Бард: банк данных по анализу риска

Анализ риска давно уже стал необходимым элементом решения задач защиты окружающей среды . Однако возможности его практического применения вплоть до настоящего времени огра ничены из - за недостаточного развития методиче ской базы .

Необходимость в дальнейшем развитии ме тодологии анализа риска стала особенно ак туальной в таких областях как

• •    оценка последствий ядерных аварий и испы таний и принятие решений по защитным и восстановительным мерам ;

• •    сравнение рисков для разных энергопроиз водств для принятия решений по их разви тию .

Как показал опыт оценок и анализа последствий ядерных аварий, ядерных испытаний и проведения защитных и восстановительных мероприятий, существует целый ряд причин, по которым необходимо, с одной стороны, выйти за пределы радиационной защиты и рассматривать и нерадиационные факторы риска. С другой сторо- ны, оставаясь в рамках радиационной защиты, недостаточно основываться на концепции эффективной дозы DE, даже если рассматриваются только стохастические эффекты облучения.

Концепция эффективной дозы D E разработана и предложена МКРЗ . Последнее уточнение этой концепции сделано в 60- й Публикации [1]. Величи на D E по существу является показателем риска . Взвешивающие ( по разным органам тела челове ка ) коэффициенты , определяющие эффективную дозу , вычислены по значениям радиационного риска ( обобщенного ущерба ). Переход к величи нам риска производится , если необходимо , путем использования соответствующих коэффициентов риска .

У концепции D E есть свои важные и хорошо из вестные достоинства с точки зрения ее практичес кого применения нормирования облучения в нор мальных условиях . Однако ряд ее свойств ограни чивает возможности ее использования в рассмат риваемом случае ( ядерные аварии и испытания ). Значение риска , определяемое величиной D E :

• •    проинтегрировано по всему времени реали зации радиобиологического стохастического эффекта после облучения ( десятки лет для канцерогенеза и все последующие поколения для генетических последствий облучения );

• •    усреднено по возрасту человека в момент облучения и по когортам населения разных стран ( по глобальному населению в опреде лении МКРЗ ).

В результате в оценке последствий облучения на основе D E полностью отсутствует фактор вре мени . Невозможно получить данные по радиоло гическому риску в разные интервалы времени по сле ядерной аварии или испытания . Эффективная доза не различает большую разницу во времени между появлением случаев лейкозов и " солидных " раков ( см . иллюстративный пример на рисунке 1, взятый из рассмотрения последствий для населе ния Алтайского края ядерных испытаний на Семи палатинском полигоне [2]).

Кроме того, величина DE не может учитывать местные и возрастные особенности когорты населения (или персонала), для которой осуществляется оценка последствий. Как легко видеть из расчетных данных (см. другой иллюстративный пример на рисунке 2), радиационный риск существенным образом зависит от возраста облу- чения: он намного выше для детского и юношеского возраста, чем для взрослого и тем более пожилого человека.

Необходимость оценки нерадиационного риска обусловлена следующим :

• •    некоторые принимаемые контрмеры могут иметь отрицательные побочные последствия для населения ( нерадиологической природы ); например , переселение , как показывает имеющийся опыт , из - за изменения социаль ных и других условий проживания может отри цательно сказаться на здоровье человека ; возможные отрицательные изменения в соци ально - психологическом состоянии ( стрессы , состояние возбуждения и страха ) также ока зывают существенные изменения в здоровье людей ;

• •    отметим эффект так называемой конкуренции рисков ; этот эффект приводит в принципе к взаимному влиянию разных факторов риска даже при их исходной статистической незави симости ;

• •    как следует из современной методологии оценки радиационного риска , для ее приме нения необходимо знать фоновые значения канцерогенного риска ( см . ниже о моделях от носительного риска );

  

  Рис. 1. Ежегодная смертность M(t) от радиогенных злокачественных новообразований среди населения ( на 100000 человек ; возраст 0-20 года в 1949 г .), пострадавшего от ядерного испытания в зависимости от времени t ( в годах ) после испытания ; D = 0.8 Зв ; первый пик обусловлен смертностью от лейкозов , второй - от “ солидных ” раков .

  
  
  

  Рис. 2. Пожизненный индивидуальный риск R смерти от радиогенных злокачественных новообразований в зависимости от возраста a ( в годах ) облучения ; D = 0.8 Зв .

  
  

• •    возможное отсутствие полного благополучия с состоянием здоровья населения , вызванного местными или общегосударственными соци альными условиями проживания , требует с позиций наиболее эффективного вложения средств в защиту здоровья оценивать единым образом - с позиций анализа риска - состоя ние здоровья в целом и фоновые радиацион ные и нерадиационные факторы риска .

Из сказанного выше следует необходимость развития и применения анализа риска для оценки последствий ядерных аварий или испытаний и поддержки принятия решений по защитным ме рам .

Следует также отметить , что такая необхо димость существует и в ряде других областей , в частности , при оценке альтернатив развития энер гопроизводства . Риск , создаваемый разными энергопроизводствами , многомерен и включает несколько категорий . В связи с этим существует ряд проблем в развитии анализа риска , среди ко торых отметим здесь следующие :

• •    интегрирование различных показателей риска ,

• •    суммирование и сравнение распределенных во времени рисков ,

• •    сравнения рисков от аварий и нормальной работы предприятий .

Таким образом, разработка методологии (МАР) и ЭВМ-программного комплекса для оценки и анализа риска от различных источников риска радиационной и нерадиационной природы является од- ним из актуальных направлений разных научных программ. Этот комплекс определяется как банк данных по анализу риска (БАРД или BARD в английской транскрипции).

ГНЦ РФ Курчатовский институт совместно с другими организациями с 1994 г . осуществляет разработку МАР и БАРД . Эта работа выполняется прежде всего в рамках Государственной програм мы НИР МЧС России ( Алтайская и Чернобыльская ее части ), а также частично ряда международных проектов ( проект JSP2 ( ЕС - СНГ ), проект от России " Развитие методологии и базы данных " в рамках координируемой МАГАТЭ исследовательской про граммы " Сравнение рисков для населения и ок ружающей среды от разных энергопроизводств " и др .).

Разработка МАР и БАРД осуществляется па раллельно и взаимосогласованно .

МАР дважды рассматривалась на сессиях РНКРЗ . При втором ее рассмотрении ( сессия РНКРЗ в мае 1996 г .) была одобрена усовершен ствованная версия МАР , доработанная рабочей группой РНКРЗ с учетом замечаний и ре комендаций РНКРЗ . По состоянию на начало июня 1996 г . эта версия МАР находилась в стадии под готовки к печати . Некоторые ее промежуточные версии можно найти , например , в публикациях [3, 4].

Настоящая работа посвящена описанию ком пьютерной системы для оценки риска БАРД .

Области применения БАРД

Основное назначение БАРД :

• •    оценка радиологических и нерадиологических последствий ядерных аварий , испытаний ядерного оружия и т . п .; анализ эффективности проводимых защитных мер для населения по страдавших территорий ;

• •    оценка риска от радиационного облучения лю бого типа и любой временной зависимости ;

• •    оценка состояния здоровья населения в по казателях риска ;

• •    оценка и сравнение рисков от разных энерго производств .

Кроме того , БАРД может использоваться и для других задач , связанных с анализом риска , вклю чая проведение НИР .

Структура БАРД

БАРД включает :

• •    исходную базу медико - демографических дан ных ( МДД ), необходимых для расчета как ра диационного , так и нерадиационного риска ;

• •  служебные и расчетные ЭВМ - программы .

Упрощенная схема БАРД представлена на ри сунке 3.

Рис 3. Упрощенная схема БАРД .

База данных

База данных БАРД состоит из нескольких час тей и включает следующие МДД :

• •    повозрастные коэффициенты смерти от раз ных причин ,

• •   повозрастное распределение населения ,

• •   повозрастные коэффициенты рождаемости .

Получаемые из разных источников (Госкомстат СССР и России, Институт проблем занятости РАН; Статистические данные ВОЗ ООН по состоянию здоровья населения мира, Алтайский филиал института комплексных проблем гигиены и профзаболеваний СО РАМН, Алтайский медицинский институт и др.) данные обрабатываются программно вне БАРД и помещаются в базу данных в виде файлов с расширением *.dbf.

База данных БАРД находится в состоянии по стоянного развития путем включения в нее все новых и новых МДД . По состоянию на начало 1996 г . она включает МДД разных лет для населе ния :

• •    России , многих ее областей и других адми нистративных образований ;

• •    Беларуси и нескольких ее областей ;

• •    Украины и нескольких ее областей ;

• •    бывшего СССР и ряда его республик ;

• •    нескольких других стран ООН ( Франция , Ве ликобритания , США , ...).

Каждый массив МДД подразделяется на от дельные подмассивы данных по полу ( мужчины , женщины , оба пола ) и образу жизни ( сельское , городское и все население ). Повозрастные коэф фициенты смертности представлены в агрегиро ванном и детальном видах .

При агрегированном представлении имеющи еся факторы риска ( причины смертности ) раз биваются на 8 групп :

• •    сумма всех факторов риска ,

• •    инфекционные болезни ,

• •    злокачественные новообразования ,

• •    болезни системы кровообращения ,

• •    болезни органов дыхания ,

• •    болезни органов пищеварения ,

• •    несчастные случаи и травмы ,

• •    остальные факторы .

При представлении данных в детализирован ном виде каждая из этих групп разбиваются на подгруппы . Например , четвертая группа под разделяется на конкретные виды заболеваний : гипертония , ишемическая болезнь сердца , атеро склероз , цереброваскулярные болезни и др . Тре тья группа также разбита по отдельным видам новообразований , что принципиально важно при расчете радиационного риска .

Расчетные программы

Расчетные программы подготовлены на основе МАР . Следует обратить внимание , что основные расчетные формулы одинаковы для ра диационного и нерадиационного рисков .

Для оценки радиационного риска в них пре дусмотрена возможность использования сле дующих первичных моделей радиационного риска :

• •    НКДАР ООН - 94 [5],

• •    BEIR IV [6],

• •    BEIR V [7],

• •    UK NRPB [8].

Входные данные

При расчете риска по БАРД необходимо задать исходные данные . Они подразделяются на 2 части ( см . рис . 3):

• •    внешние ( подготавливаемые вне БАРД и вво димые в него перед расчетом ),

• •    внутренние ( извлекаемые из базы данных БАРД ).

При расчете радиационного риска входными данными являются :

• •    поглощенные или эквивалентные дозы ( крат ковременное облучение ) или мощности доз ( хроническое облучение ) для различных орга нов тела человека как результат воздействия рассматриваемого источника ионизирующей радиации ; эти дозы или мощности доз должны быть даны в их зависимости от возраста , вре мени облучения , принимаемых защитных мер и т . п .;

• •    соответствующие МДД из внутренней базы данных БАРД .

Кроме того , должен быть еще осуществлен выбор первичной модели радиационного риска ( см . выше , а также описание методологии [3, 4]).

При расчете нерадиационного риска входными данными должны быть повозрастные ко эффициенты смертности или заболеваемости , обусловленных рассматриваемым источником риска , или некоторые вариации МДД , полученные с использованием внутренней базы данных .

Выходные данные

Выходные данные ( результаты оценки риска по БАРД ) в соответствии с МАР - это величины раз личных показателей риска на когортном ( индиви дуальном ) или популяционном уровнях :

• •    пожизненный риск ( вероятность смерти или заболевания от рассматриваемого источника риска в течение всей предстоящей жизни ) или риск в ограниченный интервал времени ;

• •    ущерб здоровью человека , выражаемый го дами потерянной здоровой жизни вследствие действия данного источника риска , на когорт ном ( индивидуальном ) или популяционном уровнях ;

• •    смертность или заболеваемость как результат действия данного источника риска в некоторой когорте людей со специфическим половозра стным составом или в общей популяции в те чение некоторого интервала времени .

Рассчитываемые показатели риска могут быть представлены в их зависимости от пола , возраста , местных условий , времени и т . д . или в усреднен ной форме . Вид выходных данных может быть специализирован при постановке задачи на оценку риска .

Примеры расчетов

В качестве иллюстрации на рисунке 4 приве дены некоторые результаты оценки риска , сде ланные по БАРД для территории Брянской облас ти с относительно высоким уровнем радиоактив ного загрязнения в результате чернобыльской аварии ( ≥ 30 Ки (¹³⁷Cs)/ км ²).

Временные и прочие особенности радиогенных раков ( лейкозы , рак щитовидной железы и др .) должны быть приняты во внимание при подготовке программы медицинской защиты и реабилитации на пострадавших территориях для настоящего и будущего времени , а также при решении вопроса о возможности и содержании эпидемиологических исследований .

Использование результатов анализа риска может изменить представления о последствиях ядерных аварий и эффективности контрмер. В этой оценке риска важно принимать во внимание как радиационный, так и нерадиационный риск, меры радиационной и медицинской защиты.

Для демонстрации расчетов нерадиационного риска в таблице приведены результаты расчета пожизненного риска R от " фоновых " факторов рис ка и ожидаемой продолжительности жизни для населения России и Франции .

Таблица

Пожизненный риск R от "фоновых" факторов риска и ожидаемая продолжительность жизни для населения России (1989 г.) и Франции (1987 г.), расчет по БАРД

Фактор риска	Россия		Франция
	муж .	жен .	муж .	жен .
Инфекции и паразитарные болезни	0.01	0.01	0.01	0.01
Злокачественные новообразования	0.20	0.13	0.31	0.21
Болезни системы кровообращения	0.51	0.72	0.33	0.41
Болезни органов дыхания	0.07	0.04	0.07	0.05
Болезни органов пищеварения	0.03	0.02	0.05	0.05
Аварии и несчастные случаи	0.13	0.04	0.08	0.07
Другие причины	0.05	0.04	0.15	0.20
Ожидаемая продолжительность жизни , лет	65.3	75.3	74.8	83.7

Заключение

Первая версия БАРД была готова в конце 1994 г . и начала использоваться по одному из своих основных назначений : оценка и анализ последст вий ядерных испытаний и аварий .

Некоторые результаты этого применения мож но найти , например , в [10, 11].

С учетом разных его применений БАРД нахо дится в постоянном развитии как в части нако пления и совершенствования исходной базы ме дико - демографических данных , так и в рас ширении ее расчетных и сервисных программных средств .

БАРД развивается в двух версиях: локальной (на одной ПЭВМ) и распределенной, когда разные части БАРД могут находиться на разных ПЭВМ, соединенных в сети. Данная версия может быть доступна через Internet (http://144.206.130.230/, РНЦ "Курчатовский институт").

БАРД до некоторой степени подобен компью терным программам ASQRAD[9] и SPIDER[8], раз виваемым в CEPN ( Франция ) и NRPB ( Великобри тания ).

БАРД отличается от них большой внутренней базой МДД , возможностью рассчитывать не радиационный риск , областями применения и др .

Следует отметить также компьютерную систему RADRASS, развиваемую в МРНЦ РАМН ( Обнинск , Россия ) для проведения эпидемиологических ис следований и оценки риска .

Для верификации баз данных МДД и расчетных программ представляются полезными перекрест ные сравнения результатов , полученных разными компьютерными системами по оценке риска . Такая работа уже проводится для БАРД и ASQRAD. В частности , произведено сравнение результатов расчетов радиационного риска для разового и хронического облучения с использованием модели BEIR V при согласованно выбранных одинаковых входных данных . Получено хорошее и в этом смысле удовлетворительное согласие ( подробнее см . в [4]). Эта работа по перекрестному сравнению результатов продолжается . Она рассматривается как важный этап перед представлением системы БАРД на официальную аттестацию .

Одна из версий БАРД развивается в качестве модуля комплексной компьютерной системы под держки принятия решений по радиационной и со циальной защите на радиоактивно загрязненных территориях после ядерной аварии или ядерных испытаний (DSS JSP2).

Рис. 4. Смертность и заболеваемость ( щитовидная железа ) от спонтанных и радиогенных ( вследствие чернобыльской аварии ) раков ( на 100 000 человек возраста 0-18 лет на момент аварии , мужчины для от дельных раков ) как функция времени t после аварии ; расчет по БАРД , дозы облучения без учета контр мер .