Медико-биологические проблемы повышенного и естественного радиационного фона

Естественный радиационный фон биосферы. Все живое на Земле тысячелетиями подвергается воздействию природной радиации, формируемой излучением, исходящим из космического пространства и от естественных радионуклидов земной коры, рассеянных в породах, почвах, воздухе, воде, а также в пище и в теле человека.

Звезды представляют собой огромные природные термоядерные реакторы, являющиеся мощным источником космического излучения, которое достигает нашей планеты. На Земле интенсивность его не везде одинакова — она растет с высотой над уровнем моря, изменяется по широте, увеличивается от экватора к полюсам. Среднегодовые дозы облучения населения России за счет космического компонента составляют около 0,32 мЗв (Зв — зиверт — единица эквивалентной дозы облучения, принятая для оценки биологического эффекта облучения произвольного состава).

Радионуклиды земного происхождения появились с момента образования Земли и представлены радиоактивными семействами урана, радия, тория. К ним относятся и калий-40, рубидий-87, некоторые другие радионуклиды, генетически не связанные с семействами, а также радионуклиды, возникающие под действием космического излучения (углерод, торий и др.). Родоначальники радиоактивных семейств — уран-235, уран-238, торий — в результате распада через ряд многочисленных промежуточных продуктов (продуктов распада) превращаются в конечном итоге в стабильный изотоп свинца. Поскольку по химическим свойствам радиоизотопы не отличаются от стабильных, они следуют вместе с ними в соответствии с химическими и биологическими законами кругооборота в природе по всем пищевым и биологическим цепочкам.

Особое значение из всех радионуклидов как дозообразующий фактор имеют изотопы радона — невидимого газа, без запаха, тяжелее воздуха в 7,5 раза. В природе встречаются различные изотопы радона, из которых гигиенически значимыми являются ра-дон-222 и радон-220 (или торон). Радон-222 образуется при распаде урана-238, торон — при распаде тория. Распадаясь, радон дает начало ряду твердых радиоактивных веществ, последовательно испускающих а-, р-частицы, у-кванты. Важное токсикологическое значение имеют дочерние продукты распада радона: свинец, висмут и особенно полоний.

Естественная радиоактивность объектов окружающей среды колеблется в широких пределах в зависимости от конкретных физико-географических условий, характера подстилающей поверхности (вода, суша), типа горных пород, почв, геохимических, климатических и других особенностей территорий. Естественный радиационный фон биосферы составляет в среднем 2 мЗв в год (табл. 5.4).

Техногенно измененный естественный радиационный фон биосферы. За последние несколько десятков лет естественный радиационный фон, формировавшийся миллионы лет, стал повышаться за счет радиации в результате деятельности человека. Создается она либо искусственно (новые, несвойственные для биосферы Земли радионуклиды), либо формируется вследствие антропогенных

нарушений земной оболочки, сопровождаемых перераспределением и концентрированием естественных радионуклидов, а также других изменений окружающей среды и веками сложившихся способов обитания. Техногенно измененный естественный радиационный фон биосферы складывается из радиоактивного загрязнения вследствие сжигания природного топлива, использования атомной энергии, минеральных удобрений, строительных материалов, потребительских товаров (например, телевизоров). Основополагающую роль в повышении его уровня играют медицинские процедуры, ядерные взрывы и т.д. Этот техногенно измененный фон составляет уже не 2 мЗв, а 3 мЗв в год (см. табл. 5.4), а в некоторых регионах он существенно выше.

Мощный источник загрязнения биосферы и изменения естественного радиационного фона — ядерные взрывы. Нет в мире ни одного объекта биосферы, где бы не присутствовали радионуклиды, образовавшиеся вследствие испытаний ядерного оружия. В результате проведения воздушных ядерных взрывов в биосферу выброшено 12,5 т продуктов деления (для сравнения: при взрыве атомной бомбы над Хиросимой выброшено 1,1 кг продуктов деления). При воздушном взрыве радиоактивное облако, содержащее около 200 различных продуктов ядерного деления, поднимается на большую высоту; около 50 % образующихся активных продуктов выпадает на земную или водную поверхность в радиусе около 100 км от эпицентра взрыва. Остальная часть продуктов уходит в тропосферу и стратосферу. Из тропосферы радионуклиды примерно в течение месяца спускаются, рассеиваясь на поверхности в сотни и тысячи километров от эпицентра. В стратосфере радионуклиды глобально перемешиваются и затем в течение примерно 2 лет выпадают на разные участки поверхности всего земного шара. Эквивалентные дозы, обусловленные испытанием ядерного оружия, составляют в среднем в мире лишь 0,02 мЗв в год. В отдельных регионах вблизи испытательных полигонов они значительно выше.

Так, при воздушном ядерном взрыве средней мощности, проведенном на Тоцком полигоне густонаселенной Оренбургской области (1954 г.) в присутствии «живой» силы (солдат, офицеров, населения, проживающего на расстоянии более 8 км от эпицентра), максимальные эквивалентные дозы облучения людей, находившихся в эпицентре и на ближнем радиационном следе пылевого столба, протянувшегося узкой полосой на 210 км, составили 13 мЗв. От взрывов, проведенных на Семипалатинском полигоне, пострадало около 620 тыс. жителей Алтайского края, при этом дозу свыше 50 мЗв получили более 25 тыс. жителей.

К выбросам радионуклидов и к значительным загрязнениям биосферы, в основном в региональном масштабе, могут привести аварии на предприятиях ядерно-топливного цикла. Известны последствия крупных аварий, которые существенно отличаются по объему выбросов и радионуклидному составу, по тяжести последствий и размерам территорий, подвергшихся загрязнению.

В первые годы после пуска предприятия по производству плутония для ядерного оружия (ПО «Маяк», Челябинск) радиоактивные отходы сбрасывали непосредственно в реку Теча. Были сброшены отходы радиоактивностью 10 • 1018 Бк (Бк — беккерель — единица радиоактивности, 1 Бк равен одному распаду в 1с), что привело к облучению 124 тыс. чел., проживавших в прибрежных поселках рек Теча и Исеть, 10 тыс. жителей было эвакуировано. При взрыве хранилища радиоактивных отходов на этом же предприятии в окружающую среду было выброшено 0,7 • 1018 Бк радионуклидов, загрязнены обширные территории региона, облучение получили 350 тыс. жителей Челябинской, Свердловской и Тюменской областей. В 1967 г. произошло дополнительное загрязнение трех районов Челябинской области вследствие ветрового переноса радионуклидов из донных отложений обсохшей береговой полосы озера Карачай, в котором были захоронены радиоактивные отходы. В результате дополнительному облучению подверглись 41,5 тыс. чел.

В 1986 г. при разрушении реактора Чернобыльской атомной электростанции в биосферу попало от 8 до 15 т продуктов деления, в том числе радионуклиды йода, стронция, цезия, плутония, общая радиоактивность которых составила 0,6 • 1018 Бк. В России загрязненными оказались территории 16 областей, где проживало до 10 млн чел., 81 % из них пришелся на наиболее загрязненные районы Брянской, Калужской, Тульской, Орловской областей. Средние индивидуальные эквивалентные дозы для этих районов составили в 1986 — 1990тг. 35 мЗв. По расчетам специалистов ООН эвакуированное население (а только из Брянской области вывезено более 49 тыс. чел.) в течение первого года получило по 120 мЗв на человека, т. е. примерно в 60 раз больше естественной дозы. В следующие 50 лет каждый из них получит дополнительно к естественному радиационному фону в среднем еще 6 мЗв (табл. 5.5).

Ожидаемая индивидуальная эквивалентная доза с учетом последствий аварии на Чернобыльской АЭС для населения мира составит всего лишь 0,01 мЗв.

Сравнительно недавно учеными установлено, что из всех компонентов естественного радиационного фона наиболее весомый вклад в суммарную дозу облучения вносит радон, особенно при длительном (80 % времени) нахождении человека в помещении. Радон вместе со своими дочерними продуктами распада ответственен за половину дозы облучения, получаемой населением от всех естественных источников радиации. Источниками поступления радона в воздух являются земная кора, почва, грунтовые воды, природный газ. Его концентрация в наружном воздухе, Бк/м3, неодинакова в различных точках мира: в континентальных областях

— 3,7, в приморских районах и на островах — 0,37, на океанах и в полярных областях — 0,037.

В странах с умеренным климатом концентрация радона в закрытых помещениях в среднем в 8 раз выше, чем в атмосферном воздухе. В воздухе некоторых жилищ его концентрация может быть недопустимо высокой — в 3000 и более раз выше, чем в наружном воздухе. Если наглухо закрыть окна и двери, то концентрация радона внутри помещений еще более возрастет.

Основные источники радона внутри помещений — это строительные материалы и почва под зданием. Ниже приводятся данные по удельной радиоактивности строительных материалов, применяющихся в разных странах, Бк/кг:

Содержание радона в помещении существенно зависит от концентрации урана, тория, радия в строительных материалах, где средняя удельная активность радона колеблется от 25 до 4700 Бк/кг (за счет радия и тория).

Большая радиоактивность у пород вулканического происхождения (гранит, туф, пемза); меньшая — у карбонатных пород (мрамор, известняк) и дерева (1,1 Бк/кг). Песок и гравий, как правило, имеют удельную активность, близкую к средней для данных почв или земной коры; керамзит, глины, красный кирпич — умеренно повышенную активность (в среднем 126 Бк/кг); силикатный кирпич — в несколько раз ниже, чем красный (глиняный) кирпич; бетон имеет достаточно высокий диапазон вариаций активности, обусловленный прежде всего радионуклидами наполнителей. Средние значения активности стройматериалов в России составляют 30...180 Бк/кг. Скорость поступления радона из стройматериалов внутрь помещения определяется рядом параметров, которые связаны со скоростью диффузии радиоактивного газа через внутренние пустоты стройматериалов, с удельной активностью радона в стройматериале и грунте, а также со скоростью распада изотопов радона.

Кроме строительных материалов причиной повышения объемной активности радона в зданиях является его поступление из почвы под зданием. Содержание радионуклидов в почвах в значительной мере зависит от характера и радиоактивности подстилающих горных пород, от интенсивности процессов обмена (выщелачивания, сорбции) между почвой, грунтовыми водами и т.д. Меньшей радиоактивностью обладают торфяники, большей — глинозем. Причиной высоких объемных активностей радона в воздухе жилых помещений может быть так называемый эффект дымовой трубы. Перепад температур между воздухом помещения и наружным воздухом, существующий в зимнее время, приводит к перепаду давления. В помещении создается разрежение, которое приводит к возникновению потока воздуха в помещение из почвы под зданием. Для почвенного воздуха характерны значительно большие объемные активности радона по сравнению с воздухом помещений или атмосферным воздухом. Эффект дымовой трубы приводит к росту объемной активности радона в воздухе помещений, особенно он ощутим в помещениях с плохой изоляцией от почвенного воздуха.

Радон поступает в квартиры также с водой, природным газом. Концентрации радона неодинаковы в различных помещениях квартиры. Максимальные значения радона отмечены на кухне и в ванной комнате, причем концентрация радона в ванной комнате приблизительно в 3 раза выше, чем на кухне, и приблизительно в 40 раз выше, чем в жилых комнатах.

Концентрация радона в обычной воде чрезвычайно мала, но воды некоторых источников, особенно из глубоких колодцев и артезианских скважин, содержат много радона (до 3,7 • 105 Бк/м3). Поверхностные воды океанов, морей, озер, рек не содержат радона. Среднее содержание радона в природных подземных водах зоны интенсивного водообмена колеблется от 450 до 3,7 • 104 Бк/м3. По оценкам ученых, около 10 % всего населения Земли употребляет воду с удельной активностью 100 000 Бк/м3, около 1 % — более 1 млн Бк/м3. Основная опасность исходит не от питья воды, даже при высоком содержании в ней радона, поскольку люди употребляют большую часть воды в составе пищи, горячего чая, кофе. При кипячении радон быстро улетучивается и поэтому поступает в организм только с некипяченой водой, но даже в этом случае быстро выводится из организма. Гораздо большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате.

Радон проникает также в природный газ под землей. Однако в процессе добычи, переработки и хранения большая часть его улетучивается. Тем не менее концентрация радона в помещении кухни может заметно возрастать, если кухонные плиты, отопительные устройства, в которых сжигается газ, не снабжены вытяжной вентиляцией. Пользование газом практически не влияет на концентрацию радона, если кухня оборудована вытяжной вентиляцией. Уменьшение скорости вентилирования помещений в домах более чем в 2 раза приводит к увеличению концентрации радона в 3 раза. В то же время проветривание помещения в течение 10...20 мин резко снижает концентрацию радона. Средняя величина объемной концентрации радона и его дочерних продуктов в помещениях в России составляет 20...25 Бк/м3; 1 % населения земного шара живут в домах, в воздухе которых концентрация радона более 100 Бк/м3, а 0,1 % — более 400 Бк/м3. Особого внимания заслуживает обнаружение аномально высоких значений объемной активности в отдельных домах в Нидерландах, Швейцарии, Швеции (200...20 000 Бк/м3). Таким образом, радон составляет почти 31,7 % всего техногенно измененного естественно радиационного фона биосферы. Более того, в домах с высокими концентрациями радона люди получают такую же дозу радиации, какую получили жители Чернобыля и окрестностей в результате взрыва реактора и поступления радионуклидов в атмосферу. Но жертвами Чернобыльской АЭС оказались десятки, сотни тысяч человек, а тех, кто дома и на работе вдыхает радиоактивный радон, — сотни миллионов. Поэтому в генетический груз следующих поколений радоновые дозы вносят больший вклад, чем чернобыльские. В отдельных регионах население вследствие аварий на ядерных объектах, испытаний ядерного оружия получило дозы облучения, существенно превышающие естественные, что небезразлично для здоровья.

Биологическое действие радиации. Современные научные данные подтверждают существование механизмов, обеспечивающих приспособление организма к природным уровням лучевого воздействия. Однако при превышении уровня естественного радиационного фона (ЕРФ) адаптация будет неполноценной с той или иной вероятностью развития патологического состояния. Длительное влияние повышенного фона приводит к снижению радиоустойчивости, к нарушениям в иммунологической реактивности, а с последней связана заболеваемость.

После аварии на Чернобыльской АЭС доля здоровых лиц среди эвакуированного населения снизилась с 57 до 23 %. Последствия этой аварии самым негативным образом сказываются на здоровье детского населения. Заболеваемость детей, пострадавших от воздействия радиации, в 2...3 раза выше, высок удельный вес часто болеющих детей со сниженным иммунным статусом (82,6 %), у большинства из них выявлены аллергозы, наблюдается и рост числа соматических заболеваний. В селах Тоцкого района Оренбургской области, на территории, близкой к полигону, среди взрослого населения патология щитовидной железы, беременностей, вегетососудистой дистонии выше. Практически здоровых детей в этих селах — 6...7 % при 15 % в контрольном районе; 50 % детей имеют отклонения в сердечно-сосудистой системе, много заболеваний нервной системы, случаев иммунодефицита (20... 30 % детей при 7...8 % в контрольном районе), содержание в волосах марганца — в 7, меди -в 8, мышьяка — в 20 раз выше нормы.

Основной биологический эффект радиации — повреждение генома клеток, что проявляется ростом новообразований и наследственных заболеваний.

Слабые дозы радиации повышают вероятность возникновения у людей онкозаболеваний. Предполагается, что около 10 % онкозаболеваний в год обусловлено естественной радиацией. Если считать, что увеличение радиационного фона в два раза обусловит риск пяти дополнительных случаев онкозаболеваний, то связать их с надфоновым облучением будет сложно, так как это количество сопоставимо с естественными колебаниями заболеваемости. Те формы рака, которые вызываются облучением, могут быть индуцированы другими агентами. Как последствие катастрофы на Чернобыльской АЭС оценивается радиационное воздействие на щитовидную железу у жителей России. Ретроспективный и текущий анализ заболеваемости раком щитовидной железы у детей и подростков Брянской области показал, что первые клинические проявления отмечены через 4...5 лет после аварии, что соответствует минимальному сроку развития онкопатологии после облучения. Естественное распределение рака щитовидной железы — не более одного случая на 1 млн детей и подростков. Динамика рака щитовидной железы у детей Брянской области: 1987 г. — 1; 1988 г. - 0; 1989 г. - 0; 1990 г. - 4; 1991 г. — 4; 1992 г. - 8; 1993 г. -12; 1994 г. — 19 случаев. Около 50 % детей и подростков, у которых установлен рак щитовидной железы, проживали на территории с высокими уровнями радиоактивного загрязнения почвы. По прогностическим оценкам, через 20...40 лет после аварии каждый четвертый случай рака щитовидной железы будет обусловлен радиацией.

Радон потенциально опасен для человека. Значительная часть продуктов распада радона задерживается в легких. Поверхность легких составляет несколько квадратных метров. Это хороший фильтр, осаждающий радиоактивные аэрозоли, которые таким образом устилают легочную поверхность. Радиоактивные изотопы полония (дочерний продукт распада радона) «обстреливают» а-частицами поверхность легких и обусловливают свыше 97 % дозы, связанной с радоном. Основной медико-биологический эффект радона высоких концентраций — рак легких. Известно, что в рудниках его повышенное содержание достоверно увеличивает частоту смерти горнорабочих от рака легких, причем зависимость линейная и беспороговая. Расчеты показывают, что при средней концентрации радона в жилых домах 20...25 Бк/м3 один из трехсот ныне живущих погибнет от рака легких, вызванного радоном. Для США это 1 млн чел. Для людей, живущих постоянно в домах с концентрацией радона в 200 Бк/м3, радон становится основной причиной рака.

Из 45 тыс. военнослужащих — участников Тоцкого «эксперимента» к 1996 г. осталось в живых не более 1 тыс. чел. После аварии на Чернобыльской АЭС смертность по группам первичного учета на 1 тыс. чел. среди эвакуированного населения увеличилась с 1,99 до 2,1 случаев. Высокая статистическая корреляция показала, что только в США и Великобритании в 1950— 1980 гг. дополнительная смертность в связи с испытаниями атомной бомбы в атмосфере составила 320 тыс. детей, среди которых новорожденные и мертворожденные. Смертность от рака в СНГ (по прогнозам ООН) в ближайшие 60 лет может увеличиться на 0,1 % от обычной.

Признавая адаптацию к естественному радиационному фону как к одному из облигатных (обязательных) условий жизни на Земле, невозможно отрицать влияние повышенных уровней радиации на наследственность. Повышенные уровни ЕРФ приводят к некоторому увеличению уродств у новорожденных в горных районах, в районах с изверженными породами. Результаты экспериментов на животных и культурах клеток привели к убеждению, что мутации под воздействием радиации (мутационные последствия, которые выражаются в сохранении генетических повреждений и возникновении нестабильности хромосомного аппарата) могут быть переданы будущим поколениям. Вероятность наследственных дефектов ниже, чем вероятность раковых заболеваний, и растет с увеличением дозы облучения, числа лиц всей популяции, подвергшихся облучению, и количества браков между облученными лицами. По оценкам экспертов, естественный радиационный фон в 2 мЗв вызывает, вероятно, ОД...2% всех генетических мутаций. С ростом его уровня этот процент увеличивается.

Так, по расчетам ожидаемый генетический риск в первом поколении составит 480...3300 случаев для государств, входящих в бывший СССР (200...2300 случаев для всех пострадавших регионов). Количество мутаций будет уменьшаться постепенно, и еще 30—40 поколений (а это около 1000 лет) будут иметь повышенную наследственную заболеваемость из-за аварии на Чернобыльской АЭС.

Таким образом, признание естественной радиации объективным фактором среды существования, в условиях действия которого возникла, развивалась и существует биологическая жизнь, позволяет считать, что человек может хорошо переносить воздействие радиации в том случае, если ее уровни не очень высоки. Можно с достаточной уверенностью говорить о существовании оптимального для жизнедеятельности уровня радиационного фона, хотя четкой границы между нормальным и повышенным его уровнями не установлено, и, вероятно, ее не может быть. Широкий диапазон радиочувствительности, характерный для разных групп населения, адаптация их к разным уровням ЕРФ — все это предполагает существование широкого переходного диапазона от среднего к повышенному уровню ЕРФ.

Профилактические мероприятия. Выявление и изучение механизмов взаимодействия радиационных факторов с организмом человека, в том числе изучение закономерностей реагирования организма на внешнее облучение в конкретных экологических условиях, возможно лишь при накоплении багажа фактических данных. Актуальна и проблема создания информационной системы постоянно действующего мониторинга контроля уровней радиационного фона и мониторинга здоровья населения на территориях, официально отнесенных к территориям с повышенными уровнями радиации, и на прилегающих территориях с возможным распространением радиоактивных продуктов для прогнозирования долговременных последствий радиации на здоровье населения и биосферу.

Созданы нормативы по использованию природных строительных материалов и отходов производства в строительстве. В качестве такого норматива для материалов, используемых в строительстве жилых домов и общественных зданий, было предложено значение эффективной концентрации радионуклидов 370 Бк/кг. Ни одно строительство не может быть начато без обследования грунта и стройматериалов; все, что строится, должно пройти обязательный контроль на радиоактивность, в том числе и на радон, с выдачей соответствующего заключения. Установлены нормативы, регламентирующие содержание радона в жилых помещениях: среднегодовая равновесная активность радона во вновь строящихся зданиях не должна превышать 100 Бк/м3, а в старых зданиях — 200 Бк/м3. Если концентрация радона более 200 Бк/м3, то в этих зданиях требуется принятие мер по уменьшению его концентрации (вентиляция подвалов, декоративный ремонт с оклейкой стен и потолков обоями, застилка полов паркетом, ковровым покрытием и т.д.). Концентрация радона в помещениях 400 Бк/м3 и выше требует переселения жильцов и перепрофилирования здания. В производственных зданиях допустимая активность радона — 310 Бк/м3.

С целью снижения уровней радиационного фона биосферы необходимо целеустремленно, последовательно проводить весь комплекс оздоровительных природоохранных мероприятий (технологических, санитарно-технических, организационных, архитектурно-планировочных).

Разработана и концепция поэтапной специализированной диспансеризации населения, проживающего на загрязненной радионуклидами территории. Она предусматривает оценку состояния здоровья по клиническим и лабораторным данным; уточнение диагностики заболеваний, которые могут быть связаны с воздействием радиации; верификацию информации о дозах облучения; индивидуальное медико-дозиметрическое расследование связи заболеваний с радиационным воздействием; лечение и реабилитацию.

Созданная Российская научная комиссия по радиационной защите предполагает комплексный подход по радиационной защите и реабилитации населения, т.е. создание и развитие социальной защиты населения и профилактики возможных неблагоприятных последствий для здоровья населения, подвергшегося воздействию повышенного уровня радиации.

Важна ликвидация экологической неграмотности общества, в том числе формирование экологического мышления по вопросам радиационной безопасности.