1. ábra. Ionizáló sugárzás sztochasztikus és determinisztikus hatásainak dózis-hatás összefüggése.
GONDOLATOK AZ IONIZÁLÓ SUGÁRZÁS KIS DÓZISAINAK HATÁSAIRÓL
Köteles György
OKK - Országos Fréderic Joliot Curie
Sugárbiológiai és Sugáregészségügyi Kutató Intézet
Tóth Eszter
RAD Lauder Laboratórium, Budapest
Ahogyan kezdődött
Az ionizáló sugárzás alig több mint 100 éves alkalmazása során a veszélyek ismeretének bővülésével folyamatosan alakult ki a sugárvédelem követelményrendszere. Az is nyilvánvalóvá vált, hogy a természetes eredetű - kozmikus és földkérgi - sugárzásból (természetes radioaktív bomlási sorok izotópjaiból) mekkora a Föld élővilága számára a természetes sugárzási háttér. Az utóbbi években nagy tudományos vita bontakozott ki a kis dózisok biológiai hatásairól: milyen mértékig kell fokozni a sugárvédelmet? Indokolt-e nagy anyagi ráfordításokkal olyan szintű kockázatokat csökkenteni, amelyek a természetes háttérsugárzási szint kockázatához viszonyítva is elhanyagolhatóan kicsik?
A vita széleskörűségét jellemzi, hogy a Francia Tudományos Akadémia [1] kezdeményezése után a kérdéssel egyre több nemzetközi tudományos fórum foglalkozott [2-7].
1. ábra. Ionizáló sugárzás sztochasztikus és determinisztikus hatásainak dózis-hatás összefüggése.
A vitatott dózis-hatás modell
A sugárvédelem szempontjából két dózis-hatás modell kapott széleskörű elfogadtatást: a sztochasztikus biológiai hatásokra a dózis és kockázat egyszerű arányosságát feltételező arányosság, a lineáris küszöbnélküli (linear-nothreshold "LNT") a determinisztikus hatásokra pedig a küszöbdózist feltételező (szigmoid) összefüggés (1. ábra).
A sztochasztikus hatásokra - rosszindulatú daganatkeletkezés, örökletes hatások - vonatkozó modell azt sugallja, hogy minden kis dózis mellé rendelhető a hatás kockázatának egy zérustól különböző valószínűsége, bármely kicsiny legyen is az. Mintha minden sejtszintű sugárkárosodás a sejt rosszindulatú átalakulásához vagy akár átörökíthető károsodásához vezethetne. Erre hivatkozva a vélt vagy valós kockázatokat nehezen értő társadalmi személyek és csoportok úgy reagálnak, hogy minden többletkockázatot elutasítanak.
|
Ionizáló sugárzás kis dózisai (1-250 mGy) által kiváltható sejtbiológiai jelenségek [7]. |
|
|
Jelenség |
Változás |
|
Szabadgyök semlegesítés |
fokozódik |
|
DNS helyreállítás |
fokozódik |
|
Sejtoszlás szabályozás |
változik |
|
Antioxidáns mennyiség |
csökken |
|
Citokinek megjelenése, termelése |
változik |
|
Alkalmazkodási válasz |
megjelenik |
|
Apoptózis folyamat |
Megindul |
A sztochasztikus hatásokat kiváltó kis dózisok esetén azonban - a fent idézett dózis-hatás arányosságon kívül több más összefüggés is feltételezhető (2. ábra). Csaknem mindegyik változatnál lehet kísérleti bizonyítékokra hivatkozni.
Ki mit tart kis dózisnak?
Az epidemiológiai tanulmányok alapján, a sugárexponált népesség rosszindulatú daganatos betegségeinek statisztikáját feldolgozó és összefoglaló szervezetek a mintegy 200 mSv effektív dózis és a 110 mGy/óra dózisteljesítmény alatti tartományt kis dózisnak, illetve kis dózisteljesítménynek tekintik. Ez az érték úgy adódott, hogy 200 mSv alatt a rákos megbetegedési statisztikák elbizonytalanodnak, nem volt kimutatható szignifikáns összefüggés a dózis és a hatás, illetve a sugárzás-indukálta és a nem sugárzás okozta rosszindulatú daganatok gyakorisága között [8-10]. Bizonyos epidemiológiai felmérések mutattak összefüggést, például pajzsmirigy, emlőrákok, valamint in utero besugárzott magzatok későbbi rosszindulatú megbetegedése eseténél [11-14] de a tapasztalatok alapján úgy tűnik, hogy a kis dózisok daganatkeltő hatásaira nem általánosíthatók az ICRP1 kockázati értékei [15].
Sejtbiológiailag meglepő módon számos olyan biológiai jelenség érzékelhető, amit már 10-100 mSv kivált. Néhány ilyen példát sorol föl az 1. táblázat. Ezt a dózistartományt tekintik kis dózis tartományának. Sejtszintű elváltozások vizsgálatánál indokolt a mikrodozimetriai megközelítés, amikor az energiaátadást sejtszintű méretekben vizsgálják, a találatok valószínűségét ilyen kis térfogatokra vonatkoztatják. Mikrodozimetriai megközelítésben azt tekintik kis dózisnak, amikor a célpont-térfogat 20%-át éri találat [16].
A természetes-kozmikus és földkérgi eredetű - sugárzási háttér világ-átlagértéke is mSv/év nagyságrendű, átlagosan 2,4 mSv/év. Ez azt jelenti, hogy évente minden sejtet 1 találat ér. A természetes háttér ismerete azért fontos, mert ez olyan vonatkoztatási pont, ami segít a "nagy" és "kis" minősítés meghozatalában. Ha az élet ekkora (sőt, ennél magasabb) radioaktív háttér mellett alakult ki a Földön, akkor ezt a szintet nem ítélhetjük károsnak.
A fentiek alapján bizonyos dózisszinteket már korábban "jelentéktelen dózis"-nak, vagy más kifejezéssel "de minimis" dózisnak jelöltek. (A jogi nyelvből kölcsönözve a kifejezést: "de minimis non curat lex" azaz kis dolgokkal nem foglalkozik a törvény. Bár mindkét elnevezést bírálták [17], mégis 10 µSv az a dózis, amelynél biztos nem szükséges sugárvédelmi intézkedéseket foganatosítani [18]. Olyan dózisszintnél, amelynél egy adott tevékenységből származó lekötött kollektív dózis nem több mint 1 személy-Sv, a kollektív dózis alapján történő kockázatbecslés nem indokolt
[18].
A biológiai válasz a dózisokon kívül függ a dózisteljesítménytől is. Kis dózisteljesítménynél a biológiai károsodás kisebb, ezért az ICRP a kockázatbecslés pontosítása érdekében a dózis-dózisteljesítmény csökkentési tényezőt, {DDRRF - dose dose rate reduction factor) vezetett be azokra az esetekre; amikor az elnyelt dózis 200 mGy alatt van, és amikor nagyobb dózisoknál a dózisteljesítmény kisebb, mint 100 mGy óránként [15]. Bár a különböző károsodásoknál ez az érték különböző lehet, ez idő szerint a DDRRF értéknek 2-t választottak [15]. Az UNSCEAR kis dózisteljesítményként 0,1 mSv percenkénti értéket jelölt meg [8] alacsonyenergia-értékű sugárzásokra. A természetes-sugárzási háttér ennél sokkal kisebb, évente 1-3 mSv, azaz 0,1 µSv/óra vagy 0,17 nSv/perc.
Érvek az LNT modell mellett
A "konzervatív tábor" a dózis-kockázatarányosság (LNT modell) megtartása érdekében a következő főbb érveket hozza fel:
A csernobili baleset következményeit helyreállító személyzetnél ("likvidátoroknál") emésztőszervi rákok gyakoriságának emelkedését észlelték, ott pedig az átlagos dózis 108 mGy volt [22].
Érvek az LNT modell ellen
Az LNT modell (dózis-kockázat arányosság) ellen leggyakrabban hangoztatott érvek az alábbiak:
További adatgyűjtés szükséges
Sokan egyetértenek abban, hogy mind az epidemiológiai, mind a kísérletes sugárbiológiai irányban további vizsgálatokat kell folytatni.
A két irányt magunk egyesítettük, amikor is nagyszámú személynél sugárbiológiailag elemeztünk vérmintákat. In vitro röntgen-besugárzással, különböző dózisokkal és a vonatkozó besugárzás előtti alapértékekkel együtt meghatároztuk a sugárzás indukálta limfocita mikronukleusz gyakoriságot. Mind a vizsgált személyek érzékenység szerint történt csoportosítása
(3.a és 3.b ábra), mind a dózishatás összefüggés hozamegyenleteinek paraméterei alapján
(4. ábra) különbséget mutatunk ki a kis és nagy dózisok által kiváltott jelenségek jellege között [23-26]
Rákgyakoriság a radonszint függvényében férfiak rákgyakorisága nők rákgyakorisága radonszint(Bq/m3): -107 108-165 166-270 >270 -107 108-165 166-270 >270 61 évnél idősebbek Megállapítottuk, hogy 0,2 Gy alatt a citogenetikai elváltozások gyakorisága nem volt kapcsolatban a sugárzás dózisával, hanem azt egyéb szervezeti tényezők befolyásolták.
A kis dózisok kiváltotta érdekes biológiai lehetőség a hormézis és az adaptív válaszadás. A hormézis stimuláló (pozitív egészségmegóvó) hatást tulajdonít kis dózisoknak. Az adaptív válasz pedig azt mutatja ki, hogy egy korábbi kis dózis 10-100 mGy tartományban a sejtben olyan folyamatokat indít el, amelynél egy bizonyos időn belül követő nagyobb dózis kevesebb kárt okoz, mint amennyit a nagyobb dózis egymagában okozott volna. Saját munkánkban G0 fázisú keringő vér
limfocitáiban magunk is kimutattuk a jelenséget (5.
ábra).
A következő szakasz részletesen tárgyal olyan megfigyeléseket, [27] amelyek szerint a radon-expozícióinak kitett lakosság egyes csoportjainál homézis hatás észlelhető. Ezt a jelenséget amerikai szerzők is tapasztalták.
Az ionizáló sugárzásokkal szemben kis dózisoknál mutatkozik sejtreakció, de ez a sejtet nem károsítja. Hogy ennek fognak-e jelentőséget tulajdonítani a sugárvédelmi szabályozásban, azt a jövő fogja eldönteni.
Lakótéri radon és rákesetek
Az észak-magyarországi Mátraderecskén néhány házban magas radon aktivitás-koncentrációt tapasztaltunk [28, 29]. 1992 és 1996 között, öt éven át mértük a radon aktivitás-koncentrációját hálószobákban, a párna magasságában. A méréseket CR-39 típusú nyomdetektorral végeztük, a mért adatokból éves átlagokat számoltunk. Fontos körülmény, hogy Mátraderecskén a lakótéri radon aktivitáskoncentrációjának éves átlaga, röviden radonszintje nagyon széles skálájú: 20 Bq/m3 értéktől 1660 Bq/m3 értékig terjed, (1 Bq/m3 egy radioaktív alfa-bomlást jelent egy másodperc alatt 1 légköbméterben). Ez lehetővé teszi a dózis-kockázat összefüggés széles skálán történő tanulmányozását:
Mátraderecskének 1992-ben 2489 lakosa volt, akik zömmel a palóc etnikai csoporthoz tartoznak. A mátraderecskei lakosság mobilitása nagyon kicsi [30]. Lényegében sem ipar, sem közlekedés nem szennyezi Mátraderecske levegőjét. Az emberek a házasságkötést követően ugyanabban a házban élik le életüket. (Azokat, akik az elmúlt 15 évben költöztek a faluba, kihagytuk vizsgálatunkból.) Hálószobájának radon aktivitáskoncentrációja szempontjából 1972 embert vizsgáltunk, 932 férfit és 1040 nőt. Mátraderecskén a nők általában nem dohányoznak, (a 79 rákos nő közül csupán 3 dohányzott), és a nők egész életüket a faluban töltötték. (A derecskei férfiak jó része a közeli bányákban dolgozott, a rákos esetek 60%-a dohányos volt.)
A rákbetegségeket a Betegségek Nemzetközi Osztályozása (BNO) szerint rögzítettük 140 és 204 sorszámok között. A mátraderecskei rákeseteket 23 éves időintervallumra, 1971 és 1993 között kutattuk fel. Minden egyes esetben ismerjük a beteg nemét, születési évét, morbiditási korát, ráktípusát (BNO kóddal), dohányzási szokását és hálószobájának radonszintjét az elmúlt öt évben. Mátraderecskén 1971 és 1993 között összesen 151 rákos megbetegedés fordult elő (79 nő és 72 férfi). A megyei ÁNTSZ rákregiszteréből kiindulva a helyi orvosok és ápolónők segítségével a (kórházi zárójelentések és a boncolási jegyzőkönyvek alapján) részletes és pontos rákregisztert hoztunk létre. A beteg lakószobáját ápolónők azonosították a rák diagnózisát megelőző 15-20 évre. Vizsgálatunkban a rákgyakoriságot úgy határoztuk meg, hogy minden egyes vizsgált személy (beteg és egészséges) lakókörnyezetének radonszintjét ismerjük. Ez módszerünk erőssége; ugyanakkor hátránya is: a vizsgált emberek száma nem elég nagy ahhoz, hogy részletesebb életkor-bontást
végezhessünk. 3.a táblázat Férfiak ráktipusának megoszlása életkor és radonszint szerint -107 108-165 166-270 >270 életkor (év) ráktípus az alábbi szervek rákja 146 száj x x 151 gyomor x xx x x xx xxx xxx 152 vékonybél x x 154 végbél x x x 155 máj x x x 157 x xx 161 gége x xxx x x 162 tüdő és légzőszervek x xx xxxx xxxx xxx 163 mellhártya x 170 csont x 172 bőr x x x xx xx 185 prosztata x x x xx 188 hólyag x x x 189 vese xxx 196 nyirok x x x 199 sokszoros x 202 lágyszövetek x 203 sokszoros x összes 3 9 8 10 14 11 4 13 gyakoriság (%) 2 30 8 27 15 30 4 34 és hálószobájának radonszintjét az elmúlt öt évben. Mátraderecskén 1971 és 1993 között összesen 151 rákos megbetegedés fordult elő (79 nő és 79 férfi ) A megyei ANTSZ rákregiszteréből kiindulva a helyi orvosok és ápolónők segítségével a (kórházi zárójelentések és a boncolási jegyzőkönyvek alapján) részletes és pontos rákregisztert hoztunk létre. A beteg lakószobáját ápolónők azonosították a rák diagnózisát megelőző 15-20 évre.
Vizsgálatunkban a rákgyakoriságot úgy határoztuk meg, hogy minden egyes vizsgált személy (beteg és egészséges ) lakókörnyezetének radonszintjét ismerjük. Ez módszerünk erőssége, ugyanakkor hátránya is: a vizsgált emberek száma nem elég nagy ahhoz, hogy részletesebb éltkor-bontást végezhessünk.
Kisebb rákkockázat közepesen magas radonkoncentrációban
Az öt éven át tartó radonmérések és a részletes rákadat-begyűjtés után csoportosítottuk a mátraderecskei lakosokat és rákeseteket hálószobák radonszintje és életkoruk szerint
(2. táblázat). A radonszint elnevezés most már az öt évben mért radonszintek átlagát jelenti. Az életkor a beteg esetében a morbiditási kor (életkor a rák felismerésekor), az egészségeseknél az 1988-ban érvényes életkor. A 2. táblázathoz képest még több információt kínálnak a
3. táblázatok,(3a)(3b) amelyekben a rák típusát is megadjuk. (30 évesnél fiatalabb rákos csak egy kisfiú volt, így a táblázatok a vizsgált, de 30 évesnél fiatalabb 354 férfit és 385 nőt tartalmazzák.)
Figyelmet érdemel a 30-60 éves 456 nő rákgyakoriságának alakulása: 6,9% 107 Bq/m3 alatt
Annak az állításnak a megbízhatósága, hogy a 30-60 éves nők esetén 108 és 165Bq/m3
között a rák gyakoriságának minimuma van, nem kisebb, mint 98%.
Következtetések
A tüdőrák esetén az amerikai Bernard Cohen [31] csökkenő rákkockázatot lát 10 Bq/m3-től 200 Bq/m3-ig. A svéd Pershagen [32, 33] vizsgálatai 400 Bq/m3-től felfelé emelkedőnek mutatják a rák kockázatát. Az ő eredményeik sem zárnak ki olyan minimumot, amelyet mi találunk. A legtöbb vizsgálat a világon tüdőrákra szorítkozik. Más rákok radonfüggésének felvetésével találkozhatunk a japán Sohei Kondo könyvében [34]. Japánban Mifune [35] a Misasa gyógyfürdőhelyen végzett vizsgálatokat, aki a magas radonos gyógyhelyen minden rák esetére alacsonyabb rákgyakoriságot talált, mint a kontroll területen.
Vizsgálatunk minden ráktípust felölelt. Radon és rák adataink alapján nagy valószínűséggel (> 98%) azt állítjuk, hogy a viszonylag fiatal (34-40 éves) asszonyok kevésbé lesznek rákosok, ha az országos átlagnál két-háromszor magasabb radioaktivitás-koncentráció közepette élnek otthonukban (110 és 170 Bq/m3 között), mint ennél alacsonyabb vagy ennél magasabb radonszint esetén.
Mátraderecske népessége etnikailag homogén, ugyanabban a lakásban élnek egész életükben, a faluban kicsi a levegő kémiai szennyezettsége. Egy egész országra kiterjedő, szélesebb körű vizsgálat esetén szükségszerűen más karcinogén tényezőkét - dohányzást, ipari, közlekedési légszennyezést - is figyelembe kellene vennünk. Ezért Mátraderecskéhez hasonló, a "világtól távol lévő" további falvak rákkockázat-radon vizsgálata ígéretes, ha ott a lakótéri radonszint is széles tartományban jelentkezik. Ilyen vizsgálataink folyamatban vannak, a radon mérése 1999 végére több községben befejeződik. (Elfogadható rákregiszter megalkotása a sokkal nehezebb feladat)
A többoldalú és egyre terebélyesedő vitából végső következtetéseket még korai levonni.
Nők ráktipusának megoszlása életkor és radonszint szerint radonszint(Bq/m3) -107 108-165 166-270 >270 életkor (év) 30-60 61- 30-60 61- 30-60 61- 30-60 61- az összes nő száma 131 36 115 47 107 55 103 61 142 nyálmirigy x 146 száj x 151 gyomor xxx x xxx 152 vékonybél xx x x xxx x 154 végbél x x x xx 155 máj x x 156 epehólyag x 157 hasnyálmirigy x 158 peritoneum x 162 tüdő, légzőszervi x x x 171 kötőszövet x x 172 bőr xx xxxxx xxxx x x xxxx 174 mell x xxxx x xxx xx 180 méhnyak x xx xx x 182 méh x x xx 183 petefészek x x x x 188 hólyag x 193 pajzsmirigy x 196 nyirok x 199 sokszoros x összes 9 12 1 11 8 11 12 15 gyakoriság (%) 7 33 1 23 7 20 12 25 Kétségtelen azonban:
A kis dózisok biológiai hatására vonatkozó szemléletváltás segítené a sugaras és nukleáris technológiák megnyugtatóan biztonságos (indokolatlan és irracionális aggodalmakat nem keltő) alkalmazását minden olyan területen, ahol ennek feltételei adva vannak, ahol alkalmazásuk indokolt, sőt társadalmi igények alapján elkerülhetetlen.
A szerzők köszönetet mondanak Marx Györgynek, Pál Lénárdnak, Teller Edének, Vizi L. Szilveszternek bátorításukért és tanácsaikért, Lázár Istvánnak, Selmeczi Dávidnak és a Lauder Iskola tanulóinak a radonnal kapcsolatban a RAD Laborban végzett pontos és áldozatos munkájukért.
Irodalom
_________________________
1 ________________________
A Magyar Tudományos Akadémia 1999. évi közgyűléséhez kapcsolódóan a Fizikai Tudományok Osztálya Sugárvédelmi és Környezet-fizikai Bizottsága és a Kémiai Tudományok Osztálya Radiokémiai Bizottsága közös tudományos ülésén elhangzott együttes előadás, 1999. május 5.
50 mGy felett az atombomba-támadást túlélők között is találtak tumorgyakoriság-növekedést, de az is nyilvánvalóvá vált, hogy 100 mGy alatt a kockázat valóban igen kicsi [21].
rB
%
rB
%
rB
%
rB
%
rB
%
rB
%
rB
%
rB
%
30-60 évesek
146
3
2,1
104
8
7,7
95
14
14,7
91
4
4,4
131
9
6,9
115
1
0,9
107
8
7,5
103
12
11,7
30
9
30
37
10
27
37
11
30
38
13
34
36
12
33
47
11
23
55
11
20
61
15
25
: a személyek száma
rB: rákesetek száma 1971-93
%: a rákesetek százalékos aránya a radonadatok 1992-1996
a lakosok életkora 1988-ban
5. ábra. Alkalmazkodási válasz-jelenség emberi limfocitákban a sugárzás okozta mikronukleusz képződés mértékében. Az alkalmazott nagy dózis 1 Gy volt, míg a korábbi kicsi 10 mGy.
radonszint <Bq/m3)
az összes férfi száma 30-60
14661-
3030-60
10461-
3730-60
9561-
3730-60
9161-
38
BNO
hasnyálmirigy
0,9% 108 és 165 Bq/m3 között
7,5% 166 és 270 Bq/m3 között
11,6% 271 Bq/m3 fölött
ráktípus
BNOaz alábbi szervek rákja
