способ формирования группы радиологического риска

Формула изобретения

Способ формирования группы радиологического риска, включающий отбор обследуемых лиц, накопивших значительную дозу профессионального облучения, и оценку частоты генных мутаций по локусу Т-клеточного рецептора на основе анализа образцов периферической крови, отличающийся тем, что вводят критерий порогового значения накопленной дозы облучения 55 мЗв, в соответствии с которым формируют группу лиц повышенного канцерогенного риска, затем у них определяют частоту мутантных клеток и при значении 6,3×10^-4 формируют группу риска возникновения онкологического заболевания, вызываемого радиационным фактором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицинской радиологии, связанной с радиологической защитой, а именно с определением радиационных рисков проявления онкологических заболеваний у работников, подверженных облучению в результате профессиональной деятельности. Оно может быть использовано при формировании групп риска в профпатологии и экологической медицине с использованием диагностических средств для измерения биологических характеристик образцов периферической крови.

Ключевыми событиями в злокачественной трансформации клеток являются изменения генетического материала соматических клеток. Причем возникновение солидных опухолей связано, в первую очередь, с накоплением генных мутаций у лиц, испытывающих воздействие ионизирующего излучения и требующих периодического контроля.

Известен способ минимизации радиационных рисков при лечении онкологических заболеваний поверхностных тканей - патент US 7914523 «Method for the treatment of mammalian tissues». Для лечения предложено стимулировать рост коллагеновых волокон кожи с помощью световых излучателей с длиной волны 635-805 nm (nanometers). При этом было установлено, что свет проникает внутрь ткани и не следует проводить хирургические процедуры. Более того, стимуляция коллагена является естественной фотобиохимической реакцией, похожей на фотосинтез, и может рассматриваться в качестве дополнительной терапии. Причем на длине волны 660 nm наблюдается максимальное поглощение спектра, что позволяет использовать такие фотоны в качестве пороговой фотобиохимической реакции мишени облучаемой области кожи. Такая реакция исключает термические эффекты и приводит к снижению риска терапевтического воздействия.

Недостаток способа заключается в качественной оценке фактора риска.

Известен способ идентификации фактора риска, с помощью которого предлагается оценить перспективу терапевтических целей при онкологических заболеваниях костной ткани - патент US 7901873 «Methods for the diagnosis and treatment of bone disorders». Сущность способа заключается в создании множества диагностических признаков костной патологии при онкологических заболеваниях. С помощью компьютерных программ этим признакам присвоены коды, которые представлены в виде классификатора. Такое решение позволяет при диагностике значительно уменьшить риск получения ошибочного диагноза, при решении задач прогнозирования оценить фактор терапевтического воздействия. При этом имеется возможность сравнить контрольный образец с испытуемым на основе хроматографического анализа костной ткани или ядерно-магнитной томографии.

Недостатки способа - представлен специфический классификатор признаков, имеющий ограниченное применение, и требуется конкретный контрольный образец, индивидуальный химический состав которого может существенно отличаться от другого контрольного образца.

Известен способ определения риска заболевания раком почки - RU 2345711 от 19.03.2007 г. Его сущность заключается в проведении тестирования на основе оценки факторов-признаков, характеризующих онкоэпидемиологическое состояние пациента. Факторы-признаки, а именно: «использование некипяченой водопроводной воды», «особенности питания», «курение», «употребление алкоголя», «ранее перенесенные заболевания», «влияние радиации», «проживание вблизи промышленных предприятий», «наследственность», «принадлежность к группам крови и Rh фактору» и т.п. систематизируют в виде таблиц. Все факторы оценивают в баллах. При оценке состояния пациента выделяют признаки, присущие пациенту, присваивают им ранее установленные баллы и суммируют. В зависимости от суммы баллов, равной 6 или более, определяют наличие риска заболевания раком почки, а при сумме менее 6 - отсутствие риска заболевания. Способ позволяет проводить отбор обследуемых в группу риска для ранней диагностики заболевания раком почки в зависимости от индивидуальных особенностей пациента, способ может быть использован при профилактических осмотрах в медицинских учреждениях.

Недостаток способа заключается в качественной оценке фактора риска, т.к. данный способ не позволяет получить статистически обоснованное количественное значение предполагаемых избыточных раков почки у тех людей, которые подверглись воздействию вышеупомянутыми неблагоприятными «факторами-признаками».

В качестве прототипа предлагаемого изобретения рассматривается технология формирования групп потенциального онкологического риска при профессиональном облучении, базирующаяся на принципах молекулярной и радиационной эпидемиологии. В этом способе определяют частоту генных мутаций по локусу Т-клеточного рецептора (TCR) для работников, подвергшихся профессиональному хроническому облучению [Иванов В.К., Замулаева И.А., Кащеева П.В., Саенко А.С., Орлова Н.В., Смирнова С.Г., Корело A.M., Горский А.И., Максютов М.А., Вайзер В.И. Формирование групп потенциального онкологического риска при профессиональном облучении на основе технологий молекулярной и радиационной эпидемиологии // Радиация и риск. 2009. Т.18, № 2. С.7-20.]. Т-клеточный рецептор, состоящий из нескольких белковых цепей, играет главную роль в распознавании антигена и активации зрелых Т-клеток. Он находится на поверхности зрелых Т-лимфоцитов и образует комплекс с CD3-антигеном. Мутации, которые происходят в локусе, кодирующем белки TCR, выявляются по изменению способности последнего образовывать комплекс с CD3-антигеном. В случае такой мутации на поверхности Т-клеток отсутствует TCR/CD3-комплекс. Мутантные Т-клетки (в отличие от немутантных) не связывают антитела к CD3 антигену и по этому признаку их регистрируют с помощью проточной цитометрии. Одновременно с выявлением CD3-антигена необходимо очень точно выявить сами Т-клетки. Это делают с помощью антител к CD4-антигену. В итоге получают распределение лимфоцитов периферической крови по интенсивности связывания указанных антител. Анализируя это распределение, определяют количество мутантных CD4+/CD3-клеток.

Далее частоту генных мутаций связывают с возможным радиационным риском развития онкологического заболевания. При этом у каждого сотрудника определяют атрибутивный риск (или этиологическую долю) возникновения злокачественных новообразований по соотношению

где ERR - суммарный избыточный относительный риск по годам облучения. Величину ERR в конкретный год облучения оценивают с учетом 10-летнего латентного периода, основываясь на модели смертности от всех солидных злокачественных новообразований.

Недостатки прототипа.

Основным недостатком прототипа является то, что при формировании групп онкологического риска используют гипотезу о возможном увеличении частоты онкологической заболеваемости у работников с повышенной частотой генных мутаций и повышенным атрибутивным риском. Данное предположение не подтверждено информацией о случившихся онкозаболеваниях в сформированной группе риска.

Технический результат

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении возможности объективного отбора работников из всего персонала, подвергающегося профессиональному облучению на предприятии, которым необходимо измерение частоты генных мутаций и возможности формировании среди них группы риска возникновения онкологических заболеваний.

Основная идея такого подхода основана на необходимости определения лиц с высоким радиационным риском онкологической заболеваемости. В этом случае, за счет сокращения общей численности персонала, становится возможным использование дорогостоящих технических средств и технологий ранней диагностики при онкопатологии, повышение продолжительности жизни выявленных онкологических больных и, следовательно, укрепление кадрового потенциала предприятий атомной промышленности.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что в известный способ, включающий процедуры оценки частоты генных мутаций по локусу Т-клеточного рецептора и связи ее величины с воздействием ионизирующего излучения, дополнительно вводят критерии отнесения работников, подвергающихся профессиональному облучению, к группе риска возникновения онкологических заболеваний. В качестве таких критериев рассматривают накопленную дозу облучения и частоту генных мутаций по локусу Т-клеточного рецептора. При этом вначале устанавливают граничное значение дозы облучения, получаемой работником, свыше которой на основе анализа образцов проводят измерение частоты генных мутаций периферической крови. Далее устанавливают ее граничное значение, при превышении которого работника относят к группе риска возникновения онкологического заболевания.

Перечень фигур

Фиг.1 - Распределения здоровых и заболевших работников по накопленной дозе. 1 - здоровые, 2 - случаи рака.

Фиг.2 - Распределения здоровых и заболевших работников по уровню частоты TCR-мутации. 1 - здоровые, 2 - случаи рака.

Фиг.3. Технология оценки онкологического риска: 3 - Сотрудники предприятия, подвергшиеся облучению в результате профессиональной деятельности, 4 - Критерии накопленной дозы облучения для отбора работников, которым следует провести измерение частоты генных мутаций, 5 - Работники, которым следует провести измерение частоты генных мутаций по локусу Т-клеточного рецептора, 6 - Забор периферической крови и определение частоты генных мутаций по локусу Т-клеточного рецептора, 7 - Группа работников с повышенным риском возникновения онкологического заболевания, вызываемого радиационным фактором.

Описание способа

Для обоснования введения критериев отбора работников в группу радиационного риска предварительно был проведен радиационно-эпидемиологический анализ зависимости онкологической заболеваемости работников, подвергшихся профессиональному хроническому облучению на предприятии г. Обнинска от накопленной дозы облучения и частоты генных мутаций по локусу Т-клеточного рецептора. Из всего персонала была проведена ограниченная выборка работников, у которых в течение всей жизни к моменту забора крови для анализа частоты генных мутаций не выявлялось онкологических заболеваний, что является уникальным отличием данного изобретения. Всего в исследовании использована информация о 280 рабочих в период наблюдения с момента забора крови по 2010 год. При этом рассматривали случаи заболевания раком не ранее 1 года после забора крови и до истечения 6 лет. Из 280 работников у 16 человек выявлены заболевания раком. Средняя накопленная доза составила 107 мГр. Средний уровень частоты TCR-мутаций для здоровых работников составил 5.6×10^-4 клеток. Для работников, заболевших онкологическими заболеваниями, средний уровень частоты TCR-мутаций составил 6.0×10^-4 клеток. Фигуры 1 и 2 отражают функции распределения здоровых и заболевших работников по накопленной дозе и частоте TCR-мутаций, соответственно. Как видно из фигур 1 и 2, оба распределения отличаются для здоровых и заболевших людей, что дает основание для поиска дальнейшей статистически значимой связи дозы облучения, частоты генных мутаций и онкологической заболеваемости.

Для сравнения заболеваемости экспонированных и неэкспонированных групп, в эпидемиологии используют исследования двух типов [Breslow NE, Day NE. Statistical Methods in Cancer Research: Vol.I - The Analysis of Case-Control Studies. Lyon: International Agency for Research on Cancer 1980; Breslow NE, Day NE. Statistical Methods in Cancer Research: Vol.II - The Design and Analysis of Cohort Studies. Lyon: International Agency for Research on Cancer 1987; A. Альбом, С. Норелл, "Введение в радиационную эпидемиологию", с.60-67, Таллин 2006.]: когортное исследование и исследование случай-контроль.

В когортном исследовании определение уровня частоты мутаций, выше которого наблюдается статистически значимое увеличение онкологической заболеваемости у работников, подвергшихся хроническому облучению, проводили при помощи непараметрических оценок относительного риска (RR):

где (A_i,TCR) - показатель онкологической заболеваемости, зависящий от возраста на момент начала наблюдения (A_i ), уровня TCR мутаций (TCR); (0)_i - фоновый показатель заболеваемости (не зависящий частоты мутаций), зависящий от возраста; RR_m - относительный риск для m-ой группы по уровню частоты мутаций (m=1 для группы с частотой TCR мутаций выше граничного значения TCR_gr; RR₀=1, m=0 и для группы с частотой TCR мутаций граничного значения TCR_gr). Значение граничного уровня TCR мутаций TCR_gr подбирали с шагом 0.2 в диапазоне от 4.5×10^-4 до 7×10^-7 ( 4.5х10^-4, 4.6×10^-4, 4.7×10^-4, , 7.1×10^-4). Индивидуальные данные о работниках разбивали на 4 страты по возрасту на момент начала наблюдения (22-49, 50-59, 60-69, 70 и более лет) Стратификацию по возрасту проводили с целью нивелирования влияния возрастных особенностей.

Определение параметра RR_m в модели (1) осуществляли с помощью максимизации функции правдоподобия. Статистическую значимость зависимости показателя заболеваемости от уровня частоты мутаций оценивали с использованием теста отношения правдоподобий. Оценки значимости модели (1), параметра RR, и его 90% доверительный интервал (90% ДИ) проводят с помощью программного пакета Epicure [Preston D.L., Lubin J.H., Pierce D.A., McConney M.E. EPICURE. Seatle, USA: Hirosoft International Corporation, 1993].

Для работников, у которых уровень мутаций по локусу Т-клеточного рецептора превышает значения 6.3×10^-4 клеток, выявили статистически значимое (р=0.04) увеличение частоты заболеваемости (RR=2.81, 90% ДИ: 1.22; 6.49) по сравнению с контрольным уровнем (рабочие с частотой TCR мутаций меньше 6.3×10^-4 клеток). Следовательно, определено статистически значимое граничное значение уровня мутаций по локусу Т-клеточного рецептора - TCR _gr, равное 6.3×10^-4 клеток. Этот результат означает, что рабочих с TCR_gr 6.3×10^-4 клеток следует отнести к группе риска возникновения онкологических заболеваний.

Для целей выявления границы значения накопленной дозы (D _gr), свыше которой существует статистически значимая зависимость онкологической заболеваемости у рабочих с частотой TCR мутаций выше 6.3×10^-4, проводили непараметрические оценки относительного радиационного риска (RR) по дозовым группам:

где (A_i,TCR,D) - показатель онкологической заболеваемости, зависящий от возраста на момент начала наблюдения (A_i ), уровня TCR мутаций (TCR), D - индивидуальная накопленная доза внешнего облучения в Гр; (0)_i - фоновый показатель заболеваемости (не зависящий от дозы и частоты мутаций), зависящий от возраста; RR_n - относительный риск для n-ой облученной дозовой группы в зависимости от уровня TCR мутаций (n=1 для дозовой группы с дозой выше граничного значения D_gr и частотой мутантных клеток >6.3×10^-4; RR₀=1, n=0 и для дозовой группы с дозой граничного значения D_gr в независимости от уровня частоты мутантных клеток). Значение граничной дозы D _gr подбирали с шагом 5 мГр ( 10 мГр, 15 мГр, 20 мГр, , 100 мГр).

Определение параметра RR_n в модели (2) осуществляли также с помощью максимизации функции правдоподобия. Статистическую значимость зависимости показателя заболеваемости от дозы оценивали с использованием теста отношения правдоподобий. Оценки значимости модели (2), параметра RR _n и его 90% доверительный интервал (90% ДИ) проводили с помощью программного пакета Epicure [Preston D.L., Lubin J.H., Pierce D.A., McConney M.E. EPICURE. Seatle, USA: Hirosoft International Corporation, 1993].

Для работников, с частотой TCR мутаций >6.3×10^-4 клеток и накопленной дозой облучения 55 мЗв и более выявили статистически значимое (р=0.01) увеличение частоты заболеваемости (RR=3.72, 90% ДИ: 1.57; 8.15) по сравнению с контрольным уровнем (остальная группа рабочих). Следовательно, статистически значимое значение накопленной дозы - D_gr=55 мЗв и выше является граничным, и рабочим следует провести измерение частоты генных мутаций по локусу Т-клеточного рецептора на основе анализа образцов периферической крови.

Таким образом, предлагаемый в изобретении способ определения группы радиологического риска реализуют следующим образом (см. Фиг.3.).

Сначала определяют работников, которым следует провести измерение частоты генных мутаций. Для этого необходима информация о накопленной дозе облучения каждого работника во время его профессиональной деятельности. Ежегодные дозы облучения работника суммируют для получения суммарной накопленной дозы к моменту формирования группы риска. У работников с суммарной накопленной дозой - 55 мЗв и выше измеряют частоту генных мутаций по локусу Т-клеточного рецептора на основе анализа образцов периферической крови. Далее с использованием значения частоты генных мутаций определяют группу риска возникновения онкологического заболевания, вызываемого радиационным фактором. К данной группе относят работников, у которых измеренная частота генных мутаций превышает граничное значение - 6.3×10^-4 клеток.

Пример реализации способа

Пример № 1. Рассмотрим формирование группы риска возникновения онкологических заболеваний среди ликвидаторов последствий аварии на Чернобыльской АЭС.

В период с 1995 по 2010 гг. для 353 рабочих, принимавших участие в ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС, было проведено исследование накопленной дозы и частоты генных мутаций по локусу Т-клеточного рецептора. Применим способ формирования группы риска возникновения онкологических заболеваний среди ликвидаторов согласно предложенному изобретению. Для этого определяют накопленную за период работы в зоне аварии дозу облучения для каждого из ликвидаторов по официальным данным Российского государственного медико-дозиметрического регистра (РГМДР). Согласно разработанному критерию граничного значения дозы, 87 рабочих ( 16% из 353 человек) имеют дозу облучения свыше 55 мЗв. Далее используют критерий выделения рабочих с частотой генных мутаций превышающих граничное значение - 6.3×10^-3 и формируют группу риска возникновения онкологических заболеваний. Следовательно, к группе риска относят 13 человек, что составляет всего 3.7% от общего числа ликвидаторов, рассмотренных в примере.

Пример № 2. Рассмотрим формирование группы риска возникновения онкологических заболеваний среди работников Госкорпорации «Росатом».

В 2006 году на индивидуальном дозиметрическом контроле (ИДК) на предприятиях атомной отрасли России состояло 49900 человек [Ivanov V.K., Tsyb A.F., Panfilov A.P., Agapov A.M., Kaidalov O.V., Korelo A.M., Maksioutov M.A., Chekin S.Y., Kashcheyeva P.V. Estimation of individualized radiation risk from chronic occupational exposure in Russia // Health Physics. 2009. V.97, N 2. P.107-114.]. Все они, в той или иной степени, подверглись хроническому профессиональному облучению. Для формирования группы риска онкологической заболеваемости был использован критерий повышенной частоты генных мутаций по локусу Т-клеточного рецептора. В этой связи следовало бы провести медицинский профилактический осмотр персонала, с забором венозной крови, для каждого рабочего, и в течение последующих нескольких часов кровь необходимо транспортировать в лабораторию, оснащенную специальным оборудованием для последующего выявления частоты генных мутаций по локусу Т-клеточного рецептора. Проведение подобной процедуры раз в несколько лет, для всех работников атомной отросли России, является тяжелой задачей и не обоснованной в случае необходимости выявления группы риска, обусловленной именно радиационным фактором.

Благодаря предложенному способу из 60000 работников, подвергшихся хроническому облучению и состоящих на ИДК, представилось возможным установить около 16000 пациентов, имеющих накопленную дозу облучения 50 мЗв. Следовательно заявленное изобретение позволяет из всего персонала выделить группу людей, которым необходимо измерение частоты генных мутаций. В соответствии с предложенным критерием граничного значения дозы в 55 мЗв у 12120 рабочих ( 20,2% от общего числа) необходима процедура дальнейшего исследования частоты генных мутаций. После измерения частоты генных мутаций для этих работников возможно применение критерия граничного значения частоты генных мутаций свыше 6.3×10 ^-3, что позволяет окончательно сформировывать группу работников с повышенным риском онкологических заболеваний.

Подтверждение достижения технического результата

Технический результат предлагаемого изобретения подтвержден формированием группы риска онкологических заболеваний среди работников ГНЦ РФ Физико-энергитический институт имени академика А.И. Лейпунского, подвергшихся профессиональному хроническому облучению. Статистическая значимость установленных критериев накопленной дозы и частоты TCR-мутаций подтверждена с использованием двух способов, общепринятых в радиационной эпидемиологии: 1) когортное исследование и 2) исследование случай-контроль.

Аналогично когортном методу, были получены граничные значения накопленной дозы (D _gr) и уровня частоты TCR-мутаций (TCR_gr), используя метод случай-контроль. Оценки статистической значимости зависимости показателя заболеваемости от накопленной дозы и уровня частоты мутаций проводили также с помощью программного пакета Epicure [Preston D.L., Lubin J.H., Pierce D.A., McConney M.E. EPICURE. Seatle, USA: Hirosoft International Corporation, 1993.].

Исследование зависимости онкологической заболеваемости среди работников ГНЦ РФ Физико-энергитический институт имени академика А.И. Лейпунского, подвергшихся профессиональному хроническому облучению методом «случай-контроль» показало:

- для работников, у которых уровень мутаций по локусу Т-клеточного рецептора превышает значения 6.3×10^-4 клеток, выявили увеличение частоты заболеваемости (Отношение шансов - odds ratio (OR)=2.61, 90% ДИ: 1.02; 6.67) по сравнению с контрольным уровнем (рабочие с частотой TCR мутаций меньше 6.3×10 ^-4 клеток).

- для работников, с частотой TCR мутаций равно или больше 6.3×10^-4 клеток и накопленной дозой облучения более 55 мГр выявили статистически значимое (р=0.01) увеличение частоты заболеваемости (Отношение шансов - odds ratio (OR)=4.6, 90% ДИ: 1.61; 13.55) по сравнению с контрольным уровнем (остальная группа рабочих).

Таким образом, оценки критериев (граничных значений дозы и частоты TCR-мутаций), полученные когортным методом и методом случай-контроль, одинаковы.

На примерах показана возможность использования разработанных критериев (граничных значений дозы и частоты TCR-мутаций) для определения группы работников, подвергшихся профессиональному хроническому облучению, с повышенным риском онкологических заболеваний.

Основной задачей определения граничного значения накопленной дозы облучения работников (D_gr) является определение группы рабочих из общего числа стоящих на индивидуальном дозиметрическом контроле (ИДК) на предприятии, для которых необходимо проведение исследования уровня мутаций по локусу Т-клеточного рецептора. В условиях оптимизации затрат на проведение подобных дорогостоящих процедур становится необходимым обоснованное формирование группы наименьшей численности. Таким образом, для выделения из всего персонала, подвергающегося профессиональному облучению на предприятии работников, которым необходимо дальнейшее измерение частоты генных мутаций, принимается максимальное значение граничной накопленной дозы D_gr при условии сохранения статистической значимости применения данного критерия. Применение критерия граничной накопленной дозы D_gr более 55 мЗв позволяет выделить группу рабочих, для которых наблюдается статистически значимое увеличение онкологической заболеваемости (RR=3.72, p=0.01 и OR=4.6, р=0.02) по сравнению с контрольным уровнем.