Уроки Чернобыля и Фукусима: прогноз радиологических последствий

Уроки Чернобыля и Фукусима: прогноз радиологических последствий

Иванов В.К., Кащеев В.В., Чекин С.Ю., Корело А.М., Меняйло А.Н.,

Максютов М.А., Горский А.И., Туманов К.А., Пряхин Е.А.

ФГБУ МРНЦ Минздравсоцразвития России, Обнинск

В представленной работе рассматриваются три основных вопроса. В первом разделе приводятся результаты крупномасштабных исследований Национального радиационно-эпидемиологического регистра за 25 лет после аварии на Чернобыльской АЭС. Даны итоговые оценки радиационных рисков заболеваемости среди ликвидаторов и населения наиболее загрязнённых территорий России. Второй раздел посвящён верификации моделей прогноза радиационного риска МКРЗ (103 Публикация) с учётом данных Чернобыля. Третий раздел - прогнозные оценки возможных отдалённых радиологических последствий аварии на АЭС «Фукусима-1» на основе моделей прогноза МКРЗ.

Ключевые слова: чернобыльская авария, оценка радиационных рисков, 103 Публикация МКРЗ, прогноз радиологических последствий аварий в Фукусиме.

В июне 1986 г., примерно через 2 месяца после чернобыльской катастрофы, Правительство Советского Союза принимает решение о создании регистра лиц, подвергшихся радиационному воздействию. Перед Регистром ставятся две основные задачи.

Первая: проведение научных исследований по оценке радиационных рисков при малых (до 0,2 Зв) дозах облучения.

Вторая: подготовка рекомендаций органам здравоохранения для практической минимизации отдалённых радиологических эффектов.

На сегодняшний день база данных Национального радиационно-эпидемиологического регистра (НРЭР) включает индивидуальные медико-дозиметрические сведения на более чем 700 тысяч человек (рис. 1). По своей статистической мощности Регистр значительно превышает когорту Хиросимы-Нагасаки (где 86,5 тысяч человек). Это позволяет рассчитывать на получение объективных данных о радиационных рисках малых доз облучения.

В Регистре представлены 4 основные группы населения: проживающие на загрязнённых территориях - 457 тыс. чел.; эвакуированные - 8 тыс. чел.; ликвидаторы - 196 тыс. чел.; дети ликвидаторов, рождённые после аварии, - 39 тыс. чел.

Основные эпидемиологические исследования в Регистре проводятся по следующим направлениям: причины смертности; проблема лейкозов; проблема рака щитовидной железы; солидные раки.

Иванов В.К.* - Председатель РНКРЗ, зам. директора по научн. работе, член-корр. РАМН; Кащеев В.В. - ст. научн. сотр., к.б.н.; Чекин С.Ю. - ст. научн. сотр.; Корело А.М. - вед. прогр.; Меняйло А.Н. - аспирант; Максютов М.А. - зав. лаб., к.т.н.; Горский А.И. - ст. научн. сотр., к.т.н.; Туманов К.А. - научн. сотр.; Пряхин Е.А. - программист. ФГБУ МРНЦ Минздравсоцразвития России.

*Контакты: 249036, Калужская обл., Обнинск, ул. Королева, 4. Тел.: (495) 956-94-12, (48439) 9-33-90; e-mail: nrer@obninsk.com.

23 Региональных центра 4 ООО Медицинских учреждений 701 ООО Зарегистрированных лиц 400 000 Индивидуальных доз облучения

Рис. 1. Инфраструктура и наполнение Национального радиационно-эпидемиологического регистра.

Чернобыльская авария

Важно подчеркнуть, что дозы облучения ликвидаторов аварии на ЧАЭС и населения загрязнённых радионуклидами территорий России многократно меньше доз хибакуси в Хиросиме и Нагасаки (рис. 2) [1-3, 7]. Поэтому оценка радиологических последствий после аварии в Чернобыле, конечно, более подходит к прогнозу радиологических последствий аварии в Фукусиме.

ХИРОСИМА

НАГАСАКИ ов

Рис. 2. Риск онкозаболеваемости при малых дозах облучения.

Рассмотрим более подробно дозы облучения, которые отражены в последнем отчёте НКДАР ООН по Чернобылю (рис. 3) [8]:

- ликвидаторы - средняя доза внешнего облучения в 1986 г. составила 170 мЗв, средняя доза за весь период восстановительных работ (1986-1990 гг.) - 100 мЗв;

- население загрязнённых территорий - при плотности загрязнения 137Cs менее 185 кБк/м2 - 5 мЗв, при плотности более 185 кБк/м2 - 25 мЗв.

Ликвидаторы, внешнее облучение

Эвакуированные, внешнее облучение 20 мЗв

Население загрязнённых территорий

Дозы облучения щитовидной железы

137Cs > 185 кБк/м2, все возрасты 30 мЗв юго-западные территории Брянской области, мзв

Рис. 3. Дозы облучения (отчёт НКДАР ООН).

Важно отметить, что на юго-западных территориях Брянской области, где расстояние до Чернобыльской АЭС было до 150 км, дети получили среднюю дозу облучения щитовидной железы от инкорпорированного 131I порядка 250 мЗв.

Анализ динамики стандартизованного отношения заболеваемости (Standardized Incidence Ratio - SIR) по лейкозам среди ликвидаторов показал рост частоты этой патологии в 2,5-3 раза через 5-7 лет после аварии. В последние 10 лет частота заболеваемости лейкозами у ликвидаторов не превышает ожидаемого спонтанного уровня.

Оценка величины избыточного относительного риска (Excess Relative Risk) на 1 Гр (ERR/Гр) показала, что величина ERR/Гр была статистически значима на временном интервале первых 10 лет после аварии на Чернобыльской АЭС (1986-1996 гг.). Численное значение ERR близко к данным LSS study (Хиросима-Нагасаки) (табл. 1). Также следует подчеркнуть, что до-зовая зависимость была выявлена у ликвидаторов, чей возраст на момент облучения превышал 35 лет.

Таблица 1

Радиационные риски заболеваний лейкозами среди ликвидаторов

Число случаев Число человеко-лет ERR/Гр 90 % ДИ P-value

Все случаи 111 1379580 0,44 -1,68; 2,56 >0,5

Период наблюдения

1986-1997 51 808018 4,98 0,59; 14,47 0,04

1998-2007 60 571562 -1,64 -2,55; 0,57 0,2

Возраст при облучении, годы

[18-35) 50 631767 -1,56 -2,34; 0,88 0,25

[35-65] 61 747813 4,76 0,30; 11,65 0,05

Эпидемиологический анализ радиационных рисков выявления солидных раков у ликвидаторов (число ликвидаторов - 47141 человек, число выявленных за период наблюдения с 1992 по 2008 гг. раков - 1634, средняя доза внешнего облучения - 107 мЗв) показал, что в диапазоне

доз до 100 мЗв не выявлено повышения частоты заболеваемости солидными раками (рис. 4). Это заключение находится в хорошем согласии с выводами НКДАР ООН об отсутствии радиационных рисков при дозах облучения до 100 мЗв и имеет большое значение для обеспечения радиационной защиты персонала АЭС «Фукусима-1».

1,4

1,2

Внутренний КОНТ роль: 0-50 мГр

20,7 92,7 209 5 в1Р=0,97

50

100

150 Доза, мГр

200

250

Рис. 4. Радиационные риски выявления солидных раков среди ликвидаторов. Пунктирная линия - 1414=1 фЕЯЯ, где ЕВЯ=0,88 (90 % Ди (0,11; 1,81)).

Оценка радиационных рисков заболеваемости лейкозами среди детей и подростков Брянской области (190 тысяч человек) показала отсутствие зависимости доза-эффект за период наблюдения с 1987 по 2005 гг. (рис. 5). Величина относительного риска значимо не отличается от 1 в диапазоне рассматриваемых доз облучения.

Рис. 5. Относительный риск выявления лейкозов среди детей и подростков Брянской области на момент аварии.

В Регистре изучены данные о заболеваемости раком щитовидной железы среди населения 4 областей России, включённых в НРЭР. Максимальные дозы облучения получили дети, проживавшие в 1986 г. в юго-западных районах Брянской области.

В когорте Национального регистра (309 тыс. чел.) в настоящее время выявлено 993 случая заболеваний раком щитовидной железы. Важно подчеркнуть два основных вывода (табл. 2):

- во-первых, значимый радиационный риск обнаружен только в когорте детей и подростков (0-17 лет) на момент аварии на Чернобыльской АЭС;

- во-вторых, выявлен высокий уровень скрининга; так, частота случаев рака щитовидной железы у взрослого населения выросла в 3,7 раза, однако влияния излучения 131I не обнаружено.

Таблица 2

Значения SIR и ERR для заболеваний раком щитовидной железы среди населения Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областей, зарегистрированных в НРЭР,

за период с 1991 по 2008 гг.

Возраст при облучении 0-17 лет Возраст при облучении > 18 лет

Численность Число случаев Средняя доза среди здоровых, мГр Средняя доза среди случаев, мГр SIR

Следует также подчеркнуть, что в диапазоне доз облучения щитовидной железы до 100 мЗв не получен статистически значимый относительный риск заболеваемости раком щитовидной железы (рис. 6). Эти дозовые пределы крайне важны для оптимизации радиационной защиты детского населения после аварии на АЭС «Фукусима-1».

6

5

Внутренний контроль 0-50 мГр

2 1 0

0 ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Доза, Г р

Рис. 6. Относительный риск заболеваемости раком щитовидной железы среди детей и подростков (0-17 лет) на момент аварии на Чернобыльской АЭС. Пунктирная линия - 1414=1 +ЕІ4І4, где Е1414=3,22 (90 % ДИ (1,56; 5,81)).

Анализ заболеваемости солидными раками населения Брянской области, включённого в Национальный регистр (269148 человек, число выявленных за период наблюдения с 1991 по 2007 гг. раков - 9944, средняя доза облучения - 36 мЗв), показал, что статистически значимый радиационный риск не наблюдается (Е1414/Зв=0,1; 95 % ДИ (-0,63; 0,94)) (рис. 7).

Внутренний контроль: 0-15 мЗв

SIR=0,99

О 0,015 0,03 0,045 0,06 0,075 0,09 0,105 0,12

Доза, Зв

Рис. 7. Радиационные риски выявления солидных раков среди населения загрязнённых территорий Брянской области.

Вся полученная информация была использована для минимизации радиологических последствий Чернобыля органами практического здравоохранения. При этом главной задачей было формирование группы радиационного риска с учётом международных рекомендаций и данных НРЭР для проведения углублённой диспансеризации.

Таблица 3

Результаты формирования групп радиационного риска

Г руппа риска Ликвидаторы последствий аварии на ЧАЭС Население загрязнённых территорий

Группа радиационного риска 32,2 тыс. чел. 43,6 тыс. чел.

Г руппа высокого 7,5 тыс. чел. 14,3 тыс. чел.

радиационного риска

В результате проведённых эпидемиологических исследований были сформированы группы риска по ликвидаторам и жителям загрязнённых территорий. Важно подчеркнуть, что если по данным Чернобыльского отчёта НКДАР ООН общее число лиц, подвергшихся радиационному воздействию в России, оценивается в 2,2 млн человек, то группа риска составляет примерно 76 тыс. человек (32,2 тыс. ликвидаторов и 43,6 тыс. населения), а группа высокого радиационного риска - только 22 тыс. человек (табл. 3). Понятно, что, имея такую индивидуальную информацию, органы практического здравоохранения могут действительно обеспечить оказание адресной, своевременной и эффективной медико-диагностической помощи.

Рекомендации МКРЗ

Прогноз радиологических последствий аварии на АЭС «Фукусима-1» должен быть выполнен по моделям МКРЗ (103 Публикация) [6]. Очень важно проверить, насколько правильно дают прогноз модели МКРЗ. Мы сравнили радиационно-обусловленную заболеваемость раком щитовидной железы после аварии на Чернобыльской АЭС - фактические данные Национального регистра и результаты, полученные по модели МКРЗ (табл. 4). Была рассмотрена популяция детей из Брянской области, получивших среднюю дозу облучения щитовидной железы 225 мГр.

Значения этиологической доли по фактическим чернобыльским данным (44,4 %) и оценка по модели МКРЗ (35,9 %) находятся в хорошем согласии.

Таблица 4

Адекватность моделей риска МКРЗ

Заболевание - рак щитовидной железы

Популяция - дети

Средняя доза на щитовидную железу - 225 мГр

Этиологическая доля, %

44,4 - фактические данные НРЭР

35,9 - оценка по модели МКРЗ

Прогноз радиологических последствий аварии на АЭС «Фукусима-1»

Процедура прогноза радиационно-индуцированной заболеваемости состоит в корректном применении математических моделей риска. Прогноз базируется на данных о численности и половозрастной структуре популяции, подвергшейся радиационному воздействию. И, конечно, необходима информация о дозах этого воздействия.

В своих расчётах мы применили методологию прогноза, описанную в 103 Публикации МКРЗ. Рассчитывался пожизненный атрибутивный риск, т.е. вероятность радиационно-индуцированного заболевания в течение предстоящей жизни. Для этого использовалась смесь моделей абсолютного и относительного риска, данные о спонтанной заболеваемости, функция дожития. Две последние характеристики существенно зависят от популяции.

Поэтому необходимо учитывать, что информацию, использованную в процессе прогнозирования, мы брали, по возможности, из официальных источников. Так, данные о функции дожития японских мужчин и женщин были получены с сайта статистического бюро. Функция дожития

- это вероятность, что родившийся (возраст - 0 лет) человек доживёт до некоторого возраста икс. Для мужчин эта вероятность почти всегда меньше, чем для женщин.

Функции дожития могут значительно различаться для разных популяций. Например, вероятность того, что японский мужчина доживёт до 81 года, равна 0,5. Другими словами, половина японских мужчин доживает до этого возраста. В России половина мужчин доживает только до 64 лет.

Данные о спонтанной онкологической заболеваемости жителей Японии были получены с сайта National Cancer Center. Заболеваемость солидными раками в Японии имеет ярко выраженный гендерный характер, особенно в старших возрастных группах.

Образ жизни, состояние системы здравоохранения и другие причины приводят к тому, что регистрируемая онкологическая заболеваемость населения может меняться от страны к стране (как и функция дожития). До 70-летнего возраста заболеваемость японских и российских мужчин близка. Различие в старших возрастных группах объясняется, скорее всего, переоценкой численности пожилых россиян.

Математические модели радиационного риска, данные о спонтанной заболеваемости и функции дожития позволяют рассчитать коэффициенты пожизненного атрибутивного риска. Эти коэффициенты зависят от пола и возраста при облучении. Например, если японский мальчик в

возрасте 1 год получит дозу облучения 10 мЗв, то вероятность, что он в течение предстоящей жизни заболеет радиационно-индуцированным солидным раком, составляет 150/10000=1,5 %. Для японских женщин коэффициенты пожизненного атрибутивного риска примерно в 1,5 раза больше, чем для мужчин.

Уровни (дозы) радиационного воздействия являются важнейшей составляющей данных, необходимых для корректного прогноза. Оценку годовых доз внешнего облучения опубликовало на своём вебсайте японское Министерство образования, культуры, спорта, науки и технологии (МЕХТ) (рис. 8) [5]. Видно, что на северо-западе, за пределами 20-километровой зоны, есть области с довольно высокими дозами.

МЕХТ map alter reducing the fsodoses to S, 10, 20, 50,100 mSv

The MEXT map was adapted by IRSN

http://www.irsn.fr/EN/news/Documents/

IRSN-Fukushima-Rei)ort-DRPH-25052011iKlf

IRSU

№ШиТ

01 RADlOPROTECTlON 61 PE sOREU NUUtAIHE

Рис. 8. Оценка годовых доз внешнего облучения по данным МЕХТ.

Основываясь на данных МЕХТ, французские коллеги из Института радиационной защиты и ядерной безопасности (ИЗБЫ) построили дозовую карту, где уровни доз начинаются с 5 мЗв [4]. В своём докладе сотрудники ИЗБЫ также привели оценку численности населения, проживающего на территориях, подвергшихся радиационному воздействию.

Данные коллег из ИЗБЫ о численности населения на загрязнённых территориях являются неофициальными. По оценке французских коллег за пределами 20-километровой зоны на территориях, где годовая доза внешнего облучения превышает 5 мЗв, проживает свыше 360 тысяч жителей. На территориях, где годовая доза превышает 100 мЗв, проживает более 2 тысяч (табл. 5). Данные о возрастной структуре населения не приведены.

Таблица 5

Оценка численности населения, проживающего на загрязнённых территориях

Годовая доза внешнего облучения, мЗв 5-10 10-16 16-50 50-100 100-500

Население, чел. 292000 43000 21100 3100 2200

Таблица 6

Прогноз радиационно-индуцированной заболеваемости солидными раками

Годовая доза внешнего облучения, мЗв Население, чел. 5-10 292000 10-16 43000 16-50 21100 50-100 3100 100-500 2200

Число радиационно-индуцированных солидных раков 150 39 48 16 45

Этиологическая доля, % 0,2 0,3 0,7 1,5 5,6

Основываясь на данных ИЗБЫ, мы получили следующие результаты. На территориях, где годовая доза облучения составит 5-10 мЗв, можно ожидать 150 дополнительных случаев солидных раков. Этиологическая доля радиационно-индуцированных солидных раков составит 0,2 %. Самая высокая этиологическая доля - 5,6 % - будет в наиболее загрязнённой области (табл. 6). Конечно, если там будут целый год жить люди. На следующем этапе прогноза надо учесть реальные дозы у населения с учётом их отселения из загрязнённых территорий.

Заключение

Данные о медицинских последствиях аварии на Чернобыльской АЭС имеют большое значение для прогноза радиологических последствий аварии на АЭС «Фукусима-1». Это обусловлено, прежде всего тем, что дозы облучения после аварии в Чернобыле многократно ниже, чем после атомной бомбардировки городов Хиросима и Нагасаки. Нами показано, что основные результаты оценки радиационного риска после Чернобыля находятся в хорошем согласии с моделями МКРЗ (103 Публикация).

Полученные прогнозные оценки радиологических последствий аварии на АЭС «Фукусима-1» на основе моделей МКРЗ носят предварительный характер ввиду неполноты основных дозиметрических и демографических данных. Вместе с тем, для эффективного преодоления аварии на АЭС «Фукусима-1» необходимо определение групп потенциального риска на основе радиационно-эпидемиологических заключений.

Литература

1. Иванов В.К., Кащеев В.В., Чекин С.Ю. и др. Заболеваемость и смертность участников ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС: оценка радиационных рисков, период наблюдения 19922008 гг. // Радиационная гигиена. 2011. Т. 4, № 2. С. 40-49.

2. Иванов В.К., Цыб А.Ф., Максютов М.А. и др. Медицинские радиологические последствия Чернобыля для населения России: проблема рака щитовидной железы // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2011. Т. 56, № 2. С. 17-29.

3. Иванов В.К., Цыб А.Ф., Максютов М.А. и др. Проблема рака щитовидной железы в России после

аварии на Чернобыльской АЭС: оценка радиационных рисков, период наблюдения 1991-2008 гг.

// Радиация и риск. 2010. Т. 19, № 3. С. 33-58.

4. http://www.irsn.fr/EN/news/Documents/IRSN-Fukushima-Report-DRPH-23052011 .pdf.

5. http://www.mext.go.jp/component/english/______icsFiles/afieldfile/2011/06/14/1305904_0424e.pdf.

6. International Commission on Radiological Protection. The 2007 Recommendations of the ICRP. ICRP

Publication 103 // Annals of the ICRP. 2007. V. 37 (2-4). Elsevier, 2007.

7. Preston D.L., Ron E., Tokuoka S. et al. Solid cancer incidence in atomic bomb survivors: 1958-1998

// Radiation Research. 2007. V. 168. P. 1-64.

8. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Sources and effects of ionizing radiation. UNSCEAR 2008 Report to the General Assembly with Scientific Annexes, vol. II. New York: United Nations, 2011.

Lessons of Chernobyl and Fukushima: prognosis of radiological consequences

Ivanov V.K., Kashcheev V.V., Chekin S.Yu., Korelo A.M., Menyaylo A.N.,

Maksioutov M.A., Gorsky A.I., Tumanov K.A., Pryakhin Eu.A.

Medical Radiological Research Center of the Russian Ministry of Health and Social Development, Obninsk

The following three main questions are considered in the article. First, results of large-scale studies of the National Radiation Epidemiological Registry for 25 years of follow-up after the accident at the Chernobyl NPP and summarized data on radiation risks for emergency accident workers and the population of the most contaminated with radionuclides territories of Russia. Second, verification of ICRP prognostic models (Publication 103) for estimating radiation risk with an allowance for data on the Chernobyl accident. And third, we give prognostic estimates of potential radiological consequences of the disaster at the Fukushima Dai-ichi NPP with the use of the ICRP prognostic models.

Key words: Chernobyl accident, estimation of radiation risks, the 2007 ICRP recommendations, prognostic estimates of radiological consequences of the disaster at the Fukushima Dai-ichi NPP.

Ivanov V.K.* - Chairman of RSCRP, Deputy Director, Corresponding Member of RAMS; Kashcheev V.V. - Senior Researcher, C. Sc., Biol.; Chekin S.Yu. - Senior Researcher; Korelo A.M. - Lead. Programmer; Menyaylo A.N. - Postgraduate Student; Maksioutov M.A. - Head of Laboratory, C. Sc., Tech.; Gorsky A.I. - Lead. Researcher, C. Sc., Tech.; Tumanov K.A. - Research Assistant; Pryakhin Eu.A. - Programmer. MRRC.

‘Contacts: 4 Korolyov str., Obninsk, Kaluga region, Russia, 249036. Tel.: +7 (495) 956-94-12, (48439) 9-33-90; e-mail: nrer@obninsk.com.