Невидимый современник

В рассрочку

Напрашивается вопрос: что, если смертельную дозу облучения дать не сразу, а разделить на большое число маленьких частей? Например, вместо того чтобы сразу облучить мышей дозой 1000 рентген, давать им ежедневно, скажем, в течение ста дней по десять рентген? Ведь с практической точки зрения это очень важно. Однократную смертельную дозу в мирное время получить мудрено, чаще можно столкнуться с повторными облучениями небольшими дозами. Насколько они опасны?

Вопрос не такой простой, и в двух словах на него ответить невозможно. Тем более что всего несколько лет назад казалось, что все уже понятно, а совсем недавно выяснились новые и неожиданные факты.

На вопрос о смертности облученных животных (при использовании обычных источников облучения) можно ответить довольно просто. Чем больше растягивать облучение, тем смертность ниже. Если, например, мышам давать каждый день дозу в 10 рентген, они живут в среднем около 150 дней, то есть успевают накопить дозу в 1500 рентген, которой при однократном применении более чем достаточно, чтобы убить их всех за три с половиной дня.

Уменьшение эффекта наблюдается не только при фракционировании (дроблении) дозы, но и при ее растягивании во времени. Если, например, облучить мышей с интенсивностью 2500 рентген в час, то для того, чтобы убить 50 процентов животных, понадобится 1000 рентген, а при интенсивности 5 рентген в час — 2700 рентген!

Все было бы очень просто, если бы так получалось всякий раз. Но фактор времени далеко не всегда изменяет эффект облучения. Иногда оказывается совершенно безразличным, дана ли большая доза за несколько минут, растянута ли во времени или разделена на несколько частей. Именно так обстоит дело с возникновением мутаций (наследственных изменений) в опытах с плодовой мушкой и с другими объектами. Есть указания на то, что фактор времени не играет роли при возникновении рака.

Но чаще всего при фракционировании и при облучении с меньшей интенсивностью эффект, вызываемый лучами, уменьшается. Выходит, что в одних случаях наблюдается полное суммирование общей дозы, тогда как в других оно неполное; по-видимому, в этих случаях живые организмы или их клетки способны восстанавливаться от последствий облучения.

Все это можно прочесть в любом более или менее старом руководстве по радиобиологии. Однако последние годы принесли в проблему фактора времени новые наблюдения, смысл которых еще не совсем ясен.

В конце 40-х годов лаборатория, где я работал, занималась изучением вопроса, как влияют на живые организмы радиоактивные «осколки» — продукты деления урана. То были годы бурного развития атомной техники, и понятно, что перед нашей лабораторией стояла важная задача. Нужно было, в частности, выяснить, что происходит в клетках гороха после намачивания его семян в растворах осколков разной концентрации.

Что получится, если взять более разбавленный раствор, но держать в нем семена дольше? На основании существовавшей литературы можно было ожидать одного из двух: либо эффект уменьшится, либо останется неизменным. Однако в наших опытах более разбавленный раствор (применяемый соответственно дольше) оказывал больший эффект! Конечно, это могло объясняться не чистой радиобиологией, а скорее физиологией. Ведь мы намачивали семена, и из-за разной скорости накопления радиоактивного изотопа они могли получить разные дозы.

Для проверки ставится «чистый» опыт. Семена облучают извне гамма-лучами, общие дозы в точности одинаковы, однако и здесь растянутое облучение дает больший эффект. В чем же дело? Почему наши результаты противоречат всей литературе? Но мы работали с другой шкалой времени, чем прежние авторы. Они варьировали время в течение минут, а мы — часов. Может, все дело именно в этом?

Ставятся еще опыты, и они подтверждают сделанный вывод. Действительно, с увеличением продолжительности облучения эффект вначале уменьшается, а затем растет. Но как объяснить обратный фактор времени? Убедительного ответа не было.

Через некоторое время, в 1951 году, в печати появилась работа англичанина Лэйна, где описывались аналогичные результаты. Она привлекла довольно широкое внимание ученых, потому что противоречила существовавшим взглядом. Начали проверять данные, полученные Лэйном. И… большинство авторов никакого обратного фактора времени не обнаружило. Ученый мир успокоился. Правда, кое-кто подтвердил Лэйна, но этих работ постарались «не заметить».

Шли годы… И нет-нет, да и получит кто-нибудь больший эффект при растянутом облучении. Такие результаты накапливались. И в самое последнее время пришлось всерьез заняться этим вопросом. Опять вспомнили Лэйна, вспомнили и мою старую статью. Но как объяснить обратный фактор времени, до сих пор неясно. Конечно, в гипотезах нет недостатка. Но ни об одной из них пока нельзя сказать, что она действительно верна.

С изучением фактора времени произошла характернейшая история. Изучали, разобрались и с благодарностью оставили (с благодарностью — потому, что проведенные исследования помогли кое в чем разобраться). А прошло несколько лет, и новые факты ставят старые представления с ног на голову, и приходится почти что все начинать сначала. Но это хорошо. То положительное, что дали старые работы, остается, а новые еще больше углубят и уточнят наши знания. Таков естественный путь развития науки.

Мягкие и жесткие

Еще больше, чем опыты по фактору времени, помогают понять механизм действия радиации исследования зависимости эффекта от жесткости лучей и от типа применяемых излучений.

До войны основными ионизирующими лучами, с которыми могли экспериментировать радиобиологи, были электромагнитные излучения: рентгеновы и гамма-лучи. Альфа- и бета-лучи имеют очень короткую длину пробега в ткани, и ими можно облучать только «мелочь»: бактерии, пыльцу растений и т. п. Нейтроны были открыты лишь недавно и оставались для биологов труднодоступной диковинкой, а о могучих ускорителях заряженных частиц никто и не думал.

Конечно, интересно было узнать, как зависит эффект от длины волны, или, другими словами, от жесткости излучения, так как рентгеновы лучи высокой энергии часто называют жесткими, а малой энергии — мягкими. Но странное дело: в большинстве опытов жесткость излучения на эффект не влияла. Только совсем-совсем мягкие лучи (с которыми тоже не так просто экспериментировать) давали больший эффект.

Биологам это казалось странным. Но физики объяснили, в чем дело. Ведь поглощение электромагнитных излучений может происходить по-разному. При фотоэффекте вторичный электрон получает всю энергию кванта, а при комптон-эффекте — только часть. Оказалось, что в довольно широком диапазоне энергий рентгеновых и гамма-лучей средняя энергия вторичных электронов остается примерно одинаковой, так как по мере возрастания энергии квантов увеличивается удельный вес комптон-эффекта. Но ведь для биологического эффекта важно не то, что вышло из рентгеновской трубки, а лишь то, что поглотилось в облучаемом объекте.

Быстрые нейтроны (при облучении которыми ионизируют, как мы помним, не они сами, а протоны отдачи) вызывали, как правило, значительно больший эффект, чем рентгеновы или гамма-лучи. Бета-лучи давали примерно то же, что рентгеновы. А альфа-лучи занимали промежуточное положение между рентгеновыми лучами и быстрыми нейтронами. На разных объектах и для разных изучаемых эффектов наблюдались, конечно, некоторые различия, но в общем картина была примерно такая, как я только что сказал.

С началом атомной эры арсенал радиобиологов очень сильно расширился. И стали наблюдаться на первый взгляд странные явления. Например, протоны в некоторых опытах, вместо того чтобы давать в несколько раз больший эффект, вели себя, как и обычные рентгеновы лучи… Но раньше единственные протоны, с которыми экспериментировали биологи, получались при нейтронном облучении, и притом вполне определенными нейтронами. А теперь протоны, которые применялись в опытах, были разными. Собственно, протоны были, конечно, одинаковыми, разнилась их энергия.