Научно-методические основы оценки индивидуальных поглощенных доз в щитовидной железе у населения после крупной радиационной аварии (стр. 3 )

Для отдельного человека по результату радиометрического обследования ЩЖ невозможно определить, какой из путей поступления 131I был основным: ингаляционный или пероральный (с молоком). Однако анализ зависимости отношения содержания 131I в ЩЖ у взрослых и у детей из одного НП от даты измерения по относительно большому числу жителей позволяет объективно установить основной путь поступления радиоактивного йода для рассматриваемой когорты лиц. Это обусловлено тем, что временная зависимость данного отношения при ингаляционном пути поступления демонстрирует существенное отличие от зависимости при пероральном пути. Близость аналогичной зависимости, полученной по фактическим данным измерений, к одной из двух зависимостей, рассчитываемых отдельно для каждого пути поступления 131I в организм, позволяет сделать вывод о том, какой из двух путей оказывается доминирующим для жителей рассматриваемого НП.

Хорошо известно, что основное ингаляционное поступление радиоактивного йода жителям происходит в период прохождения радиоактивного облака через НП. Ингаляционное поступление при вторичном пылеподъеме (ресуспензии) играет существенно меньшую роль, и им можно пренебречь по сравнению с поступлением в период основного загрязнения местности. Поскольку выпадения 131I были пролонгированы во времени [ и др., 1996], то это необходимо учитывать при расчетах искомых зависимостей. Кроме того, следует также учитывать пролонгированный характер поступления 131I с молоком для сельских жителей в местах, где оно производилось, и для городских жителей в городах, куда молоко поступало из загрязненных районов Белоруссии.

Рассмотрим ингаляционное поступление. Формула расчета содержания 131I в ЩЖ для жителя возраста (i) на момент времени t, G(i, t), при пролонгированном ингаляционном поступлении имеет общий вид:

G(i, t) = (10)

где G(i, t) – содержание 131I в ЩЖ у жителя возраста (i) на момент времени t, Бк; Cair(τ) – концентрация 131I в приземном слое воздуха в НП на момент времени τ, Бк м-3; ni – средняя скорость дыхания жителя возраста (i), м3 сут-1; f1 – доля 131I, поступающего в кровь из легких, отн. ед.; fth – доля 131I, поступающего в ЩЖ из крови, отн. ед.; lth, i – постоянная эффективной скорости очищения ЩЖ от 131I для жителя возраста (i), сут-1.

В предположении постоянства значений скорости осаждения 131I на подстилающую поверхность формула (10) может быть записана как:

G(i, t) = (s0/Vg) ´ ni ´ f1 ´ fth ´ (11)

где s0 – суммарная плотность выпадений 131I в данном НП, Бк м-2; Vg – скорость осаждения 131I на подстилающую поверхность, м сут-1; pk – доля суммарной плотности выпадений 131I в данном НП, пришедшая на день (k), отн. ед.

Естественно предположить, что в одном НП вариабельность концентрации 131I в приземном слое воздуха Cair(τ) была одинаковой для жителей разного возраста. Значения параметров f1 и fth не зависят от возраста. Тогда, в случае ингаляционного поступления 131I усредненное отношение содержания 131I в ЩЖ у взрослых (ad) к таковому у детей возраста (i) на момент времени t, Rinh(ad, i,t), оценивается по соотношению:

Rinh(ad, i,t) = (nad/ni) ´ (12)

Если ингаляционное поступление было доминирующим, то усредненное отношение содержания 131I в ЩЖ у взрослых (ad) к таковому у детей возраста (i) на момент времени t, определяемое по данным радиометрического обследования ЩЖ, должно быть близким к зависимости Rinh(ad, i,t), рассчитываемой по формуле (12).

Рассмотрим более подробно поступление 131I со свежим молоком. Формула оценки содержания 131I в ЩЖ у жителя возраста (i) на момент времени t, G(i, t), вследствие потребления такого молока имеет следующий вид:

G(i, t) = (13)

где Cmilk(τ) – концентрация 131I в молоке на момент времени τ, Бк л-1; Vi – среднесуточное потребление молока жителем возраста (i), л сут-1.

Если индивид из возрастной группы (i) прекратил потребление молока в момент времени t1, то содержание 131I в ЩЖ, G(i, t), на время t≥t1 для рассматриваемого индивида может быть оценено по формуле (13) с учетом замены верхнего предела интегрирования (t заменяется на t1).

Естественно предположить, что в одном НП вариабельность концентрации 131I в молоке Cmilk(τ) была одинаковой для жителей разного возраста. Тогда, при пероральном поступлении 131I среднее значение отношения содержания 131I в ЩЖ у взрослых (ad) к таковому у детей возраста (i) на момент времени t, Ring(ad, i,t), определяется по формуле:

Ring(ad, i,t) = (Vad/Vi) ´ / (14)

где t1 – время прекращения потребления молока взрослым t1≤t, сут; t2 – время прекращения потребления молока ребенком возраста (i) t2≤t, сут.

Аналитическое решение соотношения (14) может быть найдено для каждой конкретной временной зависимости Cmilk(τ). Например, если Cmilk(τ) описывает временную зависимость концентрации 131I в молоке коров, выпасающихся на пастбище, то формула (14) принимает вид:

Ring(ad, i,t)=Vad/Vi´exp((lth, i-lth, ad)´t)´{[1-exp(-(lg-lth, ad)´t1)]/(lg-lth, ad)-[1-exp(-(lc-lth, ad)´t1)]

/(lc-lth, ad)} /{[1-exp(-(lg-lth, i)´t2)]/(lg-lth, i) - [1-exp(-(lc-lth, i)´t2)]/(lc-lth, i)} (15)

где lg – постоянная эффективной скорости очищения пастбищной травы от 131I, сут-1; lc – постоянная эффективной скорости очищения коровьего молока от 131I, сут-1.

Если доминирующим был путь поступления 131I с молоком, то усредненное отношение содержания 131I в ЩЖ у взрослых (ad) к таковому у детей возраста (i) на момент времени t, определяемое по данным обследования ЩЖ, должно быть близким к зависимости Ring(ad, i,t), рассчитываемой по общей формуле (14), или формуле (15) для рассмотренной конкретной зависимости Cmilk(τ). Формула (15) применима к сельским жителям, проживавшим постоянно или часть времени (до эвакуации или отселения) на загрязненной территории и употреблявшим загрязненное молоко постоянно или до определенного момента времени. Для городских жителей отношение Ring(ad, i,t) имеет большую степень неопределенности, чем для сельских. Однако с учетом того, что ограничения на производство и потребление загрязненного молока ввели 6 мая, можно предположить, что при доминирующем пути поступления 131I с молоком усредненное отношение содержания 131I в ЩЖ у взрослых (ad) к таковому у детей возраста (i) на момент времени t, определяемое по данным обследования ЩЖ, должно находиться в диапазоне между двумя зависимостями Ring(ad, i,t), рассчитываемыми по формуле (15) при t1=t2, отсчитываемым от даты загрязнения до 6 мая, и при t=t1=t2 в предположении непрерывного потребления загрязненного молока.

Значения зависимых от возраста параметров, используемых в формулах (12), (14) и (15), для детей в 18 возрастных группах и взрослых приведены в Таблице 5.

Анализ кинетики поступления 131I в организм жителей на территориях, где проводились радиометрические обследования ЩЖ, а также числа имеющихся измерений позволил выделить следующие НП и группы НП, в пределах которых условия формирования дозы в ЩЖ у жителей были однородные: (1) г. Минск, (2) г. Гомель, (3) сельские НП Брагинского, Хойникского и Наровлянского районов Гомельской области, расположенные в 30-км зоне и эвакуированные до 5 мая 1986г, (4) сельские НП Брагинского, Хойникского и Наровлянского районов, расположенные за пределами 30-км зоны и неэвакуированные до 5 мая 1986г, (5) сельские НП Могилевской и остальной части Гомельской области.

Таблица 5

Зависимые от возраста параметры, используемые в формулах (12), (14) и (15).

Возраст i, лет	Средняя скорость дыхания, м3 сут-1	Эффективная скорость очищения ЩЖ от 131I, λth, сут-1	Среднесуточное потребление молока жителями, V, л сут-1
сельскими	городскими
0-1	2,9	0,132	0,24	0,30
1-2	5,6	0,119	0,30	0,22
2-3	6,5	0,117	0,30	0,20
3-4	7,4	0,114	0,30	0,20
4-5	8,3	0,111	0,30	0,20
5-6	9,3	0,108	0,30	0,20
6-7	10,4	0,105	0,30	0,20
7-8	11,5	0,103	0,50	0,25
8-9	12,6	0,100	0,50	0,25
9-10	13,7	0,097	0,50	0,25
10-11	14,8	0,096	0,50	0,25
11-12	16,0	0,096	0,50	0,25
12-13	17,2	0,096	0,51	0,25
13-14	18,3	0,095	0,51	0,25
14-15	19,5	0,095	0,51	0,25
15-16	20,3	0,095	0,51	0,25
16-17	20,7	0,095	0,51	0,25
17-18	21,2	0,094	0,51	0,25
>18 (взрослый)	22	0,094	0,50	0,20

Разработанный метод был применен к жителям пяти выделенных выше групп НП. При этом проводилось сопоставление содержания 131I у взрослых (год рождения <1968г) и детей в возрасте от 1 до 6 лет (года рождения ). Можно считать, что в пределах каждой из пяти выделенных групп НП условия поступления 131I в организм для жителей были примерно одинаковыми. В принципе, чем меньше возраст детей, тем большие наблюдаются различия между зависимостями отношений содержания 131I в ЩЖ у взрослых и у детей из одного НП от даты измерения в случае доминирующего ингаляционного или перорального (с молоком) пути поступления. Однако младенцев в возрасте до 1 года (1986г. и 1985г. рождения) следует исключить из рассмотрения, поскольку значительная часть таких детей могла находиться на грудном вскармливании, и к ним описанный выше метод неприменим.

Для расчета отношения содержания 131I в ЩЖ у взрослых и у детей в возрасте (1-6) лет R(ad, ch, t) из одного НП по результатам измерений использовались значения среднего геометрического массива отдельных результатов G(i, t) в соответствующей возрастной группе. При этом отношение R(ad, ch, t) рассчитывалось только для тех дат, когда число взрослых и детей (раздельно) по одному и тому же НП составляло не менее 10 человек. Вынужденное исключение составило рассмотрение зависимости для сельских НП Брагинского, Хойникского и Наровлянского районов, расположенных в 30-км зоне, когда критерий по числу лиц в группе взрослые и группе дети в возрасте (1-6) лет за одну и ту же дату был снижен до 5 человек из-за ограниченного массива имеющихся данных.

Из анализа временных зависимостей отношения R(ad, ch, t), рассчитанных по результатам радиометрического обследования ЩЖ, а также по формуле (12) в предположении только ингаляционного поступления и по формулам (14) и (15) в предположении доминирующего перорального (с молоком) пути поступления для каждой из выделенных выше групп жителей следует, что фактические значения R(ad, ch, t) группируются вдоль кривой, соответствующей доминирующему молочному пути поступления 131I в организм. В качестве иллюстрации на рисунках 1-3 приведены указанные временные зависимости для жителей (1) г. Минска, (2) сельских НП эвакуированных из 30 км зоны до 5 мая 1986г и (3) сельских НП Могилевской и остальной части Гомельской области, не прекращавших потребление молока.

Рис. 1. Зависимости отношения R(ad, ch, t) от времени, полученные по данным обследования ЩЖ (точки с интервалами, соответствующими 95% доверительной вероятности), и рассчитанные по формулам в предположении только ингаляционного поступления и в предположении доминирующего перорального (с молоком) пути поступления для жителей г. Минска.

Вариабельность значений R(ad, ch, t) на рис. 1 за отдельные даты измерений можно объяснить следующими причинами: ограниченной статистикой, вариабельностью среднесуточного потребления молока жителями, а также объективным фактором, что небольшая часть жителей (около 10-20%) вообще не употребляет молоко в пищу. Следует отметить, что расчетные зависимости значений R(ad, ch, t) для двух вариантов поступления молока городским жителям: (1) прекращение потребления молока 6 мая 1986г (верхняя кривая) и (2) потребление молока без прекращения в апреле-мае (нижняя кривая) демонстрируют малое различие, которое не играет значимой роли в анализе.

Временные зависимости значений R(ad, ch, t), рассчитанные для сельских жителей (рис. 2 и 3), сопоставлены с ингаляционным путем поступления и с двумя вариантами поступления 131I в организм с молоком. Первый вариант соответствует данным работы [ и др., 2002], согласно которым среднесуточное потребление молока взрослыми больше чем детьми (1-6) лет в 1,67 раза (верхняя сплошная кривая), а второй вариант предполагает одинаковое среднесуточное потребление молока взрослыми и детьми (нижняя прерывистая кривая), так же как и для городских жителей.

Как следует из рис. 2 для сельских жителей, эвакуированных до 5 мая, только одно (из 14) значение R(ad, ch, t), полученное по данным обследований 19 мая 7 детей и 13 взрослых д. Погонное, лежит выше кривой, соответствующей ингаляционному поступлению, в то время как 9 значений находятся ниже верхней кривой, соответствующей молочному пути поступления в предположении большего потребления молока взрослыми, чем детьми, в том числе и для жителей д. Погонное, обследованных 8, 12 и 17 мая.

Рис. 2. Зависимости отношения R(ad, ch, t) от времени, полученные по данным обследования ЩЖ (точки с интервалами, соответствующими 95% доверительной вероятности), и рассчитанные по формулам в предположении только ингаляционного поступления и в предположении доминирующего перорального (с молоком) пути поступления для жителей сельских НП, эвакуированных из 30 км зоны до 5 мая 1986г.

На рис. 3 все значения, полученные по результатам обследований, находятся ниже кривой, соответствующей ингаляционному поступлению, и согласуются с кривыми, соответствующими молочному пути поступления. При этом расположение основного массива точек на рис. 3 соответствует ходу кривой в предположении доминирующего молочного пути поступления при одинаковом среднесуточном потреблении молока взрослыми и детьми. Данное обстоятельство свидетельствует в пользу того, что, скорее всего, среднесуточное потребление молока детьми (1-6) лет и взрослыми в обследованных деревнях Белоруссии было приблизительно одинаковым, что отличается от возрастной зависимости, предложенной в работе [ и др., 2002]. Ступенчатый характер кривых для молочного пути поступления на рис. 2 отражает различия в датах прекращения потребления молока детьми и взрослыми. В целом, рис. 2 и 3 свидетельствуют о доминирующем молочном пути поступления 131I сельским жителям рассмотренных регионов Белоруссии. Большую вариабельность точек на рис. 2 по сравнению с рис. 3 можно объяснить существенно меньшим числом детей и взрослых, чьи результаты измерений были использованы для нанесения точек.

Важно подчеркнуть, что молочный путь поступления радиоактивных изотопов йода остается доминирующим и в условиях относительно непродолжительного периода потребления молока сельскими жителями эвакуированных деревень (в среднем – 7 дней детьми и 8 дней взрослыми), когда в организм с молоком поступает около 50% 131I от его максимально возможного поступления в случае постоянного проживания на данной территории и потреблении загрязненного молока.

Рис. 3. Зависимости отношения R(ad, ch, t) от времени, полученные по данным обследования ЩЖ (точки с интервалами, соответствующими 95% доверительной вероятности), и рассчитанные по формулам в предположении только ингаляционного поступления и в предположении доминирующего перорального (с молоком) пути поступления для жителей НП Могилевской и остальной части Гомельской области.

В четвертой главе дано обоснование и выведены расчетные формулы оценки индивидуальной поглощенной дозы в ЩЖ от 131I и от суммы радиоактивных изотопов йода по результатам определения содержания 131I в железе у жителей различных регионов Республики Беларусь. С использованием полученных формул проведены оценки индивидуальных доз для ~130 тысяч жителей Белоруссии, которые позволили установить объективную картину облучения щитовидной железы у населения Республики после Чернобыльской аварии.

Формула расчета поглощенной дозы излучения 131I в ЩЖ по результату определения содержания этого изотопа йода в железе G(tm) на момент времени обследования tm может быть записана в общем виде как:

D0 = Fg/fth´G(tm)´exp(lth´tm)´F(tm) (16)

где Fg – дозовый коэффициент облучения ЩЖ при пероральном поступлении 131I, Гр Бк-1; fth – доля 131I, поступающего из крови в ЩЖ, отн. ед; lth – постоянная эффективной скорости очищения ЩЖ от 131I для жителя (зависит от возраста), сут-1; F(tm) – функция, описывающая кинетику процессов накопления и выведения 131I из ЩЖ.

Формула (16) выведена для случая однократных выпадений в предположении постоянного потребления загрязненных продуктов питания (свежей зелени и молока). Вариант пролонгированных выпадений можно рассматривать как сумму однократных выпадений, разнесенных во времени, с различными относительными весами.

На основании результатов персонального опроса, организованного нами в 1988г. и охватившего около 150 тысяч жителей Белоруссии, выделены три основных типовых варианта поступления 131I с молоком сельским жителям:

-  прекращение потребления молока 3 мая детьми и 4 мая взрослыми в связи с эвакуацией жителей из деревень Брагинского, Хойникского и Наровлянского районов, расположенных в 30-км зоне;

-  прекращение потребления молока 7 мая детьми (в связи с выездом) и 12 мая взрослыми (обобщенная дата, учитывающая ограничение потребления молока) из остальных деревень Брагинского, Хойникского и Наровлянского районов;

-  потребление молока не прекращалось в апреле-мае сельскими жителями прочих районов и областей Белоруссии.

Для каждого из трех вариантов поступления 131I с молоком дата начала поступления приходится либо на дату основных выпадений в местности проживания, либо на дату начала выпаса коров (если выпас начался после основных выпадений). При этом принималось однократное загрязнение местности.

Для городских жителей крупных городов Минска, Гомеля, Могилева и Мозыря принимался молочный путь поступления до 6 мая, когда вышел приказ Минздрава СССР о запрете поставок в торговую сеть свежего молока с уровнем 131I, превышающим 3,7 кБк л-1.