Klíčové úlohy radiobiologie v Československu v roce 1989 a v České republice v roce 2011 Navrátil Leoš, prof., MUDr., CSc., katedra lékařských a humanitních oborů Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze, nám. Sítná 3105, 272 01 Kladno,
[email protected] +420 224 359 902 Kuna Pavel, prof., MUDr., DrSc., Ordinace praktického lékaře, Dr. Edvarda Beneše 191, 551 01 Jaroměř,
[email protected] +420 491 812 939 Vávrová Jiřina, prof., RNDr., CSc., katedra radiobiologie Fakulty vojenského zdravotnictví Univerzity obrany v Brně, Třebešská 1575, 500 01 Hradec Králové,
[email protected] +420 973 253 214 Österreicher Jan, plk. gen. št., prof., MUDr., Ph.D., Nemocniční základna Armády České republiky, Buzulucká 897, 500 02 Hradec Králové,
[email protected] +420 973 255 001 Hofer Michal, doc. MUDr., CSc., Biofyzikální ústav Akademie věd České republiky, Královopolská 135, 612 65 Brno,
[email protected] +420 541 517 171 Sabol Jozef, doc. Ing., DrSc., katedra lékařských a humanitních oborů Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze, nám. Sítná 3105, 272 01 Kladno,
[email protected] +420 224 355 045 Rosina Jozef, doc. MUDr., Ph.D., děkan Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze, nám. Sítná 3105, 272 01 Kladno,
[email protected] +420 224 359 939 Poučková Pavla, doc. RNDr., CSc., Ústav biofyziky a informatiky 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy v Praze, Salmovská 1, 121 08 Praha 2,
[email protected] +420 224 965 703 Hon Zdeněk, Mgr., katedra radiologie a toxikologie Zdravotně sociální fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, Matice školské 17, 370 01 České Budějovice,
[email protected] +420 224 359 899
Abstrakt Radiobiologie se věnuje sledování a popisu účinků ionizujícího i neionizujícího záření na živé systémy. Rozdělujeme ji na modelovou, experimentální a klinickou. Znalosti z radiobiologie využíváme v řadě klinických medicínských oborů, jsou potřebné také pro zajištění bezpečného chodu mnohých nemedicínských oborů, například v oblasti jaderné energetiky, defektoskopie, zemědělství, farmacie, využíváme je také při práci Integrovaného záchranného systému, v boji s terorismem a v případě jaderného válečného konfliktu. Zatímco v uplynulých dekádách byl zájem radiobiologie směřován především ke studiu ovlivnění účinků subletálních dávek ionizujícího záření, v posledních letech můžeme pozorovat obecný nárůst zájmu o účinky nízkých dávek ionizujícího záření a také o účinky nejrůznějších forem neionizujícího záření na lidský organizmus.
Klíčová slova radiobiologie, radiační ochrana, historie, současný stav, perspektiva
Rozvoj oboru radiobiologie do roku 1989 I v rámci své odbornosti je nutné se čas od času zamyslet a objektivně posoudit, které z našich záměrů se podařilo realizovat a které se naopak ukázaly jako nereálné. Na základě této analýzy je potřebné si stanovit další směry práce pro následující období, aby byly skutečně reálné. Čechy sehrály v historii poměrně významnou roli, mimo jiné i tím, že stály na samém počátku atomové éry. Všem je dobře známo, že rádium izolované manželi Curieovými v roce 1898, pocházelo z jáchymovského smolince. Brzy po zrodu Československa byl v Praze založen Radiologický ústav, jedno z prvních výzkumných pracovišť v republice, které se věnovalo rozvoji aplikací ionizujícího záření a také ochraně před zářením. Ústav byl v roce 1959 přejmenován na Ústav pro výzkum, výrobu a využití radioizotopů a jeho činnost se díky zavádění nových metod, využívajících ionizující záření, neustále rozšiřovala. V roce 1992 se ústav rozpadl. Po druhé světové válce vznikl při České akademii věd a umění Výbor pro atomovou fyziku (1946), v roce 1955 byl založen Ústav jaderného výzkumu Československé akademie věd v Řeži u Prahy a Fakulta technické a jaderné fyziky Univerzity Karlovy, dnes Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská (FJFI), která v roce 1959 byla převedena na ČVUT. Problematikou aplikací ionizujícího záření a radionuklidů se dnes v ČR zabývá celá řada dalších ústavů a institucí, které věnují pozornost i některým specifickým otázkám radiační ochrany. V rámci AV ČR je to především Oddělení dozimetrie záření, které je součástí Ústavu jaderné fyziky. V roce 1965 vznikl Výzkumný ústav hygieny záření, který byl později začleněn do Institutu hygieny a epidemiologie. Jeho pokračovatelem je dnes Státní ústav radiační ochrany. Státní úřad pro jadernou bezpečnost v dnešní podobě vznikl v roce 1993 a je formálním pokračovatelem dřívější Československé komise pro atomovou energii s působností v ČR. Po rozpadu Československa se na Slovensku v r. 1993 vytvořil partnerský Ústav jaderného dozoru, který plní roli státního dozoru nad jadernou bezpečností v SR. Radiobiologie byla jedním z mnohých oborů, ve kterém se na řešení řady výzkumných úkolů podílela společně pracoviště z České i Slovenské republiky. V jejich čele stály významné osobnosti. Byly dobrými přáteli, dokázali vždy objektivně posoudit a vhodnými argumenty podpořit či vyvrátit názory druhých. Pro nás, v té době mladé, začínající vědecké pracovníky a vysokoškolské učitele, byly tyto diskuze cenné a přínosné. Připomeňme, že mezi nejvýznamnější pracoviště patřily v 80. letech v Československu na Univerzitě Karlově Katedra biofyziky a nukleární medicíny Fakulty všeobecného lékařství v Praze, Ústav biofyziky Lékařské fakulty v Hradci Králové, Katedra radiobiologie Vojenské lékařské akademie Jana Evangelisty Purkyně v Hradci Králové (měla v koordinaci výzkumných radiobiologických aktivit v České republice klíčovou úlohu), Biofyzikální ústav tehdejší Československé akademie věd v Brně a Katedra všeobecné biologie Přírodovědecké fakulty Univerzity Pavla Jozefa Šafárika v Košicích. Tato pracoviště nebyla jediná. Radiobiologové působili v rámci Závodního ústavu národního zdraví Uranového průmyslu v Příbrami, v Centru hygieny záření Institutu hygieny a epidemiologie v Praze, ve Výzkumném ústavu hygieny práce a chorob z povolání a Výzkumném ústavu hygienickém v Bratislavě nebo na Ústavu experimentální onkologie Slovenské akademie věd v Bratislavě. A bylo by možné pokračovat dále.
Rozsáhlý je i seznam radiobiologů, kteří dosáhli uznání i za hranicemi Československé republiky. Vybrat ty nejvýznamnější snad ani nelze. Připomeňme si proto alespoň zakladatele československé radiobiologie prof. MUDr. Ferdinanda Herčíka, prof. MUDr. Zdeňka Dienstbiera, Dr.h.c., prvního profesora radiobiologie plk. prof. Josefa Mráze, CSc., jeho nástupce plk. prof. MUDr. Milana Dostála, CSc., prof. MUDr. Ivana Vodičku, CSc., profesory působící v Brně Milana Pospíšila, Miloslava Skalku a Zdeňka Karpfela. Na Slovensku pak především akademika Milana Prasličku, manžele profesory Evu a Ivana Ahlersovy a prof. RNDr. Evu Mišúrovou, CSc. z Košic či MUDr. Evu Sirackou, DrSc. z Bratislavy. Škoda, někteří z nich již nejsou mezi námi. Hlavní úkoly radiobiologie v období 80. let minulého století vycházely z analýz možných radiačních rizik v případném válečném konfliktu. V problematice zevního ozáření se soustředila pozornost radiobiologů na poškození savčích organizmů po ozáření neutrony v souvislosti s hrozbou použití neutronové bomby, případně použitím štěpných zbraní velmi malé ráže (do 1 kt). Po jejich použití je dominujícím účinkem vyřazení živých organizmů zevním gama-neutronovým ozářením bez významného účinku tlakové a tepelné vlny. Dalším směrem radiobiologického výzkumu v tomto období bylo studium chemické radioprotekce cystaminem a amifostinem (WR-2721, gamafosem). Výsledky však prokázaly, že ochrana touto formou je minimální. Pouze v kombinaci s částečným fyzikálním stíněním a následnou postradiační komplexní léčbou došlo ke zvýšení procenta experimentálních zvířat přeživších neutronové a gama-neutronové ozáření. Vysoce ceněné byly světovou radiobiologickou komunitou výsledky získané v rámci mezinárodního projektu „Interkosmos“ řešeného při Československé komisi pro spolupráci ve výzkumu a využití kosmického prostoru, v oblasti zaměřené na kosmickou biologii a lékařství. Ukončení tohoto projektu začátkem 90. let se ukázalo jako nepromyšlený krok. Bylo by chybou nepřipomenout studie v oblasti postradiačního hemorragického syndromu, metabolických změn, chronobiologie, experimentální radiobiologie, prioritní práce získané v rámci radiační biologie či dlouhodobé studie profesionální zátěže u pracovníků v uranovém průmyslu. Vynikající výsledky byly získány při kontinuálním ozařování v době, kdy bylo k dispozici gama pole.
Směry rozvoje radiobiologie po roku 1990 Do února 1990 tvořili radiobiologové v Čechách i na Slovensku sekci v rámci Společností nukleární medicíny a radiační hygieny. Poslední společnou odbornou akcí byla Radiobiologická konference 25. až 27. dubna 1989 v Českém Krumlově. Společně se specialisté obou našich republik zúčastnili, v silném zastoupení I. (a také posledního) radiobiologického sympozia NDR/ČSSR v Chemnitz (v té době Karl-Marx-Stadt) 4. až 6. listopadu téhož roku. V létech 1990 až 1992 byli čeští i slovenští radiobiologové organizování v jedné společnosti – Spoločnosti radiačnej onkológie, rádiobiológie, rádiofyziky Slovenskej lekárskej spoločnosti. V únoru 1992 byla založena Radiobiologická společnost České lékařské společnosti Jana Evangelisty Purkyně, dnes Společnost pro radiobiologii a krizové plánování. V současné době pracuje výbor ve složení MUDr. Eva Drápelová, doc. MUDr. Michal Hofer, CSc., doc. RNDr. Stanislav Kozubek, DrSc., prof. MUDr.. Pavel Kuna, DrSc., prof. MUDr.
Leoš Navrátil, CSc. (předseda), plk. gen. št. prof. MUDr.. Jan Österreicher, Ph.D., mjr. MUDr. Jaroslav Pejchal, Ph.D., doc. RNDr. Pavla Poučková, CSc. (vědecká sekretářka), prof. RNDr. Jiřina Vávrová, CSc. (místopředsedkyně) a doc. Dr. rer. nat. Friedo Zölzer. Revizní komise pracuje ve složení prof. RNDr. Hana Kolářová, CSc., MUDr. Miroslav Procházka a MUDr. Jiří Škopek, Ph.D. (předseda RK). Společnost je členem European Radiation Researche Society (členem výboru je v současné době prof. Österreicher) a International Academy of Laser Medicine and Surgery – IALMS (členem vědeckého výboru je prof. Navrátil). Největší akcí v posledních letech, kterou Společnost pro radiobiologii a krizové plánování organizovala, bylo 37. zasedání společnosti European Radiation Research Society 26. – 29. srpna 2009 v Praze. Je škoda, že zcela uniklo pozornosti našich kolegů ze Slovenska. V další částí příspěvku bychom rádi přiblížili úkoly, které řeší současná radiobiologická pracoviště v České republice. Katedra radiobiologie Fakulty vojenského zdravotnictví Univerzity obrany plní v současné době dva základní úkoly: • pedagogické pro vojenské posluchače oboru všeobecného lékařství a farmacie. Výuka je zaměřena především na účinky jaderných zbraní a radiologických zbraní na živou sílu a možnosti diagnostiky, dekontaminace, radioprotekce a léčby po poškození těmito zbraněmi. Dále pak na medicínu katastrof, spojenou především s únikem radioaktivity a možnou kontaminací a ozářením osob; • vědecko-výzkumné. Jsou studovány základní molekulární mechanizmy účinku ionizujícího záření (gama záření 60Co) na buňku, na základě těchto mechanizmů se hledají vhodné indikátory dávek záření. Na úrovni in vivo a in vitro byla popsána jako vhodný indikátor dávky záření fosforylace histonu H2AX 1 hodinu po ozáření lymfocytů a fosforylace proteinu p53 2 až 4 h po ozáření. Rovněž vzestup proteinu p21 24 h po ozáření je vhodným indikátorem dávek záření. Další indikátory jsou studovány, patři sem indukce apoptózy u lymfocytů či stanovení zastoupení jednotlivých subpopulací lymfocytů v periferní krvi. Další výzkumné aktivity jsou zaměřeny na terapeutické možnosti využití separovaných kmenových buněk krvetvorby. Tradičně jsou na katedře řešeny úkoly spojené s radioprotektivním účinkem SH látek a antioxidačních látek. Katedra má rovněž potenciál pro řešení úkolů spojených s kontaminací živé síly radionuklidy a jejich vnitřní a vnější dekontaminací. Radiobiologická problematika je nedílnou součástí výzkumných témat, řešených na Biofyzikálním ústavu AV ČR (BFÚ AV ČR, dříve Biofyzikální ústav ČSAV) v Brně, a to již od jeho založení v roce 1955. Radiobiologický výzkum na BFÚ AV ČR je orientován zejména na studium účinků ionizujícího záření na biologické systémy v jejich celé hierarchické šíři, počínaje biologickými makromolekulami a konče savčím organismem jako celkem. Studie ionizujícím zářením indukovaných efektů v živé hmotě, realizované na BFÚ AV ČR, měly a mají dva aspekty. Prvním aspektem je základní výzkum, přinášející nové informace o mechanismech, jimiž ionizující záření na molekuly, buňky, tkáně a organismy působí. Druhým je aspekt praktický, zvýrazňující prospěšnost takto získaných informací pro medicínskou praxi. Ten nalezl své vyjádření v participaci pracovníků BFÚ AV ČR na projektech armádního a kosmického výzkumu.
Při pohledu na současné členění výzkumných témat s radiobiologickou problematikou na BFÚ AV ČR se jasně rýsují dvě hlavní oblasti výzkumu. Obě jsou realizovány na Oddělení molekulární cytologie a cytometrie vedeného současným ředitelem ústavem doc. Kozubkem. První z výzkumných oblastí je tématika zářením indukovaných poruch DNA a s ní asociovaných molekulárních struktur. Moderní metodický přístup pomocí konfokálního mikroskopu umožňuje přesnou lokalizaci sledovaných změn v jádře a jednotlivých chromozomech a hledání souvislostí mezi nálezy na jednotlivých strukturách kombinací specifických značení. Druhou základní skupinou radiobiologických projektů na BFÚ AV ČR jsou projekty, zaměřené na studium možností farmakologického ovlivnění ionizujícím zářením poškozeného krvetvorného systému. Tyto studie se dotýkají, mimo jiné, takých praktických témat, jako jsou lékařské postupy v případě expozice člověka nebo celých složek populace v případě havárií jaderných elektráren či případných teroristických útoků. Pracovní skupina vedená doc. Hoferem, jež se tímto tématem zabývá, navazuje na řadu prioritních poznatků, získaných za uplynulých vice než čtyřicet let vědeckými týmy vedenými prof. MUDr. Milanem Pospíšilem, DrSc.. Radiobiologická skupina, která vznikla při katedře lékařských a humanitních oborů Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického, nemá sice dlouhou historii, ale její výhodou je, že se zde sešlo několik specialistů, kteří se problematikou radiobiologie, radiační ochrany, radiační fyziky či biofyziky zabývají mnoho let a mají v této oblasti řadu cenných zkušeností. Přínosem pro fakultu je úzká spolupráce se Státním ústavem jaderné, chemické a biologické ochrany, v. v. i. v Příbrami – Kamenná. • • • • • • • •
Hlavní směry výzkumu jsou zaměřeny na následující oblasti: aplikace biodozimetrických metod k nezávislému posouzení míry ozářených osob různými druhy záření; hodnocení potenciálních zdravotních dopadů na pracovníky uranového průmyslu i obyvatelstvo v důsledku inhalace radonu, jeho krátkodobých dceřiných produktů a dlouhodobých alfa radionuklidů; optimalizace léčebných procedur v radonových lázních z hlediska minimalizace efektivních dávek pacientů a zaměstnanců; optimalizace radiační zátěže pracovníků obsluhujících radioterapeutická zařízení; monitorování ozáření pacientů při radiodiagnostických vyšetřeních s cílem redukce radiační zátěže v souladu s jedním z hlavních principů radiační ochrany ALARA – As Low As Reasonably Achievable; zajištění bezpečnosti při transportu vysokoaktivních radioaktivních zdrojů včetně poskytnutí zdravotní péče zraněným a radioaktivně kontaminovaným osobám; vývoj a výzkum zaměřený na konstrukci kompaktního víceúčelového osobního monitoru fyziologických funkcí a přítomnosti nebezpečných toxických látek; studium neionizujících forem záření a to zejména možnostem terapeutického využití laseru v rehabilitační medicíně a negativní působení ultrafialového záření na pokožku.
Katedra lékařských a humanitních oborů Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického se podílí na také na výuce řady předmětů bakalářského, magisterského i doktorského studia, které mají vztah ke klinické a experimentální radiobiologii, radiační ochraně a k detekci ionizujícího záření. Spolupracuje s Mezinárodní agenturou pro atomovou energii a Evropskou unií, podílí se na přípravě a organizaci kurzů zaměřených na urychlení transpozice směrnic Evropské unie a dalších mezinárodních organizací v oblasti radiační ochrany, krizového řízení a ochrany obyvatelstva před radiologickým nebezpečím.
V problematice biodozimetrie úzce spolupracuje s katedrou radiologie a toxikologie Zdravotně sociální fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích. Odborný zájem pracovníků tohoto pracoviště je rovněž orientován na problematiku environmentální radiobiologie a některé etické otázky spojené s ionizujícím zářením. V úvodu tohoto sdělení jsme připomněli, že jedním z klíčových radiobiologických pracovišť do roku 1989 byla Katedra a ústav biofyziky a nukleární medicíny tehdejší Fakulty všeobecného lékařství Univerzity Karlovy v Praze. Část jeho pracovníků přešla v roce 1990 na nově konstituovaný Ústav biofyziky a informatiky 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy v Praze. Oddělení radiobiologie bylo transformováno na oddělení experimentální onkologie. Pracovníci tohoto oddělení se zaměřují především na problematiku účinků neionizujícího záření v experimentu, a to v rámci studia fotodynamické terapie maligních nádorů. Rovněž se podílí na vývoji nových fotosensitizérů pro fotodynamickou terapii. Pokud se týká ionizujícího záření, společně s Ústavem makromolekulární chemie spolupracují na vývoji tzv. brachyterapie pro lokální solidní nádory s využitím 131I značených termoresponsivních polymerů. Na Univerzitě obrany v rámci Fakulty vojenského zdravotnictví je akreditován habilitační obor Vojenská radiobiologie a v tomto oboru je možné na této vysoké škole jmenovací řízení.
Hlavní směry rozvoje radiobiologie v příštích letech • Výzkum účinků ionizujícího a neionizujícího záření. Současná úroveň poznání popisuje jednotlivé interakce na molekulární úrovni. Vedle studia postradiační molekulární odpovědi vysvětlující pozorované buněčné změny lze v budoucnu očekávat i výzkum aktivace jednotlivých genů a manipulace s nimi tak, aby došlo k co největšímu přežívání buněk zdravé tkáně a co nejrozsáhlejšímu odumírání nádorových buněk. • Biologická dozimetrie je důležitou součástí výzkumu postradiačních změn, neboť úspěšnost léčby je závislá na včasném odhadu velikosti absorbované dávky ionizujícího záření. U hromadných neštěstí s radiační etiologií nelze očekávat vybavenost funkčními dozimetry. Proto je důležité včas roztřídit ozářené pacienty aplikovat včasnou a kauzální terapii tam, kde lze očekávat léčebný účinek. • Praktická připravenost krizového systému na radiační události musí býti kontinuálně procvičována tak, aby příjem ozářených a kontaminovaných pacientů obsahující zevní dekontaminaci, třídění tíže vnitřní kontaminace a následná léčba postradiačních poškození byla včasná, schopná pojmout velké množství pacientů a byla co nejefektivnější.
Základní literatura a odkazy na webové stránky • Fusek, J. et al. Biologický, chemický a jaderný terorismus. Hradec Králové: VLA JEP, 2003, 76 s., ISBN 80-85109-70-0. • Kuna, P., Navrátil, L. a kol.: Klinická radiobiologie. Praha, Manus, 2005, 222 s., ISBN 80-86571-09-2. • Kuna, P., Navrátil, L., Dostál, M.: Příspěvek k historii radiobiologie v Čechách, na Moravě a na Slovensku. Kontakt, 10, 2008, 1, 214-225.
• Dostál, M.: Poškození organismu jadernými zbraněmi – poskytování zdravotnické pomoci. Suppl. Sbor. věd. prací LF UK Hradec Králové, 32, 1989, 1, 41-93 • Matoušek, J., Österreicher, J., Linhart, P. CBRN - jaderné zbraně a radiologické materiály. Ostrava: SPBI, 2007, 216 s., ISBN 978-80-7385-029-6. • Matoušek, J., Urban, I., Linhart, P. CBRN - detekce a monitorování, fyzická ochrana, dekontaminace. Ostrava: SPBI, 2008, 232 s., ISBN 978-80-7385-048-7. • http://www.crbs.cz/ Sdělení je rovněž kolektivním příspěvkem Společnosti pro radiobiologii a krizové plánování České lékařské společnosti Jana Evangelisty Purkyně, Převoznická 738/6, 143 00 Praha 4. Studie byla podpořena v rámci řešení výzkumného projektu NPV II 2B08001 Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky.
