Линейная беспороговая модель ( LNT ) — это модель доза-реакция, используемая в радиационной защите для оценки стохастических эффектов на здоровье, таких как рак, вызванный радиацией , генетические мутации и тератогенные эффекты на организм человека из-за воздействия ионизирующего излучения . Модель предполагает линейную зависимость между дозой и эффектами на здоровье, даже для очень низких доз, когда биологические эффекты сложнее наблюдать. Модель LNT подразумевает, 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 формулирования политики общественного здравоохранения , которая устанавливает нормативные пределы доз для защиты от воздействия радиации. Однако обоснованность модели LNT оспаривается, и существуют другие модели: пороговая модель , которая предполагает, что очень малые воздействия безвредны, модель радиационного гормезиса , которая утверждает, что радиация в очень малых дозах может быть полезной, и супралинейная модель. Утверждалось, что модель LNT могла создать иррациональный страх перед радиацией. [1] [2]
Научные организации и государственные регулирующие органы в целом поддерживают использование модели LNT, особенно для оптимизации. Однако некоторые предостерегают от оценки последствий для здоровья от доз ниже определенного уровня (см. § Противоречия).
Стохастические эффекты для здоровья — это те, которые возникают случайно, и вероятность которых пропорциональна дозе , но тяжесть которых не зависит от дозы. [3] Модель LNT предполагает, что не существует нижнего порога, при котором начинаются стохастические эффекты, и предполагает линейную зависимость между дозой и стохастическим риском для здоровья. Другими словами, LNT предполагает, что радиация может причинить вред при любом уровне дозы, каким бы малым он ни был, и сумма нескольких очень малых воздействий с такой же вероятностью вызовет стохастический эффект для здоровья, как и однократное более крупное воздействие равной величины дозы. [1] Напротив, детерминированные эффекты для здоровья — это эффекты, вызванные радиацией, такие как острый лучевой синдром , которые вызваны повреждением тканей. Детерминированные эффекты надежно возникают выше пороговой дозы, и их тяжесть увеличивается с дозой. [4] Из-за присущих им различий LNT не является моделью для детерминированных эффектов, которые вместо этого характеризуются другими типами дозозависимых соотношений.
LNT является распространенной моделью для расчета вероятности рака, вызванного радиацией , как при высоких дозах, где эпидемиологические исследования подтверждают ее применение, так и при низких дозах, что является областью доз, 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 доз для защиты от стохастических эффектов на здоровье, как это установлено во многих политиках общественного здравоохранения . Описывает ли модель LNT реальность для облучения малыми дозами, является спорным, и были представлены возражения против модели LNT, используемой NRC для установления правил радиационной защиты. [2] NRC отклонила петиции в 2021 году, поскольку «они не представили адекватной основы, подтверждающей просьбу о прекращении использования модели LNT». [5]
Другие модели доз включают: пороговую модель , которая предполагает, что очень малые дозы облучения безвредны, и модель радиационного гормезиса , которая утверждает, что облучение в очень малых дозах может быть полезным. Поскольку текущие данные неубедительны, ученые расходятся во мнениях о том, 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 низкоуровневых радиоактивных загрязнений, что является спорным. Такая практика подвергается критике со стороны Международной комиссии по радиологической защите с 2007 года. [6] [1]
Связь воздействия радиации с раком была замечена еще в 1902 году, через шесть лет после открытия рентгеновских лучей Вильгельмом Рентгеном и радиоактивности Анри Беккерелем . [8] В 1927 году Герман Мюллер продемонстрировал, что радиация может вызывать генетическую мутацию. [9] Он также предположил, что мутация является причиной рака. [10] Гилберт Н. Льюис и Алекс Олсон, основываясь на открытии Мюллером влияния радиации на мутацию, предложили механизм биологической эволюции в 1928 году, предположив, что геномная мутация была вызвана космической и земной радиацией, и впервые выдвинули идею о том, что такая мутация может происходить пропорционально дозе радиации. [11] Затем различные лаборатории, включая Мюллера, продемонстрировали очевидную линейную зависимость частоты мутаций от дозы. [12] Мюллер, получивший Нобелевскую премию за свою работу по мутагенному эффекту радиации в 1946 году, утверждал в своей Нобелевской лекции « Произведение мутаций» , что частота мутаций «прямо и просто пропорциональна дозе примененного облучения» и что «не существует пороговой дозы». [13]
Ранние исследования основывались на более высоких уровнях радиации, что затрудняло установление безопасности низкого уровня радиации. Действительно, многие ранние ученые считали, что может существовать уровень толерантности, и что низкие дозы радиации могут быть безвредными. [8] Более позднее исследование, проведенное в 1955 году на мышах, подвергшихся воздействию низкой дозы радиации, предполагает, что они могут пережить контрольных животных. [14] Интерес к воздействию радиации усилился после сброса атомных бомб на Хиросиму и Нагасаки , и были проведены исследования на выживших. Хотя убедительные доказательства воздействия низкой дозы радиации было трудно найти, к концу 1940-х годов идея LNT стала более популярной из-за ее математической простоты. 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 (UNSCEAR) оценил модель LNT и пороговую модель, но отметил сложность в получении «надежной информации о корреляции между малыми дозами и их эффектами как у отдельных лиц, так и у больших групп населения». Объединенный комитет Конгресса США по атомной энергии (JCAE) также не смог установить, существует ли пороговый или «безопасный» уровень облучения; тем не менее, он ввел концепцию « Настолько низко, насколько разумно достижимо » (ALARA). ALARA станет основополагающим принципом в политике радиационной защиты, которая неявно принимает обоснованность LNT. В 1959 году Федеральный совет по радиации США (FRC) поддержал концепцию экстраполяции LNT в область низких доз в своем первом докладе. [8]
К 1970-м годам модель LNT была принята в качестве стандарта в практике радиационной защиты рядом органов. [8] В 1972 году первый отчет Национальной академии наук (NAS) по биологическим эффектам ионизирующего излучения (BEIR), экспертной группы, которая проанализировала имеющуюся рецензируемую литературу, поддержал модель LNT по прагматическим соображениям, отметив, что хотя «соотношение доза-эффект для рентгеновских лучей и гамма-лучей может не быть линейной функцией», «использование линейной экстраполяции... может быть оправдано по прагматическим соображениям в качестве основы для оценки риска». В своем седьмом отчете 2006 года NAS BEIR VII пишет: «комитет приходит к выводу, что преобладание информации указывает на то, что будет некоторый риск, даже при низких дозах». [15]
Общество физики здоровья (в США) опубликовало серию документальных фильмов о происхождении модели LNT. [16]
Меры предосторожности в отношении радиации привели к тому, что солнечный свет был включен в список канцерогенов при любых уровнях воздействия солнца из-за ультрафиолетового компонента солнечного света, при этом не было предложено безопасного уровня воздействия солнечного света, следуя модели предосторожности LNT. Согласно исследованию 2007 года, представленному Университетом Оттавы в Департамент здравоохранения и социальных служб в Вашингтоне, округ Колумбия, недостаточно информации для определения безопасного уровня воздействия солнца. [17]
Линейная беспороговая модель используется для экстраполяции ожидаемого числа дополнительных смертей, вызванных воздействием окружающей среды , и поэтому она оказывает большое влияние на государственную политику . Модель используется для перевода любого выброса радиации в число потерянных жизней, в то время как любое снижение воздействия радиации , например, вследствие обнаружения радона , переводится в число спасенных жизней. Когда дозы очень низкие, модель предсказывает новые раковые заболевания только у очень небольшой части населения, но для большой популяции число жизней экстраполируется на сотни или тысячи.
Линейная модель уже давно используется в медицинской физике для установления максимально допустимых уровней радиационного воздействия.
Модель LNT оспаривалась рядом ученых. [1] Утверждалось, что ранний сторонник модели Герман Йозеф Мюллер намеренно проигнорировал раннее исследование, которое не поддерживало модель LNT, когда он выступал с речью на вручении Нобелевской премии в 1946 году, защищая эту модель. [18]
В то время было известно, что при высокодозной лучевой терапии радиация может вызывать физиологическое увеличение частоты аномалий беременности; однако данные о воздействии на человека и испытания на животных показывают, что «порок развития органов, по-видимому, является детерминированным эффектом с пороговой дозой », ниже которой не наблюдается увеличения частоты. [19] Обзор 1999 года о связи между аварией на Чернобыльской АЭС и тератологией (врожденными дефектами) приходит к выводу, что «нет существенных доказательств относительно радиационно-индуцированных тератогенных эффектов от аварии на Чернобыльской АЭС». [19] Утверждается, что у человеческого организма есть защитные механизмы, такие как восстановление ДНК и запрограммированная гибель клеток , которые защищают его от канцерогенеза из-за воздействия низких доз канцерогенов. [20] Однако известно, что эти механизмы восстановления подвержены ошибкам. [5]
Исследование механизмов клеточного восстановления, проведенное в 2011 году, подтверждает доказательства против линейной беспороговой модели. [21] По словам авторов, это исследование, опубликованное в Трудах Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, «ставит под сомнение общее предположение о том, что риск ионизирующего излучения пропорционален дозе».
Обзор исследований 2011 года, посвященных детской лейкемии после воздействия ионизирующего излучения, включая как диагностическое воздействие, так и естественное фоновое воздействие радона , пришел к выводу, что существующие факторы риска, избыточный относительный риск на зиверт (ERR/Sv), «широко применимы» к воздействию низкой дозы или низкой мощности дозы, «хотя неопределенности, связанные с этой оценкой, значительны». В исследовании также отмечается, что «эпидемиологические исследования не смогли, в целом, обнаружить влияние естественного фонового излучения на риск детской лейкемии» [22]
Было созвано множество экспертных научных групп по рискам ионизирующего излучения. Большинство явно поддерживают модель LNT, и никто не пришел к выводу, что существуют доказательства для порога, за исключением Французской академии наук в отчете 2005 года. [23] [24] Учитывая неопределенность последствий для здоровья при низких дозах, несколько организаций предостерегают от оценки последствий для здоровья ниже определенных доз, как правило, ниже естественного фона, как указано ниже:
На основе текущего состояния науки NRC приходит к выводу, что фактический уровень риска, связанный с низкими дозами радиации, остается неопределенным, и некоторые исследования, такие как исследование INWORKS, показывают, что существует по крайней мере некоторый риск от низких доз радиации. Более того, текущее состояние науки не дает убедительных доказательств порога, о чем свидетельствует тот факт, что ни один национальный или международный авторитетный научный консультативный орган не пришел к выводу о том, что такие доказательства существуют. Поэтому, основываясь на заявленных позициях вышеупомянутых консультативных органов; комментариях и рекомендациях NCI, NIOSH и EPA; рекомендации ACMUI от 28 октября 2015 года; и своем собственном профессиональном и техническом суждении, NRC определил, что модель LNT продолжает обеспечивать надежную нормативную базу для минимизации риска ненужного облучения как для членов общественности, так и для профессиональных работников. Следовательно, NRC сохранит пределы доз для профессиональных работников и членов общественности в правилах радиационной защиты 10 CFR часть 20.
Предположение о том, что какие-либо стимулирующие горметические эффекты от низких доз ионизирующего излучения окажут значительную пользу для здоровья человека, превышающую потенциальные вредные последствия от воздействия радиации, в настоящее время необоснованно.
Научные исследования показывают, что не существует порогового значения воздействия, ниже которого можно было бы продемонстрировать, 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 ответа на беспороговую дозу (LNT), в которой риск возникновения рака в облученной ткани малыми дозами радиации пропорционален дозе в этой ткани
Комитет пришел к выводу, что остается веское обоснование использования беспороговой модели для вывода о риске, учитывая надежные знания о роли мутаций и хромосомных аберраций в канцерогенезе. Тем не менее, существуют способы, которыми может действовать радиация, которые могут привести к переоценке использования линейной модели доза-реакция для вывода рисков радиационного рака.
Ряд организаций предостерегают от использования линейной беспороговой модели для оценки риска воздействия радиации ниже определенного уровня:
В заключение следует отметить, что в настоящем отчете высказываются сомнения относительно обоснованности использования LNT для оценки канцерогенного риска низких доз (< 100 мЗв) и тем более очень низких доз (< 10 мЗв). Концепция LNT может быть полезным прагматическим инструментом для оценки правил радиозащиты для доз свыше 10 мЗв; однако, поскольку она не основана на биологических концепциях наших современных знаний, ее не следует использовать без предосторожности для оценки путем экстраполяции рисков, связанных с низкими и, тем более, с очень низкими дозами (< 10 мЗв), особенно для оценок пользы и риска, налагаемых на радиологов Европейской директивой 97-43.
Общество физики здоровья не рекомендует оценивать риски для здоровья людей, связанные с воздействием ионизирующего излучения, уровни которого близки или ниже естественного фонового уровня, поскольку статистические неопределенности при таких низких уровнях велики.
Научный комитет не рекомендует умножать очень низкие дозы на большое количество людей для оценки числа последствий для здоровья, вызванных радиацией, среди населения, подвергшегося воздействию возрастающих доз на уровнях, эквивалентных или ниже естественных фоновых уровней.
Утверждалось, что модель LNT вызвала иррациональный страх перед радиацией , наблюдаемые эффекты которой гораздо более значительны, чем ненаблюдаемые эффекты, постулируемые LNT. [1] После Чернобыльской аварии 1986 года на Украине , по всей Европе у беременных матерей возникли опасения по поводу восприятия, навязанного моделью LNT, что их дети будут рождаться с более высоким уровнем мутаций. [37] Даже в таких отдаленных местах, как Швейцария , были проведены сотни избыточных искусственных абортов у здоровых нерожденных детей из-за этого беспорогового страха. [38] 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. Поскольку никаких последствий Чернобыля обнаружено не было, исследователи приходят к выводу, что «в ретроспективе широко распространенный страх среди населения относительно возможных последствий облучения для нерожденных детей не был оправдан». [39] Несмотря на исследования, проведенные в Германии и Турции, единственными надежными доказательствами негативных результатов беременности, которые появились после аварии, были эти косвенные эффекты плановых абортов в Греции, Дании, Италии и т. д. из-за возникших тревог. [40]
Последствия низкоуровневой радиации часто носят скорее психологический, чем радиологический характер. Поскольку повреждения от очень низкоуровневой радиации невозможно обнаружить, люди, подвергшиеся ее воздействию, остаются в мучительной неопределенности относительно того, что с ними произойдет. Многие считают, что они были изначально заражены на всю жизнь и могут отказаться иметь детей из-за страха врожденных дефектов . Их могут сторониться другие в их сообществе, которые боятся некоего таинственного заражения. [41]
Принудительная эвакуация из зоны радиационной или ядерной аварии может привести к социальной изоляции, тревожности, депрессии, психосоматическим медицинским проблемам, безрассудному поведению или самоубийству. Таков был результат Чернобыльской ядерной катастрофы 1986 года на Украине. Всестороннее исследование 2005 года пришло к выводу, что «влияние Чернобыля на психическое здоровье является крупнейшей проблемой общественного здравоохранения, вызванной аварией на сегодняшний день». [41] Фрэнк Н. фон Хиппель , американский ученый, прокомментировал ядерную катастрофу на Фукусиме в 2011 году , заявив, что «страх ионизирующего излучения может иметь долгосрочные психологические последствия для большой части населения в загрязненных районах». [42]
Такая большая психологическая опасность не сопровождает другие материалы, которые подвергают людей риску рака и других смертельных заболеваний. Инстинктивный страх не вызывается широко, например, ежедневными выбросами от сжигания угля, хотя, как показало исследование Национальной академии наук, это вызывает 10 000 преждевременных смертей в год в США. «Только ядерная радиация несет огромное психологическое бремя – поскольку она несет уникальное историческое наследие». [41]