Рожденная веком

Радиация и прогресс

Командировка весной 1977 года в Польшу на совещание экспертов стран СЭВ обещала быть интересной не только возможностью обсуждения актуальных радиобиологических проблем с ведущими специалистами социалистических стран, но и еще по двум причинам. Наш первый визит в Варшаве намечался в Институт, основанный Марией Склодовской-Кюри, а совещание СЭВ было намечено в г. Гливице, что в нескольких десятках километров от места, где 32 года назад меня застал день Великой Победы.

Поезд прибыл на перрон великолепного современного здания Варшавского вокзала, одного из лучших в Европе. И через 15 минут мы с Е. С. Киселевой (моей спутницей в командировке) в кабинете Марии Кюри. Невольно вспоминаются два эпизода из истории: более полувека назад, в солнечный летний день 1925 года, первый кирпич будущего института радия кладет президент Польши, второй — мадам Кюри, третий — президент города Варшавы. 29 мая 1932 года коллега и друг Марии Кюри профессор Рего (крупнейший радиолог) открывает этот институт. В тот день Мария в последний раз видит Польшу. 4 июля 1934 года в возрасте 67 лет она скончалась в Париже от злокачественного заболевания крови...

Профессор Тадеуш Кошаровский — директор Института онкологии им. Марии Склодовской-Кюри (так теперь называется Институт радия)— горячий патриот своей Родины, ведет нас к бронзовой скульптуре великой Марии. Скульптор запечатлел ее в последние годы жизни, глубоко задумавшейся над возможными последствиями собственных открытий... Трагедийность и торжественность ситуации подчеркиваются тремя пулевыми пробоинами в теле статуи — варварскими следами фашизма, попранного бронзовыми стопами маленькой женщины-кумира и героини своей Родины, крупнейшего ученого, имя которого украшает историю великих дел Планеты.

Сегодня взору Марии предстал бы гигантский размах ее начинаний, их определяющая роль в мировом прогрессе. Нет такой области знаний, в которой бы так или иначе не использовались ионизирующие излучения. Они, сопровождая все живое на земле, оказывали в прошлом непосредственное влияние на ход эволюции, и сегодня позволяют проникнуть в историю нашей планеты и в судьбы сменявших друг друга цивилизаций, раскрывая секреты прикрытой веками и тысячелетиями таинственной неизвестности.

Атомная энергетика уже сегодня занимает солидное место в мировом хозяйстве. А в будущем она проникнет во все уголки жизни и деятельности человека. Уже к концу нашего столетия общая мощность атомных электростанций на земле превысит сотни миллионов киловатт. Ядерные двигатели займут прочное место на крупных океанских и воздушных лайнерах и уж наверняка обеспечат освоение других планет, а возможно, и зондирование иных галактик.

Но это — крупномасштабные энергосистемы. Между тем многие сотни и тысячи наших современников, по-недавним понятиям считавшихся обреченными, живут, работают, любят и радуются благодаря крошечным стимуляторам сердечной деятельности, работающим на атомном «топливе». Ядерная медицина сегодня — это узаконенная огромная область прикладных исследований. Горизонты ее необозримы. К услугам специалистов бесчисленное множество радиоактивных изотопов и меченных ими соединений, поставляемых природой, радиохимическими лабораториями и промышленностью с помощью ядерных реакторов и ускорителей.

Здесь и относительно долгоживущие и существующие недели, дни, часы и минуты изотопы. Каждому — своя область применения. С их помощью удается проникнуть в тончайшие механизмы обмена веществ, проследить за его нормальным ходом в организме и проконтролировать ошибки при различных болезненных состояниях.

Всем этим занимается радиоизотопная диагностика. Ее лозунг — видеть с помощью невидимого, и сегодня она оснащена для этого самой совершенной техникой, включая точнейшие счетчики, регистрирующие все виды ионизирующих излучений, электронно-вычислительные машины и компьютеры.

Профессор Р. И. Габуния, возглавляющий отдел радиоизотопной диагностики Онкологического научного центра АМН СССР, рассказывает, что уже сегодня, используя достижения физики, химии и радиоэлектроники, с помощью меченых атомов выявляются ранние патологические сдвиги, когда они еще не ощущаются человеком. Меченые соединения позволяют визуализировать (получать изображение) отдельные органы, недоступные инструментальным методам исследования. С их помощью определяют врожденные пороки сердца, поражение сердечной мышцы и сосудов, выявляют ранние нарушения функции легких и самые начальные расстройства внешнего дыхания. Особенно ценные данные получают с помощью радиоизотопных методов при диагностике злокачественных новообразований и оценке их распространенности применением радиоактивного фосфора, цитрата галия и меченых антибиотиков.

Новейшее достижение техники — сцинтилляционная гамма-камера позволяет определять функциональные нарушения быстро (в секунды) протекающих процессов коронарного и почечного кровотока. Таким путем, например, оказалась возможной ранняя диагностика вазоренальных (почечно-сосудистых) форм гипертонии, что позволило повысить эффективность ее лечения.

Большие перспективы заложены в применении ультракороткоживущих изотопов и нового направления диагностики, основанной на анализе гормонов, ферментов и других биологически активных веществ в 1 мл крови. Таким путем предполагается получить информацию, полезную для осуществления широких профилактических мероприятий по выявлению ранних форм злокачественных новообразований. Весьма важна возможность точного объективного контроля за радиоактивностью организма; высокочувствительные современные сцинцилляционные счетчики всего тела позволяют оценивать ее на уровне естественного фона.

Бурное развитие получили в последние годы имеющие большую историю методы рентгеновской диагностики. К их числу в первую очередь относятся ангио- и лимфография — исследование кровеносных сосудов и лимфатической системы с помощью рентгеноконтрастных веществ, а также топометрия и томография — получение изображения патологических очагов и отдельных органов на различных глубинах и «срезах» человеческого тела.

Возможности и разрешающая возможность этих и других методов рентгенодиагностики существенно повысились благодаря развитию и внедрению новой техники, в первую очередь электронно-оптических преобразователей, телевидения, видеомагнитофонов. Теперь эти методы используются не только для диагностики и контроля эффективности лечения, они резко облегчают осуществление сложнейших лечебных процедур и тонких оперативных вмешательств.

Перспективы участия атомной энергии в техническом прогрессе связаны с еще одной бурно развивающейся областью знаний — радиационной генетикой, оперирующей в лабиринтах биологического микромира.

Молекулярные ювелиры

Размер одной из самых гигантских молекул — молекулы ДНК — огромен, ее длина достигает 2 м. Однако диаметр ДНК не превышает 20 Å5. Представляя собой полимер, она состоит из нескольких сотен тысяч мономеров, называемых нуклеотидами, комбинаторика которых составляет гены, обеспечивающие необходимый запас и передачу информации, включающей все разнообразие признаков, характерных для данного вида.

Открытие Ф. Криком и Д. Уотсоном структуры ДНК сделало понятным молекулярный механизм мутаций, в том числе и вызываемых ионизирующей радиацией. Он состоит в выпадении отдельных оснований из состава нуклеотидов или вставке лишних единиц в молекулу ДНК, в результате чего искажается правильное считывание и синтез новых соединений. Познав причину мутаций, ученые сразу решили использовать последние во благо человека. Возникла почти фантастическая область знаний — генная инженерия. Ее конечные задачи определяются самим названием. Речь идет о конструировании гена, или, иными словами, об управлении наследственностью.

Не будем касаться этической стороны данного вопроса, предоставив это любителям бесплодной полемики, во-первых, по причине крайней отдаленности его приложения к человеку, а во-вторых, в согласии с мудрыми словами К. Гробстайна: «Прошлое создавало свои понятия, осмысливая то, что оно лишь смутно ощущало за всем этим,— понятия, порожденные невежеством и окрашенные предрассудками. Настоящее заставляет нас отказаться от старых, традиционных понятий, потому что будущее должно быть основано на глубоком знании стратегии жизни, которое будет использоваться все более сознательно».

Покажем лишь на отдельных примерах сегодняшнего дня, заимствованных из книги В. Н. Сойфера, необозримые перспективы молекулярных ювелиров будущего.

Генетики, используя методы получения мутаций, закрепления их и последующей селекции, вывели новые, невиданные расцветки норок; в 1963 году на аукционе в Нью-Йорке ставшая королевой рынка зеленая норка побила все рекорды стоимости — 400 долларов за шкурку!

Я. Л. Глембоцкий, подвергнув генетическому анализу причины гибели серых каракулевых овец (ширази), предложил эффективный селекционный выход из этого положения. И теперь ширази разводятся без особого труда.

Почти на 40% повысился выход натурального шелка благодаря ювелирному искусству генетика В. А. Струн-никова. Зная, что мужские коконы дают значительно больше шелка, чем женские, Струнников с помощью радиации принял решение осуществить дерзкий эксперимент — пересадить контролирующий темную окраску ген из одной хромосомы (аутосомы) в другую — половую хромосому. Задумано и сделано (легко сказать, на самом деле ученый затратил на эту операцию титанический труд); ген темной окраски перекочевал в женскую хромосому, и тепёрь только женские коконы окрашены в темный цвет. Фотоэлементу, вмонтированному в нехитрую машину, оставалось лишь сортировать грену шелкопрядов на темную и светлую — светлая была мужской .и ее оставляли для получения тяжелых коконов.

Колоссальные успехи имеет радиационная генетика в сельском хозяйстве.

Ее методами выведены высокоурожайные кустовые формы ячменя и фасоли, ранее не встречавшиеся в природе. Почти вдвое повысилась урожайность мутанта Петкусской ржи. В Швеции выведены новые сорта гороха, пшеницы и фасоли. Многие радиационные сорта обладают неполегаемостью, устойчивостью к болезням и другими полезными свойствами.

В нашей стране ведутся работы по выведению радиационных сортов томатов, люпина и хлопчатника. Крупнейшие успехи достигнуты в селекции микробов, продуцирующих антибиотики. Удалось получить штаммы микроорганизмов, дающих в сотни и тысячи раз больше антибиотиков, чем их исходные формы.

Большую экономическую выгоду сулит получение и разведение полиплоидных (содержащих много хромосомных наборов) сортов растений, дающих вдвое больше товарной продукции. Уже сейчас освоены полиплоидные сорта гречихи, яблони, редиса, винограда, укропа, шпината, ржи, турнепса и сахарной свеклы.

Потрясающие результаты получены методом гибридизации, когда используют первое поколение от скрещивания растений чистых линий, наследующих признаки обоих родителей. Прибавка урожая по сравнению с исходными родительскими культурами составляет для различных растений от 25 до 80%. В США, например, в 1952 году прибыль от введения гибридной культуры составила 10 млн. долларов, а в результате гибридизации пшеницы поставлена задача довести ее урожай до 70— 100 ц/га.

Из-за малых земельных площадей особое развитие гибридизация получила в Японии. 70% земель Болгарии также заняты гибридными сортами.

Большие работы по внедрению гибридизации в практику сельского хозяйства проводятся и в нашей стране. Некоторые гибридные сорта подсолнечника содержат рекордное количество жира — до 56%. Выведены новые гибриды томатов, сахарной свеклы, кукурузы и других овощных культур. Наибольшая работа предстоит в селекции зерновых культур. Повышение содержания белка в зерне пшеницы на один процент обеспечит возможность прокормить в течение года 16 млн. человек; один дополнительный процент сахара в свекле позволит дополучать более 0,5 млн. т сахара.

Крайне перспективны гибриды первого поколения животных — крупного рогатого скота, овец, домашней птицы. Здесь, на смену бесшабашной лысенковщине, пришел трудоемкий, но научно обоснованный метод отбора и закрепления в потомстве находящихся под строгим генетическим контролем полезных признаков.

Радиобиологи широко используют линейных животных, их гибриды, чистые линии клеток, бактерий и их мутанты для проведения самых разнообразных экспериментов, направленных на познание фундаментальных закономерностей жизни. С помощью меченных радиоактивными изотопами тимидина и урацила, например, удается контролировать таинственный процесс образования живого — синтез ДНК и белка в отдельных клетках. В самое последнее время удалось объединить такие сложнейшие методы исследования, как электронную микроскопию и гисторадиоавтографию, получив на этом пути возможность контроля за структурой и функцией отдельных субклеточных органелл и даже составляющих их компонентов. Многие результаты этих исследований уже сейчас используются на практике. Например, экспериментальная и клиническая онкология крайне заинтересована в информации о состоянии кинетики клеточных популяций опухолей, оцениваемой методами гисторадиоавтографии. Эти же сведения в отношении многих тканей, органов и систем нужны другим клиническим дисциплинам, а также фармакологии при разработке эффективных лекарственных препаратов.

В значительном числе случаев непосредственную практическую значимость перечисленных и других исследований предсказать нельзя, да и не следует пытаться это делать. Вспомним хотя бы совсем недавние времена, когда Альберт Эйнштейн и А. Ф. Иоффе ходили в чудаках, а сегодня их имена благодарным человечеством навечно вписаны в историю. Назидательно в этом плане изречение нашего соотечественника К. А. Тимирязева: не в поисках за ближайшими приложениями возводится здание науки, а приложения только являются крупицами, падающими с ее стола.

Радиобиология — человечеству

Далеко не полное описание созидательного участия атомной энергии в мировом прогрессе порадовало бы Марию Склодовскую-Кюри, но я не уверен, исчезла ли бы при этом задумчивость с ее чела, запечатленная в великолепной Варшавской скульптуре... Собственными руками ученого из восьми тонн уранита был добыт первый на свете грамм радия, а теперь его многочисленные «сородичи», добываемые в огромном количестве, грозят заполонить мир, и Марию волнует степень ответственности тех, кто будет на страже будущего человечества от нынешних атомных «щедрот».

Сегодня мы успокоили бы ее, рассказав о рождении целой науки, выполняющей эту функцию. Именно радиобиология призвана познать и правильно оценить последствия расширяющихся контактов человечества с радиационным спутником прогресса, сопоставив между собой риск и пользу этого содружества, тем более что развитие самой радиобиологии, ее фундаментальных и прикладных аспектов также неизбежно связано с вовлечением в сферу воздействия радиации все больших контингентов людей.

На самом деле, разве не заманчивы перспективы создания туморотропных радиоактивных лекарств, избирательно атакующих раковые клетки? А повышение разрешающей способности методов лучевой диагностики самых различных заболеваний, да еще на самых ранних стадиях их возникновения!

Есть еще целая область исследований, связанных со стимулирующим действием малых доз, излучения. Горячий поклонник этих работ в нашей стране А. М. Кузин неоднократно демонстрировал возможности повышения таким путем урожайности многих сельскохозяйственных культур.

Один из перспективных методов борьбы с вредителями — радиационная стерилизация самцов. Он основан на лабораторном разведении подлежащих уничтожению насекомых, их стерилизации и выпуске в расчете на отсутствие потомства при спаривании самок со стерилизованными самцами. Этот метод успешно апробирован в США для ликвидации мясной мухи. Во Флориде была построена «мушиная фабрика», где разводили и стерилизовали несколько миллионов мух в неделю, а затем выпускали над полями, зараженными паразитами. За несколько лет южные штаты освободились от злого губителя скота. Метод «стерильных самцов» разрабатывается и в нашей стране для уничтожения различных насекомых-вредителей. Он абсолютно безопасен для других организмов и высокоэффективен, в связи с чем, несмотря на дороговизну, вытесняет химические методы борьбы.

А преодоление тканевой несовместимости при пересадке органов радиационным подавлением трансплантационного иммунитета? Это ли не увлекательнейшая актуальная проблема современности?

Успешное решение перечисленных ц многих других проблем, на которые не хватит ни времени, ни места, ни фантазии, радиобиология видит в двух основных направлениях исследований. Первое из них состоит в развитии молекулярно-радиобиологических работ. На этом пути уточняются первичные процессы радиационных повреждений макромолекул и их роль для судьбы облученной клетки. Здесь уже сегодня открыты десятки ферментов, осуществляющих репарацию поврежденных молекул, изучены сложные механизмы работы каждого из них в отдельности, а также их комплексных взаимодействий. В самое последнее время обнаружены дефекты в работе систем репарации, которые сами по себе приводят к новым повреждениям. Открытие этого, на первый взгляд парадоксального, явления — мутацйй через ошибки репарации — обостряет вопрос о генетических последствиях малых доз излучения. Вместе с тем оно не снимает с повестки дня проблему пороговое радиационно-генетических эффектов, если понятию «порог» придать статистический, вероятностный характер, представив его в виде некоей величины дозы, вызывающей превышение мутационного шума, обусловленного природным фоном радиации.

Второе направление исследований в определенной мере связано с первым; оно состоит в разработке средств и способов управления радиочувствительностью и прежде всего — ее ослабления (в усилении поражения, как упоминалось, заинтересована только радиоонкология). Речь идет в равной степени как о профилактике радиационных поражений, так и о купировании их последствий. Эта центральная проблема радиобиологии, в свою очередь, распадается на два направления работ, которые базируются на разных предпосылках. Одно из них связано с ослаблением лучевых поражений, вызванных облучением в больших дозах. Реальные ситуации такого рода возникают при использовании радиации для лечения опухолей, при авариях на атомных производствах и т. д. Речь идет преимущественно о создании протекторов и средств регуляции внутриклеточного кислородного режима. Разработка этого направления усиленно проводится во многих химических и радиобиологических лабораториях мира с привлечением самой совершенной техники. Достаточно указать на ювелирную электронную технологию, позволяющую с помощью датчиков диаметром в 1 мк получать информацию о состоянии окислительно-восстановительных процессов не только в клетке, но и в ее отдельных компартментах.

Разрабатываются подходы и к заместительной терапии, прежде всего на пути культивирования кроветворных клеток, создания их запасов и преодоления иммунологического барьера, препятствующего гемотрансплантациям.

При разработке способов ослабления влияния малых уровней радиации используются другие подходы, так как пока отсутствуют доказательства снижения слабых радиационных эффектов с помощью изученных протекторов. Здесь прежде всего изучаются средства, контролирующие объем репарации и повышающие эффективность соответствующих ферментных систем клетки.

Возвращаясь к функциям радиобиологии, определяемым необходимостью трезвой оценки ситуации сегодняшнего дня и перспектив, связанных с неизбежным расширением сфер применения ядерной энергии, следует помнить, что сейчас в этом направлении сосредоточены усилия не только радиобиологов, но и специалистов самых различных смежных профессий. При этом наряду с оптимистами (которых, пожалуй, большинство) имеются и оппозиционно настроенные люди.

Споры ведутся горячие и в самых разных аудиториях. Примером тому может служить доклад председателя управления по атомной энергии Соединенного Королевства сэра Джона Хила на тему «Злоупотребление ядерной энергией», сделанный им в Лондоне на специальной конференции «Ядерная энергетика и интересы населения», организованной «Файнснишл тайме» в июне 1976 года. Полный текст стал известен, когда писались эти строки, так как он был опубликован в последнем бюллетене МАГАТЭ. Основные мысли Д. Хилла, анализ и оценка ситуации столь интересны, что заслуживают посвящения в них читателя этой книжки, тем более что они близки ее автору, являющемуся горячим приверженцем оптимистических прогнозов.

К числу всевозможных аспектов злоупотреблений ядерной энергией, таких, как угроза ядерного нападения, загрязнение окружающей среды, небрежное использование и эксплуатация ядерных материалов и устройств и др., докладчик относит также необоснованные и вводящие в заблуждение нападки, которым очень часто подвергается ядерная промышленность. Между тем вся история человечества, начиная с зарождения цивилизации, характеризуется стремлением найти более мощный источник энергии. По мере того как автомобиль, поезд и самолет сменяли почтовую карету, а фабрика — деревенскую кузницу, более крупными становились аварии; при падении со скалы почтовой кареты могли погибнуть шесть человек, а не сотни, как это случается при воздушных катастрофах.

Без колес у нас не было бы автомобиля и железных дорог, но также полевых орудий и танков. Без химии мы не сумели бы создать не только удобрения и лекарства, но и снаряды, бомбы и отравляющие вещества. Без ядерной физики у нас не было бы атомной бомбы и плутония, т. е. отсутствовал бы безграничный источник энергии, который обеспечит жизнь будущих поколений, когда истощатся ценные резервы нефти и газа. С учетом всего этого становится особенно актуальным реализм в оценке возможного ущерба здоровью населения, наносимого развивающейся атомной промышленностью. В этом плане, как замечает Д. Хилл, дискуссия о плутонии носит больше эмоциональный, чем рациональный характер, ибо по токсичности при попадании с пищей или водой плутоний нельзя сравнивать со многими химикатами, широко используемыми в повседневной жизни.

Главная опасность плутония и других источников излучения — возможность повышения частоты заболеваний злокачественными новообразованиями. Среди них особую роль играют лейкозы, которые наиболее часто связывают с атомной энергией. К сожалению, в этом случае заключения делаются без должной связи со статистикой. Между тем из данных десятилетнего анализа службы регистрации актов гражданского состояния по всем отраслям промышленности Англии следует, что смертность от лейкозов среди драпировщиков и работников текстильной промышленности в 2 раза с лишним выше средних показателей по стране. Значит ли это, однако, что обивка мебели вызывает лейкоз? Возможно, но не очень вероятно, говорит Хилл, и, пожалуй, с ним трудно не согласиться.

При объективном анализе тех же статистических данных можно легко убедиться, что в отраслях промышленности, применяющих высококвалифицированный труд, отмечается наивысшая продолжительность жизни и наиболее низкая смертность. В этом плане атомная промышленность находится в особом положении, так как имеет хорошие условия труда, систематический медицинский контроль и статистику и, кроме того, отличается высокой профессиональной заинтересованностью персонала. Отсюда и статистические показатели в ней благоприятнее средних цифр, характеризующих все население. В этом легко убедиться из приводимой Хиллом таблицы о фактической и предполагаемой (согласно средним данным) смертности в системе атомной промышленности Соединенного Королевства (табл. 3).

Таблица 3

Фактическая и предполагаемая смертность среди мужчин — сотрудников атомной промышленности Англии и пенсионеров и 1962—1974 годах (Д. Хилл, 1977)

Обращаясь в конце доклада к критикам, выступающим против атомной энергии, Хилл вопрошает об альтернативе, гарантирующей лучшие перспективы по сравнению с атомной энергией, и, не видя таковой, характеризует пренебрегающую статистическими данными критику как злонамеренное отношение к атомной энергии, которое вредит прогрессу человечества.

Можно не соглашаться со столь острой постановкой вопроса, тем более что она исходит от крупного руководителя атомной промышленностью, но нельзя отказать в полезности широкого обсуждения проблемы, последнее слово в котором за радиобиологией — в этом ее цель как детища века.

Мы начинали книгу со слов Фредерика Жолио-Кюри. Его же изречением хочется закончить изложение и с радостью присоединиться к пожеланиям нашего великого современника-гуманиста: «...Я хочу, чтобы как можно скорее перестали говорить: «Наука нас ведет к гибели от атомной и водородной бомбы», я хочу, чтобы, наконец, мы могли работать спокойно, ничего не опасаясь, и вновь с радостью приносить миру ценнейшие дары науки».