовых группах. Наряду с этим проведено сравнение результатов хромосомного анализа лимфоцитов периферической крови 34 чел. аналогичного возраста, данные на которых отобраны для анализа с соблюдением вышеуказанных условий. Результаты исследований обработаны статистически (критерий Стьюдента). Достоверными считали различия при р<0,05.

Результаты исследований и их обсуждение

В каждом из 134 случаев ХЛД, взятых для хромосомного анализа, характер формирования дозы облучения был различным, однако суммарная доза в значительной мере определялась мощностью излучения. Исходя из этого, поиск возможной дозовой зависимости осуществлялся путем выделения групп с разной суммарной дозой внешнего у-облучения (I - <2,0 Гр, II - 2,0-3,99, III - 4,0-5,99,

IV - >6,0 Гр) и подгрупп в каждой дозовой группе с разным содержанием радионуклида в организме (<1,48 кБк и более 1,48 кБк). Сравнивали среднегрупповые показатели.

В группах лиц с различными суммарными дозами внешнего облучения и разным содержанием радионуклида в организме не выявлено статистически значимых количественных хромосомных изменений. Процент анеуплоидных клеток был достаточно низким как в контроле, так и в каждой из выделенных групп (от 1,71 до 2,43%). Это касается гипо- и гиперди-плоидных метафаз. Частота клеток с аберрациями хроматидного типа не имела какой-либо закономерной связи ни с суммарной дозой внешнего облучения, ни с содержанием 239Ри в организме (табл. 1). У большинства обследованных лиц (от 65,5 до 80%) выявлены структурные повреждения хромосомного типа и про-

цент «носителей» хромосомных аберраций в геноме лимфоцитов периферической крови значительно выше, чем в соответствующем контроле (см. табл. 1). Средний показатель частоты аберрантных клеток у лиц, подвергшихся значительному переоблучению, хотя и не высок, но также превышает спонтанный уровень. Отсутствуют четкая дозовая зависимость (суммарная доза внешнего у-облучения) и зависимость от содержания радионуклида в организме. Почти половину структурных повреждений составляют хромосомные аберрации нестабильного типа, среди которых преобладают свободно лежащие парные ацентрические фрагменты и дицентрические хромосомы. Высока доля аберраций стабильного типа (особенно в II и IV группах), представленных атипичными моноцен-триками. Наиболее высокий процент стабильных аберраций выявлен у лиц с максимальными (более 2,0 Гр в год) годовыми дозами внешнего у-об-лучения (60,0% по сравнению с 36,0-47,0% в группах с меньшими годовыми дозами). При уровнях депонирования 239Ри более 1,48 кБк выявляется большее число аберраций на одну аберрантную клетку (МИ группы), однако эти различия не достоверны.

У 82 чел. цитогенетическое обследование проведено повторно: от 2 до 11 исследований в течение 20 лет. Для оценки хромосомных изменений в динамике выделены условно три периода наблюдения: 1-й период - до 1972 г., 2-й период - с 1977 по 1982 гг. и 3-й период - после 1982 г. Частота аберрантных клеток в выделенных группах не уменьшалась, а на последний период была даже несколько выше, чем при первом цитогенетическом обследовании (табл. 2). Наряду с этим отмечено нарастание доли хромосомных перестроек стабильного типа (см. табл. 2). Ни в одном случае не выявлено клонов патологических клеток.

У одного из наблюдаемых больных ХЛБ диагностирован хронический лимфолейкоз. В лимфоцитах периферической крови этого больного и клетках костного мозга не выявлено каких-либо специфических хромосомных перестроек. В трех случаях к последнему периоду наблюдения развился рак легкого, при этом уровень хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови до начала каких-либо лечебных мероприятий значительно превышал средние значения этого показателя для всей группы больных ХЛБ и составил 6,0-11,0% аберрантных клеток. Следует отметить, что все больные раком легкого были высокими «носителями» 239Ри (содержание радионуклида в организме более 37 кБк).

Таблица 1

Хромосомные изменения в лимфоцитах периферической крови в отдаленном периоде ХЛБ

Груп- пы Содержание плутония, кБк Всего обследовано, чел. Всего метафаз проанализировано Процент клеток с аберрациями Доля из общего числа хромосомных аберраций Лица с хромосомными аберрациями, %

хроматидными хромосомными стабильных нестабиль- ных

I < 1,48 29 2900 1,17 ±0, 14 1,52±0,27 34,5 65,5 65,5

> 1,48 15 1500 1,33±0,22 2,33±0,59 46,4 53,6 73,3

Всего 44 4400 1,22±0,10 1,80±0,27 31,9 68,1 68,2

II < 1,48 42 4200 1,4±0,21 1,64±0,32 55,6 44,4 73,8

> 1,48 9 900 0,89±0,34 1,89±0,45 22,6 77,4 77,8

Всего 51 5100 1,31 ±0,19 1,69±0,28 47,1 52,9 74,5

III < 1,48 18 1800 1,22±0,39 2,06±0,39 53,6 46,4 72,2

> 1,48 10 1000 0,7±0,21 1,1 ±0,31 70,0 30,0 60,0

Всего 28 2800 1,04±0,09 1,71 ±0,28 56,6 43,4 67,9

IV < 1,48 5 500 1,4±0,19 3,4±1,15 52,9 47,1 80,0

> 1,48 6 600 1,83±0,64 2,17±0,80 53,3 46,7 66,7

Всего 11 1100 1,64±0,28 2,36±0,48 53,1 46,9 72,7

{-IV < 1,48 94 9400 1,3±0,12 1,73±0,87 48,3 50,7 71,4

> 1,48 40 4000 1,2±0,15 1,9±0,29 45,1 54,9 70,0

Всего 134 13400 1, 15±0,10 1,78±0,16 47,8 52,2 70,9

Контроль 34 3400 1,80±0,30 0,12±0,04 25,0 75,0 12,0

Примечание. Подчеркнуто достоверное различие с контролем (р<0,001) одной чертой, с группой II (р<0,05) - двумя.

Таблица 2

Хромосомные аберрации в лимфоцитах периферической крови в динамике, %

Группы обследо- ванных Содержание плутония Периоды исследования

1-й 2-й 3-й

Частота аберрантных клеток Доля стабильных аберраций Частота аберрантных клеток Доля стабильных аберраций Частота аберрантных клеток Доля стабильных аберраций

I < 1,48 1,6±0,96 11,0 1,3±0,42 40,0 1,4±0,31 36,4

> 1,48 2,0±2,0 - 2,9±1,05 43,7 2,0±0,76 36,7

Суммарно 1,77±0,81 9,1 2,3±0,71 43,1 1,7±0,46 36,5

II < 1,48 1,5±0,63 66,7 1,44±0,32 47,6 2,0±0,34 55,8

> 1,48 2,4±0,19 12,5 2,0±0,50 28,6 1,6±0,77 44,2

Суммарно 2,1±0,28 31,6 1,8±0,30 38,1 1,9±0,28 50,0

III < 1,48 1,3±0,28 36,4 2,1±0,79 44,4 2,7±0,57 55,3

> 1,48 1,2±0,38 - 2,14±0,57 30,5 1,9±0,62 72,7

Суммарно 1,3±0,18 18,2 2,1±0,50 37,5 2,4±0,44 64,0

IV < 1,48 0,7±0,48 - 0,9±0,28 33,3 1,7±0,56 60,0

> 1,48 1,5±0,73 - 1,5±0,24 43,0 2,6±0,77 53,0

Суммарно 1,0±0,31 - 1,1 ±0,19 38,2 2,1±0,35 56,5

!-^ 1,4±0,19 14,7 1,8±0,28 38,7 2,0±0,18 51,8

Примечание. Подчеркнуты достоверные различия в сравнении с 1-м исследованием.

Таким образом, получены новые дополнительные данные, подтверждающие длительное (более 30 лет после прекращения контакта с источниками внешнего у-излучения) сохранение радиационно-индуцированных повреждений в геноме лимфоцитов периферической крови у профес-

сионалов, подвергавшихся значительному радиационному воздействию, отсутствие каких-либо специфических хромосомных перестроек, патологических клеточных клонов. При клиникоцитогенетическом сопоставлении не выявлено корреляции частоты аберрантных клеток с изме-

нениями в кроветворной системе (стойкая лейкопения в периферической крови, умеренная порци-альная гипоплазия гранулоцитопоэза, активация эритропоэза). Характеризуя группу в целом, можно отметить, что достаточно низкий уровень аберрантных клеток соответствует малой выраженности гипопластических состояний в отдаленном периоде ХЛБ. В гетерогенной популяции лимфоцитов периферической крови среди аберрантных клеток имеется какая-то доля циркулирующих стволовых клеток [6]. Сохранение в течение длительного времени дефектных клеток в стволовом пуле [2, 6] несомненно играет существенную роль в генезе гипо- и апластических состояний кроветворения, а возможно, и лейкозов [5]. Пик заболеваемости острыми лейкозами у наблюдаемых нами больных ХЛБ отмечался в первые 5-10 лет от начала контакта с источниками ионизирующего излучения, когда клиническая практика еще не располагала методами хромосомных исследований. Клинико-цитогенетическое описание любых случаев гемобластозов, злокачественных опухолей как исходов лучевого воздействия представляет научную це нность. В случаях рака легкого у «носителей» 2 9Ри вновь зарегистрирован высокий уровень хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови до начала лечебных мероприятий, что подтверждают результаты проведенных ранее исследований [4]. Определенная доля хромосомных аберраций, по-видимому, обусловлена продолжающимся внутренним облучением от инкорпорированного плутония костного мозга, бронхопульмональных лимфоузлов. В то же время длительное сохранение радиационно-индуцированных повреждений в геноме иммунокомпетентных клеток подтверждает повышенный уровень аберрантных клеток у больных ХЛБ, не имевших контакта с аэрозолями плутония.

Заключение

В отдаленном периоде ХЛБ (более 30-35 лет после диагностики) сохраняется повышенный уровень структурных повреждений хромосомного типа

в соматических клетках по сравнению со спонтанным. Отсутствует корреляция с суммарной дозой облучения, но наибольшая частота аберрантных клеток и доля стабильных аберраций определяются при максимальной суммарной и годовой дозах облучения (более 6,0 и 2,0 Г р соответственно). Не выявлено патологических клеточных клонов у больного хроническим лимфолейкозом и в трех случаях злокачественных опухолей легких.

Литература

1. Малахов В.С. Уровень аберрантных лимфоцитов в крови крыс и продолжительность жизни животных после инкорпорирования радионуклидов //Радиобиология. - 1987. - Т. 27, № 5. - С. 691-693.

2. Максинова К.Н. Кинетика клеточных популяций основных отделов системы кроветворения при длительном внешнем облучении: Дисс. докт. мед. Наук /Институт биофизики Минздрава СССР. Инв. № 1646, 1985. - 471 с.

3. Окладникова Н.Д. Состояние хромосомного аппарата кроветворных клеток у лиц, подвергавшихся длительному внешнему облучению и тритиевому воздействию: Дисс. канд. мед. наук. - М., 1972.

4. Окладникова Н.Д. ФГА-стимулирующий эффект и хромосомные аберрации в культуре лейкоцитов периферической крови больных раком легкого лучевой этиологии//Бюл. радиац. мед. - 1987. - № 2. -С. 32-38.

5. Стрельцова В.Н. О некоторых вопросах патогенеза отдаленных эффектов действия радиации на жи-вотных//Тезисы Всесоюзной конф. «Отдаленные последствия и оценка риска воздействия радиации». -М., 1978. - С. 38-39.

6. Proliferation, differentiation and possible radiation-induced chromosome anormalities in ciculating ho-mopoietic-stem cells/T.Amonorosi, T.Honda et. al. -Technical report, RERP, 1986. - P. 15.

7. Changing P., Shuging G., Yuau Y. Chromosomal analysis and comparisation between normal and malignant transformed С3Н/10 Т 1/2 cells//Clin. J. Radiol. Med. Protect. - 1986. - N 6. - P. 313-315.

8. Chromosome prepatation of leukocyted from human peropheral blood/P.S.Moorhead et. al. //Exp. Cell. Res. - 1960. - N 20. - P. 613.