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1 平成 27 年度 ( 公社 ) 日本実験動物学会維持会員懇談会 低線量被ばくが生体へ及ぼす影響について 福島県立医科大学放射線生命科学講座 坂井晃 中央大学駿河台記念館平成 27 年 11 月 27 日

2 本日の内容 1. 原爆と原発事故の違い 1. 電離放射線によるDNA 障害 2. 原爆被爆者における血液がんの特徴 3. 持続的低線量被ばく実験モデル 4. CT 検査による染色体障害の可能性

3 原爆放射線の人体への影響 3

4 核分裂生成物 ( 高放射能で長半減期 ) 空中核爆発 風上 風下 中性子線で放射化された地表物 ( 低放射能で短半減期 ) " 黒い雨 "( 広島 ) ゼロ地点都市表面の放射化 4

5 原爆による災害 人口 ;35 万人 戸 約 14 万人が死亡 爆心地から半径約 2000m 以内の家屋はすべて焼失 ( 約 戸 ) 5

6 6

7 核分裂生成物 (20-50%) ( 高放射能で長半減期 ) 地表核爆発 風上 風下 核分裂生成物 (50-80%) ( 高放射能で長半減期 ) " 死の灰 "( 第五福竜丸 チュルノブイリ原発事故 ) ゼロ地点都市表面の放射化 7

8 福島第一原発事故による 137 Cs の地表面への蓄積 ( 文部科学省 米国 DOE による航空機モニタリング結果 ) 100km 8

9 9

10 みなさまの健康を 長期にわたり見守ります 県民健康管理調査 10

11 皆様の健康を見守り続けるための 基礎 となる調査です 上のグラフのように 原発事故の初期には高い空間線量が観測されていました この空間線量の高かった時期の皆様の外部被ばく線量を把握しておくことは 将来にわたりご 自身の健康を管理するうえで重要な情報になります 基本調査では 皆様の行動記録をもとにその外部被ばく線量を推計しています そして 現在 のところ 皆様の外部被ばく線量を把握するための唯一の方法です 11 上のグラフは県北保健福祉事務所東側駐車場(福島市 で毎日12 00に測定された空間線量

12 外部被ばく線量の推計 全県民 約202万人 を対象に福島県が調査した 原発事故発生直後からの各個人の行動 パターンが 放射線医学総合研究所が開発した外部被ばく線量評価システムに入力され 個人 の外部被ばく線量が評価される 質問票による 行動調査 住民行動調査 時系列線量分布図作成 住民がいつどこにいたかを調査 3/12 位置ごとに 時系列の線量を表示 11:00 避難完了 3/12 10:00 避難開始 2つの情報を統合 解析することにより 住民の個人毎の被ば く線量を推計 住民の健康不安の軽減 住民の長期的な健康管理に資する 基礎的なデータの提供 12

13 外部被ばく線量評価システムに使用されている 時系列線量分布図 3月12日 3月13日 3月14日 3月15日 4月14日 5月14日 6月13日 7月11日 使用している線量分布図 3月16日以降については 文部科学省が公表しているモニタリングデータを利用した 文部科学省が公表しているモニタリングデータが利用できない3月12日から15日のうち 3月12日から14日までの3 日間は 本年6月に原子力安全 保安院が公表した放射性物質の放出量データを用いて 緊急時迅速放射能影響予測ネットワーク 13 システム SPEEDI により計算された結果を適用し 3月15日については 3月16日のデータと同じとした

14 放射線生物作用の発現過程と経過時間 時 間 秒 金芳堂 放射線基礎医学より引用

15 放射線量 放射能 と被ばく線量 放射線量 (Bq) 1秒間に何個の放射線が放出されるか 放射性物質の量 37GBq = 1Ci 吸収線量 (J/kg = Gy) 1kg中で1Jのエネルギーが吸収されているとき 放射線の種類やエネルギーによって影響の程度は異なる 1J/Kg = 1Gy = 100rad 線量当量 (Sv) 生物体への放射線照射の影響の度合いをあらわす量 等価線量 放射線の影響を共通の尺度で表したもの β線 γ線 1Gy = 1Sv (線質係数 1 α線 1Gy = 20Sv 線質係数 20 中性子線 1Gy = 2 20Sv 線質係数はエネルギーによる) 線量当量 吸収線量 線質係数 線質係数 放射線の性質やエネルギー別の こわさ加減 を表した係数

16 線量の単位の換算方法 吸収線量 等価線量 Gy Sv 放射線荷重係数を掛ける 等価線量 Sv 組織荷重係数を掛けて 全臓器 組織で足し算 実効線量 放射線の種類 放射線荷重係数 α線 20 中性子線 β線 1 X線 γ線 1 組織 臓器 組織荷重係数 生殖腺 0.08 骨髄 結腸 肺 胃 乳房 各 0.12 膀胱 肝臓 食道 甲状腺 各 0.04 骨表面 脳 唾液腺 皮膚 各 0.01 残りの組織 0.12 Sv 放射線量 Bq 実効線量係数を掛ける 物質名 実効線量係数 乳児 実効線量係数 成人 ヨウ素 セシウム プルトニウム

17 BqからmSvへの換算式 ヨウ素131が1kgあたり15020Bq含まれているホウレンソウを1日20gずつ 1年間食べたら 15020Bq 20g/1000g mSv/Bq 365 日 = 1Bqのヨウ素131を経口摂取したとき 人体に与える影響をはじき出すときの係数 約 2.4mSv 人体に与える 影響 実効線量係数は幼児なら成人の4.69倍 乳児なら8.75倍 となる 17

18 電離放射線によるDNAの損傷 1. 塩基損傷 2. 塩基の遊離 3. 鎖切断 4. 架橋形成

19 Linear Energy Transfer (LET) 線エネルギー付与 荷電粒子の単位飛跡あたり どれくらいラジカルを産生するか =エネルギー量 β線 γ線 X線 低LET飛跡 α線 中性子線 高LET飛跡 できるラジカルの量 密度が大

20 放射線障害 身体的影響 早期障害 後期障害 遺伝的影響 宿酔 白血球減少 皮膚炎 浮腫 不妊 白内障 萎縮 機能低下 免疫力低下 寿命短縮 発がん 確定的影響 確率的影響 放射線生物学 日本放射線技術学会監修 2008

21 広島 長崎の被爆者における発がん 2年 10年 がん年齢 丹羽太貫 緊急被ばく医療テキストから引用

22 確率的影響と確定的影響 がん 遺伝的影響 急性症状 しきい値 (急性症状の発生率 や死亡率が1%) を超えなけれ ばその発症を防ぐことができる 低線量被ばく? 放射線基礎医学 第11版から引用改変 22

23 がんで死亡する人の割合 受けた放射線の線量 放射線医学総合研究所Webサイトより

24 正常組織の放射線感受性 放射線感受性 高い 組 織 1 リンパ球 精原細胞 2 骨髄 生殖細胞 3 小腸 幼児骨髄 水晶体 4 胃 大腸 膀胱 5 小血管 唾液腺 口腔粘膜 6 皮膚 角膜 肺 腎 精子 7 骨 筋肉 肝 内分泌腺 低い 8 神経 線維 脂肪 放射線生物学 日本放射線技術学会監修 2008

25 原爆被爆者骨髄細胞に認められる染色体異常 染色体異常保有者率と被曝線量 染色体異常の割合 原爆被爆者骨髄細胞の染色体異常 Distance from the center Kamada N et al., 1983

26 染色体異常 t(9;22)

27 - Hypothesis 小児被爆者におけるALL発生の増加は被曝前から存在した Pre-existing clonally expanded preleukemic cellsが原因か Nakamura N, Radiation Res 歳 25歳 40歳 Preston DI, et al. Radiation Res 1994

28 放射線による染色DNA二本鎖切断 修復 修復エラー 環状染色体 正常 染色体転座 安定型の異常 二動原体染色体 不安定型の異常

29 染色体異常の頻度の考え方 飛跡内事象 飛跡間事象 1放射線飛跡 2放射線飛跡 低LET放射線 高LET放射線 αd βd2 αd βd2

30 生存率曲線とLQモデル 生存率 (S) 遅発性反 応 -βd2 S=e 早期反応 S = e-αd 線量 (Gy) S= D 二動原体染色体/細胞 logs 1.2 高LET放射線照射 α D γ線高線量率照 射 αd + βd γ線低線量率照 射 αd 線量 (Gy) 2) -(αd βd e 放射線基礎医学 芳堂から引

31 コロニー形成法による生存率の測定 未照射 未照射の細胞100個を 培養皿にまいて培養 コロニーを80個形成 コロニー形成効率 (CE) = (80/100) 100 = 80 (%) 照射 5Gy照射後 1000個の細胞を 培養皿にまいて培養 コロニーを40個形成 細胞生存率 (%) = (40/(1000 (80/100)) 100 = 5 (%) 放射線生物学 放射線技術学会より引用改変

32 数Gy全身被ばく後の末梢血中の血球数の経時的変化 血 球 数 照 射 前 を 1 と し た 時 の 相 対 値 被ばく後の日数 32

33 白血病の発症モデル 正常分化 正常幹細胞 正常前駆細胞 成熟細胞 遺伝子変異 白血病前駆細胞 分化の停止 白血病幹細胞 LSC 白血病細胞 33 新臨床腫瘍学 2009

34 被爆線量とMDS発症リスク ー 長崎原爆被爆者 ー 相対リスク 過剰相対リスク 被ばく時年齢 < 20歳 被ばく時年齢 20歳 骨髄被爆線量 (Gy) 骨髄被爆線量 (Gy) Iwanaga M, JCO 2011

35 単クローン性M蛋白血症 (MGUS)の 発症 ー 長崎原爆被爆者 ー 長崎原爆被爆者 52,525人 年 を対象とし MGUS 1,082人 20歳未満の場合 被爆距離 : 被爆線量 1.5km未満 : 3.0km以上 有病比: Gy以上 : 0.1Gy未満 有病比: 1.66 Iwanaga M, Blood 2009

36 電離放射線によるDNAの損傷 1. 塩基損傷 2. 塩基の遊離 3. 鎖切断 4. 架橋形成

37 二動原体染色体 環状染色体数が 自然放射線の高い地域の住民で増加 Jiang T et al. J Rad Res 2000

38 転写因子の異常による造血障害 原爆被爆障害 AML1遺伝子の点突然変異 X

39 原爆被爆者に特徴的なAML1遺伝子の点突然変異 1 50 AML1 protein 177 Runt Domain aa Activation N-terminal (exon 3-5) C-terminal (exon 6-8) Suppression Sporadic MDS (131 cases) Secondary MDS (29 cases) ③ ② ④ ⑥ ① ⑦ ⑤ ⑨ ⑧ Harada H, Blood 2003 & 2004

40 京都科学のホームページから引用

41 Lancet 2012 Brain tumor Relative risk Relative risk Leukemia Red bone marrow dose (mgy) Brain dose (mgy)

42 Pearce MS, Lancet 2012

43 フランスの23施設 10歳以前にCT検査を受けた67,274人 年 経過観察中央値 4年 脳腫瘍 27人 白血病 25人 リンパ腫 21人 Cancer-predisposing factors (PFs): 32%

44 Cancer-predisposing factors (PFs) Journy N et al. BJC 2015

45 CT scan 前後での二動原体染色体 (DIC) 解析 採血 3 28 日後 CT検査当日 CT 前 分離 培養 CT 後 単純CT + PHA + colcemid 48時間培養 (5% CO2)

46 二動原体染色体 (Dicentric chromosome) Giemsa staining CentromereFISH Green: Centromere-probe Brue: DNA(DAPI)

47 Dose-response curve for the dicentric chromosome assay (DCA) Suto Y, et al. Health Phys. 2013

48 WAZA-ARIを用いた実効線量推計 WAZA-ARI 画面の一部

49 Increase in dicentric chromosome formation after a single CT scan in adults Abe Y et al., Scientific Reports, 2015 Sept 9 Giemsa FISH p < 0.01 (p = ) p < 0.01 (p = ) Treatment (+) history Treatment (-) history Before CT After CT After CT Treatment (-) history 14 4 Before CT Treatment (+) history 16 Number of DICs formed Number of DICs formed 16 1 Before CT 2 After CT

50 Giemsa FISH p = p = Number of DICs formed (before CT) Number of DICs formed (before CT) 治療歴 化学療法 放射線治療 の影響 Treatment history (-) Treatment history (+) Treatment history (-) Treatment history (+) 2.5

51 DIC形成数と実効線量 (WAZA-ARI: msv) は 相関しない 2,000 metaphases (FISH) Increment of DIC formation Increment of DIC formation 2,000 metaphases (Giemsa) 6 y = x R² = y = x R² = Effective radiation dose (msv) WAZA-ARI Effective radiation dose (msv) WAZA-ARI 60 70

52 今後の課題 医療被ばく 診断 治療 過剰 被ばく 発がん?

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