Combined biological effect of ionizing radiation and other hazardous environmental factors (scientific review)

"Radiation and Risk". 2001. Vol. 12, pp.117-134

Authors

Petin V.G., Dergacheva I.P., Zhurakovskaya G.P.
Medical Radiological Research Center of RAMS, Obninsk.

Abstract

The Chernobyl accident and other radiation-related accidents are characterized by involvement of a variety of hazardous factors which aggravate the damaging action of ionizing radiation. The synergetic effect of different agents can exacerbate anticipated consequences of an accident. This review attempts to establish regularities in biological responses to the combined effect of ionizing radiation and other hazardous environmental factors of chemical, biological or physical nature. A series of universal features accounting for responses of different cell-systems, ani- mals and people have been identified. These features do not depend on the nature of an agent used in conjunction with ionizing radiation or test-system and biological object under study. A conclusion is made regarding a possible significance of the synergetic effect resulting from interaction of various agents for enhancing consequences of the Chernobyl accident.

Key words
Radiation accidents, damaging effects, ionizing radiation, biological reactions, combined effects, Chernobyl accident.

References

1. Агаджанян Н.А., Ступаков Г.П., Ушаков И.Б. и др. Экология, здоровье, качество жизни. Москва-Астрахань: Издательство АГМА, 1996.

2. Акоев И.Г., Дубинин Н.П., Юров С.С. и др. К механизму цитогенетического действия адронов космической радиации и невесомости //Успехи космической биофизики. Пущино, 1978. С. 6-21.

3. Александров Н.Н., Савченко Н.Е., Фрадкин С.Э. и др. Применение гипертермии и гипергликемии при лечении злокачественных опухолей. М.: Медицина, 1980.

4. Антипов В.В., Давыдов Б.И., Вериго В.В., Свирежев Ю.М. О комбинированном действии различных факторов полета //Основы космической биологии и медицины. М.: Наука, 1975. Т. 2, кн. 2. С. 243-267.

5. Антипов В.В., Давыдов Б.И., Ушаков И.В., Федоров В.П. Действие факторов космического полета на центральную нервную систему //Проблемы космической биологии. 1989. Т. 66. С. 1-328.

6. Антипов В.В., Тихончук В.С., Ушаков И.В. и др. Состояние синапсов мозга крыс под действием факторов космического полета //Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1988. Т. 22, № 4. С. 54-61.

7. Антонов В.П. Чернобыль: психосоциальные аспекты медицинских последствий //Вестник Академии мед. наук СССР. 1991. № 11. С. 49-50.

8. Арский Ю.М., Данилов-Данильян В.И., Залиханов М.И. и др. Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать? М.: Изд-во МИЭПУ. 1997.

9. Артамонова В.Г., Ракитин И.А., Самородова Л.М. К вопросу комбинированного воздействия микроволн и мягкого рентгеновского излучения на функциональное состояние нейроэндокринной системы //Гигиеническая оценка факторов радиационной и нерадиационной природы и их комбинаций/Под ред. А.Н.Либермана. Л.: Минздрав РСФСР, 1976. С. 31-33.

10. Берштейн Л.М., Ларионов А.А., Цырлина Е.В. и др. Экстрагонадные эстрогены, возраст и гормональный канцерогенез //I съезд онкологов стран СНГ: Тез. докл. Москва, 1995. Ч. 1. С. 80.

11. Биофизические основы действия космической радиации и излучений ускорителей //Проблемы космической биологии/Под ред. А.М.Угольева, П.В.Васильева, О.Г. Газенко и др. Л.: Наука, 1989. Т. 60.

12. Божок О.В. Повреждение внешней мембраны эритроцитов при раздельном и сочетанном действии малых доз внешнего и внутреннего облучения, стресса и их коррекция //3-ий съезд по радиационным исследованиям: Тез. докл. Москва, Пущино, 1997. Т. I. С. 348-349.

13. Бреслер С.Е., Бекетова А.Г., Носкин Л.А. и др. Термоиндуцированная радиорезистентность клеток Escherichia coli //Радиобиология. 1984. Т. 24., Вып. 5. С. 50-57.

14. Бурлакова Е.Б., Голощапов А.Н., Горбунов Н.В. и др. Последствия чернобыльской катастрофы: Здоровье человека/Под ред. Е.Б.Бурлаковой. М.: Центр экологической политики России, 1996. С. 149-182.

15. Возняк В.Я. Социально-экономические проблемы реабилитации радиоактивно загрязненных территорий вследствие чернобыльской катастрофы и перспективы преодоления ее последствий //Радиоэкологические, медицинские и социально-экономические последствия аварии на Чернобыльской АЭС. Реабилитация территорий и населения: Тез. докл. – Москва, 1995. С. 157-164.

16. Гаврилов Л.Р., Календо Г.С., Рябухин В.В. и др. Ультразвук как средство усиления биологического действия ионизирующего излучения //VIII Всесоюзная акустическая конференция: Тез. докл. Москва, 1973. С. 165-168.

17. Головач И.Н., Жураковская Г.П., Комарова Л.Н., Петин В.Г. Прогнозирование и оптимизация синергизма при действии ультразвука и гипертермии //Акустический журнал. 1998. Т. 44., № 3. С. 354-358.

18. Горбунова Е.С., Мальцев В.Н., Тюрин Е.А. Исследование радиопротективных свойств антигенов шигелл //Радиобиология. 1981. Т. 21, Вып. 4. С. 591-594.

19. Григорьев Ю.Г. Космическая радиобиология. М.: Энергоатомиздат, 1982.

20. Григорьев Ю.Г. Радиационная безопасность космических полетов. Радиобиологические аспекты. М.: Атомиздат, 1975.

21. Григорьев Ю.Г., Бесхлебнова Д.И., Митяева З.И. и др. Комбинированное действие микроволн и гамма-лучей на импринтинг цыплят, облученных на стадии раннего эмбриогенеза //Радиобиология. 1984. Т. 24, Вып. 2. С. 204-207.

22. Григорьев Ю.Г., Данияров С.В., Молдоташев Б.У. и др. Исследование дозовой зависимости смертности крыс, облученных на разных стадиях адаптации к высокогорной гипоксии //Радиобиология. 1980. Т. 20, Вып.1. С. 114-117.

23. Григорьев Ю.Г., Дружинин Ю.П., Вериго В.В. и др. Основные задачи и результаты радиобиологического эксперимента на биоспутнике "Космос-690" //Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1977. Т. 11, № 5. С. 58-66.

24. Давыдов Б.И., Тихончук В.С., Антипов В.В. Биологическое действие, нормирование и защита от электромагнитных излучений. М.: Энергоатомиздат, 1984.

25. Динева С.Б., Абрамов В.И., Шевченко В.А. Генетические последствия действия нитрата свинца на семена хронически облучаемых популяций Arabidopsis thaliana //Генетика. 1993. Т. 29, № 11. - С. 1914-1920.

26. Добровольский Л.А. “Принцип максимума” при хроническом сочетанном воздействии радионуклидов и гипертермии и критерии гигиенического нормирования //Проблемы нормирования ионизирующих излучений в условиях воздействия модифицирующих факторов/Под ред. Л.А.Булдакова, В.С.Калистратовой. М.: Минздрав РФ, 1991. С. 250-255.

27. Додина Л.Г. Нарушение здоровья населения и механизмы адаптации в условиях воздействия антропогенных факторов малой интенсивности: Автореф. дис… докт. Санкт-Петербург, 1998.

28. Зоны хронического загрязнения вокруг городских поселений и вдоль дорог по республикам, краям и областям Российской Федерации. Справочник. С.-Петербург, 1992.

29. Иваницкая Н.Ф. Оценка сочетанного действия ионизирующего излучения и ртути на репродуктивную функцию животных //Гигиена и санитария. 1991. - № 12. С. 48-51.

30. Иванов А.А., Мальцев В.Н. Синергизм и антагонизм действия ионизирующего излучения и вакцинации на организм //Методические аспекты гигиенического исследования сочетанных и комбинированных воздействий/Под ред. Л.А.Булдакова и В.А.Книжникова. М.: Минздрав СССР, 1986. С. 185-190.

31. Иванов В.В. Изменения в лимфоидной ткани крыс при хроническом их поражении стронцием-90 в сочетании с пестицидами //Проблемы нормирования ионизирующих излучений в условиях воздействия модифицирующих факторов/Под ред. Л.А.Булдакова, В.С. Калистратовой. М.: Минздрав РФ, 1991. С. 94-99.

32. Книжников В.А., Шандала Н.К., Петухова Э.В., Пуховский Н.Н. Роль субъективного фактора в оценке различными группами населения опасности для здоровья радиационного и других факторов риска //Радиоэкологические, медицинские и социальноэкономические последствия аварии на Чернобыльской АЭС. Реабилитация территорий и населения: Тез. докл. Москва, 1995. С. 88.

33. Книжников В.А., Шевц Й. Канцерогенность естественных альфа-радиоактивных нуклидов и роль химических компонентов минеральной пыли //Методологические аспекты гигиенического исследования сочетанных и комбинированных воздействий/Под ред. Л.А.Булдакова, В.С.Книжникова. М.: Минздрав СССР, 1986. С. 102-115.

34. Колесников П.А., Тиунов Л.А., Жербин Е.А. и др. Комбинированное действие ацетона и рентгеновского облучения //Фармакол. и токсикология. 1974. - № 4. С. 446-449.

35. Комаров В.П., Петин В.Г. Скворцов В.Г. Комбинированное действие УФ-света и α-частиц на дрожжевые клетки различных генотипов //Генетика. 1981. Т. 17, № 5. С. 814-821.

36. Коноплянников А.Г., Деденков А.Н., Курпешев О.К. и др. Локальная гипертермия в лучевой терапии злокачественных новообразований. М.: ВНИИМИ, 1983.

37. Кузин А.М. Проблемы синергизма в радиобиологии //Изв. АН СССР, Сер. биол. 1983. № 4. С. 485-502.

38. Кузин А.М., Цыб А.Ф., Ярмоненко С.П. и др. Теоретические основы использования некоторых модифицирующих агентов при лучевой терапии злокачественных новообразований //Радиобиология. 1981. Т. 21, Вып. 5. С. 744-751.

39. Кустов В.В., Тиунов Л.А., Васильев Г.А. Комбинированное действие промышленных ядов. М.: Медицина, 1975.

40. Лапша В.И., Бочарова Н.В., Уткина Л.И. и др. Структурно-функциональные изменения в симпатоадреналовой системе при длительном действии малых доз ионизирующего излучения и эмоциональном стрессе //3-ий съезд по радиационным исследованиям: Тез. докл. Москва, Пущино, 1997. Т. I. С. 368-369.

41. Либерман А.Н., Рамзаев П.В. Принципы нормирования ионизирующих излучений в условиях воздействия модифицирующих факторов //Проблемы нормирования ионизирующих излучений в условиях воздействия модифицирующих факторов/Под ред. Л.А.Булдакова, В.С.Калистратовой. М.: Минздрав РФ, 1991. С. 233-237.

42. Либерман А.Н., Саковская М.С., Бронштейн И.Э. и др. Экспериментальное изучение сочетанного действия рентгеновского излучения и шума //Гигиеническая оценка факторов радиационной и нерадиационной природы и их комбинаций/Под ред. А.Н.Либермана. Л.: Минздрав РСФСР, 1976. С. 54-58.

43. Лысина Г.Г. Комбинированное действие ионизирующих излучений и электромагнитных волн СВЧ в профессиональных условиях //Гигиеническая оценка факторов радиационной и нерадиационной природы и их комбинаций/Под ред. А.Н.Либермана. Л.: Минздрав РСФСР, 1976. С. 33-35.

44. Машнева Н.И. Модифицирующее действие некоторых химических веществ на репродуктивную способность животных в условиях радиационного воздействия //Проблемы нормирования ионизирующих излучений в условиях воздействия модифицирующих факторов/Под ред. Л.А.Булдакова, В.С.Калистратовой. М.: Минздрав РФ, 1991. C. 107-111.

45. Машнева Н.И., Рамзаев П.В., Пульков В.Н. и др. Модифицирующее действие алкоголя и курения на показатели здоровья при лучевых повреждениях //Проблемы нормирования ионизирующих излучений в условиях воздействия модифицирующих факторов/Под ред. Л.А.Булдакова, В.С.Калистратова. М.: Минздрав РФ, 1991. С. 112-117.

46. Минаев П.Ф. Влияние ионизирующих излучений на центральную нервную систему. М.: Наука, 1962.

47. Мухин И.Е., Боровикова Н.М., Сватков В.И., Наговицына Л.И. Трансформация равных биологических эффектов радия-226 и ТМТД при их сочетанном хроническом поступлении трем поколениям белых крыс //Гигиеническая оценка факторов радиационной и нерадиационной природы и их комбинаций/Под ред. А.Н.Либермана. Л.: Минздрав РСФСР, 1976. С. 77-83.

48. Мясник М.Н., Скворцов В.Г., Соколов В.А. Фотобиологические аспекты радиационного поражения клеток. М.: Энергоатомиздат, 1985.

49. Петин В.Г., Дергачева И.П., Романенко А.Г., Рябова С.В. Новая концепция оптимизации и прогнозирования эффектов синергизма при комбинированном воздействии химических и физических факторов окружающей среды //Российский химический журнал. 1997. Т. 41, № 3. С. 96-104. 50. Петин В.Г., Жураковская Г.П., Комарова Л.Н., Рябова С.В. Зависимость синергизма факторов окружающей среды от их интенсивности //Экология. 1998. № 5. С. 383-389.

51. Петин В.Г., Жураковская Г.П., Лисовский М.А. Некоторые радиобиологические аспекты комбинированных воздействий //Мед. радиология. 1993. Т. 38, № 3. С. 18-22.

52. Петин В.Г., Жураковская Г.П., Пантюхина А.Г., Рассохина А.В. Малые дозы и проблемы синергического взаимодействия факторов окружающей среды //Радиационная биология. Радиоэкология. 1999. Т. 39, Вып. 1. С. 116-129.

53. Петин В.Г., Комаров В.П. Количественное описание модификации радиочувствительности. М.: Энергоатомиздат, 1989.

54. Петин В.Г., Рябченко Н.И., Суринов Б.П. Концепции синергизма в радиобиологии //Радиационная биология. Радиоэкология. 1997. Т. 37, Вып. 4. С. 482-487.

55. Петин В.Г., Сынзыныс Б.И. Комбинированное воздействие факторов окружающей среды на биологические системы. Обнинск: ИАТЭ, 1998.

56. Рябова С.В., Петин В.Г. Математическое описание выхода мутаций при комбинированном воздействии различных мутагенов //Генетика. 1998. Т. 34, № 7. С. 1157-1156.

57. Саковская М.С., Бронштейн И.Э., Либерман А.Н. и др. Экспериментальное исследование сочетанного рентгеновского и СВЧ-облучения //Гигиеническая оценка факторов радиационной и нерадиационной природы и их комбинаций/Под ред. А.Н.Либермана. Л.: Минздрав РСФСР, 1976. С. 37-41.

58. Суринов Б.П., Карпова Н.А. Сочетанное воздействие ионизирующей радиации и стресса на антителогенез у мышей //Радиац. биология. Радиоэкология. 1996. Т. 36, Вып. 3. С. 359-364.

59. Тиунов Л.А., Жербин Е.А., Жердин Б.Н. Радиация и яды. М: Атомиздат, 1977.

60. Тиунов Л.А., Качурина Н.А., Смирнова О.И. Радиосенсибилизирующее действие некоторых органических перекисей //Радиобиология. 1966. Т.6, Вып. 3. С. 343-348.

61. Тиунов Л.А., Кустов В.В. Комбинированное биологическое действие химических соединений, а также химических и физических факторов внешней среды //Журнал Всесоюзного хим. общества им. Д.И.Менделеева. 1974. Т. 19, № 2. С. 164-169.

62. Фарбер Ю.В., Табакова Л.А., Шафиркин А.В. Исследование влияния длительного вращения на радиационное поражение организма //Космическая биология и космическая медицина. 1978. Т. 12, № 4. С. 46-50.

63. Федоров В.П., Ушаков И.Б. Кариометрическая оценка реакции нейронов коры мозга крыс на комбинированное действие ионизирующего излучения, продольных перегрузок и вибрации //Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1987. Т. 21, № 3. С. 39-42.

64. Ференц В.П., Прилипко В.А. Образ жизни населения, подвергшегося радиационному воздействию, как фактор, формирующий здоровье //Вестник Акад. мед. наук СССР. 1991. № 11. С. 45-46.

65. Цыб А.Ф., Иванов В.К., Бирюков А.П., Эфендиев В.А. Эпидемиологические аспекты радиационного канцерогенеза //Радиация и риск. 1995. Вып. 6. С. 78-122.

66. Чеснокова А.П., Степанов А.И. Общая заболеваемость и временная потеря трудоспособности у лиц, работающих в условиях комбинированного рентгеновского и электромагнитного СВЧ-излучения по данным диспансерного наблюдения //Гигиеническая оценка факторов радиационной и нерадиационной природы и их комбинаций/Под ред. А.Н.Либермана. Л.: Минздрав РСФСР, 1976. С. 35-36.

67. Шатская В.А., Красильников М.А. Влияние половых стероидных гормонов на скорость обмена фосфолипидов в опухолях матки и молочной железы //I съезд онкологов стран СНГ: Тез. докл. Москва, 1995. Ч. 1. С. 88.

68. Шихман С.М., Гейшин М.А., Кметь А.М. и др. Разработка антиканцерогенного пищевого рациона и его внедрение в регионе с высоким риском рака //I съезд онкологов стран СНГ: Тез. докл. Москва, 1995. Ч. 1. С. 48.

69. Шуба Е.П., Балицкий К.П., Панфилова Т.К., Баран Л.А. Комбинированное действие рентгеновского излучения и ультразвука на рост экспериментальных опухолей //Мед. радиология. 1976. Т. 21, № 9. С. 42-47.

70. Шубик В.М., Колотвин В.А., Либерман А.Н. и др. Влияние сочетанного СВЧ и рентгеновского облучения на иммунологическую реактивность //Гигиеническая оценка факторов радиационной и нерадиационной природы и их комбинаций/Под ред. А.Н.Либермана. Л.: Минздрав РСФСР, 1976. С. 42-44.

71. Archer V.E., Gillam J.D., Wagoner J.K. Respiratory disease mortality among uranium miners //Ann. N. Y. Acad. Sci. 1976. V. 271. P. 280-293.

72. Bonnet-Maury P. Effect protecteur de l'oxyde de carbon et autres gaz sur la souris irradiee in toto par des rayons roentgen //Acta Radiol. Suppl. 1954. N 116. P. 681-682.

73. Calkins J., Ballard R., Gillespie M. Ultraviolet light induced reactivation of alpha-irradiated yeast cells //Radiat. Res. 1978. V. 73, N 3. P. 440-451.

74. Calkins J., Todd W. Evidence for triggered or activated radiation repaire system in Saccharomyces cerevisiae //Int. J. Radiat. Biol. 1968. V. 14, N 5. P. 487-491.

75. Cancer Therapy by Hyperthermia, Drugs and Radiation. Proceed. Third International Symposium. Eds. by L.A.Dethlefsen, W.C.Dewey. Bethesda: National Cancer Institute, 1982.

76. Dietzel F. Tumor und Temperatur. Aktuelle Probleme bei der Anwendung thermischer Verfahren in Oncologie und Strahlentherapie. Munich, Berlin, Wien: Urban und Schwarzenberg, 1975.

77. Drasil V., Juraskova V. Effect of KCN on radiosensitivity of Ehrlich ascites tumor cells //Folia biol. 1964. - V. 10, N 5. P. 366-371.

78. Elkind M.M., Sutton H. Ultraviolet mitigation of X-ray lethality in dividing yeast cells //Science. 1958. V. 158, N 3331. P. 1082-1083.

79. Hahn G.W. Hyperthermia and Cancer. N.-Y.: Plenum Press, 1982.

80. Han A., Elkind M.M. Ultraviolet light and X-ray damage interaction in Chinese hamster cell //Radiat. Res. 1978. V. 74, N 1. P.88-100.

81. Haynes R.Y. Molecular localisation of radiation damage relevant to bacterial inactivation //Physical Processes in Radiation Biology/Eds. by L.Augenstein, R.Mason, B.Rosenberg. N.-Y.: Academic Press, 1964. P. 51-72.

82. Hyperthermic Oncology. Ed. by J.Overgaard. London and Philadelphia: Taylor and Francis. V. 1, 1984, V. 2, 1985.

83. Kunze-Muhl E. Observations on the effect of X-ray alone and in combination with ultrasound on human chromosomes //Hum. Genet. 1981. V. 57. P. 257-260.

84. Kuwabara Y.S., Matsubara S., Yoshimatsu S. et al. Combined effects of ultrasound and ionising radiation on lymphocyte chromosomes //Acta Radiol. Oncol. 1986. V. 24, N 4-6. P.291-294.

85. Lang H.J. Versuche über einen Strahleschutzeffect von Bienengift und Apamin an Ratten bei Röntgenganzkörperbestrahlung. Würzburg, 1970.

86. Loverock P., ter Haar G. Synergism between hyperthermia, ultrasound and γ-irradiation //Ultrasound in Med. & Biol. 1991. V. 17, N 6. P. 607-612.

87. Martignoni K.D., Smith K.C. The synergistic action of ultraviolet and X-radiation on mutants of Escherichia coli K-12 //Photochem. Photobiol. 1973. V. 18, N 1. P. 1-8.

88. Mattsson J., Yochmowitz M. Radiation-induced emesis in monkeys //Radiat. Res. 1980. V. 82, N 1. P. 191-199.

89. Michaelson S.M., Thomson R.A.F., Odland O.T. The influence of microwaves on ionizing radiation exposure //Aerospace Med. 1963. V. 34. P. 111-115.

90. Morozov I.I., Myasnik M.N. The relationship between the phenomenon of photoreactivation in Escherichia coli following ionizing radiation and Cerenkov emission //Radiat. Res. 1980. V. 82. P. 336-341.

91. Myasnik M.N., Morozov I.I. The phenomenon of photoreactivation in bacteria Escherichia coli irradiated by ionizing radiation //Int. J. Radiat. Biol. 1977. V. 31, N 1. P. 95-98.

92. Nilsson A., Bierke P., Haraldsson R. et al. Introduction of pituitary tumours by combination of estrogenic hormons and 90Sr //Acta Radiol. Oncol. 1980. V. 19. P. 373-385.

93. Petin V.G., Komarov V.P. Mathematical description of synergistic interaction of hyperthermia and ionizing radiation //Mathem. Biosci. 1997. V. 146, N 2. P.115-130.

94. Petin V.G., Komarov V.P. Photoreaсtivation of damage induced by ionizing radiation in yeast cells //Radiat. Environm. Biophys. 1982. V. 20, N 2. P. 79-87.

95. Petin V.G., Komarov V.P., Skvortzov V.G. Combined action of ultrasound and ionizing radiation on yeast cells //Radiat. Environ. Biophys. 1980. V. 18. P. 45-55.

96. Petin V.G., Zhurakovskaya G.P. The peculiarities of the interaction of radiation in Saccharomyces cerevisiae irradiated with various dose rate //Yeast. 1995. V. 11, N 6. C. 549-554.

97. Petin V.G., Zhurakovskaya G.P., Komarova L.N. Fluence rate as a determinant of synergistic interaction under simultaneous action of UV light and mild heat in Saccharomyces cerevisiae //J. Photochem. Photobiol. B: Biology. 1997. V. 38. P. 123-128.

98. Petin V.G., Zhurakovskaya G.P., Komarova L.N. Mathematical description of combined action of ultrasound and hyperthermia on yeast cells //Ultrasonics. 1999. V. 37. P. 79-83.

99. Schneider E., Kiefer J. Interaction of ionizing radiation and ultraviolet light in diploid yeast trains of different sensitivities //Photochem. Photobiol. 1976 V. 24, N 3. P. 573-578.

100. Segaloff A., Pettigrew H.M. Effect of radiation dosage on the synergism between radiation and estrogen in production of mammary cancer in the rat //Cancer Res. 1978. V. 38. P. 3445-3452.

101. Shellabarger C.J., Stone J.P., Holtzman S. Effect of interval between neutron radiation and diethylstilbestrol on mammary carcinogenesis in femail ACI rats //Environ. Health Perspect. 1983. V. 50. P. 227-232.

102. Slater J.V., Buckhold B., Tobias C.A. Space-flight enhancement of irradiation effects in the flour beetle, Tribolium confusum //Radiat. Res. 1969. V. 39, N 1. P. 68-81.

103. Space Radiation Biology and Related Topics/Еds. by C.Tobias, P.Todd. London: Acad. Press, 1974.

Full-text article (in Russian)