Nowe osiągnięcia w badaniach procesów biologicznych

Analizy procesów zachodzących w organizmie ssaków wykazują, że normalny metabolizm powoduje powstawanie dziennie w każdej

ko-85 NRPB, NATIONAL RADIOLOGICAL PROTECTION BOARD, „Cancer in the offspring of ra-diation workers: a record linkage study”, NRPB-R298, Nov. 1997

86 COMARE, Committee on Medical Aspects of Radiation in the Environment, „Fourth Re-port, The incidence of cancer and leukaemia in young people in the vicinity of Sellafield site” (1994)

87 COMARE, Committee on Medical Aspects of Radiation in the Environment, „Tenth Re-port, The incidence of childhood cancer around nuclear installations in Great Britain (2005) www.comare.org.uk

88 Boice D.J. et al.: Cancer Incidence in Municipalities near Two Former Nuclear Materials Processing Facilities in Pennsylvania, Health Physics, Vol. 85, No c6, pp. 691-699, 2003

89 GROUPE RADIOECOLOGIE NORD CONTENTIN „Estimation des niveaux d‘exposition aux rayonnements ionisants et des risques de leucemies associes de populations du Nord-Contentin, Synthese”, (July 1999)

mórce około miliarda uszkodzeń DNA. Metabolizm powoduje setki mi-lionów razy więcej uszkodzeń DNA (naprawianych i nienaprawianych) niż promieniowanie naturalne⁹⁰.

Aby organizm przeżył, musi posiadać bardzo skuteczne metody usu-wania wolnych rodników oraz naprawy i eliminousu-wania uszkodzeń DNA.

Te same układy, które chronią go przed skutkami metabolizmu tlenu, działają obronnie również w przypadku promieniowania jonizującego.

Ostatnie dziesięciolecie przyniosło ogromny postęp w zrozumieniu procesów biologicznych, które zapewniają obronę komórek i organi-zmu człowieka przed zagrożeniem radiacyjnym. Okazało się, że cha-rakter procesów obronnych jest zróżnicowany i zależny od wielkości dawki. Poprzednio twierdzono, że zarówno małe jak i duże dawki po-wodują podobne uszkodzenia DNA, a procesy naprawcze mogą cza-sami prowadzić do błędów i zapoczątkowywać procesy rakotwórcze.

Obecnie Francuska Akademia Nauk i Francuska Akademia Medycyny podkreślają, że chociaż uszkodzenia DNA w komórce przebiegają jed-nakowo niezależnie od mocy dawki, to charakter procesów obronnych na poziomie komórki, tkanki i całego organizmu jest odmienny w za-leżności od mocy i wielkości dawki.

W szczególności przy małych dawkach (rzędu kilku mSv) aktywa-cja procesów obronnych przez promieniowanie powoduje zwiększenie odporności organizmu na inne zagrożenia, występujące w normalnych procesach metabolicznych. Rośnie na przykład skuteczność usuwania toksyn, takich jak aktywne utleniacze, co chroni DNA przed uszkodze-niem. Podczas gdy liczba uszkodzeń DNA wskutek procesów metabo-licznych sięga miliarda dziennie w każdej komórce, liczba uszkodzeń radiacyjnych w komórce przy małych mocach dawki promieniowania, np. 1 mSv/rok, wynosi około 0,005 na dzień⁹¹. Podobnie jak uszkodze-nia powodowane metabolizmem, uszkodzeuszkodze-nia radiacyjne są usuwane lub naprawiane, tak że liczba mutacji pozostających po procesach naprawy biologicznej redukowana jest do około jednej na dziesięć milionów na komórkę na dzień, a więc jest tryliony razy mniejsza niż z powodu procesów metabolicznych.

Promieniowanie jonizujące częściej powoduje uszkodzenia polega-jące na zerwaniu obu nici DNA, co zwiększa niebezpieczeństwo błędnej naprawy i zainicjowania procesów rakotwórczych. Występują także

90 POLLYCOVE M, FEINENDEGEN LE. Radiation-induced versus endogenous DNA damage:

possible effects of inducible protective responses in mitigating endogenous damage.

Human Exp Toxicol 2003, 22, 290-306.

91 POLLYCOVE M, FEINENDEGEN LE. Radiation-induced versus endogenous DNA damage:

possible effects of inducible protective responses in mitigating endogenous damage.

Human Exp Toxicol 2003, 22, 290-306

kompleksy uszkodzeń, które są typowe dla promieniowania jonizu-jącego a znacznie mniej dla procesów metabolicznych. Pomimo to, praw-dopodobieństwo uszkodzenia podwójnego powodowanego przez promie-niowanie o małej mocy jest tysiąc razy mniejsze niż wskutek procesów metabolicznych. Ponadto, napromieniowanie małymi dawkami pobudza w organizmie biologiczne mechanizmy obronne, które chronią nas zarów-no przed uszkodzeniami komórek wskutek promieniowania, jak i wskutek procesów metabolicznych. Ma to skutki wielokrotnie przewyższające mi-nimalny wzrost liczby uszkodzeń DNA przez małe dawki promieniowania.

Przy bardzo małych mocach dawki nie dostrzega się żadnych ujem-nych skutków napromieniowania tkanki, ponieważ uszkodzone komórki nie są naprawiane, lecz eliminowane drogą apoptozy, czyli zaprogramo-wanej śmierci tych komórek, w których występują nienaprawione dzenia DNA. Z punktu widzenia organizmu (przy bardzo małej frakcji uszko-dzonych komórek) jest to najbezpieczniejsze rozwiązanie. Wg raportu obu akademii francuskich, „Eliminacja tych uszkodzonych komórek za-bezpiecza organizm przed potencjalnymi złośliwymi nowotworami”⁹². Tak więc małe dawki promieniowania nie dają znaczącego wkładu w procesy kancerogenne, a raczej odwrotnie, prowadzą do ich hamowania.

Przy dawkach powyżej kilku mSv, ale poniżej około 100 mSv, ak-tywowane są mechanizmy obronne, tak że komórki uszkodzone wsku-tek wszystkich przyczyn są eliminowane lub naprawiane przez procesy o wysokiej efektywności^93,94. Procesy te rozwinęły się wraz z powsta-niem życia na Ziemi, a przede wszystkim wraz z powstapowsta-niem atmosfery tlenowej, największej katastrofy ekologicznej w historii planety, która wyeliminowała większość dominujących przez miliard lat organizmów beztlenowych. Gdyby nie powstały mechanizmy obrony przeciwrodni-kowej, żaden organizm nie przetrzymałby milionów uszkodzeń DNA zachodzących codziennie w każdej komórce naszego ciała. Skuteczność pobudzania tych procesów obronnych rośnie z dawką, tak że w zakre-sie kilkunastu i kilkudziesięciu mSv może występować efekt hormezy⁹⁵ – zmniejszanie liczby uszkodzeń komórki wywołanych procesami

me-92 Académie Nationale de Médecine , Institut De France, Académie Des Sciences -: Dose-effect relationships and estimation of the carcinogenic Dose-effects of low doses of ionizing radiation, March 30, 2005

93 JAWOROWSKI Z. Radiation risk and ethics, Physics Today (1999) 52(9) 24-29.

94 UNSCEAR Report to the General Assembly, Annex B: Adaptive Response, United Na-tions, New York, 1994

95 Hormeza zjawisko polegające na tym, że czynnik występujący w przyrodzie, szkodliwy dla organizmu w większych dawkach, w małych dawkach działa nań korzystnie. Już w XVI wieku szwajcarski lekarz Paracelsus stwierdził, że to dawka (a nie substancja) czyni truciznę. Hormeza radiacyjna – hipotetyczny korzystny wpływ małych dawek promie-niowania jonizującego na żywe organizmy, polegający m.in. na zmniejszeniu prawdopo-dobieństwa zachorowania na nowotwory złośliwe i inne choroby o podłożu genetycznym.

tabolicznymi gra znacznie większą rolę niż możliwe niedoskonałości w procesach naprawczych. Faktem jest, że wskutek promieniowania powstaje większa frakcja uszkodzeń podwójnych nici DNA niż przy pro-cesach metabolicznych, co utrudnia naprawę nici DNA. Jednak według opinii akademii francuskich liczba uszkodzeń wskutek procesów meta-bolicznych jest tak ogromna, że zwiększenie skuteczności ich napraw wskutek promieniowania przy małych dawkach może w sumie wpływać pozytywnie na zdrowie pomimo owej większej frakcji uszkodzeń po-dwójnych.

Przy większych dawkach, w przedziale 100-200 mSv, koncentra-cja uszkodzeń w komórkach rośnie i procesy naprawcze DNA mogą przebiegać z błędami, których prawdopodobieństwo rośnie z mocą dawki.

Błędy w naprawie DNA mogą prowadzić do utrwalenia mutacji i zapo-czątkowania procesu nowotworowego.

Powyżej 500 mSv tempo rozmnażania komórek rośnie, by zre-kompensować utratę komórek uszkodzonych przez promieniowanie.

Szybkie dzielenie komórek przeszkadza w procesach naprawczych i ro-śnie prawdopodobieństwo błędnej naprawy i rozwoju nowotworu.

Te różnice w procesach naprawczych tłumaczą, czemu przy ma-łych dawkach wpływ promieniowania może być pozytywny dla zdro-wia, chociaż przy dużych dawkach jest on negatywny. Badania i oceny procesów naprawy biologicznej są bardzo trudne i wciąż nie znamy w pełni ich uwarunkowań. Dlatego ICRP i UNSCEAR nadal podtrzymują hipotezę LNT i stanowi ona podstawę przepisów o ochronie przed pro-mieniowaniem a także analiz porównawczych, chociaż według zgodnej opinii Francuskiej Akademii Nauk i Francuskiej Akademii Medycyny obecny stan wiedzy wskazuje, że bardzo małe dawki nie są groźne.

Francuska Akademia Medycyny podkreśla, że najnowsze dane bio-logiczne wskazują na złożoność i różnorodność procesów molekular-nych i komórkowych decydujących o przeżyciu lub mutagenezie ko-mórki w zależności od wielkości i mocy dawki. Zarówno Akademia Medycyny jak i Akademia Nauk Francji, podobnie jak wielu uczonych – np. w Polsce prof. Z. Jaworowski, wieloletni przewodniczący Rady Na-ukowej Centralnego Laboratorium Ochrony Radiologicznej i były prze-wodniczący UNSCEAR – uważają, że do opisu procesów zachodzących po napromieniowaniu ludzi małymi dawkami należy stosować model uwzględniający zjawisko hormezy. W ciągu ubiegłych kilkudziesięciu lat opublikowano około 6000 prac potwierdzających istnienie zjawiska hormezy zarówno w przypadku promieniowania jonizującego jak i wie-lu innych czynników fizycznych i chemicznych, które w dużych daw-kach są szkodliwe, a w małych dobroczynne. Jest to zjawisko występu-jące powszechnie w świecie biologicznym i badane intensywnie w wielu

dziedzinach nauki. Doprowadziło to ostatnio do konieczności ujednoli-cenia terminologii i definicji uzywanych w hadaniach hormezy.⁹⁶

Jak pisał prof. Hrynkiewicz w książce „Człowiek i promieniowanie jonizujące” wydanej w 2001 r. przez PWN, „powszechne uznanie hipo-tezy hormezy radiacyjnej będzie miało poważne konsekwencje społecz-ne i ekonomiczspołecz-ne... nakłady finansowe związaspołecz-ne z zabezpieczaniem lud-ności przed najmniejszymi nawet dawkami będą mogły być użyte w in-nych dziedzinach zdrowia społeczeństwa ... a informacje o dawkach ko-lektywnych będą miały jedynie ... orientacyjne znaczenie.”⁹⁷

Obecnie trwają w różnych krajach prace zmierzające do zastąpie-nia hipotezy liniowej bezprogowej modelem, który uwzględzastąpie-niałby po-budzanie układu immunologicznego przez promieniowanie. Francuska Akademia Nauk i Francuska Akademia Medycyny przyjęły w maju 2005 roku jednogłośnie uchwałę stwierdzającą, że hipoteza liniowa bezpro-gowa nie ma podstaw naukowych i że w analizach porównawczych na-leży uwzględniać możliwy dobroczynny wpływ promieniowania. Ozna-cza to zdecydowane zmniejszenie szacowanych zagrożeń ze strony małych dawek działających przez wiele pokoleń.

Dotychczas we wszelkich analizach porównawczych stosowano model liniowy bezprogowy (LNT) i uwzględniano dawki kolektywne powodowane przez bardzo małe zagrożenia. Przeciw temu modelowi oraz używaniu dawki kolektywnej (pochodnej LNT) wypowiedziało się amerykańskie Towarzystwo Fizyki Medycznej w oświadczeniu stwierdzającym, że brak jest podstaw do przyjęcia, że ryzyko radiacyjne występuje poniżej mocy dawki 50 mSv/rok lub 100 mSv w ciągu całego życia⁹⁸.

W 2001 r. ICRP zgodziła się z twierdzeniami uczonych przedsta-wianymi w różnych pracach⁹⁹, że liczenie dawki kolektywnej całkowa-nej przez wiele pokoleń jest niewłaściwe i prowadzi do mylących wnio-sków. Zdaniem ICRP należy tylko zapewnić, że przyszłe pokolenia będą równie bezpieczne jak pokolenie obecne, a nie obliczać wątpliwe nawet matematycznie straty zdrowia wynikające z mnożenia zaniedbywalnie małych dawek przez ogromne liczby ludności na ziemi i ogromne prze-działy czasu. Wobec tego, że nawet przy uwzględnianiu owych

hipote-96 Calabrese I inni: 2007. Biological stress response terminology: Integrating the con-cepts of adaptive response and preconditioning stress within a hormetic dose-response framework. Toxicology and Applied Pharmacology 222: 122-128

97 Człowiek i promieniowanie jonizujące, Praca zbiorowa pod redakcją A. Hrynkiewicza, PWN, Warszawa 2001

98 Mossman KL, Goldman M, Masse F, Mills WA, Schaiger KJ, and Vetter RL. 1996. Radia-tion Risk in Perspective – Health Physics Society PosiRadia-tion Statement, March, 1996.

http://www.physics.isu.edu/radinf/hprisk.htm.

99 JAWOROWSKI Z. Radiation risk and ethics, Physics Today (1999) 52(9) 24-29.

tycznych ujemnych skutków promieniowania przez bardzo długie okre-sy czasu wyniki porównań przemawiały zdecydowanie na korzyść energii jądrowej, obecnie proponowane podejście da jeszcze wyraźniejszą prze-wagę energii jądrowej.