Assessment of the radiation risk to health caused by the intake of Cs-137 and Sr-90 radionuclides from food in the able-bodied population of the Samara region

• Dmitriy O. Gorbachev.ru

Abstract

Monitoring of the content of technogenic radionuclides (Cs-137 and Sr-90) in foods is one of the key areas in ensuring radiation safety of the population, taking into account the current radiation situation. The greatest risk to health is food produced or imported from the territories that have been subjected to man-made radiation accidents.

The purpose of the research was to assess the radiation risk caused by oral intake of radionuclides based on the study of the actual nutrition of the adult population and contamination of food with Cs-137 and Sr-90 radionuclides.

Material and methods. The specific activity of Cs-137 and Sr-90 radionuclides (median and 90 percentile) was assessed by gamma spectrometric method in 1235 samples of food produced in the Samara region and imported from outside. Data on the actual nutrition of 894 respondents aged 18 to 68 years (in the autumn-winter period) were obtained by the 24-hour dietary recall using the automated software package Nutri-prof (version 2.9). Based on the data obtained, effective annual doses of internal radiation were calculated, information was obtained on the risks of malignant neoplasms, including in the long-term period under various scenarios of internal radiation.

Results. Radiometric studies of food samples did not reveal deviations from hygienic standards. The highest median values of Cs-137 specific activity were observed in samples of forest mushrooms (1.23 Bq/kg), wild berries (0.97 Bq/kg), fish and fish products (0.96 Bq/kg). The highest median values of Sr-90 specific activity were also observed in samples of forest mushrooms (3.86 Bq/kg), fish and fish products (2.71 Bq/kg). The radiation risk under various scenarios of Cs-137 intake was regarded as «negligible», while the risk was regarded as «small» when consuming food contaminated with Sr-90. The number of additional cases of malignant neoplasms at the admission of Cs-137 in the median values of specific activity is 0.38 per year, at maximum values – 0.57 per year, at the admission of Sr-90 – 2.04 per year and 3.30 cases per year, respectively.

Conclusion. The implementation of radiation monitoring of food, especially those imported from areas of high radiation risk, is a necessary condition for ensuring radiation safety of the population. It is also necessary to take into account the stochastic effect of the influence of small doses of internal exposure on the organism when consuming food, which make a significant contribution to the formation of the dose of internal radiation.

Keywords: specific activity of Cs-137; specific activity of Sr-90; radiation risk; food; radiation monitoring; additional cases of malignant neoplasms

References

1. Panitskiy A., Bazarbaeva A., Baigazy S., Polivkina Y., Alexandrovich I., Abisheva M. Bioaccumulation of radionuclides in hoofed animals inhabiting the Semipalatinsk Test Site. PLoS One. 2023; 18 (11): e0294632. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0294632

2. Xoubi N. Assessment of environmental radioactive surface contamination from a hypothetical nuclear research reactor accident. Heliyon. 2020; 6 (9): e04968. DOI: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04968

3. Wai K., Krstic D., Nikezic D., Lin T., Yu P. External Cesium-137 doses to humans from soil influenced by the Fukushima and Chernobyl nuclear power plants accidents: a comparative study. Sci Rep. 2020; 10 (1): 7902. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-64812-9

4. Huang D., Lin J., Du J., Yu T. The detection of Fukushima-derived radiocesium in the Bering Sea and Arctic Ocean six years after the nuclear accident. Environ Pollut. 2020; 256: 113386. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113386

5. Tazoe H., Yamagata T., Tsujita K., Nagai H., Obata H., Tsumune D., et al. Observation of dispersion in the Japanese coastal area of released ⁹⁰Sr, ¹³⁴Cs, and ¹³⁷Cs from the Fukushima Daiichi nuclear power plant to the sea in 2013. Int J Environ Res Public Health. 2019; 16 (21): 4094. DOI: https://doi.org/10.3390/ijerph16214094

6. Povinec P.P., Hirose K., Aoyama M. Radiostrontium in the western north pacific: characteristics, behavior, and the Fukushima impact. Environ Sci Technol. 2012; 46: 10 356–63. DOI: https://doi.org/10.1021/es301997c

7. Lin W., Mo M., Yu K., Du J., Shen H., Wang Y., et al. Establishing historical ⁹⁰Sr activity in seawater of the China seas from 1963 to 2018. Mar Pollut Bull. 2022; 176: 113476. DOI: https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2022.113476

8. Ishii Y., Matsuzaki S., Hayashi S. Data on ¹³⁷Cs concentration factor of freshwater fish and aquatic organisms in lake and river ecosystems. Data Brief. 2020; 28: 105043. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dib.2019.105043

9. Falandysz J., Zhang J., Saniewski M. ¹³⁷Cs, ⁴⁰K, and K in raw and stir-fried mushrooms from the Boletaceae family from the Midu region in Yunnan, southwest China. Environ Sci Pollut Res Int. 2020; 27: 32 509–17. DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-020-09393-w

10. Men W., Deng F., He J., Yu W., Wang F., Li Y., et al. Radioactive impacts on nekton species in the northwest pacific and humans more than one year after the Fukushima nuclear accident. Ecotoxicol Environ Saf. 2017; 144: 601–10. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.06.042

11. Cao Y., Zhao Z., Wang P. Yu S., Lai Z., Zhang M., et al. Long-term variation of ⁹⁰Sr and ¹³⁷Cs in environmental and food samples around Qinshan nuclear power plant, China. Sci Rep. 2021; 11 (1): 20903. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-021-00114-y

12. Bratilova A.A., Bruk G.Ya. Influence of the consumption of different foodstuffs on the internal exposure dose formation in the adult population of the Russian Federation after the accident at the Chernobyl npp. Radiatsionnaya gygiena [Radiation Hygiene]. 2018; 11 (2): 53–9. DOI: https://doi.org/10.21514/1998-426X-2018-11-2-53-59 (in Russian)

13. Degtyareva E.I., Saraseko E.G. Doze-forming foodstuffs in the diet of the rural population of Gomel region. Problemy zdorov’ya i ekologii [Problems of Health and Ecology]. 2014; (3): 129–34. DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2014-11-3-26 (in Russian)

14. Romanovich I.K., Bazyukin A.B., Bratilova A.A., Bruk G.Ya., Varfolomeeva K.V., Drozdova E.A., et al. Results of modern radiation-hygienic surveys of settlements of Bryansk Oblast of the Russian Federation bordering the Republic of Belarus. Part 2: Population’s food preferences (diet). Radiatsionnaya gygiena [Radiation Hygiene]. 2023; 16 (4): 7–21. DOI: https://doi.org/10.21514/1998-426X-2023-16-4-7-21 (in Russian)

15. Gustova M.V., Kaplina S.P., Kamanina I.Z., Gustova N.S., Maslov O.D. Determination of microelements and radionuclides in mushrooms from different regions of Russia. Ekologiya [Ecology]. 2021; (4): 5–10. DOI: https://doi.org/10.24412/1728-323X-2021-4-5-10 (in Russian)

16. Kaduka M.V., Basalaeva L.N., Bekyasheva T.A., Ivanov S.A., Salazkina N.V., Stupina V.V., et al. Peculiarities of Kuril islands population food ration influencing the internal dose forming. Radiatsionnaya gygiena [Radiation Hygiene]. 2018; 11 (2): 45–52. DOI: https://doi.org/10.21514/1998-426Х-2018-11-2-45-52 (in Russian)

17. Gembal M., Czerski P., Milczarczyk E., Warenik-Bany M. Levels of caesium-137 in food of animal origin in Poland. J Vet Res. 2023; 67 (3): 407–14. DOI: https://doi.org/10.2478/jvetres-2023-0044

18. Cui L., Orita M., Taira Y., Takamura N. Radiocesium concentrations in wild boars captured within 20 km of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant. Sci Rep. 2020; 10 (1): 9272. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-66362-6

19. Topping C., Abella M., Berkowitz M. Molina M., Nikolić-Hughes I., Hughes E., et al. In situ measurement of cesium-137 contamination in fruits from the northern Marshall Islands. Proc Natl Acad Sci USA. 2019; 116 (31): 15 414–9. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1903481116

20. Osanai M., Hirano D., Mitsuhashi S., Kudo K., Hosokawa S., Tsushima M., et al. Estimation of effect of radiation dose reduction for internal exposure by food regulations under the current criteria for radionuclides in foodstuff in Japan using monitoring results. Foods. 2021; 10 (4): 691. DOI: https://doi.org/10.3390/foods10040691

21. Panov A.V., Sanzharova N.I., Kuznetsov, et al. Analysis of approaches to organization of radioecological monitoring on areas of nuclear and radiation-hazardous facilities location. Review. Radiatsiya i risk [Radiation and Risk]. 2019; 28 (3): 75–95. DOI: https://doi.org/10.21870/0131-3878-2019-28-3-75-95

Обсуждение

В проведенном исследовании показано, что наибольшие значения удельной активности изучаемых радионуклидов отмечены в лесных грибах и рыбе. Схожие данные получены в работах, проводимых на территориях субъектов РФ, Республики Беларусь, в том числе пострадавших от загрязнений в результате аварии на ЧАЭС, где наиболее высокое содержание Cs-137 было зарегистрировано в пробах дикорастущих ягод и грибов, рыбы из местных водоемов [12, 13].

Вклад конкретных пищевых продуктов в формирование радиационного риска во многом зависит от особенностей питания населения, преобладания в рационе продуктов местного происхождения [14, 15]. Так, население Курильских островов достаточно активно потребляет морепродукты (рыбу, моллюсков, крабов, креветок, водоросли), лесные грибы, ягоды, указанные продукты формируют существенный вклад в дозу внутреннего облучения [16]. За счет высокой удельной активности Cs-137 в мясе диких кабанов, обитающих на территориях, подвергшихся радиационному загрязнению в результате аварии на ЧАЭС, АЭС "Фукусима", население, потребляющее указанный вид продукции в значительных количествах, имеет наибольшие радиационные риски [17, 18]. Исследования, проведенные на территории 11 островов 4 атоллов Бикини и Эниветак на севере Маршалловых островов, где США проводили ядерные испытания с 1946 по 1958 г., показали, что удельная активность Cs-137 во фруктах по-прежнему превышает пределы, установленные международными стандартами безопасности [19]. Таким образом, проблема радиационного мониторинга пищевой продукции остается крайне актуальной и в настоящее время, учитывая потребление пищевых продуктов, завезенных с территорий с повышенной радиационной опасностью [20, 21].

Заключение

Результаты радиационного мониторинга пищевой продукции, потребляемой населением Самарской области, не выявили превышения уровней удельной активности Cs-137 и Sr-90, при этом наибольшие уровни были выявлены в лесных грибах и рыбе. Оценка радиационного риска, обусловленного пероральным поступлением Cs-137, при различных сценариях поступления показала, что риск расценивается как "пренебрежимо малый"; при потреблении пищевых продуктов, контаминированных Sr-90, радиационный риск расценивается как "малый". Число дополнительных случаев ЗНО, обусловленных пероральным поступлением Cs-137 в медианных значениях удельной активности, составило 0,38 в год, в максимальных значениях - 0,57 случая в год, при поступлении Sr-90 - соответственно 2,04 и 3,30 случая в год. Учитывая стохастический эффект влияния малых доз внутреннего облучения на организм, крайне важно повсеместно осуществлять радиационный мониторинг пищевой продукции для контроля удельной активности техногенных радионуклидов, особенно продуктов, ввозимых с территорий повышенного радиационного риска.

Литература

1. Panitskiy A., Bazarbaeva A., Baigazy S., Polivkina Y., Alexandrovich I., Abisheva M. Bioaccumulation of radionuclides in hoofed animals inhabiting the Semipalatinsk Test Site // PLoS One. 2023. Vol. 18, N 11. Article ID e0294632. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0294632

2. Xoubi N. Assessment of environmental radioactive surface contamination from a hypothetical nuclear research reactor accident // Heliyon. 2020. Vol. 6, N 9. Article ID e04968. DOI: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04968

3. Wai K., Krstic D., Nikezic D., Lin T., Yu P. External Cesium-137 doses to humans from soil influenced by the Fukushima and Chernobyl nuclear power plants accidents: a comparative study // Sci. Rep. 2020. Vol. 10, N 1. Article ID 7902. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-64812-9

4. Huang D., Lin J., Du J., Yu T. The detection of Fukushima-derived radiocesium in the Bering Sea and Arctic Ocean six years after the nuclear accident // Environ. Pollut. 2020. Vol. 256. Article ID 113386. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113386

5. Tazoe H., Yamagata T., Tsujita K., Nagai H., Obata H., Tsumune D. et al. Observation of dispersion in the Japanese coastal area of released ⁹⁰Sr, ¹³⁴Cs, and ¹³⁷Cs from the Fukushima Daiichi nuclear power plant to the sea in 2013 // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2019. Vol. 16, N 21. Article ID 4094. DOI: https://doi.org/10.3390/ijerph16214094

6. Povinec P.P., Hirose K., Aoyama M. Radiostrontium in the western north pacific: characteristics, behavior, and the Fukushima impact // Environ. Sci. Technol. 2012. Vol. 46. P. 10 356-10 363. DOI: https://doi.org/10.1021/es301997c

7. Lin W., Mo M., Yu K., Du J., Shen H., Wang Y. et al. Establishing historical ⁹⁰Sr activity in seawater of the China seas from 1963 to 2018 // Mar. Pollut. Bull. 2022. Vol. 176. Article ID 113476. DOI: https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2022.113476

8. Ishii Y., Matsuzaki S., Hayashi S. Data on ¹³⁷Cs concentration factor of freshwater fish and aquatic organisms in lake and river ecosystems // Data Brief. 2020. Vol. 28. Article ID 105043. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dib.2019.105043

9. Falandysz J., Zhang J., Saniewski M. ¹³⁷Cs, ⁴⁰K, and K in raw and stir-fried mushrooms from the Boletaceae family from the Midu region in Yunnan, southwest China // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2020. Vol. 27. P. 32 509-32 517. DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-020-09393-w

10. Men W., Deng F., He J., Yu W., Wang F., Li Y. et al. Radioactive impacts on nekton species in the northwest pacific and humans more than one year after the Fukushima nuclear accident // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2017. Vol. 144. P. 601-610. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.06.042

11. Cao Y., Zhao Z., Wang P. Yu S., Lai Z., Zhang M. et al. Long-term variation of ⁹⁰Sr and ¹³⁷Cs in environmental and food samples around Qinshan nuclear power plant, China // Sci. Rep. 2021. Vol. 11, N 1. Article ID 20903. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-021-00114-y

12. Братилова А.А., Брук Г.Я. Влияние потребления различных пищевых продуктов на формирование доз внутреннего облучения взрослого населения Российской Федерации после аварии на Чернобыльской АЭС // Радиационная гигиена. 2018. Т. 11, № 2. С. 53-59. DOI: https://doi.org/10.21514/1998-426X-2018-11-2-53-59

13. Дегтярева Е.И., Сарасеко Е.Г. Дозообразующие продукты питания в рационе сельского населения Гомельской области // Проблемы здоровья и экологии. 2014. № 3. С. 129-134. DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2014-11-3-26

14. Романович И.К., Базюкин А.Б., Братилова А.А., Брук Г.Я., Варфоломеева К.В., Дроздова Е.А. и др. Результаты современных радиационно-гигиенических обследований приграничных с Республикой Беларусь населенных пунктов Брянской области Российской Федерации. Часть 2: Структура рационов питания населения // Радиационная гигиена. 2023. Т. 16, № 4. С. 7-21. DOI: https://doi.org/10.21514/1998-426X-2023-16-4-7-21

15. Густова М.В., Каплина С.П., Каманина И.З., Густова Н.С., Маслов О.Д. Определение микроэлементов и радионуклидов в грибах из разных регионов России // Экология. 2021. № 4. С. 5-10. DOI: https://doi.org/10.24412/1728-323X-2021-4-5-10

16. Кадука М.В., Басалаева Л.Н., Бекяшева Т.А., Иванов С.А., Салазкина Н.В., Ступина В.В. и др. Особенности рациона питания населения Курильских островов, влияющие на формирование дозы внутреннего облучения // Радиационная гигиена. 2018. Т. 11, № 2. С. 45-52. DOI: https://doi.org/10.21514/1998-426Х-2018-11-2-45-52

17. Gembal M., Czerski P., Milczarczyk E., Warenik-Bany M. Levels of caesium-137 in food of animal origin in Poland // J. Vet. Res. 2023. Vol. 67, N 3. P. 407-414. DOI: https://doi.org/10.2478/jvetres-2023-0044

18. Cui L., Orita M., Taira Y., Takamura N. Radiocesium concentrations in wild boars captured within 20 km of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant // Sci. Rep. 2020. Vol. 10, N 1. Article ID 9272. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-66362-6

19. Topping C., Abella M., Berkowitz M. Molina M., Nikolić-Hughes I., Hughes E. et al. In situ measurement of cesium-137 contamination in fruits from the northern Marshall Islands // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2019. Vol. 116, N 31. P. 15 414-15 419. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1903481116

20. Osanai M., Hirano D., Mitsuhashi S., Kudo K., Hosokawa S., Tsushima M. et al. Estimation of effect of radiation dose reduction for internal exposure by food regulations under the current criteria for radionuclides in foodstuff in Japan using monitoring results // Foods. 2021. Vol. 10, N 4. Article ID 691. DOI: https://doi.org/10.3390/foods10040691

21. Панов А.В., Санжарова Н.И., Кузнецов и др. Анализ подходов к радиационно-экологическому мониторингу в районах размещения ядерно и радиационно опасных объектов. Обзор // Радиация и риск. 2019. Т. 28, № 3. С. 75-95. DOI: https://doi.org/10.21870/0131-3878-2019-28-3-75-95

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.