放射線誘発性癌

電離放射線への曝露は、特に白血病などの将来の癌の発生率を高めることが知られています。これが起こるメカニズムはよく理解されていますが、リスクのレベルを予測する定量モデルは依然として議論の的となっています。最も広く受け入れられているモデルは、電離放射線による癌の発生率が、実効放射線量に比例してシーベルトあたり 5.5% の割合で直線的に増加すると仮定しています。^{[ 1 ]}これが正しければ、自然放射線は一般公衆衛生にとって最も危険な放射線源であり、医療画像診断がそれに次ぐ危険なものとなります。さらに、非侵襲性癌の大部分は、紫外線（電離放射線と非電離放射線の境界に位置する）によって引き起こされる非黒色腫皮膚癌です。携帯電話、送電、その他の同様の発生源からの非電離無線周波数放射線は、 WHOの国際がん研究機関によって発がん物質の可能性について調査されていますが、現在までにその証拠は観察されていません。^{[ 2 ] [ 3 ]}

一般的なモデルによれば、あらゆる放射線被ばくはがんのリスクを高める可能性がある。こうしたリスクを高める典型的な要因としては、自然放射線、医療処置、職業被ばく、原子力事故などが挙げられる。主な要因については以下で説明する。

偶発的

原子力事故は周辺環境に劇的な影響を与える可能性があるが、放射線量率にもよるが、がん発生に対する世界人口全体への影響は、自然被ばくや医療被ばくによる影響よりも小さい。

商業用原子力発電所における最も深刻な原子力事故は、1986年のチェルノブイリ原発事故である。事故発生後数秒から数ヶ月の間に、それぞれ爆発による外傷と急性放射線症候群（ARS）で死亡した人は合計約30人であり、その後数十年の間に、放射線誘発性癌による死亡者を含めて合計60人が死亡したというのが一般的な見解である。

しかし、災害の長期的な健康影響により今後発生すると予測される死亡者数の正確な数については、かなりの議論があります。長期的な死亡者数の推定値は、ウクライナ、ベラルーシ、ロシアの最も被災した人々については4,000人から9,000人（国連の共同コンソーシアムによる2005年および2006年の更新された結論による）から、ヨーロッパ大陸全体で被災したすべての人については合計16,000人まで、世界中の比較的軽微な影響を含めると60,000人にも達する数字まであります。このような数字は、激しく議論されている線形無閾値モデルに基づいています。^{[ 14 ] [ 15 ]}

チェルノブイリ原発事故で放出された1億キュリー（4エクサベクレル）の放射性物質のうち、当初は^131ヨウ素などの半減期の短い放射性同位体が最も危険でした。これらの同位体は半減期が5日と8日と短いため、現在では崩壊しており、半減期が30.07年の¹³⁷セシウムと28.78年の⁹⁰ストロンチウムが主な危険物質となっています。

2011年3月、地震と津波により、日本の福島第一原子力発電所で爆発と部分的なメルトダウンが発生しました。3基の原子炉で水素爆発が発生した後、技術者がウラン燃料棒を冷却するために海水を注入し、海水を入れるスペースを確保するために原子炉から放射性ガスを抜き取ったため、大量の放射性物質が放出されました。^{[ 16 ]}放射能の大量放出への懸念から、発電所の周囲20kmの立ち入り禁止区域が設定され、20～30km圏内の住民には屋内に留まるよう勧告が出されました。2011年3月24日、日本の当局は「東京都とその他5県の18か所の浄水場で、乳幼児の安全基準を超える放射性ヨウ素131が検出された」と発表しました。^{[ 17 ]}  

日本では、 1997年と1999年に東海村原子力発電所事故も発生した。1997年の事故は、1999年の事故に比べて死者数ははるかに少なかった。1999年の事故は、六フッ化ウランを濃縮二酸化ウランに変換するプロセスを早めようとした2人の技術者のミスが原因で、臨界量に達し、技術者の大内久志氏が約17シーベルト、篠原正人氏が約10シーベルトの放射線を浴び、死亡した。六フッ化ウランが注ぎ込まれていたタンクから遠く離れた机に座っていた2人の監督者である横川豊氏は、3シーベルトの放射線を浴びたが生き延び、2000年10月に過失責任を問われた。

2003年、チェルノブイリ近郊の汚染地域で死亡した6人の子供の解剖で、膵臓腫瘍の発生率が高いことも報告されたが、バンダジェフスキーは、肝臓よりも40～45倍高い137Cs^{の濃度を発見し、膵臓組織が放射性セシウムの強力な蓄積体であることを示した。 [ 18 ]} 2020年、ズリエリフは、ウクライナで10年間にわたって膵臓がんの発生率が高く統計的に有意であると報告し、2003年と比較して2013年には子供にも罹患例があった。^{[ 19 ]}

その他の深刻な放射線事故には、キシュティム災害（推定49～55人の癌による死亡）^{[ 20 ]}やウィンドスケール火災（推定33人の癌による死亡）^{[ 21 ] [ 22 ]などがある。}

衛星トランジット5BN-3の事故。この衛星には、約1キログラムのプルトニウム238を搭載したSNAP-3放射性同位体熱電発電機（RTG）が搭載されており、1964年4月21日に燃え尽きて大気圏に再突入した。^{[ 23 ]}ジョン・ゴフマン博士は、この事故が世界中で肺がんの発生率を高めたと主張した。彼は「この事故によって誘発された肺がんの数を推定することは不可能だが、これほど大量のプルトニウム238が拡散したことで、その後の数十年間に診断される肺がんの数が増えることは間違いない」と述べた。^{[ 24 ] [ 25 ]}他の衛星の失敗には、コスモス954とコスモス1402がある。

がんは放射線の確率的影響であり、予測不可能な事象です。発生確率は実効放射線量とともに増加しますが、がんの重症度は線量とは無関係です。がんの進行速度、予後、痛みの程度、および病気のその他のすべての特徴は、人が被曝する放射線量の関数ではありません。これは、閾値を超える線量によって重症度が増加する急性放射線症候群の決定論的影響とは対照的です。がんは、機能が阻害された単一の細胞から始まります。正常な細胞の機能は、染色体とも呼ばれるDNA分子の化学構造によって制御されています。

放射線が有機組織に十分なエネルギーを蓄積して電離を引き起こすと、分子結合が切断され、照射された分子の分子構造が変化する傾向があります。可視光線のようなエネルギーの低い放射線は、電離ではなく励起のみを引き起こし、通常は熱として放出され、化学的損傷は比較的少ないです。紫外線は通常、非電離放射線に分類されますが、実際には電離と化学的損傷をある程度引き起こす中間的な範囲にあります。したがって、紫外線の発がんメカニズムは、電離放射線の発がんメカニズムと類似しています。

がんの化学的または物理的な引き金とは異なり、透過性の放射線は細胞内の分子にランダムに当たります。^{[注1 ]}放射線によって破壊された分子は、さらに化学的損傷を引き起こす非常に反応性の高いフリーラジカルになる可能性があります。この直接的および間接的な損傷の一部は、最終的に染色体や遺伝子の発現を制御するエピジェネティック因子に影響を与えます。細胞のメカニズムはこの損傷の一部を修復しますが、修復が不完全な場合もあり、一部の染色体異常は不可逆的であることが判明します。

DNA二本鎖切断（DSB）は、電離放射線が癌を引き起こす生物学的に最も重要な損傷であると一般的に認められています。^{[ 6 ]}試験管内実験では、電離放射線は1細胞あたり1グレイあたり35個のDSBを引き起こし、^{[ 26 ]}遺伝子発現を調節するDNAのエピジェネティックマーカーの一部を除去することが示されています。 ^{[ 27 ]}誘発されたDSBのほとんどは、照射後24時間以内に修復されますが、修復された鎖の25%は誤って修復され、200mGyに曝露された線維芽細胞の約20%は、照射後4日以内に死滅しました。 ^{[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]}人口の一部は欠陥のあるDNA修復機構を持っているため、放射線への曝露によりより大きな損傷を受けます。^{[ 26 ]}

大きな損傷は通常、細胞が死滅するか、増殖できなくなる結果をもたらします。この影響は急性放射線症候群の原因となりますが、これらの重度に損傷した細胞は癌化することはありません。軽度の損傷では、安定した部分的に機能する細胞が残る可能性があり、特に腫瘍抑制遺伝子が損傷している場合は、増殖して最終的に癌に発展する可能性があります。^{[ 6 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}最新の研究では、突然変異は放射線照射直後には起こらないことが示唆されています。代わりに、生存した細胞はゲノム不安定性を獲得し、将来の世代で突然変異率が増加します。その後、細胞は腫瘍化の複数の段階を経て進行し、数年の潜伏期間を経て最終的に腫瘍になる可能性があります。腫瘍化は、細胞の形態変化、細胞の不死化の獲得（正常な生命を制限する細胞制御プロセスの喪失）、および腫瘍形成を促進する適応という、3つの主要な独立した段階に分けることができます。^{[ 6 ]}

場合によっては、少量の放射線がその後のより大きな放射線の影響を軽減する。これは「適応反応」と呼ばれ、ホルミシスの仮説的メカニズムに関連している。^{[ 34 ]}

放射線被ばくから癌の検出まで数十年の潜伏期間が経過する可能性がある。放射線被ばくの結果として発生する可能性のある癌は、自然に発生する癌や他の発癌物質への被ばくの結果として発生する癌と区別できない。さらに、国立癌研究所の文献は、化学的および物理的危険因子、喫煙、アルコール摂取、食事などの生活習慣因子が、これらの同じ病気の多くに大きく寄与していることを示している。ウラン鉱山労働者からの証拠は、喫煙が放射線と相加的ではなく相乗的に相互作用する可能性があることを示唆している。^{[ 6 ]}放射線が癌発生に寄与しているかどうかの評価は、他のすべての交絡リスク因子に関する徹底的なデータを含む大規模な疫学研究を通じてのみ行うことができる。放射線誘発性膵臓癌発生のこれまでにないメカニズムは、膵管および膵液中の放射性セシウムの濃縮と排出によって強調されている。ネルソン^{[ 35 ]}、ソーディー^{[ 36 ]} 、バンダジェフスキー^{[ 37 ]}、ヴェンチュリ^{[ 38 ]} らの研究では、膵臓細胞は、哺乳類（マウス、イヌ、ヒト）および鳥類や魚類（ニワトリ、コイ）のCs-137を用いた実験的シンチグラフィーや放射性降下物で汚染された環境において、発がん性放射性セシウムを濃縮する非常に高い能力を持っていることが報告されている。137-Csの電離放射線は、膵臓、甲状腺、唾液腺細胞の細胞質空胞化、小胞体の拡張、さまざまなサイズと形態のミトコンドリアの破壊、および核周辺部のクロマチンの高密度領域を引き起こす。^{[ 39 ]}

太陽からの紫外線に長時間さらされると、メラノーマやその他の皮膚悪性腫瘍を引き起こす可能性があります。^{[ 40 ]}明確な証拠により、紫外線、特に非電離性中波UVBが、世界で最も一般的な癌である非メラノーマ皮膚癌のほとんどの原因であることが確立されています。 ^{[ 40 ]}

電離放射線被ばく後、平均 20 ～ 40 年の潜伏期間を経て皮膚がんが発生することがあります。^{[ 41 ] [ 42 ]} 慢性放射線角化症は、電離放射線被ばく後何年も経ってから皮膚に発生する可能性のある前がん性の角化性皮膚病変です。^{[ 43 ] : 729}さまざまな悪性腫瘍が発生する可能性があり、最も頻度が高いのは基底細胞癌で、次いで扁平上皮癌です。^{[ 41 ] [ 44 ] [ 45 ]} リスクの上昇は放射線被ばく部位に限られます。^{[ 46 ]}いくつかの研究では、メラノーマと電離放射線被ばく との因果関係の可能性も示唆されています。 ^{[ 47 ]} 低レベルの被ばくから生じる発がんリスクの程度は議論の余地がありますが、入手可能な証拠は、受けた線量にほぼ比例するリスクの増加を示しています。^{[ 48 ]}放射線科医と放射線技師は、放射線に曝露された最も初期の職業グループの一つです。放射線誘発性皮膚がん（放射線に関連する最初の固形がん）の認識につながったのは、初期の放射線科医の観察でした。これは1902年のことです。^{[ 49 ]} 医療用電離放射線による皮膚がんの発生率は過去に高かったものの、最近の医療用放射線作業者の間では、特に皮膚がんなどの特定のがんのリスクが増加している可能性があるという証拠もあり、これは特定の放射線学的慣行や変化する放射線学的慣行に関連している可能性があります。^{[ 49 ]} 入手可能な証拠によると、皮膚がんの過剰リスクは放射線照射後45年以上続くことが示されています。^{[ 50 ]}

がんは放射線の確率的影響であり、特定の線量閾値を超えると必ず発生する決定論的影響とは異なり、発生する確率のみが存在することを意味します。原子力産業、原子力規制当局、および政府のコンセンサスは、電離放射線によるがんの発生率は、実効放射線量に対してシーベルトあたり 5.5% の割合で直線的に増加するとモデル化できるというものです。^{[ 1 ]}個々の研究、代替モデル、および業界のコンセンサスの以前のバージョンでは、このコンセンサス モデルの周りに散在する他のリスク推定値が生成されています。リスクは、成人よりも乳幼児や胎児の方がはるかに高く、高齢者よりも中年の方が高く、男性よりも女性の方が高いという点については概ね合意していますが、これに関する定量的なコンセンサスはありません。^{[ 51 ] [ 52 ]} このモデルは外部放射線に対しては広く受け入れられていますが、内部汚染への適用については議論があります。例えば、このモデルは、プルトニウム粉塵に曝露されたロスアラモス国立研究所の初期の労働者の癌発生率が低いことや、チェルノブイリ事故後に子供たちの甲状腺癌発生率が高いこと（いずれも内部被ばく事象）を考慮に入れていない。自称「欧州放射線リスク委員会」のクリス・バスビーは、ICRPモデルは内部被ばくに関しては「致命的な欠陥がある」と述べている。^{[ 53 ]}

放射線は、あらゆる動物、あらゆる年齢において、体のほとんどの部位に癌を引き起こす可能性がありますが、放射線誘発性固形腫瘍が臨床的に顕在化するまでには通常 10 ～ 15 年、場合によっては 40 年かかり、放射線誘発性白血病は通常 2 ～ 9 年で出現します。^{[ 6 ] [ 54 ]}基底細胞母斑症候群や網膜芽細胞腫などの一部の人々は、放射線被曝による癌の発症に対して平均よりも感受性が高いです。^{[ 6 ]}子供や青年は、成人に比べて放射線誘発性白血病を発症する可能性が 2 倍高く、出生前の放射線被曝は 10 倍の影響があります。^{[ 6 ]}

放射線被ばくはあらゆる生体組織に癌を引き起こす可能性があるが、高線量の全身外部被ばくは白血病と最も密接に関連しており^{[ 55 ]}、これは骨髄の放射線感受性の高さを反映している。内部被ばくは放射性物質が集中する臓器に癌を引き起こす傾向があり、ラドンは主に肺癌を引き起こし、甲状腺癌の原因となるヨウ素131は白血病を引き起こす可能性が最も高い 。

データソース

電離放射線被曝と癌の発症との関連性は、主に日本の原爆被爆者の「 LSSコホート」に基づいています。これは、高レベルの電離放射線に被曝した人類史上最大の集団です。しかし、このコホートは、核爆発による赤外線の閃光と、爆発後に発生した火災旋風や都市部で発生した火災への被曝により、高熱にもさらされました。そのため、被爆者は程度の差こそあれ、温熱療法も受けました。放射線照射後の温熱療法、すなわち熱曝露は、放射線療法の分野では、照射後の細胞へのフリーラジカルによる損傷の重症度を著しく増加させることがよく知られています。しかし、現在、この交絡因子に対処する試みは行われておらず、このグループの用量反応曲線には含まれておらず、補正もされていません。

特定の医療処置を受けた患者と1986年のチェルノブイリ原発事故に関する追加データが収集された。チェルノブイリ事故と、汚染地域で報告された甲状腺がんの異常に多い数（約1,800例、主に子供）の間には明確な関連性がある^{[ 56 ] 。}

低線量の放射線の場合、生物学的影響は非常に小さいため、疫学調査では検出されない可能性があります。放射線は高線量および高線量率では癌を引き起こす可能性がありますが、約10ミリシーベルト（1,000ミリレム）以下の低線量被ばくに関する公衆衛生データは解釈が困難です。低線量の放射線による健康への影響を評価するために、研究者は放射線が癌を引き起こす過程のモデルに頼っており、異なるリスクレベルを予測するいくつかのモデルが登場しています。

通常のバックグラウンド放射線量を超える慢性的な低レベル放射線に曝露された職業労働者の研究では、癌や世代を超えた影響に関して相反する証拠が得られています。癌の結果は不確実ではありますが、原爆被爆者に基づくリスクの推定と一致しており、これらの労働者は白血病やその他の癌を発症する確率がわずかに増加することを示唆しています。労働者に関する最も最近の大規模な研究の1つは、Cardisらによって2005年に発表されました。 ^{[ 57 ]}低レベルで短時間の放射線被ばくは有害ではないという証拠があります。^{[ 58 ]}

モデリング

線形用量反応モデルは、線量の増加がどんなに小さくても、リスクの漸進的な増加につながることを示唆しています。線形無閾値モデル（LNT）仮説は、国際放射線防護委員会（ICRP）および世界中の規制当局によって受け入れられています。 ^{[ 59 ]}このモデルによると、世界人口の約1%が、生涯のある時点で自然放射線の結果として癌を発症します。比較のために、2008年の死亡の13%は癌によるものなので、自然放射線はごくわずかな寄与である可能性があります。^{[ 60 ]}

ICRPが低線量放射線の影響を誇張する線形無閾値モデルを採用したことに対し、多くの関係者が批判している。最も頻繁に引用される代替案は、「線形二次」モデルと「ホルミシス」モデルである。線形二次モデルは、放射線療法において細胞生存の最良のモデルとして広く認識されており、^{[ 61 ]} LSSコホートの白血病データに最もよく適合する。^{[ 6 ]}

いずれの場合も、αとβの値はヒトの被ばくデータからの回帰によって決定する必要があります。動物や組織サンプルを用いた実験室実験は、限られた価値しかありません。入手可能な質の高いヒトデータのほとんどは、0.1 Svを超える高線量被ばく者からのものであるため、低線量でこれらのモデルを使用する場合は、保守的すぎるか保守的すぎるかのどちらかになる可能性のある外挿となります。これらのモデルのうちどれが低線量で最も正確であるかを決定的に判断するには、十分なヒトデータがありません。3つのうちで最も単純で保守的な線形無閾値モデルを仮定することがコンセンサスとなっています。

放射線ホルミシスとは、低レベルの電離放射線（すなわち、地球の自然放射線レベルに近いレベル）が、他の原因（フリーラジカルやより高線量の電離放射線など）によるDNA損傷から細胞を「免疫」し、がんのリスクを低下させるという仮説である。この理論では、このような低レベルの放射線が体内のDNA修復機構を活性化し、体内の細胞DNA修復タンパク質のレベルを高め、DNA損傷を修復する体の能力を向上させるとされている。しかし、この主張を人間で証明することは非常に困難である（例えば、統計的ながん研究を用いる場合）。なぜなら、非常に低いレベルの電離放射線の影響は、通常のがん発生率という「ノイズ」の中で統計的に測定するには小さすぎるからである。

放射線ホルミシスの概念は、規制機関によって証明されていないと考えられています。ホルミシスモデルが正確であることが判明した場合、LNTモデルに基づく現在の規制はホルミシス効果を防止または制限し、健康に悪影響を与える可能性があります。^{[ 62 ]}

特に内部被ばく線量に関しては、他の非線形効果も観察されている。例えば、ヨウ素131は、放射線によって癌化する可能性のある甲状腺組織を死滅させる傾向があるため、高線量の同位体が低線量よりも危険性が低い場合があるという点で注目に値する。グレーブス病の治療に超高線量のI-131を用いたほとんどの研究では、中等量のI-131吸収に伴う甲状腺癌リスクの直線的増加が認められるにもかかわらず、甲状腺癌の増加は認められなかった。^{[ 63 ]}

原子力発電所や、原子力発電所よりも排出量が多い石炭火力発電所の近くに住むといった低線量被ばくは、事故がない限り、がんの発症にほとんど、あるいは全く影響がないと一般的に考えられている。^{[ 6 ]}より大きな懸念事項としては、建物内のラドンや医療画像診断の過剰使用などが挙げられる。

国際放射線防護委員会（ICRP）は、医療および職業上の被ばくを除いて、一般市民の人工放射線被ばくを年間平均実効線量1 mSv（0.001 Sv）に制限することを推奨しています。^{[ 1 ]} 比較のために、米国議会議事堂内の放射線レベルは、花崗岩構造のウラン含有量のため、規制限度に近い0.85 mSv/年です。^{[ 13 ]} ICRPモデルによると、議事堂内で20年間過ごした人は、他の既存のリスクに加えて、1000分の1の確率で癌になることになります。（20年 × 0.85 mSv/年 × 0.001 Sv/mSv × 5.5%/Sv ≈ 0.1%）その「既存のリスク」ははるかに高く、平均的なアメリカ人は、人工放射線に被ばくしなくても、同じ20年間で10分の1の確率で癌になることになります。

摂取、吸入、注射、または吸収による内部汚染は、放射性物質が長期間体内に留まり、低線量率であっても、最初の被ばくが終了してからも長期間にわたって線量が蓄積される可能性があるため、特に懸念される。エベン・バイヤーズやラジウム・ガールズを含む100人以上が10 Gyを超える被ばく線量を受け、癌または自然死したが、同じ量の急性外部被ばく線量であれば、必ず急性放射線症候群により早期に死亡する。^{[ 64 ]}

公衆の内部被ばくは、食品および飲料水中の放射性物質含有量に関する規制値によって管理されています。これらの規制値は通常、ベクレル/キログラムで表され、汚染物質ごとに異なる値が設定されています。

放射線は19世紀後半に発見されたものの、放射能や放射線の危険性はすぐには認識されなかった。放射線の急性影響が初めて観察されたのは、 1895年にヴィルヘルム・レントゲンが意図的に自分の指にX線を照射した時である。彼は発生した火傷に関する観察結果を発表したが、その原因をX線ではなくオゾンによるものとした。彼の火傷は後に治癒した。

放射線の遺伝的影響、特に癌リスクへの影響は、ずっと後になって認識されるようになった。1927年、ヘルマン・ヨーゼフ・ミュラーは遺伝的影響を示す研究を発表し^{[ 65 ]} 、1946年にはその研究成果によりノーベル賞を受賞した。放射線はすぐにラジウム文字盤塗装工の骨癌と関連付けられたが、これは第二次世界大戦後の大規模な動物実験まで確認されなかった。その後、原子爆弾被爆者の長期研究を通じてリスクが定量化された。

放射線の生物学的影響が知られるようになる以前、多くの医師や企業が放射性物質を特許薬や放射性インチキ療法として販売し始めていました。例えば、ラジウム浣腸療法や、強壮剤として飲むラジウム含有水などです。マリー・キュリーはこの種の治療法に反対し、放射線が人体に及ぼす影響は十分に理解されていないと警告しました。キュリーは後に癌ではなく再生不良性貧血で亡くなりました。アメリカの著名な社交界の人物であるエベン・バイヤーズは、数年にわたって大量のラジウムを摂取した後、1932年に多発癌で亡くなりました。彼の死は、放射線の危険性に対する世間の注目を集めました。1930年代までには、熱狂的な人々の間で骨壊死や死亡例が多数発生した後、ラジウム含有医療製品は市場からほぼ姿を消しました。

米国では、いわゆる「ラジウム・ガールズ」の事例、すなわち数千人のラジウム文字盤塗装工が口腔がんを発症した事件をきっかけに、放射線被ばくによる職業上の健康被害に対する警告が広く知られるようになった。マサチューセッツ工科大学（MIT）のロブリー・D・エバンスは、ラジウムの許容体内蓄積量に関する最初の基準を策定し、核医学を研究分野として確立する上で重要な一歩を踏み出した。1940年代に原子炉や核兵器が開発されると、あらゆる種類の放射線影響の研究に科学的な関心が向けられるようになった。