Индивидуальные эффективные эквивалентные дозы облучения и элементный состав крови человека

В результате деятельности Семипалатинского испытательного ядерного полигона (СИЯП) на его прилегающих территориях образовалась сложная радиоэкологическая ситуация [1-3]. Задачи исследований по оценке радиоэкологической ситуации, в разных отрезках времени, начиная с периода проведения первых испытаний до сегодняшнего дня, менялись по степени и характеру проявленности воздействия ионизирующего излучения на окружающую среду и на организм человека. Так, в первые десять лет испытаний измерялся только мощность дозы гамма-излучения по пути прохождения радиоактивных облаков в 15 районах, в 75 населенных пунктах [4]. Детальные исследования ра-

диационной обстановки на данной территории проводились в период 1953-1996 гг. научно-исследовательским институтом Радиационной Медицины и Экологии (НИИ РМ и Э) г. Семипалатинск, в годы работы СИЯП функционировавшего под грифом секретности как «Диспансер № 4». Основной задачей института было реконструкция дозовых нагрузок на население в результате проведенных наземных и атмосферных испытаний [5].

На сегодняшний день, основными задачами исследований радиоэкологической ситуации на данной территории являются современная оценка уровня радиоактивного загрязнения, а также оценка медико-биологических эффектов хронического воздействия различных доз облучения на организм человека. В данном контексте в качестве индикаторов целесообразно применение биосубстратов человека.

По литературным данным, элементный состав крови человека отражает эколого-геохимическую обстановку территорий его проживания [6,7]. Так, элементный состав крови населения, проживающего в зоне воздействия предприятий ядерно-топливного цикла отличается накоплением ряда редкоземельных и радиоактивных элементов [8]. При использовании крови человека в качестве ин- дикатора изменения состояния окружающей среды следует понимать, что элементый состав этого биосубстрата может изменяться по ряду причин, таких как возраст, пол, группа крови, уровень гемоглобина, характер питания человека, cмена обстановки и др. [9]. По результатам исследований ученых разных стран, одной из главных причин изменения элементного состава крови человека, является изменение состояния его здоровья [1012]. При этом остаются не решенными ряд важных вопросов о механизме взаимодействия элементного статуса организма и патологических процессов, происходящих в нем. К примеру, не известно способствует ли дисбаланс микроэлементов возникновению сахарного диабета или заболевание является причиной нарушения элементного состава [13].

Применение современного высокоточного метода анализа, такого как инструментальный нейтронно-активационный анализ, позволит получить важную дополнительную информацию об особенностях элементного состава крови человека подвергшегося воздействии различных уровней дозовых нагрузок с возможностью ее дальнейшего внедрения в качестве новых методов радиоэкологической оценки.

Цель исследования. Целью наших исследований является изучение взаимосвязи элементного состава крови человека с индивидуальными эффективными эквивалентными дозами (ЭЭД) облучения на примере крови жителей населенных пунктов, характеризующихся как территории с неравномерной дозовой нагрузкой, сформировавшейся в результате деятельности Семипалатинского испытательного ядерного полигона.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В наши исследования вошли 9 населённых пунктов, которые отнесены к разным зонам радиационного риска (З.Р.Р.). Зоны радиационного риска установлены в соответствии с Законом Республики Казахстан от 18.12.1992 г. «О социальной защите граждан, пострадавших вследствие ядерных испытаний на Семипалатинском испытательном ядерном полигоне» [14]. Для каждой зоны радиационного риска рассчитаны дозы воздействия на население за весь период испытаний облучения населения. Фоновой территорией в наших исследованиях принят населенный пункт Кокпекты, который отнесен к минимальной зоне радиационного риска, с дозовой нагрузкой от 0,1 до 7 с·Зв (табл. 1). Согласно архивным материалам НИИ Радиационной медицины и экологии, любезно предоставленных нам сотрудниками института, при расчете доз облучения учитывался ряд факторов, таких как природно-климатические условия в момент испытаний, рельеф местности, продолжительность времени отселения населения после проведения взрывов, сроки прибытия населения на постоянное проживание, виды проведенных взрывов и т.п. [5].

У каждого испытуемого отбиралось по 5 мл крови. Основным критерием при выборе респондентов был факт проживания на исследуемой территории не менее 10 лет. Также было обращено внимание на отсутствие хронических заболеваний. В каждом исследуемом населенном пункте было отобрано от 5 до 10 проб. В результате было отобрано 60 проб крови. Кровь отбиралась только с информационного согласия респондентов.

Для определения элементного состава крови был применен инструментальный нейтронноактивационный анализ (ИНАА), являющийся одним из самых оптимальных современных методов для анализа крови человека [15,16]. Анализ проводился на исследовательском ядерном реакторе ИРТ-Т в лаборатории ядерно-геохими-ческих методов исследования кафедры геоэкологии и геохимии Томского политехнического университета (аналитик: с.н.с. Судыко А.Ф.).

Таблица 1. Уровни дозовых нагрузок на население в исследуемых зонах радиационного риска [5]

№	Исследуемый населенный пункт	Зоны радиационного риска	Доза воздействия на население за весь период испытаний, сДв
1	Саржал	Чрезвычайная З.Р.Р.	свыше 100
2	Бодене
3	Долонь
4	Караул	Максимальная зона Р.Р.	от 35 до 100
5	Медеу
6	Канонерка
7	Новопокровка
8	Зенковка	Повышенная З. Р.Р.	от 7 до 35
9	Кокпекты	Минимальная З. Р.Р.	от 0,1 до 7

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

В результате проведенного нейтронно-активационного анализа в исследуемых пробах крови было определено содержание 28 химических элементов, таких как Na, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Zn, As, Br, Rb, Sr, Ag, Sb, Cs, Ba, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu, Hf, Та, Au, Th, U. В таблице 2 приведены концентрации химических элементов в крови населения различных зон радиационного риска.

Таблица 2. Содержание химических элементов в крови населения, проживающего в различных зонах радиационного риска

н.п Х.э. \	Чрезвычайная З.Р.Р. (n=15)	Максимальная З..Р. (n=25)	Повышенная З.Р.Р. (n=10)	Минимальная З.Р.Р. (n=10)
Na	* 8120 ± 305	* 6664 ± 320	* 5870 ± 395	4150 ± 327
Ca	* 243 ± 29	155 ± 20	* 502 ± 135	134 ± 29
Sc	<0,003	<0,003	0,001 ± 0,0004	<0,003
Cr	* 2,0 ± 1,1	0,3 ± 0,06	0,2 ± 0,01	<0,5
Fe	* 1840 ± 81	* 1942 ± 106	2040 ± 67	2190 ± 48
Co	* 0,2 ±0,02	0,1 ± 0,05	* 0,2 ± 0,04	0,04 ± 0,01
Zn	22 ± 1,5	24 ± 1,9	25 ± 1,8	23 ± 2,5
As	0,4 ± 0,1	0,3 ± 0,04	<1	0,3 ± 0,07
Br	* 8,2 ± 0,8	* 6,7 ± 0,6	* 5,0 ± 0,4	3,2 ± 0,2
Rb	6,3 ± 0,5	5,7 ± 0,3	5,0 ± 0,4	6,3 ± 0,4
Sr	0,5 ± 0,01	0,8 ± 0,2	3,3 ± 1,2	0,9 ± 0,4
Ag	0,03 ± 0,01	0,04 ± 0,01	0,03 ± 0,005	0,05 ± 0,01
Sb	0,02 ± 0,01	0,01 ± 0,002	0,03 ± 0,02	0,01 ± 0,003
Cs	* 0,01 ± 0,002	* 0,01 ± 0,001	0,004 ± 0,001	0,003 ± 0,002
Ba	1,6 ± 0,3	1,7 ± 0,6	2,1 ± 1,1	0,8 ± 0,3
La	* 0,4 ± 0,3	0,03 ± 0,01	0,02 ± 0,002	<0,05
Ce	* 1,2 ± 0,8	<0,05	<0,05	<0,05
Nd	* 0,7 ± 0,4	0,2 ± 0,7	0,1 ± 0,003	0,1 ± 0,05
Sm	* 0,1 ± 0,06	0,001 ± 0,0004	0,001 ± 0,0005	0,001 ± 0,0006
Eu	*0,004 ± 0,01	0,003 ± 0,0005	0,001 ± 0,0007	0,001 ± 0,0003
Tb	0,01 ± 0,006	0,01 ± 0,001	0,002 ± 0,0008	0,01 ± 0,003
Yb	0,01 ± 0,003	0,03 ± 0,01	0,02 ± 0,003	0,01 ± 0,004
Lu	<0,05	* 0,0009 ± 0,0001	<0,05	<0,05
Hf	0,003 ± 0,001	0,002 ± 0,002	0,002 ± 0,001	0,004 ± 0,002
Ta	* 0,004 ± 0,001	* 0,004 ± 0,001	<0,01	0,001 ± 0,0004
Au	0,001 ± 0,0002	0,001 ± 0,0001	* 0,01 ± 0,003	0,0004 ± 0,00004
Th	0,01 ± 0,03	0,01 ± 0,001	0,01 ± 0,0002	0,01 ± 0,002
U	0,02 ± 0,01	0,02 ± 0,02	* 0,07 ± 0,02	0,01 ± 0,007

Примечание: <-ниже указанного предела обнаружения; * - элементы со значимыми уровнями различия по сравнению с его содержанием в крови жителей минимальной З.Р.Р., p <0,05 (По результатам теста Манна-Уитни)

Из таблицы видно, что в составе крови жителей чрезвычайной З.Р.Р. по сравнению с кровью жителей минимальной З.Р.Р. концентрации таких элементов как Na, Ca, Cr, Fe, Co, Br, Cs, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Ta имеют значимые уровни различия. В зонах максимального и повышенного Р.Р. в составе крови населения значимые уровни различия по сравнению с элементным составом крови минимальной З.Р.Р. имеют ряд таких элементов как Na, Fe, Br, Cs, Lu, Ta и Na, Ca, Co, Br, Au, U соответственно. Все значимые различия, за исключением концентрации Fe, выражаются в сравнительно высоких концентрациях указанных химических элементов в крови жителей, сравниваемых З.Р.Р. по сравнению с их концентрациями в крови жиетелей минимальной зоны радиационного риска концентарции Fe в крови жителей чрезвычайной, максимальной и повышенной З.Р.Р. сравнительно ниже, чем в крови жителей минимальной зоны радиационного риска.

В таблице 3 приведены результаты факторного анализа крови населения исследуемых территорий, объединенных по зонам радиационного риска. При анализе использовался метод выделения главных компонент, с нагрузкой > 0,7. Было выделено два основных фактора, которые определяют большую часть суммарной изменчивости элементного состава крови. Так для крови населения чрезвычайной З.Р.Р. наиболее значимым является первый фактор, который объединяет ряд редкоземельных и радиоактивных элементов, таких как Sc, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Th, U. Второй, наименее значимый фактор объединяет в себе такие элементы как Cr, Ag, Cs, Au. Для крови населения максимальной зоны радиационного риска наиболее значимым также является первый фактор, который объединяет такие элементы как Na, Ca, Co, Br, Lu. Второй фактор в данном случае был значимым только для Ba. В повышен- ной зоне радиационного риска первый и второй факторы нагрузки на элементный состав крови человека объединили такие элементы как Cr, Sr, Cs, Ce и Na, Br, Sb, Ba, La соответственно. В крови жителей минимальной З.Р.Р. наиболее значимым оказался первый фактор, который определяет уровни накопления таких элементов как As, Ag, Tb, Yb. Второй фактор в данном случае объединяет такие элементы как Na, Au.

Судя по характеру выделяемых элементов в крови жителей чрезвычайной и повышенной З.Р.Р. первый фактор, скорее всего, является радиационным [8,17]. По характеру элементов выделяемых в крови жителей максимальной и минимальной З.Р.Р. факторы воздействия на элементный состав крови человека в данных зонах, скорее всего, носят смешанный характер.

Таким образом, по результатам факторного анализа можно сделать вывод, что воздействие дозовых нагрузок на элементный состав крови человека наиболее ярко отражаются при дозовых нагрузках свыше 100 с·Зв. При дозовых нагрузках ниже 100 с·Зв основные факторы нагрузки объединяют как эссенциальные так и радиоактивные и редкоземельные элементы. Возможно, при оценке воздействия дозовых нагрузок ниже 100 с·Зв следует учитывать индивидуальные эффективные эквивалентные дозы облучения. Так, человек, проживающий в повышенной З.Р.Р. в зависимости от его радиационного маршрута (периода проживания на различных З.Р.Р., возраста, профессии, и т.д.) может иметь такую же индивидуальную эффективную эквивалентную дозу облучения, что и человек, проживающий в максимальной и чрезвычайной зонах радиационного риска.

Индивидуальные дозы облучения населения рассчитываются с применением автоматизированной программы для расчета индивидуаль-

Таблица 3. Основные факторы воздействия на элементный состав крови человека, проживающего на территориях с различной дозовой нагрузкой

Параметры Фактор 1 Фактор 2 Чрезвычайная зона радиационного риска, свыше 100 с^Зв (п. Бодене, п. Долонь, п. Саржал) Элементы, Нагрузка > 0,7 Sc, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Th, U; Cr, Ag, Cs, Au; Максимальная зона радиационного риска, от 35 до 100 сЗв. (п. Медеу, п. Канонерка, п. Новопокровка) Элементы, Нагрузка > 0,7 Na, Ca, Co, Br, Lu; Ba; Повышенная зона радиационного риска, от 7 до 35 сЗв (п. Зенковка) Элементы, Нагрузка > 0,7 Cr, Sr, Cs, Ce; Na, Br, Sb, Ba, La; Минимальная зона радиационного риска, от 0,1 до 7 сЗв (п. Кокпекты) Элементы, Нагрузка > 0,7 As, Ag, Tb, Yb; Na, Au; ных доз облучения внедренной в структуру Государственного научного автоматизированного медицинского регистра (ГНАМР) [5]. Информационная база ГНАМР специально создана для регистрации лиц, пострадавших от радиационного воздействия и подвергшихся радиационному облучению в результате радиационных аварий и инцидентов, а также для определения приоритетных мер, направленных на охрану здоровья граждан этих категорий по Республике Казахстан. Каждому лицу, включенному в регистр, присвоен идентификационный код, под которым обобщена регистрационная, медицинская и дозиметрическая информация. Регистрационная информация включает: паспортные данные, возраст, пол, семейное положение, уровень образования, трудовую деятельность, жизненный статус. К медицинским данным относится: анамнез заболеваний, причины смерти, результаты медико-лабораторных исследований. В настоящее время в Государственном научном автоматизированном медицинском регистре зарегистрировано 352600 человек (лица, непосредственно подвергавшиеся облучению и их потомки, имеющие различный жизненный статус). Информация о лицах, включенных в базу данных регистра, каждый год обновляется. В таблице 4 приведены уровни индивидуальных доз облучения населения, проживающего на территориях, вошедших в наши исследования.

Как видно из таблицы 4, индивидуальные ЭЭД облучения жителей чрезвычайной и максимальной З.Р.Р. варьируют в пределах 54,1-98,9 с·Зв, за исключением населенного пункта Ново- покровка, где среднее значение индивидуальных ЭЭД облучения составляет 9,5 с·Зв. Среднее значение индивидуальных ЭЭД облучения населения минимальной зоны Р.Р. составляет 0,9 с·Зв.

При оценке уровня взаимосвязи элементного состава крови человека с индивидуальными ЭЭД облучения следует учитывать, тот факт, что расчет ЭЭД облучения человека при хроническом воздействии ионизирующего излучения основан на его радиационном маршруте. Радиационный маршрут отражает сроки пребывания респондентов в различных зонах радиационного риска с момента рождения по настоящее время. Следовательно, чем старше возраст человека, тем больше его индивидуальная ЭЭД облучения (рис. 1).

В целях оценки уровня зависимости элементного состава крови человека от уровней его индивидуальных ЭЭД облучения был проведен корреляционный анализ. В качестве переменной, зависимой от индивидуальных ЭЭД облучения человека, был применен суммарный показатель накопления 28 химических элементов в составе его крови. В результате линейные формы зависимости от индивидуальных ЭЭД облучения был выявлен для основного количества проб крови, отбобранных в населенных пунктах Кокпекты, Зенковка и Бодене, а также для некоторых проб крови отобранных в населенным пункте Новопокровка (Н1,Н3,Н7). При этом для основного колическтва проб крови населенных пунктов Кокпекты и Зенковка соответсвуют низкие значения СПН в пределах 0-0,3 мг/кг при низких уровнях ЭЭД облучения в пределах 0-1

Таблица 4. Индивидуальные дозы облучения респондентов за весь период проживания в исследуемых территориях

Зоны радиационного риска	Населенный пункт	Индивидуальные ЭЭД, с<Зв
Чрезвычайная зона Р.Р. (свыше 100 сЗв)	Саржал (n=5)	85,8 ± 5,5 68,6 - 99,0
	Бодене (n=5)	74,7 ± 14,2 25,8-100
	Долонь (n=5)	55,7 ± 8,3 39,0 - 86,7
Максимальная зона Р.Р. (от 35 до 100 сЗв)	Караул(n=5)	69,5 ± 18,4 23,8 - 100
	Медеу (n=5)	54,1 ± 13,0 12,9 - 87,7
	Канонерка(n=5)	98,9 ± 0,92 95,2 - 100
	Новопокровка (n=10)	9,5 ± 1,2 0,6 - 15,4
Повышенная зона Р.Р. (от 7 до 35 сЗв)	Зенковка(n=10)	6,9 ± 2,9 0,3 - 27,8
Минимальная зона Р.Р. (от 0,1 до 7 сЗв)	Кокпекты (n=10)	0,9 ± 0,2 0,3 - 2,9

Эффективная эквивалентная доза, сзв

Возр аст на момент пр обоотбор а, лет

Рис

. 1. Зависимость индивидуальных эффективных эквивалентных доз облучения от возраста

Эффективные эквивалентные дозы, с Зв

Рис. 2. Ранжирование исследуемых территорий по эффективным эквивалентным дозам облучения и суммарному показателю накопления химических элементов в крови человека сЗв. Уровни корреляции между сравниваемыми параметрами для данных населенных пунктов составляют r = 0,89 и r = 0,67 соответственно, при значимости коэффициента корреляции ≤ 0,6. Для основного количества проб крови населенного пункта Новпокровка характерны СПН в пределах 0,1-0,7 мг/кг при ЭЭД облучения в пределах 3-15 с·Зв (r=-0,11). Для основного количества проб крови населенного пункта Бодене характерны сравнительно высокие показатели СПН в пределах 2,5-25 мг/кг при сравнительно высоких уровнях ЭЭД облучения в пределах 25-80 с·Зв (r=0,85). Населенные пункты Саржал, Долонь, Канонерка, Медеу и Караул характеризуются значениями СПН в пределах 0,2-0,9 мг/ кг при ЭЭД облучения в пределах 25-100 с·Зв (r=0,17; r=-0,02; r=0,17; r=-0,16; r=-0,6). Таким образом, рассматриваемые населенные пункты можно разделить на IV группы по характеру разброса сравниваемых параметров (рис. 2). При этом, наличие как прямой, так и обратной корреляционной зависимости между суммарными показателями накопления химических элементов в крови и индивидуальными ЭЭД облучения жителей исследуемых населенных пунктов показывает необходимость учитывания биогеохимической специфики территории проживания человека, что является наиболее объективной оценкой состояния территории.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, была изучена взаимосвязь элементного состава крови человека с его индивидуальными эффективными эквивалентными дозами облучения на примере крови жителей населенных пунктов, характеризующихся как территории с неравномерной дозовой нагрузкой, сформировавшейся в результате деятельности Семипалатинского испытательного ядер-ного полигона.

Все значимые различия содержания химических элементов в крови жителей территорий с различной дозовой нагрузкой, за исключением концентрации Fe, выражаются в сравнительно высоких концентрациях в крови жителей чрезвычайной, повышенной и максимальной зонах Р.Р. по сравнению с их концентрациями в крови жиетелей минимальной зоны радиационного риска. Концентарции Fe в крови жителей сравниваемых зон Р.Р. сравнительно ниже, чем в крови жителей минимальной зоны радиационного риска.

Воздействие дозовых нагрузок на элементный состав крови человека наиболее ярко отражается при ЭЭД облучения свыше 100 с·Зв. При дозах ниже 100 с·Зв возможны отражения воздействия как техногенных, так и природных факторов нагрузки на элементный состав крови человека.

Элементный состав крови человека может иметь как прямую, так и обратную корреляционную зависимость от уровней индивидуальных эффективных эквивалентных доз облучения человека, что говорит о том, что при оценке воздействия дозовых нагрузок на организм человека следует учитывать биогеохимическую специфику территории его проживания.