Линейная беспороговая модель ( LNT ) — это модель зависимости «доза-реакция», используемая в радиационной защите для оценки стохастических последствий для здоровья , таких как радиационно-индуцированный рак , генетические мутации и тератогенные эффекты на организм человека из-за воздействия ионизирующего излучения . Модель предполагает линейную зависимость между дозой и последствиями для здоровья, даже для очень низких доз, когда биологические эффекты труднее наблюдать. Модель LNT предполагает, что любое воздействие ионизирующего излучения вредно, независимо от того, насколько мала доза, и что эффект накапливается в течение жизни.
Модель LNT обычно используется регулирующими органами в качестве основы для разработки политики общественного здравоохранения , устанавливающей нормативные пределы дозы для защиты от воздействия радиации. Модель также использовалась для оценки риска развития рака, вызванного мутагенными химическими веществами. Однако достоверность модели LNT оспаривается, и существуют другие модели: пороговая модель , которая предполагает, что очень небольшие воздействия безвредны, модель радиационного гормезиса , которая говорит, что излучение в очень малых дозах может быть полезным, и вышеприведенная модель гормезиса, которая говорит, что излучение в очень малых дозах может быть полезным. -линейная модель. Утверждалось, что модель LNT могла вызвать иррациональный страх перед радиацией. [1] [2]
Государственные учреждения обычно поддерживают использование модели LNT. [3] Однако многие учёные теперь оспаривают предположения LNT о том, что даже низкие дозы увеличивают риск развития рака и что любой риск просто аддитивен, независимо от того, насколько мала мощность дозы. [4]
Стохастические последствия для здоровья – это те, которые происходят случайно, вероятность которых пропорциональна дозе , но тяжесть которых не зависит от дозы. [5] Модель LNT предполагает отсутствие нижнего порога, при котором начинаются стохастические эффекты, и предполагает линейную зависимость между дозой и стохастическим риском для здоровья. Другими словами, LNT предполагает, что радиация потенциально может причинить вред при любом уровне дозы, какой бы маленькой она ни была, и что сумма нескольких очень малых воздействий с такой же вероятностью вызовет стохастический эффект на здоровье, как и одно более крупное воздействие равной дозы. [1] Напротив, детерминированные последствия для здоровья — это эффекты, вызванные радиацией, такие как острый лучевой синдром , которые вызваны повреждением тканей. Детерминированные эффекты достоверно возникают при дозе выше пороговой, и их тяжесть увеличивается с увеличением дозы. [6] Из-за присущих различий LNT не является моделью детерминированных эффектов, которые вместо этого характеризуются другими типами зависимостей «доза-реакция».
LNT является распространенной моделью для расчета вероятности радиационно-индуцированного рака как при высоких дозах, где эпидемиологические исследования подтверждают ее применение, но, что противоречиво, также и при низких дозах, которые представляют собой область дозы, которая имеет более низкую прогностическую статистическую достоверность . [1] Тем не менее, регулирующие органы, такие как Комиссия по ядерному регулированию (NRC), обычно используют LNT в качестве основы для нормативных пределов дозы для защиты от стохастических последствий для здоровья, как это наблюдается во многих стратегиях общественного здравоохранения . Спорным является то, описывает ли модель LNT реальность облучения малыми дозами, и были представлены возражения против модели LNT, используемой NRC для установления правил радиационной защиты. [2] NRC отклонил петиции в 2021 году, поскольку «они не могут представить адекватное основание в поддержку просьбы о прекращении использования модели LNT». [7]
Другие модели дозы включают: пороговую модель , которая предполагает, что очень небольшие дозы безвредны, и модель радиационного гормезиса , которая утверждает, что облучение в очень малых дозах может быть полезным. Поскольку текущие данные неубедительны, ученые расходятся во мнениях относительно того, какую модель следует использовать, хотя большинство национальных и международных организаций по исследованию рака явно поддерживают LNT для регулирования воздействия низких доз радиации. Модель иногда используется для количественной оценки канцерогенного эффекта коллективных доз радиоактивного загрязнения низкого уровня, что является спорным. Такая практика подвергается критике со стороны Международной комиссии по радиологической защите с 2007 года. [8] [1]
Модель LNT иногда применяется к другим опасностям рака, таким как полихлорированные дифенилы в питьевой воде. [9]
Связь воздействия радиации с раком была обнаружена еще в 1902 году, через шесть лет после открытия рентгеновских лучей Вильгельмом Рентгеном и радиоактивности Анри Беккерелем . [11] В 1927 году Герман Мюллер продемонстрировал, что радиация может вызывать генетические мутации. [12] Он также предположил, что мутация является причиной рака. [13] Гилберт Н. Льюис и Алекс Олсон, основываясь на открытии Мюллером влияния радиации на мутацию, в 1928 году предложили механизм биологической эволюции , предположив, что геномная мутация вызывается космической и земной радиацией, и впервые выдвинули идею о том, что такие мутации вызываются космическим и земным излучением. мутация может произойти пропорционально дозе радиации. [14] Различные лаборатории, в том числе лаборатория Мюллера, затем продемонстрировали очевидную линейную зависимость частоты мутаций от дозы. [15] Мюллер, получивший Нобелевскую премию за работу по мутагенному действию радиации в 1946 году, в своей Нобелевской лекции « Производство мутаций» утверждал , что частота мутаций «прямо и просто пропорциональна применяемой дозе облучения» и что «нет пороговой дозы». [16]
Ранние исследования основывались на более высоких уровнях радиации, что затрудняло установление безопасности низкого уровня радиации. Действительно, многие ранние ученые полагали, что может существовать определенный уровень толерантности и что низкие дозы радиации могут быть безвредными. [11] Более позднее исследование, проведенное в 1955 году на мышах, подвергшихся воздействию низких доз радиации, показало, что они могут пережить контрольных животных. [17] Интерес к воздействию радиации усилился после падения атомных бомб на Хиросиму и Нагасаки , и исследования проводились на выживших. Хотя убедительные доказательства влияния низких доз радиации найти было трудно, к концу 1940-х годов идея LNT стала более популярной благодаря своей математической простоте. В 1954 году Национальный совет по радиационной защите и измерениям (NCRP) представил концепциюмаксимально допустимая доза . В 1958 году Научный комитет ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН) оценил модель LNT и пороговую модель, но отметил сложность получения «надежной информации о корреляции между малыми дозами и их эффектами как у отдельных людей, так и у крупных людей». населения». Объединенный комитет Конгресса США по атомной энергии (JCAE) также не смог установить, существует ли пороговый или «безопасный» уровень воздействия; тем не менее, оно ввело концепцию « настолько низко, насколько разумно достижимо » (ALARA). ALARA станет фундаментальным принципом политики радиационной защиты, который безоговорочно признает обоснованность LNT. В 1959 году Федеральный радиационный совет США (FRC) в своем первом отчете поддержал концепцию экстраполяции LNT до области низких доз. [11]
К 1970-м годам модель LNT стала признана рядом организаций в качестве стандарта в практике радиационной защиты. [11] В 1972 году первый отчет Национальной академии наук (NAS) « Биологические эффекты ионизирующего излучения» (BEIR), группы экспертов, которая проанализировала доступную рецензируемую литературу, поддержал модель LNT на прагматических соображениях, отметив, что, хотя «доза- взаимосвязь воздействия рентгеновских лучей и гамма-лучей не может быть линейной функцией», «использование линейной экстраполяции ... может быть оправдано прагматическими соображениями в качестве основы для оценки риска». В своем седьмом отчете за 2006 год NAS BEIR VII пишет: «Комитет приходит к выводу, что преобладание информации указывает на то, что некоторый риск будет существовать даже при низких дозах». [18]
Общество физики здоровья (в США) опубликовало серию документальных фильмов о происхождении модели LNT. [19]
Меры радиационной предосторожности привели к тому, что солнечный свет был внесен в список канцерогенов при любой интенсивности воздействия солнца из-за ультрафиолетового компонента солнечного света, при этом безопасный уровень воздействия солнечного света не предлагается в соответствии с моделью предосторожности LNT. Согласно исследованию 2007 года, представленному Университетом Оттавы Министерству здравоохранения и социальных служб Вашингтона, округ Колумбия, недостаточно информации для определения безопасного уровня пребывания на солнце. [20]
Линейная беспороговая модель используется для экстраполяции ожидаемого числа дополнительных смертей, вызванных воздействием радиации окружающей среды , и поэтому оказывает большое влияние на государственную политику . Модель используется для перевода любого выброса радиации в количество потерянных жизней, в то время как любое снижение радиационного воздействия , например, в результате обнаружения радона , преобразуется в количество спасенных жизней. Когда дозы очень низкие, модель предсказывает новые случаи рака только у очень небольшой части населения, но для большой популяции число жизней экстраполируется на сотни или тысячи.
Линейная модель уже давно используется в физике здравоохранения для установления максимально допустимых доз радиации.
Модель LNT оспаривается рядом ученых. [1] Утверждалось, что один из первых сторонников модели Герман Йозеф Мюллер намеренно проигнорировал раннее исследование, которое не поддерживало модель LNT, когда он выступал в своей речи на Нобелевской премии 1946 года, защищая эту модель. [21]
В то время было известно, что при лучевой терапии с очень высокими дозами радиация может вызвать физиологическое увеличение частоты аномалий беременности; однако данные о воздействии на человека и испытания на животных позволяют предположить, что «пороки развития органов представляют собой детерминированный эффект с пороговой дозой », ниже которой не наблюдается увеличения скорости. [22] В обзоре 1999 года о связи между чернобыльской аварией и тератологией (врожденными дефектами) делается вывод, что «не существует существенных доказательств радиационно-индуцированных тератогенных эффектов чернобыльской аварии». [22] Утверждается, что в человеческом организме есть защитные механизмы, такие как восстановление ДНК и запрограммированная гибель клеток , которые защищают его от канцерогенеза из-за воздействия низких доз канцерогенов. [23] Однако известно, что эти механизмы восстановления подвержены ошибкам. [7]
Рамсарскую конвенцию , расположенную в Иране , часто называют противоположным примером LNT. По предварительным результатам, этот район считался местом с самым высоким уровнем естественного радиационного фона на Земле, в несколько раз превышающим рекомендованные МКРЗ пределы дозы радиации для радиационных работников, в то время как местное население, по-видимому, не имело никаких вредных последствий. [24] Однако население районов с высоким уровнем радиации невелико (около 1800 жителей) и получает в среднем только 6 миллизивертов в год, [25] поэтому данные по эпидемиологии рака слишком неточны, чтобы делать какие-либо выводы. [26] С другой стороны, фоновое излучение может иметь и нераковые последствия, такие как хромосомные аберрации. [27]
Исследование механизмов клеточного восстановления, проведенное в 2011 году, подтверждает доказательства против линейной беспороговой модели. [28] По мнению авторов, это исследование, опубликованное в Трудах Национальной академии наук Соединённых Штатов Америки, «ставит под сомнение общее предположение о том, что риск ионизирующего излучения пропорционален дозе».
Обзор исследований, посвященных детской лейкемии после воздействия ионизирующего излучения, включая как диагностическое воздействие, так и естественное фоновое воздействие радона , проведенный в 2011 году, пришел к выводу, что существующие факторы риска, избыточный относительный риск на зиверт (ERR/Зв), «широко применимы» к низким дозам. или воздействие низкой мощности дозы, «хотя неопределенности, связанные с этой оценкой, значительны». В исследовании также отмечается, что «эпидемиологические исследования в целом не смогли обнаружить влияние естественного радиационного фона на риск детского лейкоза» [29].
Было созвано множество экспертных научных групп по вопросам рисков, связанных с ионизирующим излучением. Большинство из них открыто поддерживают модель LNT, и никто не пришел к выводу, что существуют доказательства существования порогового значения, за исключением Французской академии наук в отчете 2005 года. [30] [31] Учитывая неопределенность последствий для здоровья при низких дозах, некоторые организации предостерегают от оценки последствий для здоровья ниже определенных доз, как правило, ниже естественного фона, как указано ниже:
Основываясь на текущем состоянии науки, NRC приходит к выводу, что фактический уровень риска, связанного с низкими дозами радиации, остается неопределенным, а некоторые исследования, такие как исследование INWORKS, показывают, что существует по крайней мере некоторый риск от низких доз радиации. Более того, нынешнее состояние науки не дает убедительных доказательств существования порога, о чем свидетельствует тот факт, что ни один национальный или международный авторитетный научный консультативный орган не пришел к выводу, что такие доказательства существуют. Таким образом, исходя из заявленных позиций вышеупомянутых консультативных органов; комментарии и рекомендации NCI, NIOSH и EPA; рекомендация ACMUI от 28 октября 2015 г.; и на основе собственного профессионального и технического суждения, NRC определил, что модель LNT продолжает обеспечивать надежную нормативную основу для минимизации риска ненужного радиационного воздействия как на представителей населения, так и на профессиональных работников. Следовательно, NRC сохранит предельные дозы для профессиональных работников и представителей населения в правилах радиационной защиты 10 CFR, часть 20.
Предположение о том, что любые стимулирующие горметические эффекты низких доз ионизирующего излучения будут иметь значительную пользу для здоровья человека, превышающую потенциальные вредные последствия радиационного воздействия, в настоящее время необоснованно.
Научно-исследовательская база показывает, что не существует порога воздействия, ниже которого можно было бы доказать, что низкие уровни ионизирующего излучения безвредны или полезны.
В основе моделей риска лежит большой объем эпидемиологических и радиобиологических данных. В целом результаты обоих направлений исследований согласуются с линейной моделью реакции на беспороговую дозу (LNT), в которой риск возникновения рака в облученной ткани низкими дозами радиации пропорционален дозе, полученной в этой ткани.
Ряд организаций предостерегают от использования линейной беспороговой модели для оценки риска радиационного воздействия ниже определенного уровня:
В заключение, этот отчет вызывает сомнения в обоснованности использования LNT для оценки канцерогенного риска низких доз (< 100 мЗв) и даже в большей степени для очень низких доз (< 10 мЗв). Концепция LNT может быть полезным прагматическим инструментом для оценки правил радиационной защиты при дозах выше 10 мЗв; однако, поскольку он не основан на биологических концепциях наших текущих знаний, его не следует использовать без предосторожности для оценки путем экстраполяции рисков, связанных с низкими и, тем более, очень низкими дозами (< 10 мЗв), особенно для оценки польза-риск. оценки, налагаемые на рентгенологов Европейской директивой 97-43.
Общество физики здоровья не рекомендует оценивать риски для здоровья людей от воздействия ионизирующего излучения, близкого к естественному фоновому уровню или меньше его, поскольку статистическая неопределенность при таких низких уровнях велика.
Научный комитет не рекомендует умножать очень низкие дозы на большое количество людей для оценки количества радиационных последствий для здоровья среди населения, подвергшегося возрастающим дозам на уровнях, эквивалентных естественным фоновым уровням или ниже них.
Утверждалось, что модель LNT вызвала иррациональный страх перед радиацией , наблюдаемые эффекты которой гораздо более значительны, чем ненаблюдаемые эффекты, постулируемые LNT. [1] После чернобыльской катастрофы в Украине в 1986 году среди беременных матерей усилилась тревога по поводу того, что их дети будут рождаться с более высоким уровнем мутаций, навязываемым моделью LNT. [43] Даже в Швейцарии , из-за этого беспорогового страха, у здоровых нерожденных детей были сделаны сотни искусственных абортов . [44] Однако после аварии в 1999 году были оценены исследования наборов данных, приближающихся к миллиону рождений в базе данных EUROCAT , разделенных на «облученные» и контрольные группы. среди населения о возможных последствиях облучения для нерожденного ребенка не было обосновано». [45] Несмотря на исследования, проведенные в Германии и Турции, единственным убедительным доказательством негативных исходов беременности, произошедших после несчастного случая, были косвенные последствия планового аборта в Греции, Дании, Италии и т. д. из-за возникшего беспокойства. [46]
Последствия низкого уровня радиации часто носят скорее психологический , чем радиологический характер. Поскольку ущерб от радиации очень низкого уровня невозможно обнаружить, люди, подвергшиеся ее воздействию, остаются в мучительной неуверенности в отношении того, что с ними произойдет. Многие считают, что они подверглись фундаментальному заражению на всю жизнь и могут отказаться иметь детей, опасаясь врожденных дефектов . Их могут избегать другие члены их сообщества, опасающиеся своего рода таинственной инфекции. [47]
Принудительная эвакуация после радиационной или ядерной аварии может привести к социальной изоляции, тревоге, депрессии, психосоматическим медицинским проблемам, безрассудному поведению или самоубийству. Таков был результат Чернобыльской ядерной катастрофы в Украине в 1986 году. Комплексное исследование 2005 года пришло к выводу, что «воздействие Чернобыля на психическое здоровье является крупнейшей на сегодняшний день проблемой общественного здравоохранения, вызванной аварией». [47] Франк Н. фон Хиппель , американский учёный, прокомментировал ядерную катастрофу на Фукусиме в 2011 году , заявив, что «страх перед ионизирующей радиацией может иметь долгосрочные психологические последствия для значительной части населения в загрязненных районах». [48]
Столь большая психологическая опасность не сопутствует другим материалам, подвергающим людей риску заболевания раком и другими смертельными заболеваниями. Интуитивный страх не часто вызывается, например, ежедневными выбросами от сжигания угля, хотя, как показало исследование Национальной академии наук, это является причиной 10 000 преждевременных смертей в год в США. «Только ядерная радиация несет огромное психологическое бремя – ведь она несет в себе уникальное историческое наследие». [47]