Биологические и эпидемиологические эффекты облучения в малых дозах
Вид материала | Документы |
- Эффекты облучения в твердых телах, 247.82kb.
- Алкоголь… Практически все мы употребляем алкоголь, кто-то очень редко, исключительно, 78.97kb.
- Статья Общие положения > Настоящие Требования к выдаче Свидетельства о допуске к работам, 138.38kb.
- Трии, служит тезис о принципиальной допустимости, приемлемости, а порой даже благотворности,, 411.15kb.
- Курсовая работа тема: «Алкалоиды и история их открытия», 101.03kb.
- Некоторые нерешенные вопросы в исследовании сенсорной системы у человека и ее обусловленности, 144.69kb.
- Тверской Государственный Университет Химико-Биолого-Географический факультет Кафедра, 103.37kb.
- Травы Гекаты в роли целителей, 2705.54kb.
- Дозы излучения и единицы измерения, 180.6kb.
- Болезнь, характеризующаяся непреодолимым влечением к наркотикам (напр., морфину), вызывающим, 19.62kb.
Контроль за низкоуровневым радиационным воздействием: наступило ли время перемен?
Roger Clarke
Профессор, председатель Комиссии по радиационной защите
Clarke R. Control of Low Level Radiation Exposure: Time for a Change? In: “The Effects of Low and Very Low Doses of Ionizing Radiation on Human Health”, ed. by WONUC. 2000. Elsevier Science B.V. P. 25–33.
Professor Roger Clarke
Chairman, International Commission on Radiological Protection
РЕЗЮМЕ
Используемые МКРЗ значения для канцерогенных рисков низкоуровневой ионизирующей радиации подвергаются сомнению, поскольку есть мнения, что они могут как завышать, так и занижать эффекты. Из представленной публикации следует, что, поскольку эпидемиологические данные всегда будут ограничены диапазоном малых доз, для оценки биологических рисков чрезвычайно важно понимание клеточных механизмов канцерогенеза. Проведен анализ причин, объясняющих, почему возникла дискуссия с МКРЗ, в особенности, по проблеме ЛБК. В результате рассмотрения имеющихся проблем, Главная Комиссия МКРЗ в настоящее время предлагает более простой, пересмотренный подход, основанный на концепции «Контролируемой дозы» («Controllable Dose»). Философия подхода базируется на индивидуальной основе и представляет собой отход от принципов Комиссии, связанных с ориентацией на социальные критерии и понятие «Коллективная доза». Обсуждаются последствия для радиологической защиты такого изменения политики Комиссии. Комиссия ожидает, что ее идеи будут обсуждены при повторном рассмотрении рекомендаций МКРЗ.
1. ВВЕДЕНИЕ
Прошло десять лет с тех пор, как МКРЗ разработала проект, который должен был лечь в основу Рекомендаций 1990 г. Совещания и консультации помогли Комиссии сформулировать свои цели и философию. Начиная с Публикации 60 (Publication 60), Комиссия разрабатывала свою политику в отношении ряда проблем, в частности, контроля за воздействием излучения Радона-222, критериев для вмешательства после несчастного случая, контроля за профессиональным облучением и мероприятий при удалении радиоактивных отходов.
В последние годы, однако, были поставлены вопросы относительно факторов риска при облучении в малых дозах. В представленной работе обсуждается позиция МКРЗ в этой области и дан анализ причин, почему эти вопросы возникли. Предложены некоторые подходы, которые позволяют сделать защиту менее сложной. Обсуждены и суммированы положения Рекомендаций 1990 г.; ожидается, что предложения Комиссии должны быть широко обсуждены как часть процесса, ведущего к более четкому формулированию ее политики защиты.
2. Канцерогенные риски радиации низкого уровня
2.1. Эпидемиологические свидетельства
Некоторые из наиболее критических мнений в области радиационной защиты связаны с оценкой риска возникновения избыточных случаев рака после облучения популяций людей в малых дозах [1, 2, 3, 4]. Наибольшая трудность состоит в том, что эпидемиологические подходы (типа использованных при изучении оставшихся в живых после атомных бомбардировок в Японии), позволяют идентифицировать избыточный риск только для доз около 50–100 мГр [5]. Некоторые исследования оставшихся в живых жертв атомной бомбардировки демонстрируют отсутствие избыточного риска для доз менее 200–300 мГр. Кроме того, существуют и другие когорты, в которые показано появление значимых рисков только при еще более высоких дозах, чем в японских работах.
Ниже доз в несколько сотен мГр статистическая значимость [расчетов рисков] прогрессивно теряется, поэтому прямые оценки риска развития рака у населения всех возрастов становятся все более и более трудными и, наконец, невозможными.
Более низкие фоновые значения для частоты рака у детей позволяют рассчитать радиационный риск in utero для дозы приблизительно в 10 мГр [3, 6], хотя эти исследования и оспариваются.
Однако вопросы оценки рисков для профессионального облучения и при воздействии радиационного фактора окружающей среды все же остается.
Экспериментальные ограничения создают, по существу, ту же самую статистическую проблему при исследовании канцерогенеза у животных. Тем не менее, за последние десять лет прогресс в биологии, обусловленный в основном прогрессом в молекулярной генетике, позволил получить сведения, все более и более дополняющие эпидемиологические данные [2, 4].
2.2. Механизмы канцерогенеза
Очевидно, что клеточная ДНК, локализованная в хромосомах ядра, является основой при формировании спонтанно возникающих и индуцированных канцерогенами опухолей у людей и экспериментальных животных [3, 4]. Повреждения ДНК являются начальным этапом развития опухоли, протекающего через генные и хромосомные мутации, часто специфичные для различных типов опухолей.
Показано, что способность облученных клеток к репарации повреждений ДНК служит фактором, снижающим риск опухолеобразования и мутаций. Некоторыми исследователями используется в качестве аргумента положение о том, что малый уровень повреждений ДНК после воздействия в низких дозах позволяет провести полную и безошибочную репарацию [этих повреждений]. Согласно указанному предположению, риск опухолеобразования становится ощутимым только после облучения в высоких дозах, когда репаративная способность истощается. Сторонники этой гипотезы подкрепляют свою аргументацию данными об огромном уровне спонтанных повреждений ДНК, возникающих в клетках в гораздо большем количестве, чем обусловленные воздействием малой дозы ионизирующей радиации (например, дозы 200 мГр). В результате возникает вопрос: как в таком случае может появиться избыточный риск рака после облучения в столь низких дозах?
Но большой массив данных демонстрирует слабое звено приведенной гипотезы [4]. Оказывается, что спонтанно возникающие повреждения ДНК отличаются химической простотой; являются преимущественно ОР и легко репарируются клеткой с очень низкой частотой ошибочной репарации, так что скорость мутагенеза низка. Напротив, повреждение ДНК, произведенное кластерами ионизации в пределах одного трека частицы, обычно не является химически простым и может иметь комплексную форму (ДР). Эти сложные повреждения труднее подвергаются корректной репарации и, поэтому, частота мутационных последствий много выше, чем обусловленная спонтанными повреждениями ДНК.
В соответствии с подобными наблюдениями, зависимость «Доза — эффект» для генных и хромосомных мутаций продемонстрирована как приблизительно линейная вплоть до дозы около 25 мГр, которая является статистически нижним пределом их обнаружения. В настоящее время существуют свидетельства, поддерживающие представление о том, что ионизирующая радиация действует наиболее значимо на ранней фазе инициации развития опухоли, стимулируя потерю специфического гена в стволовых клетках [7].
Хотя имеются серьезные основания полагать, что репарация повреждений ДНК в клетках может существенно уменьшить риск радиационного опухолеобразования, имеющиеся факты не поддерживает мнение, что репарация после воздействий в низких дозах способна полностью устранить указанный риск. Гипотеза о пороге дозы (основанная на постулате, что облучение в малых дозах стимулирует дополнительную способность к репарации ДНК) испытывает недостаток адекватных подтверждений и не в состоянии решить комплекс проблем, связанных с повреждениями ДНК, о которых сказано выше [7].
При отсутствии прямых информативных количественных данных о радиационном опухолеобразовании, зависимость эффекта от величины малых доз должна быть оценена по косвенным сведениям, связанным с клеточными механизмами, участвующими в этом сложном процессе.
По существу, данное суждение основано и будет продолжать основываться на заключении «Веса доказательств» («Weight of evidence»), так как не имеется никаких перспектив, что существование нижнего порога дозы для индукции опухоли может быть доказано или опровергнуто окончательно. В соответствии с современными данными (которые поддерживаются и нами), имеется свидетельский вес против концепции порога дозы. Данное положение подтверждается существующим мнением (judgement) о том, что риск опухолеобразования повышается как простая функция от дозы даже при очень низких дозах и мощностях доз. Но это, однако, не свидетельствует, что пороги дозы при индукции опухолей биологически невозможны. Действительно, работы на экспериментальных животных демонстрируют для некоторых типов опухолей и некоторых типов облучения существование порога. Одним из возможных объяснений подобных данных является то, что в определенных ситуациях необходимо превысить степень нормального [видимо, фонового. — Прим. пер.] повреждения ткани прежде, чем произойдет развитие опухоли.
В то же время, в случае стрессорного воздействия важным является то, что [предлагаемые] мероприятия в рамках системы радиационной защиты должны быть настолько простыми, насколько это возможно. Они должны сосредотачиваться на главной совокупности всех соответствующих данных, а не только на неизбежных биологических курьезах и исключениях.
Те же самые общие соображения следует использовать при рассмотрении противоречия более современного происхождения, чем порог дозы, а именно — индуцированной радиацией нестабильности генома [9].
Как указывается в некоторых исследованиях [10], обнаружение этого явления бросает вызов концепциям радиационной защиты. Из нестабильности генома следует то, что риски могут быть бóльшими, чем оцененные в настоящее время. Нестабильность генома может обусловливать риск опухолеобразования или же другие возможные эффекты, неблагоприятными для здоровья. Таким образом, даже если получить прямые эпидемиологические оценки риска рака, подобные оценки не будут иметь никакой значимости для соображений, на которых основано проектирование риска. Однако, развитие этой новой области, связанной с возможностью относительной недооценки риска низких доз, дает интересный контраргумент для дебатов по дозовому порогу. Данный аргумент полностью свидетельствует против мнения сторонников порога.
В заключение надо отметить, что, по мнению МКРЗ, в настоящее время «Вес доказательств» говорит в пользу предположения о том, что радиационные воздействия являются повреждающими даже при самых малых дозах. Хотя апоптоз, клеточный «надзор» (surveillance), иммунные и адаптивные ответы являются реальными процессами, они, вероятно, могут изменить только форму кривой «Доза — эффект», но не являются доказательствами существования порога [2, 4].
Главным в политике беспороговой зависимости стохастических эффектов является то, что существование некоторого конечного риска должно быть принято при любом уровне защиты. То есть, нулевого риска никогда нельзя достигнуть (ophion). Указанные соображения приводят к трем принципам, которые отражают текущую политику Комиссии:
- Оправдание Сделать больше пользы, чем вреда;
- Оптимизация Максимизировать это превышение пользы над вредом;
- Ограничения Индивидуальный риск не должен быть недопустимым.
(Justification Do more good than harm;
Optimisation Maximise the margin of good over harm;
Limitation Individual risk should not be unacceptable.)
3. Какова проблема?
Следует спросить: откуда появились противодействия так называемой гипотезе ЛБК?
Загрязнение земли — проблема многих стран. Оно возникает в результате случайных выбросов, как, например, при аварии на ЧАЭС, и при такой деятельности, как испытание ядерного оружия в атмосфере. За загрязнение несут ответственность также заводы, выпускающие люминесцентные соединения (luminising), использующие радий и др.
Имеется специфическая проблема утилизация ядерной аппаратуры (nuclear facilities), старых реакторов и средств, используемых при изготовлении оружия. Все это требует значительных сумм, и некоторые думают, что если потратить достаточно денег, то можно достичь низких уровней остаточного загрязнения. Если загрязненная земля не очищена и имеются общественные опасения, то всегда в ряде стран будут существовать общественные движения, доказывающие, что риск от загрязненной окружающей среды слишком велик. Эти опасения ведут к желанию некоторых людей, с целью снизить расходы, ввести порог для зависимости «Доза — эффект». Проблема, прежде всего, заключается в непрофессиональном облучении населения.
Другой аспект опасений — использование «Коллективной дозы», при которой складываются бесконечно малые дозы для, по существу, бесконечно большого населения с широким ареалом проживания. В результате обсуждается необходимость использования огромных денежных ресурсов сегодня для защиты будущего. МКРЗ уже начал заниматься этим, рекомендуя в Публикации 77 разукрупнение единой коллективной дозы на диапазоны индивидуальной дозы и периода времени, в течение которого она была получена. Это является предостережением против использования оценок полученных доз и эффектов для здоровья в далеком будущем [12].
4. Трудности порога
Простая пропорциональная зависимость имеет важное практическое значение, так как позволяет дозе в пределах органа или ткани быть усредненной по этому органу или ткани; дозы, полученные в разное время, могут быть сложены; а дозы от одного источника можно рассматривать независимо от доз от других источников.
Эти практические аспекты имеют преимущественную важность в радиационной защите из-за сложности распределения дозы, из-за места и времени, и из-за вездесущего присутствия естественных источников радиации. Если бы пороговые зависимости были бы широко применены при разработке радиационной защиты, то возникли бы очень значительные трудности. Пороговые отношения существуют для детерминированных эффектов, но уровни доз, рассматриваемые радиационной защитой, лежат значительно ниже этих порогов. Когда это не так, как в радиотерапии, то преобладающим является единственный источник дозы, в результате чего взаимодействием между различными источниками можно пренебречь.
Одним из примеров сложностей, возникающих при широком применении пороговой зависимости, является взаимодействие профессионального и непрофессионального облучения (за счет естественных источников и при медицинской радиаодиагностике). Для контроля риска необходимо фиксировать все полученные дозы, и, поэтому, если учитывать порог, то защита в соответствии с проектом практически невозможна.
Истинно сказано, что наука все более и более оценивается в судах, а не в национальных академиях. Все с большей вероятностью проблема решается судьями и жюри [jury — присяжными], именно они должны быть убеждены относительно существования порога и, таким образом, отсутствия каких-либо рисков при малых дозах радиации.
Как отмечалось выше, имеется неясность относительно рисков, оцениваемых с точки зрения биологии и эпидемиологии, хотя всегда следует помнить, что воздействия являются приращениями над существующим ЕРФ (составляющим порядка нескольких мЗв в год). В связи с недостатком строгих научных доказательств, должен быть рассмотрен новый подход к проблеме радиационной защиты.
5. Замешательство (Confusion)
МКРЗ дал ясно понять, что существующая система защиты различается применительно к воздействиям, которые добавляют дозы и риски, и вмешательствам, которые уменьшают дозы и риски [12]. Предел дозы обусловлен суммой доз от ограниченного набора источников или случаев [обстоятельств] и, вдобавок, часто неправильно истолковывается, так как в качестве лимита иногда принимается средняя граница между безопасным и опасным. В частности, для воздействий на людей имеется неясность при использовании в качестве предела ежегодной дозы значения в 1 мЗв, поскольку уровень экспозиции для радона в домах должен быть установлен между 3 и 10 мЗв в год. Поэтому при несчастном случае, когда люди особенно ждут защиты, ограничение дозы не применяется, и «вмешательство» не осуществляется до тех пор, пока дозы не окажутся в диапазоне от 5 до 50 мЗв.
Рекомендации МКРЗ применительно к действию радионуклидов используются для контроля при защите от одиночных источников путем оптимизации в пределах индивидуального максимального ограничения дозы до 0,3 мЗв в год [12]. При несчастных случаях было предложено учитывать уровни воздействия с целью его уменьшения, однако не имеется международного руководства по уменьшению воздействий. При каком уровне дозы может быть продолжено проживание? Конечно, при дозе более чем 1 мЗв в год88, и если новое население перемещается извне в зараженную область, действителен ли этот подход, при котором применяется предел дозы, равный 1 мЗв? Отсюда возникает вопрос — применимы ли вообще на практике принципы защиты в населенном пункте после несчастного случая? Применим ли предел в 1 мЗв при использовании следующего подхода: если дом строится в области высокого ЕРФ, а люди переселяются в него из областей с более низким ЕРФ? Строгое применение практики, предложенной в Публикации-60 МКРЗ, может указывать, что это так.
Приведенные ситуации не укладываются в рамки определений «Практики» или «Вмешательства»; в связи с чем философию радиационной защиты полезно было бы пересмотреть вновь с целью развития альтернативы используемой в настоящее время логически последовательной структуры защиты. (These are situations that do not easily fall into the current definitions of practice or intervention; radiological protection philosophy might usefully be re-examined in order to develop an alternative logically consistent framework for protection to that used at present.)
Некоторые мысли представлены для обсуждения, и сделана первая попытка обсудить три категории лучевого воздействия (профессионального, медицинского и облучения населения) в рамках существующей системы защиты. Представленная схема является, скорее, дополнительной, а не направлена на фундаментальное изменение в системе радиационной защиты.
Отмеченные трудности и неопределенности при оценке рисков от низкоуровневого облучения заставили МКРЗ рассмотреть вопрос о том, не имеется ли некоторого альтернативного способа контролирования дозы. В соответствующих предложениях была сделана попытка упростить систему защиты.
6. Возможный путь вперед
При защите индивидуумов от повреждающих эффектов ионизирующей радиации важен контроль за дозой, независимо от источника воздействия. В связи с этим, сначала дадим следующее определение:
« Контролируемая доза» — это доза или сумма доз для одного индивидуума от отдельного (particular) источника, который может быть проконтролирован любыми способами».
Подобные дозы могут быть получены на работе, во время медицинского обслуживания и от радиационного фактора окружающей среды (искусственные источники радионуклидов и повышенный ЕРФ, включая эффекты радона). Термин охватывает дозы, полученные, например, от радона и за счет излучения, которое может иметь место в будущем (например, от воздействия новых источников или после фактического или потенциального несчастного случая). Это не относится к радиационным воздействиям, которые нельзя проконтролировать, типа космической радиации на уровне земли, но относится к высоким уровням ЕРФ.
Ранее МКРЗ подчеркивала социальные критерии, используя коллективную дозу, суммированную по всем населенным пунктам и по всем случаям, преимущественно в аспекте анализа соотношения выгоды и стоимости, чтобы определить оптимальные затраты при контроле над источником. Ныне развивается направление, основанное на более индивидуальной философии, предпосылками которой являются представление концепции ограничения на оптимизацию источника и рекомендации Комиссии по разукрупнению Коллективной дозы [12].
7. Принцип.
Философия защиты по контролируемой дозе основана на индивидууме. Если индивидуум достаточно защищен от одиночного источника, то это является достаточным критерием контроля над этим источником. Принцип:
Если риск нанесения вреда здоровью у наиболее подвергавшегося воздействию индивидуума является незначительным (trivial), то и полный риск незначителен, независимо от того, сколько людей подверглось воздействию.
Значение уровня контролируемой дозы зависит от ее величины, выгоды для этого индивидуума89 и легкости мероприятий по сокращению или предотвращению дозы. Будет, конечно, иметься некоторый уровень дозы, при котором контроль окажется принудительным. Это ясно в аспекте предотвращения детерминированных эффектов при несчастных случаях или при защите здоровых тканей во время медицинских процедур, требующих высоких доз облучения.
Дозы от нескольких сотен мЗв до нескольких Зв приводят к детерминированным последствиям различных типов в зависимости от того, является ли облучение острым или хроническим. Помимо радиотерапии, с такими дозами имеет дело радиология, когда возникает ситуация, угрожающая жизни. В других обстоятельствах подобные воздействия будут полностью недопустимы для индивидуума, за исключением спасения в критическом положении. Указанные ситуации находятся вне возможностей предложенной схемы контролируемого набора дозы.
8. Контролируемая доза
Предлагаемая здесь философия для контролируемых воздействий, которая, в сущности, установлена в соответствии с режимом контролируемых доз, демонстрирует различное их значение в аспекте индивидуального фатального риска рака. Кроме того, представляются критерии для контролируемых доз в норме, при несчастных случаях или в медицинских ситуациях.
Таким образом, наибольшая доза, которая в норме будет допускаться перед контролем, установлена определенно, и она находится в диапазоне до нескольких десятков мЗв, хотя и может быть набрана в течение ряда лет. Она включает inter alia:
- Переселение людей после несчастного случая имеет целью предотвратить накопление в течение жизни дозы, равной 1 Зв, что соответствует около 10 мЗв за первый год.
- Профессиональный предел дозы составляет 20 мЗв в год.
- Верхний оправданный (justified) предел для воздействия радона в домах имеет значение 10 мЗв в год.
- Компьютерная томография (около 30-50 мЗв).
- Нижний предел предотвращенной (averted) дозы, выше которой эвакуация рекомендуется после несчастного случая (50 мЗв).
Уровень индивидуального риска, возникающего после воздействий в дозах несколько десятков мЗв, имел бы порядок 1 на 1000 или 1 на 10-3. В то же время, хотя подобные дозы не столь высоки для индивидуума, чтобы быть полностью недопустимыми, они находятся на уровне тех, для которых возникают вопросы относительно дозы и связанным с ней фатальным риском, которого можно избежать при определенных мероприятиях. Такие мероприятия могут изменять образ жизни, или, как в случае с компьютерной томографией, могут быть основаны просто на убеждении, что требуемую информацию нельзя получить другими средствами, например, магнитным резонансом (то есть, с помощью других медицинских процедур).
Контролируемые дозы вообще не должны превышать этого уровня, поэтому фактические или потенциальные дозы, приближающиеся к нему, позволяются только в тех случаях, когда индивидуум получает выгоду, или же указанные дозы нельзя снизить или предотвратить без существенного нарушения образа жизни.
При уровнях контролируемой дозы порядка нескольких мЗв воздействия не должны вызывать большого опасения с точки зрения здоровья индивидуума. ЕРФ составляет приблизительно 2–3 мЗв в год, а если исключить воздействия радона, то — 1–2 мЗв. Типичные воздействия должны быть в диапазоне:
- Нижний уровень оптимизированного диапазона для радона (3 мЗв).
- Нижний уровень при простых контрмерах (sheltering — защита, KI) после аварии (5 мЗв).
- Лимит дозы для населения (1 мЗв).
- Простая диагностика рентгеновским излучением (несколько мЗв).
Можно предпринять определенные меры для уменьшения этих воздействия или предотвращения их, особенно, когда индивидуум не получает никакой выгоды. Таким образом, от контролируемой дозы в несколько мЗв и выше становится все более и более желательно уменьшить или предотвратить дозу, что зависит как от осуществимости выполнения сего мероприятия, так и от того, получает ли индивидуум материальную выгоду от воздействия (например, при ежегодном профессиональном облучении или от ненужных радиационных медицинских экспертиз). В подобном случае фатальные риски достигли бы уровня 10-4, или 1 на 10.000.
В сущности, это доза, которая находится под вопросом. Если медицинская процедура предусматривает дозу в несколько мЗв, то возникает вопрос, может ли альтернативная процедура дать требуемую информацию. Об этом нужно знать даже в том случае, если имеется выгода для пациента.
Сходным образом, если работник получает более нескольких мЗв, желательно проконтролировать, чтобы накопленные дозы были столь низки, сколь это совместимо с его работой. Для населения подобные мероприятия необходимо рассмотреть вновь.
Дозы ниже уровня в 1 мЗв также должны подвергаться контролю. В связи с использованием источников радиации, Комиссия МКРЗ установила максимальную дозу от одиночного источника для населения в размере 0,3 мЗв в год [12]. Соответствующий (associated) уровень фатального риска рака при этом равен около 10-3 в год. Такой уровень дозы составляет приблизительно 10% от полной дозы за счет ЕРФ и имеет тот же самый порядок, что и вариации в естественной радиации (включая радон) в разных областях мира {44}. Этот уровень необходимого или ненамеренного риска является максимально допустимым для населения.
Для сравнении, уровень риска смертности в 10-6 за год обычно расценивается как незначительный, и соответствующая ежегодная доза, составляющая около 10–20 мкЗв, использована для выработки критериев международного или европейского агентств по стандартам безопасности (Inter Agency or European Basic Safety Standards) [13, 14]. При облучении в таких дозах не имеется никакой потребности в защите индивидуума.
Уровни доз, обсужденные выше, представлены на рисунке [в статье не приведен. — Прим. пер.] вместе с дозами, которые являются результатом применения существующей системы защиты для различных случаев. Не имеется никакого различия между однократными дозами и теми, которые могут быть получены неоднократно. Это упрощение сделано для лучшего понимания. Сюда же спорно включены медицинские воздействия. Возможно, однако, что это поможет дать населению более широкий взгляд на дозы и риски, поскольку все ситуации, которые ведут к данным числовым значениям, помещены на шкале с единым масштабом.