Оценка радиационного риска здоровью, обусловленного поступлением радионуклидов Cs-137 и Sr-90 с пищевыми продуктами, у трудоспособного населения Самарской области

• Горбачев Дмитрий Олегович

Резюме

Мониторинг содержания в пищевых продуктах техногенных радионуклидов Cs-137 и Sr-90 является одним их ключевых направлений в обеспечении радиационной безопасности населения с учетом текущей радиационной обстановки. Наибольший риск для здоровья представляют пищевые продукты, ввозимые или произведенные на территориях, подвергшихся техногенным радиационным авариям.

Цель исследования - на основе изучения фактического питания взрослого населения и контаминации пищевых продуктов радионуклидами Cs-137 и Sr-90 провести оценку радиационного риска, обусловленного пероральным поступлением радионуклидов.

Материал и методы. Проведена оценка удельной активности радионуклидов Cs-137 и Sr-90 (медиана и 90-й процентиль) гамма-спектрометрическим методом в 1235 образцах пищевых продуктов, как произведенных на территории Самарской области, так и ввозимых извне. Данные о фактическом питании 894 респондентов в возрасте от 18 до 68 лет (в осенне-зимний период) получены методом 24-часового воспроизведения питания с использованием автоматизированного программного комплекса "Нутри-проф" (версия 2.9). На основе полученных данных рассчитаны эффективные годовые дозы внутреннего облучения, получены сведения о рисках возникновения злокачественных новообразований, в том числе в отдаленный период, при различных сценариях внутреннего облучения.

Результаты. Радиометрические исследования образцов проб пищевых продуктов не выявили отклонений от гигиенических нормативов. Наибольшие медианные значения удельной активности Cs-137 отмечены в пробах лесных грибов (1,23 Бк/кг), лесных ягод (0,97 Бк/кг), рыбы и рыбопродуктов (0,96 Бк/кг). Наибольшие медианные показатели удельной активности Sr-90 отмечены также в пробах лесных грибов (3,86 Бк/кг), рыбы и рыбопродуктов (2,71 Бк/кг). Радиационный риск при различных сценариях поступления Cs-137 расценивается как "пренебрежимо малый", при потреблении пищевых продуктов, контаминированных Sr-90, риск расценивается как "малый". Число дополнительных случаев злокачественных новообразований при поступлении Cs-137 в медианных значениях удельной активности - 0,38 в год, в максимальных значениях - 0,57 в год, при поступлении Sr-90 - соответственно 2,04 и 3,30 в год.

Заключение. Радиационный мониторинг пищевой продукции, особенно ввозимой с территорий повышенного радиационного риска, является необходимым условием обеспечения радиационной безопасности населения, помимо этого, следует также учитывать стохастический эффект влияния малых доз внутреннего облучения на организм при потреблении пищевых продуктов, которые вносят значительный вклад в формирование дозы внутреннего облучения.

Ключевые слова: удельная активность Cs-137; удельная активность Sr-90; радиационный риск; пищевые продукты; радиационный мониторинг; дополнительные случаи злокачественных новообразований

Загрязнение объектов окружающей среды радиоактивными элементами происходит в результате осаждения радиоактивных веществ на земле и других поверхностях во время испытаний ядерного оружия, техногенных аварий, приводящих к широкомасштабному радиационному загрязнению; к таким элементам относятся долгоживущие радионуклиды Cs-137 и Sr-90 с периодом полураспада 30,2 и 28,8 года соответственно [1]. Авария на Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС) привела к тому, что радиоактивные выбросы распространились по всему миру, включая Европу, Азию, Америку и Ближний Восток [2]. В результате аварии на японской атомной электростанции "Фукусима" в море и в атмосферу попали в значительном количестве радионуклиды Cs-137 и Sr-90 [3-5]. Количество выброшенного Cs-137 в результате аварии, по последним данным, оценивается в пределах от 1 до 3,5 ПБк [6]. В радиоактивных сточных водах Фукусимы, обработанных компанией Advanced Liquid Processing System для удаления искусственных радионуклидов перед сбросом в Тихий океан, было зарегистрировано аномально высокое содержание Sr-90, превышающее 10⁷ Бк/м³ [7]. Накапливаясь в костной и мышечной тканях организма, радионуклиды Cs-137 и Sr-90 характеризуются высокой степенью радиотоксичности, их удельную активность в различных объектах, в том числе в пище, необходимо учитывать при оценке радиационного риска для населения и окружающей среды, в том числе с учетом стохастического эффекта влияния малых доз внутреннего облучения [8, 9]. Потребление пищи и воды - это один из основных путей поступления Cs-137 и Sr-90 в организм человека, в связи с чем требуется постоянный мониторинг содержания указанных радионуклидов в воде и пищевых продуктах с точки зрения обеспечения радиационной безопасности населения [10, 11].

Цель исследования - на основе изучения фактического питания взрослого населения и контаминации пищевых продуктов радионуклидами Cs-137 и Sr-90 провести оценку радиационного риска, обусловленного пероральным поступлением радионуклидов.

В задачи исследования входило изучение удельной активности радионуклидов Cs-137 и Sr-90 в пищевых продуктах, фактического питания взрослого населения, оценка радиационного риска с учетом годовой эффективной дозы внутреннего облучения, а также последующее моделирование появления дополнительных случаев злокачественных новообразований (ЗНО) среди трудоспособного населения региона при различных сценариях внутреннего облучения.

Материал и методы

Содержание радионуклидов Cs-137 и Sr-90 в пищевых продуктах оценивали по удельной активности радионуклида с использованием полупроводникового гамма-спектрометра DSPec jr 2.0 [AMETEK Advanced Measurement Technology (ORTEC^TM), США], сцинтилляционного гамма-, бета-спектрометра МКГБ-01 (ООО "НТЦ "РАДЭК", РФ) с программным обеспечением SpectraLine. Всего за 2-летний период было проанализировано 1235 образцов проб пищевых продуктов, как произведенных на территории Самарской области, так и ввозимых извне. Для оценки радиационного риска использовали медианные значения удельной активности радионуклидов (Cs-137 и Sr-90) и в качестве максимальных - 90-й процентиль, указанные значения использовали в расчете средней годовой эффективной дозы внутреннего облучения отдельного радионуклида (E_i, мЗв/год) в пищевом продукте в соответствии с МУ 2.1.10.3014-12 "Оценка радиационного риска у населения за счет длительного равномерного техногенного облучения в малых дозах", МУ 2.6.1.2222-07 "Прогноз доз облучения населения радионуклидами цезия и стронция при их попадании в окружающую среду", с учетом среднего годового потребления пищевого продукта (кг/год).

E_i (мЗв/год) рассчитывали по формуле:

E_i = A_i × V_i × d_i × K,

где A_i - удельная активность радионуклида в пищевом продукте (Бк/кг); V_i - годовое потребление пищевого продукта (кг/год); d_i - дозовый коэффициент поступления, мЗв/Бк (для Cs-137 - 1,3×10^-5 мЗв/Бк, для Sr-90 - 2,8×10^-5 мЗв/Бк); К - коэффициент снижения содержания радионуклида в готовом пищевом продукте в результате кулинарной обработки, отн. ед. (для хлебобулочных, мясных, молочных продуктов, рыбы, фруктов, ягод - 1, картофеля - 0,8, грибов - 0,5).

Расчет рисков (R) возникновения ЗНО осуществляли по формуле:

R = E_i × K_r × 0,001,

где E_i - суммарная годовая эффективная доза внутреннего облучения, мЗв/год; K_r - коэффициент риска (для годового периода облучения взрослого населения он равен 0,06).

При построении прогнозной региональной модели оценки дополнительных случаев ЗНО среди трудоспособного населения в течение 2, 3, 5, 10, 20, 30, 40 и 50 лет облучения при различных сценариях поступления радионуклидов использовали коэффициенты 0,00012; 0,00018; 0,00028; 0,00051; 0,00085; 0,00104; 0,00114 и 0,00117 соответственно. Число ЗНО в когорте трудоспособного населения рассчитывали исходя из численности населения - 1800 тыс. человек.

Риски возникновения ЗНО рассчитывали с учетом эффективной дозы внутреннего облучения, при этом коэффициент риска для годового периода облучения принимали равным 0,06. Последующую характеристику риска осуществляли в соответствии с критериями: пренебрежимый (<10^-6 в год), малый (от 10^-6 до 10^-5 в год); требуется оптимизация (от 10^-5 до 5×10^-5 в год), неприемлемый (>5×10^-5 в год).

По временным рамкам исследование фактического питания было сопряжено с изучением удельной активности радионуклидов в пищевых продуктах - за аналогичный период изучения удельной активности радионуклидов было проанализировано фактическое питание населения методом 24-часового воспроизведения питания с использованием автоматизированного программного комплекса "Нутри-проф" (версия 2.9), количество потребляемой пищи оценивали с помощью альбома порций продуктов и блюд, заложенного в программный комплекс. Фактическое питание изучено у 894 респондентов в возрасте от 18 до 68 лет (в осенне-зимний период), постоянно проживающих на территории Самарской области. При анализе рационов в автоматизированном режиме осуществлялась группировка блюд по укрупненным группам пищевых продуктов без декомпозиции рецептурных смесей.

Статистическую обработку проводили с помощью программ IBM SPSS Statistics для Windows (версия 25.0) (IBM, США), для характеристики вариационного ряда рассчитывали медиану и 90-й процентиль.

Результаты

Проведенная оценка радиометрических исследований проб пищевых продуктов не выявила отклонений от гигиенических нормативов ТР ТС 021/2011 Технический регламент Таможенного союза "О безопасности пищевой продукции" как по удельной активности Cs-137, так и по удельной активности Sr-90 (табл. 1).

При этом наибольшие значения медианных показателей удельной активности Cs-137 отмечены в пробах лесных грибов, ягод, рыбы и рыбопродуктов. Наибольшие медианные значения удельной активности Sr-90 отмечены также в пробах лесных грибов, рыбы и рыбопродуктов.

Для определения эффективной годовой дозы внутреннего облучения и последующего расчета радиационных рисков за счет поступления в организм изучаемых радионуклидов были использованы данные о фактическом питании трудоспособного населения (табл. 2).

Оценка радиационного риска, обусловленного пероральным поступлением Cs-137 в медианных значениях удельной активности, показала, что уровень риска характеризуется как пренебрежимо малый, вклад пищевых продуктов в формирование указанного риска представлен на рис. 1. Основной вклад вносит потребление хлеба и хлебных продуктов, молока и молочных продуктов, мяса и мясопродуктов. При этом число дополнительных случаев ЗНО в течение года облучения в общей популяции трудоспособного населения региона при таком сценарии составит 0,38 случая.

При сценарии облучения, когда в организм поступают радионуклиды Cs-137 в максимальных значениях удельной активности, уровень радиационного риска расценивается как "пренебрежимо малый" (<10^-6 в год), число дополнительных случаев ЗНО в течение года облучения в общей популяции трудоспособного населения региона составляет 0,57. Вклад пищевых продуктов в формирование указанного риска аналогичен сценарию медианного поступления Cs-137.

При сценарии поступления Sr-90 в медианных значениях удельной активности радиационный риск формируется при потреблении мяса и мясопродуктов, хлеба и хлебопродуктов, овощей и бахчевых, молока и молочных продуктов (рис. 2).

Радиационный риск можно расценить как "малый" (от 10^-6 до 10^-5 в год), число дополнительных случаев ЗНО в течение года облучения в общей популяции трудоспособного населения региона составляет 2,04, при поступлении радионуклида в максимальном значении удельной активности число дополнительных случаев ЗНО возрастает до 3,30 в год.

Учитывая накопительный эффект влияния радионуклидов на организм при внутреннем облучении, была сформирована региональная модель оценки дополнительных случаев ЗНО среди трудоспособного населения при условии, когда эффективная годовая доза внутреннего облучения неизменна на протяжении всего периода облучения (табл. 3).

Сформированная модель радиационного риска показала, что многолетнее поступление радионуклидов при различных сценариях поступления с пищевыми продуктами с учетом текущей удельной активности повышает радиационные риски, увеличивая появление дополнительных случаев ЗНО в популяции трудоспособного населения и требует постоянного радиационного мониторинга пищевой продукции, особенно ввозимой с территорий с повышенным содержанием Cs-137 и Sr-90 в объектах окружающей среды.

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

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)