Радиационный риск при облучении радоном в жилищах

Радон — природный радиоактивный газ, элемент цепочки распада U. Образуясь в почве и материалах строительных конструкций зданий, радон поступает в жилища. Таким образом, радон и его дочерние продукты распада (ДПР) становятся источником облучения населения. Особенности конструкции и содержания зданий различного назначения, в том числе жилищ, обуславливают относительно более высокие уровни накопления радона по сравнению с содержанием радона в наружной атмосфере. В некоторых случаях накопление радона в зданиях может достигать значительных уровней, сравнимых с содержанием радона в урановых шахтах. Активные исследования облучения населения радоном и его ДПР в жилищах начались не так давно, в 1970;х-1980;х годах. По результатам большого числа исследований, проведенных в различных странах, было установлено, что радон и его ДПР вносят значительный вклад в суммарную дозу облучения населения [7].

В настоящее время известно, что вдыхание короткоживущих продуктов.

222 220 распада Rn (радона) и в меньшей степени Rn (торона) с последующим их отложением вдоль стенок различных дыхательных путей бронхиального дерева.

— основной путь облучения легких. Это облучение главным образом осуществляется а-частицами, излучаемыми ДПР изотопов радона и приводит к индуцированию рака легкого. Рак легкого — болезнь, еще в недавнем прошлом была редко выявляемой из-за отсутствия эффективных методов диагностики. В настоящее время он является одной из главных причин смерти от рака в индустриальных странах, и заболеваемость раком легкого возрастает во многих развивающихся странах [36]. Главной причиной этой болезни, как следует из эпидемиологических и токсикологических исследований, выступает курение табака.

Тот факт, что ионизирующее излучение является канцерогеном, было показано в многочисленных эпидемиологических исследованиях. Повышенные риски рака легкого были показаны как после контакта с радоном и его дочерними продуктами распада [38], так и в отношении воздействия излучения с низкой линейной потерей энергии [7]. Такое повышение рисков отмечали также в экспериментах на животных [32, 51].

Главным источником данных о вреде здоровью от облучения радоном до настоящего времени являлись результаты исследований когорт шахтеров урановых рудников. Эта профессиональная группа, подвергавшаяся облучению при высоких уровнях накопления радона и ДПР в шахтах, была первой, у которой обнаружили и изучили риск рака легкого при ингаляционном поступлении ДПР радона. Основываясь на данных по шахтерам, Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ) в 1993 г. опубликовала Рекомендации «Защита от радона-222 в жилых зданиях и на рабочих местах» [5]. Наиболее полный анализ прямых и косвенных данных по риску рака легкого при облучении радоном выполнен Комитетом по действию ионизирующего излучения Национального Совета США по научным исследованиям и представлен в докладе BEIR VI [38] в 1999 г.

На основании результатов эпидемиологических исследований когорт шахтеров урановых и неурановых рудников были разработаны модели радиационного риска рака легкого в условиях профессионального облучения в шахтах. Применяются как аддитивные, так и мультипликативные модели риска. С целью описания риска рака легкого при облучении населения в жилищах, где уровни объемной активности (OA) радона значительно ниже, используются различные модели экстраполяции риска рака легкого, которые основываются на экстраполяции данных о зависимости доза-эффект из области высоких в область малых экспозиций и доз облучения. Такой переход от оценок риска, установленных для профессионального облучения, к оценкам риска в домашних условиях требует некоторых допущений, касающихся, прежде всего, различий в распределении когорты по возрасту и полу, разной продолжительности облучения, частоты дыхания, привычки к курению и в других биологических, физических и физиологических факторах. Повидимому, наиболее важны различия между рудником и домашними условиями в отношении физических характеристик вдыхаемого воздуха, неприсоединенной фракции (доли ДПР радона, не присоединившейся к аэрозольным частицам, присутствующим в атмосфере), таких характеристик аэрозоля, как распределение частиц по размеру и коэффициент равновесия [14]. Все это вносит существенную погрешность в оценку радиационного риска рака легкого.

К настоящему времени в различных странах проведено достаточно большое количество прямых эпидемиологических исследований риска рака легкого при облучении населения радоном в жилищах. Сравнение результатов когортных исследований шахтеров и прямых исследований случай-контроль показало определенную сходимость [7], однако в обоих случаях разброс оценок показателей радиационного риска остается достаточно широким.

Единственный способ более корректной оценки риска рака легкого при облучении радоном в жилищах — создание усовершенствованной модели риска на основании обобщения и анализа наиболее полного и современного набора данных по эпидемиологическим исследованиям индуцированного радоном рака легкого. Это должно сузить границы неопределенности оценок риска, присущие имеющимся в настоящее время методам.

Основной целью настоящей диссертационной работы является исследование риска возникновения рака легкого при облучении радоном в жилищах.

Задачи исследования:

1. Установить вид и оценить параметры зависимости доза-эффект при облучении населения ДПР радона на основании прямых эпидемиологических исследований.

2. Разработать модель радиационного риска рака легкого при облучении радоном в жилищах, используя наиболее современные эпидемиологические данные.

3. Оценить значение коэффициента перехода от экспозиции по ДПР радона к эффективной дозе, используя условный дозовый переход и разработанную модель радиационного риска рака легкого.

4. Рассчитать значения показателей радиационного риска рака легкого для населения Свердловской области.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Зависимость риска рака легкого при продолжительном облучении радоном в жилищах от среднегодовой объемной активности (OA) радона соответствует беспороговой концепции и описывается линейной функцией при о.

OA радона выше 75 Бк/м. Результаты мета-анализа современных эпидемиологических исследований не дают оснований для отказа от линейной о беспороговой концепции доза-эффект при OA радона ниже 75 Бк/м .

2. Модель риска рака легкого при облучении радоном в жилищах, разработанная на основании обобщенного анализа прямых эпидемиологических исследований, позволяет проводить более адекватные оценки радиационного риска, чем модель, основанная на экстраполяции данных эпидемиологических исследований шахтеров.

3. Атрибутивный риск рака легкого, рассчитанный с использованием предложенной модели, при пожизненном облучении радоном для населения Свердловской области равен 14%. Предотвращаемый атрибутивный риск рака легкого для уровней эквивалентной равновесной объемной активности (ЭРОА) радона, больших 100 Бк/м, равен 3,2%.

Достоверность результатов исследования определяется:

1. Использованием при проведении измерений метрологически аттестованных методик и оборудования.

2. Использованием современных методов обработки и анализа данных.

3. Сопоставимостью полученных результатов с существующими результатами эпидемиологических исследований когорт шахтеров, подвергавшихся облучению высокими уровнями радона.

Научная новизна:

1. На основе обобщающего анализа наиболее полного набора эпидемиологических данных о связи рака легкого и облучения населения радоном впервые подтвержден отрицательный эффект для здоровья типичных уровней радона, встречающихся в жилищах. Значительно расширен диапазон экспозиции по радону, в котором можно уверенно использовать линейную зависимость доза-эффект для прогнозирования радиационного риска рака легкого.

2. Разработана модель риска рака легкого при облучении населения ДПР радона, принципиально отличающаяся от моделей экстраполяции риска тем, что она основана на результатах прямых эпидемиологических исследований в жилищах.

3. На основе эпидемиологических исследований в жилищах путем условного дозового перехода рассчитаны численные значения коэффициента перехода от экспозиции по ДПР радона в жилищах к эффективной дозе.

Практическая значимость работы:

1. Разработанная модель применима к оценке показателей риска рака легкого при облучении ДПР изотопов радона в жилищах для населения любых регионов с учетом их медико-демографических характеристик. 9.

2. Полученные зависимости показателей риска рака легкого от уровней радона можно использовать при планировании мероприятий по обеспечению радиационной безопасности и управлению радиационными рисками.

3. На основе полученных моделей радиационного риска рака легкого рассчитаны показатели радиационного риска для населения Свердловской области.

4. Показано, что облучение при ЭРОА изотопов радона 100 и 200 Бк/м, установленных в НРБ-99, обуславливает увеличение заболеваемости раком легкого в 1,5 и 1,9 раза соответственно по сравнению со спонтанной заболеваемостью, что свидетельствует об оправданности выбора таких предельных уровней при нормировании.

4. Результаты исследования в целом согласуются с оценками параметров линейной зависимости риска рака легкого при облучении радоном, полученным в работах [33, 47, 38]. Проведенный мета-анализ основан на значительно большем объеме экспериментальных данных, что позволило получить более надежные оценки параметров зависимости доза-эффект и, кроме того, определить диапазон OA радона, в котором наблюдается статистически значимый отрицательный эффект облучения.

5. Российские Нормы радиационной безопасности [12] определяют, что при проектировании новых зданий должно быть предусмотрено, чтобы среднегодовая ЭРОА дочерних продуктов распада радона и торона в воздухе помещений не превышала 100 Бк/м (соответствует OA радона примерно.

— j о.

200 Бк/м), а в эксплуатируемых зданиях — 200 Бк/м (OA радона примерно 400 Бк/м3). Сопоставляя выводы проведенного мета-анализа с этими величинами, можно заключить, что выполнение требований НРБ-99 обеспечивает ограничение риска рака легкого при облучении ДПР радона в диапазоне экспозиций, в котором значимо выявляется отрицательный эффект.

6. Результаты проведенного мета-анализа могут служить основой для проведения дальнейших исследований, направленных на уточнение модели радиационного риска при облучении радоном в жилищах и обоснование коэффициента перехода от ЭРОА радона к эффективной дозе. При дальнейших расчетах необходимо учитывать, что период восстановления экспозиции для членов основной и контрольной групп в большинстве из перечисленных выше исследований ограничен 20−30 годами, тогда как модель радиационного риска должна учитывать пожизненное облучение радоном в жилищах.

Кроме того, следует принимать во внимание долю курильщиков и половозрастную структуру основной и контрольной групп. Сопоставление результатов проведенного мета-анализа и значений относительного риска для той части когорты шахтеров, уровни облучения которой можно сопоставить с уровнями облучения в жилищах, приведено на рис. 4.4. Такое сопоставление проведено путем расчета такой среднегодовой OA радона, при которой создается соответствующая экспозиция в течение 30 лет облучения. 2.

0R 16 1,4 1,2 1 0,8 0,6.

0 100 200 300 400 500 OA радона, Бк г.

Рис. 4.4. Сравнение результатов проведенного мета-анализа и когортных исследований шахтеров — средневзвешенные значения ОШ по результатам мета-анализа.

П — относительный риск по результатам исследования когорт шахтеров.

95% доверительные, интервалы.

— линейная аппроксимация зависимости доза-эффект по результатам мета-анализа.

7. Значительно более надежные данные о зависимости доза-эффект могут быть получены при обобщенном анализе первичных данных прямых эпидемиологических исследований. Этот анализ позволил бы изучить половые и возрастные особенности риска при облучении, а также влияние курения. Основная трудность осуществления обобщенного исследования первичных данных — организационная. В настоящее время в мировом научном сообществе, занимающемся проблемами облучения населения радоном, обсуждаются пути реализации такого исследования.

5. Модель риска рака легкого при облучении радоном в жилищах.

5.1. Создание модели радиационного риска рака легкого.

Создание новой модели радиационного риска стало возможно благодаря полученным результатам мета-анализа эпидемиологических исследований по принципу случай-контроль. Кроме того, принимались во внимание имеющиеся результаты исследований когорт мужчин-шахтеров, в соответствии с которыми было решено использовать мультипликативную модель. Модель такого типа предполагает корреляцию между дополнительной возраст-специфической частотой возникновения рака легкого, вызванной предшествующим облучением, и нормальной базовой частотой возникновения рака легкого в достигнутом возрасте (возраст риска). Это подразумевает мультипликативный эффект курения. Кроме того, учитывались следующие положения, вытекающие из эпидемиологических данных по мужчинам-шахтерам:

— зависимость риска рака легкого от уровня радона имеет линейный вид;

— предполагается уменьшение функции пропорциональности с экспозицией ф (а), учитывающей уменьшение канцерогенной восприимчивости легких с увеличением достигнутого возраста а;

— минимальный возраст возникновения рака легкого составляет 40 лет;

— латентный период рака легкого составляет 5 лет;

— риск рака легкого уменьшается в течение 30−35 лет после прекращения облучения;

— риск рака легкого уменьшается при увеличении мощности экспозиции по радону;

— риск рака легкого не увеличивается вследствие облучения радоном только лишь в детском возрасте.

Общий вид модели дополнительного относительного риска рака легкого, вызванного облучением ДПР радона, можно представить следующим образом [9]: а.

ERR (a, z) = р ф (а) y (z) P (t) 9(t)dt (5Л) о где, а — достигнутый возрастР — коэффициент пропорциональности (в WLM'1) — ф (а) — функция, учитывающая уменьшение канцерогенной восприимчивости легких с увеличением достигнутого возраста аy (z) — функция, зависящая от уровня объемной активности ДПР радона z, выраженного в единицах рабочего уровня WL. По результатам проведенного мета-анализа не установлено влияния этой функции на значение относительного риска рака легкого, т. е. y (z) в рассматриваемом диапазоне уровней ДПР радона принимается равной единице;

P (t) — годовая экспозиция по скрытой энергии в возрасте t (выраженная в WLM);

0(t) — коэффициент, представляющий относительный вклад в общий риск возникновения рака легкого, обусловленный облучением для возраста t.

5.2. Вычисление параметров модели.

Для того чтобы определить параметры модели (5.1) по имеющимся данным эпидемиологических исследований по принципу случай-контроль были рассчитаны следующие характеристики суммарной выборки:

— средневзвешенный период восстановления экспозиции — 29 лет;

— средневзвешенный возраст больных раком легкого — 62 года;

— средневзвешенный максимальный возраст больных раком легкого -81 год.

Взвешивание во всех случаях производилось по объемам выборок исследований.

Эти характеристики накладывают определенные особенности на разрабатываемую модель. Так, интеграл из формулы (5.1), описывающий экспозицию по радону, разбивается на сумму экспозиций за два периода времени. Первый период соответствует средневзвешенному периоду восстановления экспозиции в исследованной при мета-анализе группе за вычетом предполагаемого латентного периода. Дополнительный относительный риск для этого периода соотносится с параметрами зависимости доза-эффект, полученными при мета-анализе. Второе слагаемое, из которого складывается суммарная экспозиция, отражает облучение ДПР радона за весь предшествующий период времени. Следует учитывать, что для оценки вклада этой экспозиции в дополнительный риск нет непосредственных данных. С учетом этого модель относительного риска можно записать в виде: ERR (a, z) = Р ф (а) y (z) (Р5.

— 29 ^5−29^^29+ ^29+), (5−2) где Р5.29 и Р29+ - кумулятивная экспозиция по скрытой энергии (выраженная в единицах WLM), полученная в интервалах времени от 5 до 29 лет и более 29 лет, до возраста а, для которого производится оценка риска- 05.29 и 029+ - коэффициенты, представляющие относительный вклад в общий риск возникновения рака легкого, обусловленный облучением в интервалах времени от 5 до 29 лет и 29 лет и более;

Для определения функции ф (а) была учтена её зависимость от достигнутого возраста, предложенная в модели BEIR VI. Анализ этой зависимости с учетом возрастного распределения популяции и исходными данными для модели позволил изменить функцию (р (а), сделав её плавной, изменяющейся с достигнутым возрастом следующим образом: «4,6 для а<40 ф (аН (5−3) 73,5-ехр (-0,0693-а) для, а > 40.

Коэффициент 05.29, представляющий относительный вклад в общий риск возникновения рака легкого, обусловленный облучением в возрасте от 5 до 29 лет, принимается равным единице. Исходя из такой нормировки и используя значения коэффициентов 9 для различных временных интервалов, приведенных в модели BEIR VI, коэффициент 629+ получается равным 0,39.

Для вычисления коэффициента пропорциональности (3 использовался следующий подход. Требовалось перейти от значений ОШ к зависимости относительного риска рака легкого от OA радона. Для этого принято, что угол наклона прямой, описывающей зависимость ОШ от OA радона, равен углу наклона прямой, описывающей зависимость дополнительного относительного риска (ERR). Таким образом, в соответствии с результатами мета-анализа и на основании выбора линейной беспороговой зависимости доза-эффект, дополнительный относительный риск при облучении в течение 29 лет, взвешенный по базовому риску рака легкого для возрастов от 40 лет до 81 года, зависит от среднегодовой OA радона следующим образом:

ERR (CKn) = 0,0012 CRn (54).

Из условия равенства дополнительного относительного риска, рассчитанного по уравнениям (5.2) и (5.4) при одинаковых условиях облучения, было получено значение коэффициента Р для подстановки в разработанную модель радиационного риска. Кроме того, рассчитан 95% доверительный интервал для этого коэффициента (табл. 5.1).

5.3. Модификация модели BEIR VI.

При помощи описанной в разделе 5.2 процедуры вычисления коэффициента пропорциональности была модифицирована модель BEIR VI. Значения исходного коэффициента пропорциональности (3 по двум вариантам модели BEIR VI, модифицированные значения коэффициента пропорциональности р и коэффициенты собственной модели представлены в табл. 5.1.