Эффекты солнечных протонных событий в распространенности врожденных пороков развития у детей

Цель исследования : выявление связи между распространенностью ВПР в Мурманской области и частотой GLE.

Материал и методы . Случаи ВПР были отобраны для Кандалакши и Монченгорска (Мурманская область) из компьютеризированного регистра родов, включающего 26848 документированных наблюдений за течением и исходами беременностей и состоянием здоровья новорожденных детей [9]. Классификация ВПР была произведена на основе Международной Классификации Болезней-10 (МКБ-10). Распространенность ВПР по годам оценивали на 1000 новорожденных с 1989 по 1998 гг. (Кандалакша), и с 1987 по 2005гг. (Мончегорск). Данные о событиях GLE получали на сайте: ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA/COSMI C_RAYS/GROUND_LEVEL_ENHANCEMENTS/gr ound_level_enhancements(GLE)_event.

Результаты и обсуждение. В исследовании эффектов GLE 43, 44, 45 на клеточных культурах было показано, что увеличение интенсивности нейтронной компоненты приводит к разнообразным нарушениям клеточного генетического материала [5]. В случае универсальности воздействия нуклонной компоненты на генетический материал клеток сходные изменения должны происходить как в ооцитах женского, сперматого-ниях мужского организмов, так и в клетках зародышей. Во всех случаях подобные эффекты могут проявиться в отставленных последствиях, выраженных через частоту распространенности ВПР в течение года или через год после GLE. Данное предположение подтвердилось результатами проведенного статистического исследования. В табл. 1 приведены данные по распространенности случаев ВПР у детей в Кандалакше с 1989 по 1998 гг., включающих годы с событиями GLE и без них. В табл. 1 видно, что за 10 лет среднее значение распространенности ВПР составляет 17,63±4,42 случаев в год. В годы с событиями GLE (1989-1992, 1997-1998, 19 случаев GLE), частота ВПР возрастает до 24,28±5,86 случая в год, а в годы без GLE снижается до 7,65±2,22 случаев ВПР в год. То есть, в годы с событиями GLE, по сравнению с периодом без них, частота распространенности ВПР возрастает в 3,2 раза. Значимая корреляция (г=0,82, р<0,05) была найдена между частотой случаев ВПР и интенсивностью GLE (% возрастания скорости нейтронного счета относительно исходного уровня), рис. 1А.

Таблица 1. Распространенность случаев врожденных пороков развития у детей в Кандалакше с 1989 по 1998 гг., включающих годы с событиями GLE (1989-1992;1997-1998) и без них (1993-1996)

Статистические данные по распространенности частоты случаев ВПР, связанных с хромосомными нарушениями (классы Q90-Q99) в Мончегорске за период с 1987 по 2005 гг. показаны в табл. 2. Значимые корреляции между частотой распространенности случаев ВПР (Q90-Q99) в годы с высокой и низкой СА найдены не были (p=0,251). Сходные результаты были получены в работе [6] при анализе связи между фазами СА и хромосомными нарушениями в период эмбрионального развития. Однако когда мы сопоставили амплитуды возрастаний нейтронного счета в период GLE (относительно исходного уровня) за год до рождения детей с ВПР классов Q90-Q99, то была найдена значимая связь между событиями GLE и частотой ВПР (r=0,61, p <0,05).

Таблица 2. Распространенность ВПР (классы Q90-Q99) у детей в Мончегорске с 1987 по 2005 гг., включающие фазы цикла с высокой и низкой солнечной активностью

Результаты экспериментов, проведенных на клеточных культурах в период больших солнечных протонных событий и трех случаев GLE показали, что основные нарушения генетического материала в клеточных ядрах возникали при возрастании спектральной жесткости солнечных протонов, соответствовавших приходу в околоземное пространство частиц с энергией >850 МЭВ [5]. По этой причине мы проанализировали данные по распространенности ВПР с хромосомными нарушениями (Мончегорск) и вариациями плотности потоков частиц в околоземном пространстве с энергиями достаточными для порождения вторичных нуклонов, достигающих поверхности Земли на широте проводимых исследований. Для этой цели были отобраны данные геостационарного спутника GOES-6 по вариациям плотности потоков α частиц с энергиями в диапазоне 2560-3400МЭВ, >3400 МЭВ, а также протонов с энергиями в диапазоне 510-700 МЭВ и >700 МЭВ. Среднегодовые значения плотности потоков частиц за год до рождения детей с ВПР были сопоставлены с частотами распространенности ВПР с хромосомными нарушениями в Мончегорске. К сожалению, из-за неполноты спутниковых данных по вариациям плотности высокоэнергетических частиц, исследование удалось провести только за период с 1987 по 1994 гг. Сопоставление частоты случаев ВПР (Q90-Q99) в Мончегорске с интенсивностью GLE, среднегодовыми значениями плотностями потоков α-частиц в околоземном пространстве с энергиями > 3400 МЭВ представлены на рис. 1 Б.

Годы 1987-1994

Б

Рис. 1. Сравнение частоты случаев врожденных пороков (ВПР) развития у детей с интенсивностью GLE (% возрастания скорости нейтронного счета относительно исходного уровня) и с плотностью потоков α-частиц в околоземном пространстве с энергиями >3400 МЭВ:

А – частота случаев ВПР в Кандалакше (черные столбцы) и интенсивность GLE (серые столбцы); Б – частота случаев ВПР(Q90-99) в Мончегорске (серая область), среднегодовые значения интенсивности GLE (серые столбцы) и плотности потоков α-частиц с энергиями >3400 МЭВ (черная кривая) за год до рождения детей с ВПР. По оси абсцисс – годы, по оси ординат – нормированные значения

Полученные результаты показывают, что случаи GLE, ассоциированные с солнечными протонными событиями, связанными с увеличением плотности потока частиц с жестким энергетическим спектром, могут инициировать повреждения ДНК в клетках человека, как и в случае с клеточными культурами во время солнечных протонных событий в Октябре 1989 года [3-5]. Эти результаты находятся в хорошем соответствии с данными, полученными в работах [7, 8], в которых была найдена связь между интенсивностью КЛ и частотой ВПР с синдромом Дауна, а также вариациями КЛ и ежемесячной смертностью. Наши исследования показали, что заболеваемость детей и взрослых за период 1995-1999 гг. имеет значимые корреляции (p≤0,05) с солнечной активностью (СА) и ассоциированными с ней случаями наземного возрастания интенсивности нуклонной компоненты солнечных космических лучей (КЛ) [7, 8]. Полученные результаты имеют принципиальное значение для признания биологической эффективности фоновых флуктуаций КЛ, которые могут существенно возрастать в периоды солнечных протонных событий и увеличивать риск рождения детей с врожденными пороками развития.