Нормирование радиационного воздействия 239Pu при поступлении через повреждённые кожные покровы

Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009) [1] устанавливают пределы облучения персонала радиационно опасных объектов при работе с источниками ионизирующих излучений. При этом пределы доз облучения, как от внешних источников, так и нуклидами, поступающими в организм, устанавливаются исходя из того, что за 50 лет профессиональной деятельности увеличение вероятности смерти от онкологического заболевания (т.е. пожизненного избыточного риска), связанного с действием излучения, не должно превысить 5%, или 0,1% за каждый год работы [2]. Величина основного дозового предела 20 мЗв в год соответствует приросту показателя пожизненного избыточного риска на 0,1% в год. Для нормирования внутреннего облучения за счёт ингаляционного поступления радионуклидов установлены такие величины пределов годового поступления (ПГП), что за год эффективная доза облучения (точнее – эффективная доза, накапливаемая за последующие 50 лет, обусловленная данным поступлением) не превысит 20 мЗв. Так, при ингаляционном поступлении 239Pu значения пределов годового поступления составляют 1300 Бк в год для соединений класса «М» и 78 Бк в год для соединений класса «П» [1]. Одной из проблем радиационной защиты в настоящее время является отсутствие в действующих НРБ регламентации поступления плутония (и других трансурановых нуклидов) в организм через повреждённые кожные покровы, несмотря на то, что именно этот путь поступ-

Сокольников М.Э.* – зав. лаб., д.м.н.; Василенко Е.К. – нач. отдела; Юркин А.М. – программист; Востротин В.В. – зав. лаб., к.б.н.;

Ефимов А.В. – и.о. зав. лаб.; Аладова Е.Е. – ст. научн. сотр., к.б.н. ФГУП ЮУрИБФ ФМБА России.

ления до настоящего времени, наряду с ингаляционным, составляет большинство в структуре инцидентов (аварий) на радиационно опасных предприятиях ГК «Росатом».

В связи с отсутствием в настоящее время нормативно-методической базы при поступлении плутония через повреждённые кожные покровы, наиболее простым подходом является нормирование дозовых пределов по величине пожизненного риска в зависимости от дозы альфа-излучения [3, 4].

Задачей нашего исследования была оценка показателя избыточного пожизненного риска, связанного с облучением 239Pu печени и скелета. Данные об облучении этих органов инкорпорированным плутонием при поступлении путём, отличным от ингаляционного, крайне ограничены, в связи с чем наши оценки основаны на показателях радиогенного риска злокачественных новообразований этих локализаций при поступлении плутония ингаляционным путём, когда резорбирующийся из лёгких плутоний накапливается в печени и скелете. Ранее в работах [5-7] было показано, что увеличение смертности от злокачественных новообразований печени и скелета имеет место при ингаляционном поступлении 239Pu. Учитывая, что плутоний, перешедший из лёгких в кровь, распределяется в органах вторичного депонирования независимо от химических свойств вдыхаемого аэрозоля, мы считаем, что распределение плутония, поступающего в кровь из места ранения, будет таким же, и поэтому коэффициенты радиогенного риска для органов вторичного депонирования не будут зависеть от пути поступления плутония в организм.

Исходя из этого, целью нашей работы была оценка пожизненного риска при поступлении плутония через повреждённые кожные покровы, т.е. при его накоплении в печени и скелете, а также величины поступления и доз облучения, которые не приведут к превышению пожизненного риска, установленного НРБ-99/2009.

Материалы и методы

Исследуемая когорта

Для описания зависимости смертности от рака печени и скелета от дозы альфа-излучения 239Pu, накопленного в этих органах, нами проведена оценка избыточного относительного риска на единицу дозы радиационного воздействия от инкорпорированного 239Pu. Были использованы данные эпидемиологического наблюдения за когортой работников ПО «Маяк» [8, 9]. Данная когорта включает работников 5 заводов производственного объединения: заводов водоподготовки и ремонтно-механического, реакторного, радиохимического, а также завода по производству плутония. Работники 2-х последних заводов могли подвергаться действию плутония, попадающего в организм ингаляционным путём.

Подробное описание эпидемиологического наблюдения, свойств когорты, качества данных эпидемиологического наблюдения и метода расчёта радиогенного риска приведено в работах [8, 9]. В когорту включены 25757 человек (в том числе 25% женщин), которые начали работать на ПО «Маяк» в период 1948-1982 гг. Для каждого из них были установлены: дата рождения, дата начала эпидемиологического наблюдения (совпадающая с датой приёма на работу), дата окончания наблюдения (дата наступления наиболее раннего из следующих событий: смерть, потеря из-под наблюдения и 01.01.2008 г.), дозы радиационного воздействия от внешних источников излучения, дозы альфа-излучения инкорпорированного плутония в печени и скелете.

Оценка риска

Для оценки канцерогенного риска использованы модели избыточного относительного риска, аналогичные использованным в [5-7, 10], при этом дозы альфа-излучения 239Pu были оценены по дозиметрической модели «Дозы-2008» [11]. Для каждого из полученных коэффициентов радиогенного риска были рассчитаны точечная оценка, а также верхние границы 95% и 99% доверительных интервалов [12, 13], использованные затем при расчёте показателей пожизненного риска.

Показатели пожизненного избыточного риска рассчитывали, как указано в [14], используя уравнение (1):

70                                      70

ELR _c(e,D) = ∫ µ _c(a |e,D)S(a | e)da - ∫ µ _c(a)S(a |e)da ,                (1)

ee где µс(a) – показатель смертности от причины c в возрасте a; µс(a|e,D) – показатель смертности от причины c в возрасте a при накоплении к возрасту e дозы облучения D; S(a|e) – вероятность дожития до возраста e.

Уравнение 1 предполагает, что облучение было однократным и произошло в возрасте e . Однако при инкорпорации плутония облучение продолжается в течение всей жизни индивида. Мы считали, что в каждом возрасте e индивид подвергся действию дозы альфа-излучения плутония D , накопленной к этому возрасту. В качестве значений функции µ с (a) использованы повозрастные показатели смертности от рака печени и рака скелета в России в 1990 г. [15].

Для описания смертности от рака печени и рака скелета использовали модель избыточного относительного риска, аналогичную использованной [5], при анализе данных когорты персонала ПО «Маяк». Эта модель описывает зависимость смертности от рака печени и рака скелета от дозы радиационного воздействия, возраста и пола. В общем виде данная модель записывается в виде:

И( a,D_а , D_Ys) = uMs) X (1 + ERR(t>_a , D_Y) ),                                  (2)

где ц - смертность от рака печени или скелета, случаев на 100000 человеко-лет наблюдения; д ₀ – фоновая (обусловленная нерадиационными факторами) смертность от рака печени или скелета; ERR – избыточный относительный риск; a – возраст, лет; D α , D γ – дозы α - и γ -излучения соответственно; s – пол. Значения параметров, использованные для расчёта пожизненного риска, приведены в табл. 1.

При расчёте избыточного относительного риска учитывали минимальный лаг-период, равный 5 годам. Это означает, что при начале облучения печени и скелета плутонием в 20 лет увеличение риска, связанное с дозой, накопленной в возрасте 20 лет, наступает через 5 лет (в возрасте 25 лет) и так далее, для всех возрастов.

Таблица 1 Параметры модели (уравнение 2), использованные для расчёта показателей смертности от рака печени и скелета в зависимости от дозы α -излучения

Параметр	Точечная оценка	Верхняя граница доверительного интервала
		95%	99%
ERR/Gy α-излучения 239Pu, рак печени	2,86	8,59	11,8
ERR/Gy α-излучения 239Pu, рак скелета	0,16	1,03	1,5

Использование лаг-периода обусловлено тем, что для развития опухоли необходимо некоторое (неизвестное) время, при этом доза, полученная непосредственно в год смерти (или за 1-5 лет до неё), уже не вносит вклад в увеличение риска. Использование пятилетнего лаг-периода позволяет исключить (с некоторой долей неопределённости) то минимальное время, когда увеличение дозы, в соответствии с современными представлениями о патогенезе злокачественных новообразований, уже не может вносить вклад в увеличение радиогенного риска. Использованное значение лаг-периода соответствовало приведённому значению в [5, 10].

Для оценки пожизненного избыточного риска при поступлении соединений плутония особую важность имеет динамика накопления дозы α -излучения, а также значения годовой дозы в зависимости от времени после раневого поступления. Для целей данной работы были рассчитаны дозы облучения, обусловленные разовым поступлением в кровь через повреждённые кожные покровы 1 Бк ²³⁹Pu. Оценки проводились по модели «Дозы-2008» [11].

Результаты и обсуждение

Дозы облучения печени и скелета при поступлении плутония через повреждённую кожу

Динамика доз альфа-облучения печени и костных поверхностей при однократном попадании в кровь 1 Бк 239Pu за каждый год после однократного поступления представлена на рис. 1.

Рис. 1. Динамика годовых эквивалентных доз альфа-облучения печени и костных поверхностей при однократном попадании в кровь 1 Бк ²³⁹Pu.

По оси абсцисс – время после поступления, годы. По оси ординат – эквивалентная доза облучения, мЗв.

При однократном попадании 239Pu в кровь, накопление дозы альфа-облучения печени и костных поверхностей происходит относительно равномерно, и к 50 году после начала облучения накопленная за это время эквивалентная доза облучения печени составляет 3,5 мЗв, а доза облучения костных поверхностей – 16,5 мЗв.

Показатели пожизненного риска смерти от рака печени и скелета

Показатели годового приращения пожизненного избыточного риска смерти от рака печени и скелета при поступлении через повреждённую кожу 1 Бк 239Pu представлены на рис. 2 и 3. Поскольку показатель ERR мог быть определён лишь со значительной неопределённостью, что в первую очередь связано с небольшим числом случаев смерти от рака печени (это же справедливо для рака скелета), показатель пожизненного риска ELR рассчитан не только по точечной оценке ERR/Gy, но и по верхней границе 95% и 99% доверительных интервалов.

Рис. 2. Показатели годового приращения пожизненного избыточного риска смерти от рака печени при поступлении через повреждённую кожу 1 Бк ²³⁹Pu.

По оси абсцисс – возраст, лет. По оси ординат – пожизненный риск.

Рис. 3. Показатели годового приращения пожизненного избыточного риска смерти от рака скелета при поступлении через повреждённую кожу 1 Бк ²³⁹Pu.

По оси абсцисс – возраст, лет. По оси ординат – пожизненный риск.

Максимальная оценка пожизненного избыточного риска рака печени при поступлении 1 Бк 239 Pu через повреждённую кожу составляет 6,0 x 10 -6 (при проведении расчёта по верхней границе 99% доверительного интервала ERR/Gy для рака печени). Этот же показатель для риска рака скелета составляет 1,2 x 10 —6 .

Суммарный показатель годового приращения пожизненного риска смерти от раков обеих локализаций представлен на рис. 4.

Рис. 4. Суммарные показатели годового приращения пожизненного избыточного риска смерти от рака печени и скелета при поступлении через повреждённую кожу 1 Бк ²³⁹Pu.

По оси абсцисс – возраст, лет. По оси ординат – пожизненный риск.

Показатель пожизненного риска при расчёте по формуле (1) достигает максимума к 70 годам и составляет в сумме 7,2 x 10 —6 . Следует особо отметить, что это наиболее консервативная (т.е. заведомо завышенная) оценка возможного риска, связанного с поступлением ²³⁹Pu через повреждённую кожу. В данном случае подобный подход вполне обоснован тем, что неопределённость в оценке риска при определении степени связи возможных эффектов у персонала, работающего с ионизирующими излучениями, должна толковаться в пользу человека.

Оценив таким образом показатель пожизненного риска, мы можем сделать оценку величины раневого поступления и доз облучения органов депонирования плутония для условия не-превышения принятой в НРБ-99/2009 предельной величины годового приращения пожизненного риска, равного 0,001.

Анализ данных, приведённых на рис. 2-4, показывает, что показатель годового приращения избыточного риска с учётом дожития достигает максимума к 65 годам и составляет для печени 4,3 x 10 —7 , скелета - 6,6 x 10 —8 , а для их суммы - 5,0 x 10 —7 . Следует отметить, что максимальная величина годового риска достигается при минимальных годовых дозах облучения от случая раневого поступления (см. рис. 1), что связано с увеличением риска возникновения злокачественных новообразований с возрастом.

Учитывая, что принятое в НРБ-99/2009 допустимое значение годового избыточного риска составляет 0,001, величина поступления плутония в кровь через повреждённые кожные покровы не должна превышать 2000 Бк (1,0 х 10^-3/5,0 х 10^- 7 =2,0 х 10 3 ). При таком уровне поступления максимальные эквивалентные дозы на органы будут реализованы в первый год после раневого поступления и составят:

Н печ = 180 мЗв; Н скел = 1000 мЗв, а на 50-й год:

Н печ = 100 мЗв; Н скел = 500 мЗв.

Несмотря на то, что доза облучения скелета при поступлении плутония через повреждённые кожные покровы приблизительно в 5 раз выше дозы на печень, величина годового избыточного риска смертности от рака печени в 6 раз превышает аналогичный показатель для скелета, т.е. печень является критическим органом при раневом поступлении плутония. Следует ещё раз напомнить, что приведённые оценки величины поступления и доз облучения органов основного депонирования плутония основаны на консервативных оценках величины избыточного риска связи возможных эффектов у персонала с облучением.

Необходимо отметить, что в связи с пролонгированным воздействием плутония, даже при его разовом поступлении, в течение дальнейшей профессиональной деятельности работника необходимо ежегодно учитывать дозы от случая раневого поступления нуклида.

Значения годового приращения избыточного риска, представленные на рис. 2-4, показывают, что при раневом поступлении ²³⁹Pu на уровне 2000 Бк в возрасте 20 лет, величина риска, обусловленного дозами за счёт этого поступления, не превысит 1 x 10 —4 до 45-летнего возраста работника. Такой риск по методологии НРБ-99/2009 соответствует дозе внешнего облучения 2 мЗв/год, что позволяет использовать данного человека на работах с источниками ионизирующего излучения (ИИИ) практически без ограничения дозовых нагрузок. В дальнейшем величина годового приращения пожизненного риска резко возрастает и к 65 годам достигает предельного значения 1 х 10^-3, что требует вывода работника из условий радиационного воздействия.

Выводы

• 1.    При поступлении ²³⁹Pu через повреждённые кожные покровы у лиц в возрасте 20 лет в количестве 1 Бк максимальная консервативная оценка пожизненного риска смерти от раков печени и скелета при дожитии до 70 лет составляет 7,2 х 10^-6.

• 2.    Рассмотренный консервативный сценарий облучения и консервативные оценки рисков показывают, что допустимо поступление через повреждённые кожные покровы человека 2000 Бк ²³⁹Pu без превышения предела приемлемого риска, установленного на уровне 0,001.

• 3.    Критическим органом при раневом поступлении плутония является печень.

• 4.    При дальнейшем после раневого поступления контакте работника с ИИИ при расчёте годовых доз облучения необходимо ежегодно учитывать дозы за счёт случая раневого поступления.