Научно-методические основы оценки индивидуальных поглощенных доз в щитовидной железе у населения после крупной радиационной аварии (30.11.2009)

Автор: Шинкарев Сергей Михайлович

Объект исследования: результаты радиометрического обследования щитовидной железы и дозы облучения населения Белоруссии после аварии на ЧАЭС.

Предмет исследования: закономерности формирования индивидуальных поглощенных доз излучения радиоактивных изотопов йода в щитовидной железе.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней решена крупная научная и практическая проблема, заключающаяся в теоретическом обосновании научно-методических основ определения содержания радиоактивного йода в щитовидной железе и оценки индивидуальных доз облучения щитовидной железы в условиях реализации большого числа систематических и случайных ошибок при оперативном радиометрическом обследовании населения после широкомасштабной радиационной аварии, в том числе:

впервые разработан физически обоснованный метод определения основного пути поступления радиоактивного йода жителям населенного пункта по результатам их радиометрического обследования, основанный на анализе динамики отношения содержания 131I в щитовидной железе у взрослых и у детей, с учетом того фактора, что динамика демонстрирует существенные различия для ингаляционного и перорального путей поступления радиоактивного йода;

впервые предложен метод верификации группы больших значений индивидуальных поглощенных доз в щитовидной железе, основанный на сопоставлении числа таких доз, имеющихся в базе данных, с соответствующим числом доз, которое ожидается на основании статистического анализа распределения индивидуальных доз всех жителей в рассматриваемом регионе;

впервые предложен метод верификации оценок средних поглощенных доз в щитовидной железе у жителей населенного пункта, рассчитанных по данным радиометрического обследования людей, основанный на их сопоставлении с соответствующими оценками, рассчитанными по результатам определения содержания 131I в молоке;

получены новые данные о поглощенных дозах в щитовидной железе для отдельных жителей и для групп населения в обследованных регионах, которые используются как для практических нужд органов здравоохранения, так и для получения отсутствующей научной информации о радиационном риске последствий облучения щитовидной железы радиоактивным йодом.

Практическая значимость работы:

установлена объективная картина реальных уровней облучения щитовидной железы у населения Белоруссии после Чернобыльской аварии. Создан и верифицирован банк данных с оценками индивидуальных поглощенных доз в щитовидной железе на (130 тысяч жителей Белоруссии. Информация, содержащаяся в этом банке данных, использована для: (1) доказательства радиационной обусловленности роста заболеваемости детей Белоруссии раком щитовидной железы после аварии на ЧАЭС; (2) оценок радиационного риска индукции рака щитовидной железы у детей при облучении инкорпорированным 131I; (3) выявления закономерностей формирования доз у жителей территорий, где не проводилось радиометрическое обследование щитовидной железы; (4) проведения паспортизации более 800 населенных пунктов Белоруссии по уровням облучения щитовидной железы их жителей; (5) оценки коллективной дозы облучения щитовидной железы 131I всего населения Белоруссии;

информация о дозах облучения щитовидной железы из созданного банка данных используется органами Министерства Здравоохранения Белоруссии при принятии решений медицинского и социального характера;

разработаны и утверждены в системе ФМБА методические указания МУ 2.6.1.27-06 «Проведение выборочного радиометрического обследования щитовидной железы у населения на ранней фазе аварийного реагирования», которые являются важным звеном в системе подготовки специальных аварийных формирований на случай возможных радиационных аварий.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования доложены и обсуждены на международных, всесоюзных и российских научных и научно-практических конференциях, симпозиумах и семинарах, в том числе: Всесоюзном совещании “Актуальные вопросы дозиметрии внутреннего облучения” (Гомель, 1989); “Symposium on the effects on the thyroid of exposed populations following the Chernobyl accident” (ВОЗ, Чернигов, 1990); 2-й и 3-й республиканских конференциях “Научно-практические аспекты сохранения здоровья людей, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на ЧАЭС” (Минск 1991, Гомель 1992); 4-й международной конференции “Ядерная энергетика и безопасность человека” (Нижний Новгород, 1993); Workshops “Dose reconstruction” (Бад Хоннеф, Германия, 1995 и 1996); “First international conference of the European Commission, Belarus, Russian Federation and Ukraine on the radiological consequences of the Chernobyl accident” (Минск, 1996); International conference “One decade after Chernobyl. Summing up the consequences of the accident” (Вена, Австрия, 1996); International seminar “Radiation and thyroid cancer” (Кембридж, Англия, 1998); 10th International Congress IRPA “Harmonization of Radiation, Human Life and the Ecosystem” (Хиросима, Япония, 2000); Workshops on the project “Thyroid exposures of Belarusian and Ukrainian children after the Chernobyl accident and resulting thyroid risk” (Мюнхен, Германия, 2000-2004); международной конференции “Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях” (Москва, 2000, 2005); Sixth Chernobyl Sasakawa Medical Cooperation Symposium “Chernobyl: Message for the 21st century” (Москва, 2001); международной конференции “Экологическая и информационная безопасность” (Москва, 2003); международной конференции “Чернобыль 20 лет спустя. Стратегия восстановления и устойчивого развития пострадавших регионов” (Минск-Гомель, 2006); 12th International Congress IRPA “Strengthening Radiation Protection Worldwide” (Буэнос-Айрес, Аргентина, 2008); Hiroshima International annual symposiums (Хиросима, Япония, 1996, 1997, 2003, 2005, 2006, 2008, 2009); заседаниях Ученого Совета Института биофизики (1991, 2006); совещаниях с участием российских, белорусских, украинских и американских специалистов (Минск, Москва, Киев, Вашингтон, Ок-Ридж, Ливермор, 1992-2009).

Личный вклад автора заключается в формулировании проблемы и задач исследования, в разработке методических принципов анализа результатов массового оперативного радиометрического обследования населения, в обобщении и анализе полученных массивов данных, в формулировании выводов работы. Автор разработал физически обоснованный метод определения основного пути поступления радиоактивного йода жителям населенного пункта по результатам их радиометрического обследования; методы верификации группы больших значений индивидуальных доз облучения щитовидной железы и средних доз облучения щитовидной железы у жителей населенного пункта, рассчитанных по данным радиометрического обследования людей. Совместно с Ю.И. Гаврилиным автор обеспечивал методическое руководство сбором, анализом, первичной верификацией разнородных массивов исходных данных радиометрического обследования щитовидной железы населения Белоруссии, формированием базы данных с оценками доз облучения щитовидной железы на ~130 тысяч жителей, а также организацией и проведением опроса около 150 тысяч жителей Гомельской и Могилевской областей для установления фактического режима проживания и питания в первые недели после аварии.

Публикации. Основные материалы диссертационной работы содержатся в 62 опубликованных работах: 8 статьях в отечественных журналах списка ВАКа, 11 статьях в рецензируемых иностранных журналах, включенных в систему цитирования Web of Science: Science Citation Index Expanded, 27 работах в книгах и сборниках трудов отечественных и иностранных изданий, 2 методических указаниях, в материалах 14 конференций и симпозиумов.

На защиту выносятся:

научно-методические основы определения содержания 131I в щитовидной железе и оценки поглощенной дозы по результатам оперативного радиометрического обследования населения с помощью неспециализированных приборов в условиях реализации большого числа систематических и случайных ошибок;

метод определения основного пути поступления радиоактивного йода жителям населенного пункта по результатам их радиометрического обследования, основанный на анализе динамики отношения содержания 131I в щитовидной железе у взрослых и у детей, с учетом того фактора, что динамика демонстрирует существенные различия для ингаляционного и перорального путей поступления радиоактивного йода;

метод верификации группы больших значений индивидуальных поглощенных доз в щитовидной железе, основанный на сопоставлении числа таких доз, имеющихся в базе данных, с соответствующим числом доз, которое ожидается на основании статистического анализа распределения индивидуальных доз всех жителей в рассматриваемом регионе;

метод верификации оценок средних доз облучения щитовидной железы у жителей населенного пункта, рассчитанных по данным радиометрического обследования людей, основанный на их сопоставлении с соответствующими оценками, рассчитанными по результатам определения содержания 131I в молоке;

рекомендации по организации и проведению на ранней стадии развития крупной радиационной аварии с выбросом радиоактивного йода выборочного радиометрического обследования щитовидной железы у населения;

результаты оценок индивидуальных и средних поглощенных доз в щитовидной железе у населения после аварии на ЧАЭС.

Достоверность результатов работы подтверждается всесторонним статистическим анализом полученных результатов, сопоставлением оценок доз облучения щитовидной железы, рассчитанных по результатам радиометрического обследования, с аналогичными оценками, полученными путем применения известных методов с использованием иных наборов исходных данных. Кроме того, признание полученных результатов подтверждается широким цитированием и использованием материалов диссертационного исследования в докладах научного комитета по действию атомной радиации при ООН (НКДАР ООН) 2000г и 2008г в Приложениях, посвященных изучению последствий аварии на ЧАЭС, а также, интенсивным использованием созданного банка данных с оценками индивидуальных поглощенных доз в щитовидной железе в исследованиях, проводимых специалистами из Белоруссии, России, США, Германии, Франции, Японии и других стран по изучению радиационной зависимости заболеваемости щитовидной железы у детей и оценке риска радиационно-индуцированного рака щитовидной железы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, Приложения и списка использованной литературы. Диссертация изложена на 268 страницах машинописного текста и содержит 37 таблиц и 32 рисунка. Список литературы включает 239 библиографических ссылок, в том числе 101 - в отечественных изданиях и 138 – в зарубежных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе систематизированы материалы по уровням поступления радиоактивных изотопов йода во внешнюю среду, загрязнения объектов окружающей среды и пищевых продуктов, оценкам поглощенных доз в щитовидной железе (ЩЖ) человека в результате: (1) аварий на ядерных реакторах, (2) деятельности предприятий по переработке отработавшего ядерного топлива, (3) проведения ядерных взрывов на полигонах. Выделены общие закономерности формирования поглощенных доз в ЩЖ у лиц из населения, проживающего на территории, загрязненной радиоактивным йодом. Отмечены особенности аварии на ЧАЭС (по сравнению с другими ситуациями: Уиндскейл, Три Майл Айленд, Хэнфорд, Маршаловы острова, ПО «Маяк», Семипалатинский и Невадский полигоны и др.), приведшей к выбросу во внешнюю среду около 1760 ПБк 131I (НКДАР ООН, 2000), загрязнению значительных территорий стран Европы, формированию высоких уровней облучения ЩЖ у части жителей Белоруссии, России и Украины.

До аварии на ЧАЭС в научной литературе отсутствовала достоверная информация о последствиях радиационного воздействия инкорпорированного 131I на ЩЖ детей, которые являются критической группой населения при возможных радиационных авариях с выбросом радиоактивного йода в окружающую среду. На основании данных, полученных в экспериментах с животными, а также результатов эпидемиологических исследований последствий воздействия в медицинских целях внешнего рентгеновского и гамма-излучения на ЩЖ детей были сделаны предварительные оценки радиационного риска индукции рака ЩЖ у детей при ее облучении инкорпорированным 131I. Они привязаны к оценкам риска рака ЩЖ у детей при внешнем облучении. Согласно оценкам исследователей отношение риска радиационно-индуцированного рака ЩЖ при внешнем облучении к риску при внутреннем облучении 131I может варьировать в широком диапазоне (1-15) [Василенко И.Я. и др. 1970; Москалев Ю.И. 1989; НКРЗ США Публ.96, 1992; НКДАР ООН, 1988]. Но все эти оценки основывались на косвенных данных, поскольку прямые данные отсутствовали.

Накопленный опыт явился основой для количественного прогноза о значимом росте заболеваемости раком ЩЖ у детей после аварии на ЧАЭС, впервые данном в работах российских ученых (Ильин Л.А. и др., 1989]. Следует отметить, что по результатам тщательной оценки уровней радиационного воздействия на население и всестороннего изучения последствий этого воздействия международное научное сообщество на сессиях НКДАР ООН [НКДАР ООН, 2000, 2008] и на Чернобыльском Форуме [МАГАТЭ, 2006] сделало вывод, что наблюдаемый после аварии рост раков ЩЖ у населения, подвергшегося радиационному облучению в детском возрасте, является единственным достоверно доказанным отдаленным медицинским последствием аварии на ЧАЭС.

Беспрецедентная авария на ЧАЭС привела к облучению радиоактивным йодом больших контингентов населения, в том числе детей, что предоставило уникальную возможность в ходе проведения эпидемиологических исследований получить отсутствующую научную информацию о радиационном риске последствий облучения ЩЖ детей инкорпорированным 131I. Для проведения таких исследований необходимы были оценки индивидуальных поглощенных доз в ЩЖ.

Можно выделить два основных подхода к оценке индивидуальной дозы в ЩЖ человека. В первом случае исходными данными являются результаты радиометрического обследования ЩЖ, на основании которых определяется содержание 131I в ЩЖ на момент обследования. Во втором случае в качестве исходных данных используются параметры, характеризующие радиационную обстановку в местах проживания населения, чаще всего это оценка интегральных выпадений 131I на местности, или содержание 131I в пищевых продуктах, прежде всего в коровьем молоке. Для каждого из двух подходов рассмотрены диапазоны неопределенности оценки индивидуальной дозы, рассчитываемой по соответствующим формулам. Показано, что расчет индивидуальной поглощенной дозы в ЩЖ по результатам радиометрического обследования сопровождается значительно меньшей (в десятки и более раз) неопределенностью, чем по иным исходным данным. В связи с этим расчет поглощенных доз в ЩЖ по результатам радиометрических обследований и создание на этой основе банка данных с индивидуальными дозами для обследованных лиц является приоритетной задачей при дозиметрическом обеспечении любых эпидемиологических исследований, направленных на оценку радиационного риска рака ЩЖ.

В результате интенсивного мониторинга содержания радиоактивного йода в ЩЖ у жителей Белоруссии, начатого с 30 апреля 1986г., как в местах проживания, так и на относительно «чистых» территориях, куда эвакуировалось или отселялось население, было выполнено более 250 тысяч радиометрических обследований ЩЖ в первые недели после аварии. Уже на раннем этапе развития аварии для проведения обследований ЩЖ было организовано большое число групп, главным образом из персонала республиканского Минздрава. Состав этих групп был частично укомплектован сотрудниками без необходимой предварительной подготовки. Для проведения измерений использовались приборы ДП-5, СРП-68-01 и ДРГ3-02, имевшиеся в распоряжении служб гражданской обороны и санэпидемстанций и не предназначенные для этой цели. Свинцовые коллиматоры для снижения влияния фонового излучения на детекторы не применялись.

Анализ результатов измерений и опрос лиц, проводивших измерения, показали, что процедура радиометрического обследования ЩЖ и регистрации результатов измерений не были стандартизованы. Регистрируемая приборами мощность экспозиционной дозы (МЭД) включала в себя как гамма-излучение радиоактивного йода, сконцентрированного в ЩЖ, так и гамма-излучение от других источников (радиационный фон в месте измерения, излучение радионуклидов, находившихся на поверхности тела и одежды обследуемого, излучение инкорпорированных в теле человека радионуклидов). Были выявлены допущенные при измерениях систематические ошибки.

Перечисленные трудности требовали тщательного анализа степени влияния на результаты обследования ЩЖ многих иных факторов, чем 131I, сконцентрированный в ЩЖ, выявления и количественной оценки всех значимых источников ошибок, разработки методов учета влияния этих факторов, оценки кинетики поступления радиоактивного йода в ЩЖ, разработки методов верификации результатов расчета как содержания 131I в ЩЖ, так и доз облучения ЩЖ, оценки диапазона неопределенности их расчета.

Фактически, необходимо было разработать новую методологию оценки индивидуальных доз по исходному массиву данных радиометрических обследований ЩЖ у населения Белоруссии, учитывающую специфику условий измерений, влияние всех факторов на результаты измерений, а также разработать методы верификации полученных оценок доз. Поскольку оценки индивидуальных поглощенных доз в ЩЖ у населения, прежде всего детей, были крайне необходимы для (1) установления объективной картины реальных уровней облучения ЩЖ у населения Белоруссии после Чернобыльской аварии и (2) получения новой научной информации по оценкам риска радиационно-индуцированного рака ЩЖ у детей.

Кроме того, с учетом полученного опыта по анализу результатов массовых обследований ЩЖ у населения после аварии на ЧАЭС представлялось важным разработать научно-обоснованные рекомендации по организации и проведению радиометрического обследования ЩЖ у населения на ранней фазе аварийного реагирования в случае крупной радиационной аварии с выбросом радиойода.

На основании проведенного обзора и анализа результатов массового радиометрического обследования ЩЖ у населения Белоруссии после аварии на ЧАЭС были сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе дано обоснование научно-методических подходов к определению содержания 131I в ЩЖ по результатам оперативного радиометрического обследования больших контингентов населения, получены эмпирические формулы оценки содержания 131I в ЩЖ при различных условиях обследования.

При обследовании ЩЖ с помощью дозиметрических и радиометрических приборов (к которым относятся ДП-5, ДРГ3-02 и СРП-68-01) содержание 131I в ЩЖ человека G(tm) (Бк) на момент измерения tm может быть определено по соотношению:

G(tm) = kg ( [Pth(tm)- Pbkg,m(tm)] = kg ( PI(tm) (1)

где kg – коэффициент перехода от показаний прибора к содержанию 131I в ЩЖ, Бк мР-1 ч; Pth(tm) – показания прибора при помещении датчика вплотную к основанию шеи в области расположения ЩЖ, мР ч-1; PI(tm) – вклад в показания прибора излучения содержащегося в ЩЖ 131I, мР ч-1; Pbkg,m(tm) – вклад в показания прибора излучения иных источников, чем локализованный в ЩЖ 131I, (так называемый «фон метода»), мР ч-1.

В формуле (1) измеряемый параметр только один - Pth(tm), значения остальных двух параметров - kg и Pbkg,m(tm) оцениваются.


загрузка...