Применение маркеров цитогенетического анализа в биологической дозиметрии при равномерном внешнем облучении организма

1. Применение маркеров цитогенетического анализа в БИОЛОГИЧЕСКой ДОЗИМЕТРИи ПРИ РАВНОМЕРНОМ ВНЕШНЕМ ОБЛУЧЕНИИ ОРГАНИЗМА

ПРИМЕНЕНИЕ МАРКЕРОВ
ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА В
БИОЛОГИЧЕСКОЙ ДОЗИМЕТРИИ ПРИ
РАВНОМЕРНОМ ВНЕШНЕМ
ОБЛУЧЕНИИ ОРГАНИЗМА
Доцент кафедры экологической медицины МГЭИ
им. Сахарова БГУ к.б.н. Николаевич Л.Н.

2.

В настоящее время проведен сравнительный
анализ нескольких математических моделей для
построения калибровочных кривых при облучении 60Со в диапазоне доз 5 500 Р лимфоцитов
человека в культуре. Получены калибровочные
кривые для трех основных цитогенетических
показателей: процента аберрантных клеток,
общего числа аберраций хромосом и суммы
дицентриков и колец. Калибровочные кривые по
первым двум данным показателям позволяют
регистрировать дозу радиации в диапазоне 15 400
Р с ошибкой, не превышающей 40% при
небольших дозах и 20% при высоких дозах
излучения.

3.

Общие требования к построению калибровочных
кривых выхода хромосомных аберраций
1. Характеристика исходного материала. Принцип метода
биологической дозиметрии основывается на получении
калибровочных (дозовых) кривых частоты хромосомных
аберраций при облучении in vitro лимфоцитов периферической
крови человека. В данном случае лимфоциты периферической
крови разных доноров обоего пола в возрасте 20 40 лет были
подвергнуты гамма облучению 60Со в диапазоне доз 5 500 р при
мощности дозы 35 45 р/мин. Облучение клеток производилось
перед началом культивированием в питательной среде (без
добавления ФГА) Методики культивирования лимфоцитов,
приготовления препаратов и анализа аберраций хромосом
соответствовали общепринятым.

4.

Цитогенетические показатели, используемые для
построения калибровочных кривых. Обычно для биологической
дозиметрии используют частоту дицентрических и кольцевых
хромосом, в виду более легкой их идентификации. Однако с
помощью этих типов аберраций возможна оценка сравнительно
больших доз радиации, поскольку при невысоких уровнях облучения
частота дицентриков и колец слишком незначительна, чтобы
служить основой биологической дозиметрии. В связи с этим, наряду
с частотой дицентриков и колец, для построения калибровочных
кривых используют два дополнительных цитогенетических теста
общую частоту аберраций хромосом и процент аберрантных клеток.
Первый из них позволяет оценивать дозу радиации при достаточно
низких уровнях облучения, а простота регистрации второго теста
позволяет применить машинный анализ при кариологическом
исследовании.
2.

5.

Выбор адекватной математической модели для построения
калибровочных кривых. При построении калибровочных кривых важным
моментом является выбор математико-статистической модели. Такая модель
должна быть адекватной исходным экспериментальным данным, давать
несмещенные (истинные) оценки дозы облучения и «работать» в достаточно
широком диапазоне доз. При статистическом анализе экспериментальных
данных обнаружено, что из применяемых в настоящее время математических
моделей при описании зависимости цитогенетического эффекта от дозы
радиации (линейной, квадратичной, линейно-квадратичной и степенной), лучше
всего этим требованиям для всех трех выше указанных цитогенетических
показателей отвечает линейно-квадратичная модель:
У= + D + сD2
/1/
где У исследуемый цитогенетический показатель; D доза облучения; , ,
с параметры модели. Поэтому при построении калибровочных кривых для
целей биологической дозиметрии по трем цитогенетическим тестам : общей
частоте аберраций хромосом, суммарной частоте дицентрических и кольцевых
хромосом и проценту аберрантных клеток, необходимо пользоваться линейноквадратичной зависимостью эффекта от дозы.
3.

6.

Взвешивание данных для каждой величины дозы радиации при
построении калибровочных кривых и оценка параметров модели. При сравнении
средних значений исследуемых цитогенетических показателей по повторностям
опытов для каждой из доз облучения отмечалась значительная их вариабельность,
при этом гетерогенность по дисперсиям достигла двух-трех порядков. Поэтому
необходимым и обязательным условием получения несмещенных (истинных) оценок
параметров калибровочных кривых является взвешивание данных для каждой
величины дозы, причем делать это надо не по усредненным по повторностям данным,
а по фактическим результатам отдельных опытов.
В таблице 5.1. приведены расчетные значения (со стандартными ошибками)
параметров линейно-квадратичной модели, описывающей экспериментальные данные
по всем трем исследованным цитогенетическим показателям.
Для целей биологической дозиметрии калибровочные кривые должны
основываться на результатах многих опытов, так как имеется вариабельность в
частоте хромосомных аберраций, обусловленная индивидуальными различиями
доноров, условиями культивирования лимфоцитов и т. д.
При расчете доверительных интервалов следует использовать текущие значения
дисперсии, оцененные методом кусочно линейной аппроксимации для каждой
градации дозы. Это является важным условием при определении точности
биологической дозиметрии, особенно при ее сопоставлении с физическими методами
дозиметрии.
4.

7.

Таблица 5.1.
Расчетные значения параметров калибровочных кривых
(со стандартными отклонениями) для линейно-квадратичной модели
(Данные Севанькаева А. В., Насонова А. П., 1978)
Цитогенетические
показатели
Параметры модели
Ди
апазон
доз, р
а
в
с
х 10-3
Процент аберрантных
клеток
-1,9 0,9
Общее число аберраций
хромосом (на 100 клеток)
1,0 0,6
0,143 0,019
1,08 0,058
15-400
Сумма дицентриков и колец
(на 100 клеток)
-0,9 0,5
0,099 0,017
0,49 0,052
15-400
0, -0,125 0,034
15-500
274 0,012

8.

5. Калибровочные кривые, рекомендуемые для целей биологической
дозиметрии при относительно равномерном облучении человека.
Рис. 5.1 Калибровочные кривые для оценки поглощенной дозы по
цитогенетическим показателям: проценту аберрантных клеток (А), общему числу
аберраций хромосом (Б) и сумме дицентриков и колец (В).
Аберрантные клетки, %
А
100
80
60
40
20
0
0
100
200
300
400
500
Доза, Р
600

9.

Сумма аберраций на
100 клеток, %
Б
300
200
100
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Доза, Р
Дицентрики и кольца на
100 клеток
В
120
100
80
60
40
20
0
0
50
100
150
200
250
Доза, Р
300
350
400
450

10.

На рис. 5.1. представлены калибровочные кривые по трем основным цитогенетическим
показателям: проценту аберрантных клеток, общей частоте аберраций хромосом и
суммарной частоте дицентрических и кольцевых хромосом.
Анализ калибровочных кривых показывает, что уверенная регистрация дозы облучения с
помощью указанных цитогенетических показателей возможна в диапазоне доз 15 400 р. При
этом видно, что в качестве теста оцениваемой дозы лучше всего подходят показатели процента
аберрантных клеток и суммарное число аберраций хромосом. Эти два цитогенетических
значения (особенно процент аберрантных клеток) во всем диапазоне доз имеют вполне
приемлемую точность в оценке дозы радиации. По проценту аберрантных клеток с 95%-ным
доверительным интервалом возможна регистрация дозы облучения с ошибкой, не
превышающей 40% при дозе 50 р, 30% при 100 р, 20% при 200 р, 15% при 300 р и 20% при 400
р.
Точность же оценки дозы радиации по дицентрикам и кольцам сказалась почти в два раза ниже по
сравнению с двумя предыдущими тестами, а диапазон уверенной регистрации доз облучения меньше
(50 300 р).
Следует указать еще на один недостаток оценки дозы облучения только по дицентрикам и
кольцам. Как показывают наши собственные, а также литературные данные при облучении лимфоцитов в
дозах ниже 50 р частота аберраций этого типа слишком незначительна, чтобы служить основой
биологической дозиметрии. Поэтому при построении калибровочных кривых для целей биологической
дозиметрии не следует ограничиваться анализом только дицентриков и колец, как это обычно до сих пор
делалось. Необходимо одновременно учитывать несколько показателей, а именно, процент аберрантных
клеток и суммарное число аберраций хромосом, тем более, что регистрация дозы по этим двум
показателям значительно точнее и охватывает более широкий диапазон доз. К тому же,
дифференциальный учет аберрантной и неаберрантной клеток является наиболее простым, что позволяет
применить машинный анализ при цитогенетическом исследовании.

11.

Пример расчета дозы гамма-облучения по рекомендуемым калибровочным
кривым
При цитогенетическом анализе облученных in vitro лимфоцитов периферической
крови человека получены следующие данные: частота аберрантных клеток — 58%,
общее число аберраций хромосом на 100 клеток — 91, сумма дицентриков и колец на 100
клеток — 56.
На графиках А, Б и В по оси ординат откладываем соответственно приведенные
выше значения цитогенетических показателен. Из полученных точек проводятся
параллельно оси абсцисс линии до пересечения с калибровочной кривой и линиями
доверительных интервалов. Из точек пересечения опускаем перпендикуляры к оси
абсцисс. Точка пересечения перпендикуляра от калибровочной кривой дает среднее
значение полученной дозы гамма облучения, а точки пересечения перпендикуляров от
линий доверительных интервалов минимально и максимально возможные значения
этой дозы (с вероятностью 95%).
Для конкретного примера доза гамма-облучения, оцененная по каждой из трех
калибровочных кривых, составляет: по проценту аберрантных клеток — 238 р (минимум
— 190, максимум — 286); по суммарной частоте аберраций хромосом — 230 р (минимум
— 185, максимум — 285); по суммарной частоте дицентриков и колец — 240 р
(минимум — 184, максимум — 325).

12.

Литература
1. Севанькаев А. В., Насонов А. П. Калибровочные дозовые кривые
хро-мосомных аберраций человека // Мед. радиология. 1978. Т. 13, № 6.
С. 26-33.
2. Севанькаев А. В., Насонов А. П. Применение анализа
хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови человека
для биологической дозиметрии. /Радиация и организм. Под ред. Е. К.
Жербина. - Обнинск, 1975. С. 93-94.
3. Шевченко В. А., Акаева Э. А., Елисеева И. М. И др. Использование
метода биологической дозиметрии в условиях аварии на ЧАЭС.
/Проблемы безопасности в чрезвычайных ситуациях. - М., 1990, Вып. 12.
С. 69-90.