Эффект переноса моделей радиационного риска МКРЗ на популяцию РФ

В соответствии с российскими Нормами радиационной безопасности [1] для обоснования пределов доз облучения населения в течение года используется предельное значение индивидуального пожизненного радиационного риска 5∙10-5. При этом пожизненный риск радиационного рака для населения пропорционален дозе с коэффициентом номинального радиационного риска 5,5 10-2 на 1 Зв [1].

В настоящее время пожизненные радиационные риски определяются, исходя из моделей интенсивностей радиационных рисков, рекомендуемых Международной комиссией по радиологической защите (МКРЗ) [2]. Последние содержат параметры, модифицирующие радиационный риск при одной и той же дозе облучения, в зависимости от пола и возраста облучённых лиц,

Горский А.И.* – вед. научн. сотр., к.т.н.; Чекин С.Ю. – зав. лаб.; Максютов М.А. – зав. отд., к.т.н.; Меняйло А.Н. – вед. научн. сотр., к.б.н.; Корело А.М. – ст. научн. сотр.; Туманов К.А. – зав. лаб., к.б.н.; Зеленская Н.С. – научн. сотр.; Лашкова О.Е. – научн. сотр.; Иванов В.К. – зам. директора по научн. работе, Председатель РНКРЗ, чл.-корр. РАН. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России.

а также от фоновых (в отсутствие облучения) показателей онкозаболеваемости и онкосмертности, характерных для этих облучённых лиц. Модели интенсивностей радиационных рисков идентифицированы, в основном, на данных наблюдений за японской когортой лиц, переживших атомные бомбардировки в 1945 г. [3, 4]. Однако считается, что эти модели пригодны для прогноза пожизненных радиационных рисков в любой конкретной когорте или популяции при учёте специфических для неё фоновых показателей заболеваемости и смертности [5].

В соответствии с принятой в целях нормирования линейной беспороговой моделью риска стохастических эффектов пожизненный радиационный риск при малых дозах облучения пропорционален дозе. Современные оценки коэффициентов пожизненных радиационных рисков на единицу дозы, рассчитанные для некоторой стандартной популяции, приведены в Публикации 103 МКРЗ [2].

Целью исследования является расчёт коэффициентов пожизненных радиационных рисков населения РФ на основе современных моделей риска МКРЗ [2], а также анализ применимости для российского населения соответствующих рекомендаций МКРЗ по величине дозовых ограничений и пределов облучения.

Материалы и методы

На рис. 1 приведено возрастное распределение стандартной мировой популяции ВОЗ, актуальное на период времени с 2000 по 2025 гг., которое используется мировыми канцер-регистрами, например SEER [6, 7]. Распределение одинаково для обоих полов.

Достигнутый возраст

Рис. 1. Возрастная структура популяции ВОЗ (2000-2025 гг.) [4].

При расчёте коэффициентов пожизненных радиационных рисков населения РФ использовались демографические [8] и медико-статистические данные [9] за 2017 г. Возрастные структуры мужского и женского населения РФ в 2017 г. приведены на рис. 2 и 3 соответственно. По сравнению со стандартной мировой популяцией ВОЗ, население РФ в среднем старше, с большей долей лиц в возрасте старше 55 лет.

Достигнутый возраст

Рис. 2. Возрастная структура популяции РФ (2017 г., мужчины).

Достигнутый возраст

Рис. 3. Возрастная структура популяции РФ (2017 г., женщины).

Для оценки радиационных рисков смерти по причине рака в Публикации 103 МКРЗ [2] использован подход, отличный от подходов, применённых ранее в Публикации 60 МКРЗ [10]: оценка риска смерти осуществляется через риск заболеваемости, умноженный на коэффициент летальности данного заболевания.

Как и ранее, для переноса оценок риска между популяциями используется взвешенная сумма оценок по мультипликативной и аддитивной моделям риска. При этом приращение к спонтанной заболеваемости за счёт облучения, интенсивность избыточного абсолютного риска ( EAR ) задаются следующим выражением:

EAR = EAR mul - p + EAR add • (1 - p) , (1)

где mult и add – индексы модели, мультипликативной и аддитивной соответственно; EAR обычно выражается в виде числа новых случаев заболеваний на 10 тыс. чел.-лет наблюдения.

Согласно [2], параметр p равен 0 для рака молочной железы и костного мозга, 1 – для рака щитовидной железы и кожи, 0,3 – для рака лёгкого и 0,5 – для всех остальных локализаций рака.

Для оценки последствий облучения МКРЗ [2] рекомендует к применению следующие модели радиационных рисков онкологической заболеваемости.

Для солидных раков определённой локализации ( T ) риск от однократного облучения дозой d в возрасте g даётся в виде EAR и имеет вид [2]:

для мультипликативной модели:

. f a A “mult ⁽ T )         f              a - 30 A

EAR    ( g,a,T,s,d ) = Zsol (T,s,a )• d • Pmuit (T,s ).|—-I        • exP\«muit (T )•         I ,

170)             (             10

для аддитивной модели:

add (      T      \ Я а (T \ ^f a ^A add         ^f       T \ g - ^{30 A}

EAR    (g,a,T,s,d ) = d • Padd (T,s).| ---I       • exp|aadd (T )--I ,

170)            I где Zsol - показатель спонтанной заболеваемости; T- локализация опухоли (ткань); s - пол; g -возраст при облучении; a - возраст дожития; d - доза облучения; pmult, mmult, amult - параметры мультипликативной модели; padd, “add, aadd - параметры аддитивной модели. Параметры р зависят от пола и локализации опухоли, остальные только от локализации. pmult представляет избыточный относительный риск (ERR) на единицу эквивалентной дозы (на 1 Зв) в возрасте 70 лет при облучении в 30 лет, padd - избыточную заболеваемость на 10 тыс. человек в год в возрасте 70 лет после облучения дозой 1 Зв в возрасте 30 лет. Численные значения коэффициентов моделей риска приведены в Публикации 103 МКРЗ [2].

Как следует из моделей (2, 3), помимо локализации опухоли, пола и дозы приращение к спонтанной онкологической заболеваемости, обусловленное облучением, зависит от достигнутого возраста и возраста при облучении.

Произведём расчёт динамики EAR от однократного облучения в зависимости от возраста при облучении и достигнутого возраста с учётом конкуренции рисков умереть от других причин кроме рака, посредством использования функции здорового дожития S(g,a) , которая представляет вероятность дожития от возраста g до возраста a без проявления новых случаев рака. Формула для расчёта такого риска LR(g,a,d) при облучении в дозе d в соответствии с выражением (1) будет иметь вид:

LR ( g,a,d ) = (EA R ^mult(g, a, d ) • (1 - p) + EA R ^add (g, a, d ) • p) • S(g,a) • Ф (a - g - lp) , (4) где a ^ g , функция Ф (a - g - lp) представляет собой ступенчатую функцию Хэвисайда для учёта минимального латентного периода индукции радиогенных солидных раков lp =10 лет. Если аргумент функции Хэвисайда равен нулю, значение функции равно 0,5, если больше нуля, то значение функции равно 1 и равно нулю в противоположном случае.

Пожизненный радиационный риск рака рассчитывается как сумма рисков для отдельных локализаций рака, в предположении, что возникновение множественных радиогенных раков маловероятно.

Результаты и обсуждение

МКРЗ [2].

Желудок (мужчины)

10     20     30     40     50     60     70     80

Возраст при облучении

0,000 2,500E-08 5,000E-08 7,500E-08 1,000E-07 1,250E-07 1,500E-07 1,750E-07 2,000E-07 2,250E-07 2,500E-07 2,750E-07 3,000E-07 3,250E-07 3,500E-07 3,750E-07 4,000E-07 4,250E-07 4,500E-07 4,750E-07 5,000E-07

Желудок (женщины)

10     20     30     40     50     60     70     80

Возраст при облучении

0,000

4,619E-08 9,238E-08 1,386E-07 1,848E-07 2,310E-07 2,771E-07 3,233E-07 3,695E-07 4,157E-07 4,619E-07 5,081E-07 5,543E-07 6,005E-07 6,467E-07

6,929E-07

7,390E-07

7,852E-07

8,314E-07

8,776E-07

9,238E-07

Прокомментируем данный рисунок. Для примера рассмотрим возраст при облучении 20 лет (мужчины). В соответствии с принятым латентным периодом 10 лет первые радиогенные раки ожидаются в возрасте больше 30 лет. Максимум годового приращения к спонтанной заболеваемости ожидается в 65-75 лет при возрасте при облучении 0-1 год. Цветовая палитра «радуга» отражает эту зависимость (первая синяя шкала – нулевой риск). Цифровые значения на шкале означают значения риска на изолиниях. Максимум годового риска не превышает 10-6, то есть 1 случай на миллион человек.

Если для мужчин максимум годового риска при достигнутом возрасте 60-70 лет, для женщин – 65-75 лет.

Пожизненный радиационный риск LAR(g ) на 10000 человек при облучении в возрасте g определяется суммированием LR по достигнутому возрасту с учётом корректировки на малые дозы DDREF (коэффициента дозы и мощности дозы):

LAR(g,d ) = 10⁴ ⋅ δ ⋅ ^a ∑ ^maxLR(g,k,d ) ,                                (5)

k=g где amax – максимальный возраст дожития в популяции, δ=1/DDREF=0,5.

Зависимость LAR(g ) иллюстрирует рис. 5.

Пожизненные риски максимальны для минимальных возрастов при облучении.

Пожизненный риск для популяции (с учётом возрастной структуры) LARP для больших и стабильных во времени популяций рассчитывается путём суммирования годовых рисков от возраста при облучении g до максимального возраста дожития с весом численности возрастных групп:

amax

LARP = ∑ LAR(g) ⋅ ε _g ,                                        (6)

g = 0

где ε – доля группы возраста g от полной численности популяции.

В формуле (6) латентный период учтён посредством введения функции Хэвисайда в соответствии с (4).

Если просуммировать зависимости на рис. 5 в соответствии с (6), получим LARP =0,073 (73 при дозе 1 Зв) для мужчин и LARP =0,1 (100 при 1 Зв) для женщин, значения, приведённые в табл. 1, 2 на 10000 человек.

Рак лёгких

Карты годовых радиационных рисков для рака лёгких приведены на рис. 6. Максимум годового риска наблюдается для возраста при облучении 60-65 лет.

Лёгкие (мужчины)

10     20     30     40     50     60     70     80

Возраст при облучении

0,000 2,952E-08 5,905E-08 8,857E-08 1,181E-07 1,476E-07 1,771E-07 2,067E-07 2,362E-07 2,657E-07 2,952E-07 3,248E-07 3,543E-07 3,838E-07 4,133E-07 4,429E-07 4,724E-07 5,019E-07 5,314E-07 5,610E-07 5,905E-07

Лёгкие (женщины)

10     20     30     40     50     60     70     80

Возраст при облучении

0,000

4,238E-08

8,476E-08

1,271E-07

1,695E-07

2,119E-07

2,543E-07

2,967E-07

3,390E-07

3,814E-07

4,238E-07

4,662E-07

5,086E-07

5,510E-07

5,933E-07

6,357E-07

6,781E-07

7,205E-07

7,629E-07

8,052E-07

8,476E-07

Рис. 6. Карта зависимости годовых радиационных рисков от возраста при облучении и достигнутого возраста (рак лёгких).

Зависимость пожизненного риска от возраста при облучении иллюстрирует рис. 7. Максимум пожизненного риска, согласно модели, в возрасте при облучении 35-40 лет.

Рис. 7. Пожизненные радиационные риски рака лёгких в зависимости от возраста при облучении.

Рак молочной железы (женщины)

Результаты оценок риска индукции радиогенного рака молочной железы приведены на рис. 8, где в левой части рисунка – карта годовых рисков, а на правой – зависимость пожизненного риска от возраста при облучении.

Молочная железа (женщины)

0,000 1,762E-07 3,524E-07 5,286E-07 7,048E-07 8,810E-07 1,057E-06 1,233E-06 1,410E-06 1,586E-06 1,762E-06 1,938E-06 2,114E-06 2,290E-06 2,467E-06 2,643E-06 2,819E-06 2,995E-06 3,171E-06 3,348E-06 3,524E-06

10     20     30     40     50     60     70     80

Молочная железа (женщины)

Возраст при облучении

Возраст при облучении

Рис. 8. Карта зависимости годовых радиационных рисков от возраста при облучении и достигнутого возраста (рак молочной железы) и пожизненный радиационный риск в зависимости от возраста при облучении.

Коэффициенты пожизненного радиационного риска для различных популяций в сравнении со стандартной популяцией МКРЗ [2] приведены в табл. 1 и 2. Во второй колонке таблиц приведены номинальные коэффициенты риска с учётом летальности для стандартной (референтной) популяции МКРЗ, по данным таблицы А.4.18 из Публикации 103 МКРЗ [2]. В третьей и четвёртой колонках – аналогичные коэффициенты риска для стандартной мировой популяции ВОЗ [8] и популяции РФ 2017 г. [6], рассчитанные с применением эпидемиологических показа- телей (заболеваемости и смертности) европейско-американо-азиатской популяции по данным МКРЗ [2], в пятой колонке – коэффициенты риска для популяции РФ 2017 г. по данным российской медико-демографической статистики [6, 7].

Таблица 1

Коэффициенты пожизненного радиационного риска мужского населения для различных популяций (случаев на 10000 человек на 1 Зв)

Локализация рака	Стандартная популяция МКРЗ	Стандартная популяция ВОЗ, эпидем. показатели МКРЗ	Популяция РФ 2017 г., эпидем. показатели МКРЗ	Популяция РФ 2017 г., эпидем. показатели РФ 2017 г.
Пищевод	14	15	14	8
Желудок	66	73	33	35
Толстая кишка	69	80	40	33
Печень	41	45	30	24
Лёгкие	75	72	71	51
Мочевой пузырь	25	29	15	13
Щитовидная железа	4	2	2	2
Красный костный мозг (лейкозы)	43	55	73	75
Другие солидные	120	107	63	66
Суммарный риск	457	477	342	308

Таблица 2

Коэффициенты пожизненного радиационного риска женского населения для различных популяций (случаев на 10000 человек на 1 Зв)

Локализация рака	Стандартная популяция МКРЗ	Стандартная популяция ВОЗ, эпидем. показатели МКРЗ	Популяция РФ 2017 г., эпидем. показатели МКРЗ	Популяция РФ 2017 г., эпидем. показатели РФ 2017 г
Пищевод	16	13	14	8
Желудок	88	101	42	53
Толстая кишка	30	36	17	17
Печень	19	23	13	11
Лёгкие	151	145	133	82
Молочная железа	124	127	55	61
Яичники	18	21	11	11
Мочевой пузырь	22	24	16	12
Щитовидная железа	16	14	9	7
Красный костный мозг	33	35	54	54
(лейкозы)
Другие солидные	100	68	50	60
Суммарный риск	617	605	414	376

В табл. 1 и 2 вторая, третья и четвёртая колонки соответствуют варианту расчёта рисков, в котором используются эпидемиологические показатели МКРЗ [2], поэтому различия в коэффициентах пожизненных радиационных рисков между этими колонками обусловлены только различиями в демографическом составе соответствующих популяций. Вследствие только демографических отличий суммарный риск для населения РФ меньше, чем для стандартной популяции МКРЗ (на 25% для мужчин и на 33% для женщин), и меньше, чем для стандартной популяции ВОЗ (на 28% для мужчин и на 32% для женщин). Этот эффект обусловлен тем, что российская популяция более возрастная, чем стандартные популяции ВОЗ или МКРЗ (рис. 1 -3), а пожизненный риск для большинства локализаций рака уменьшается с возрастом при облучении, как показано примерами расчётов на рис. 5 и 8.

При использовании российских эпидемиологических показателей заболеваемости и смертности [7] коэффициенты риска для населения РФ становятся ещё меньше: по сравнению со стандартной популяцией МКРЗ – на 23% для мужчин и на 39% для женщин. Это связано с большими показателями общей смертности российского населения по сравнению с показателями, используемыми МКРЗ [2]. Ранняя смерть от причин, не связанных с радиогенными раками, уменьшает пожизненный радиационный риск последних.

Выводы

Коэффициенты пожизненных радиационных рисков солидных раков для населения РФ, рассчитанные по моделям МКРЗ [2] с использованием медико-демографических данных РФ, существенно меньше (до двух раз) аналогичных коэффициентов МКРЗ, а коэффициенты пожизненного радиационного риска лейкозов для населения РФ в 1,6-1,7 раза превышают аналогичные коэффициенты МКРЗ.

Коэффициенты риска по локализациям рака используются МКРЗ для определения тканевых коэффициентов при вычислении эффективных доз и дозовых коэффициентов. Приведённые в данной работе вычисления показывают, что существенные неопределённости оценки эффективных доз могут быть связаны с медико-демографическими особенностями конкретных популяций.

В совокупности по всем локализациям рака коэффициенты пожизненных радиационных рисков для населения РФ в 1,5-1,6 раза меньше аналогичных коэффициентов МКРЗ. При одной и той же дозе облучения российское население характеризуется меньшими радиационными рисками, чем стандартные популяции МКРЗ и ВОЗ, хотя и за счёт конкуренции смертности от причин, не связанных с радиогенными раками.

Поэтому дозовые ограничения и пределы, рекомендованные МКРЗ в целях радиационной защиты, для населения РФ можно рассматривать как приемлемые и достаточно консервативные.