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中央大学 駿河台記念館 平成27年11月27日

福島県立医科大学

放射線生命科学講座

坂井 晃

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

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

原爆放射線の人体への影響

空中核爆発

ゼロ地点

都市表面の放射化

核分裂生成物

（高放射能で長半減期）

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)

風上

風下

4

原爆による災害

•

人口；３５万人、７６０００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５００００戸）

5

地表核爆発

核分裂生成物(20-50%)

（高放射能で長半減期）

核分裂生成物(50-80%)

（高放射能で長半減期）

風上

風下

ゼロ地点

都市表面の放射化

"死の灰"（第五福竜丸・チュルノブイリ原発事故）

7

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）

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

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。

※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

皆様の健康を見守り続けるための「基礎」となる調査です

11

3/12 10:00 避難開始 3/12 11:00 避難完了 住民行動調査 住民がいつどこにいたかを調査 時系列線量分布図作成 位置ごとに、時系列の線量を表示 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

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

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

12

3月12日 3月13日 3月14日 3月15日 4月14日 5月14日

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 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。 6月13日 7月11日 使用している線量分布図 13

放射線生物作用の発現過程と経過時間

金芳堂 放射線基礎医学より引用

時

間

（

秒

）

放射線量（放射能）と被ばく線量

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

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

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

＊

＊

線量の単位の換算方法

放射線の種類 放射線荷重係数 α線 20 中性子線 2.5〜20 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 物質名 実効線量係数（乳児） 実効線量係数（成人） ヨウ素131 0.00014 0.000016 セシウム137 0.000021 0.000013 プルトニウム239 0.0042 0.00026

等価線量

吸収線量

実効線量

等価線量

放射線量

Gy

Bq

Sv

Sv

Sv

放射線荷重係数を掛ける 組織荷重係数を掛けて 全臓器・組織で足し算 実効線量係数を掛ける

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 × 0.000022mSv/Bq × 365（日） =

約

2.4mSv

人体に与える

影響

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

＊ ＊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

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

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）

α線、中性子線

β線、γ線（X線）

できるラジカルの量・密度が大

低LET飛跡

高LET飛跡

放射線障害

早期障害

宿酔

白血球減少

皮膚炎

浮腫

不妊

後期障害

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

身体的影響

遺伝的影響

放射線生物学 日本放射線技術学会監修 2008

丹羽太貫 緊急被ばく医療テキストから引用

広島・長崎の被爆者における発がん

確率的影響と確定的影響

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 急性症状 がん_{遺伝的影響} ?

低線量被ばく

放射線基礎医学 第11版から引用改変 22

放射線医学総合研究所Webサイトより

受けた放射線の線量

が

ん

で

死

亡

す

る

人

の

割

合

放射線感受性

組 織

高い

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

正常組織の放射線感受性

放射線生物学 日本放射線技術学会監修 2008

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

Kamada N et al., 1983

原爆被爆者骨髄細胞の染色体異常

Distance from the center

染

色

体

異

常

の

割

合

（

％

）

Preston DI, et al. Radiation Res 1994

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？

Hypothesis

-Nakamura N, Radiation Res 2005

10歳

25歳

放射線による染色DNA二本鎖切断

染色体転座 二動原体染色体 正常

修復

_{修復エラー}

安定型の異常

不安定型の異常

環状染色体

飛跡内事象

（１放射線飛跡）

飛跡間事象

（２放射線飛跡）

∝

αD

∝

βD

2

染色体異常の頻度の考え方

高LET放射線 低LET放射線

αD

＋βD

2

∝

線量 (Gy)

S = e-αD S = e-βD2 遅発性反 応 早期反応

D

logS 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1 2 3

線量 (Gy)

高LET放射線照射 α’D γ線低線量率照 射 αD γ線高線量率照 射 αD+βD2

二

動

原

体

染

色

体

/

細

胞

生

存

率

(S

)

S = e

-(αD

＋βD2)

放射線基礎医学 ⾦芳堂から引⽤

生存率曲線とLQモデル

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 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

コロニー形成効率 (CE)

= (80/100) × 100

= 80 (%)

細胞生存率 (%)

= (40/(1000 × (80/100)) × 100

= 5 (%)

未照射

照射

コロニー形成法による生存率の測定

放射線生物学 放射線技術学会より引用改変

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

白血病の発症モデル

正常前駆細胞

正常分化

成熟細胞

正常幹細胞

白血病前駆細胞

白血病幹細胞

（ＬＳＣ）

分化の停止

白血病細胞

遺伝子変異

新臨床腫瘍学 ２００９

33

骨髄被爆線量 (Gy)

過

剰

相

対

リ

ス

ク

骨髄被爆線量 (Gy)

相

対

リ

ス

ク

被ばく時年齢 < 20歳 被ばく時年齢 ≥ 20歳 Iwanaga M, JCO 2011

被爆線量とMDS発症リスク

ー 長崎原爆被爆者 ー

Iwanaga M, Blood 2009

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（1988-2005年）を対象とし

MGUS 1,082人

20歳未満の場合、

被爆距離

:

1.5km未満 : 3.0km以上 （有病比: 1.4）

被爆線量

：

0.1Gy以上 : 0.1Gy未満 （有病比: 1.66）

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

Jiang T et al. J Rad Res 2000

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

転写因子の異常による造血障害

AML1遺伝子の点突然変異

原爆被爆障害

1 50 177 291 371 453aa

Runt Domain Activation

Suppression N-terminal (exon 3-5) C-terminal (exon 6-8) AML1 protein Sporadic MDS (131 cases) Secondary MDS (29 cases) ① ② ⑦ ⑧ ⑤ ⑨ ④ ③ ⑥

Harada H, Blood 2003 & 2004

Lancet 2012

Brain dose (mGy)

R

e

la

ti

ve

ri

sk

R

e

la

ti

ve

ri

sk

Red bone marrow dose (mGy)

Pearce MS, Lancet 2012

 フランスの

23施設



10歳以前にCT検査を受けた67,274人（2000〜2003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%

Cancer-predisposing factors (PFs)

48

時間培養 (5% CO

2

)

+ PHA

+ colcemid

分離

・

培養

3

〜28 日後

CT

検査当日

単純CT

CT

前

CT

後

採血

CT scan 前後での二動原体染色体 (DIC) 解析

Giemsa

staining

Centromere-FISH

Green: Centromere-probe

Brue

: DNA(DAPI)

二動原体染色体

(Dicentric chromosome)

Dose-response curve

for the dicentric chromosome assay (DCA)

WAZA-ARI

画面の一部

http://waza-ari.nirs.go.jp/waza_ari/login/

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Before CT After CT N u m be r o f D IC s fo rm e d

Giemsa

N u m be r o f D IC s fo rm e d

FISH

Before CT

After CT

Before CT

After CT

p < 0.01 (p = 0.0007) p < 0.01 (p = 0.0006) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 1 2 Treatment history Treatment history (+) (-) Treatment history Treatment history (+) (-)

Increase in dicentric chromosome formation

after a single CT scan in adults

FISH

0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 0.5 1 1.5 2 2.5 N u m b e r o f D IC s fo rm e d (b e fo re C T ) p = 0.1512 Treatment history (+) Treatment history (-) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 0.5 1 1.5 2 2.5 N u m b e r o f D IC s fo rm e d (b e fo re C T )

Giemsa

p = 0.0847 Treatment history (-) Treatment history (+)

治療歴（化学療法・放射線治療）の影響

y = 0.0045x + 3.0111 R² = 0.0015 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30 40 50 60 70 In c re m e n t o f D IC fo rm at io n

Effective radiation dose (mSv) WAZA-ARI

2,000 metaphases (FISH)

y = 0.0062x + 3.1498 R² = 0.0024 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30 40 50 60 70 In c re m e n t o f D IC fo rm at io n

Effective radiation dose (mSv) WAZA-ARI

2,000 metaphases (Giemsa)

DIC形成数と実効線量 (WAZA-ARI: mSv) は

相関しない

今後の課題

医療被ばく

診断

治療

過剰

被ばく

発がん?