Линейная не пороговая модель радиации: критика и альтернативы.

Введение

Устаревшая модель прогнозирования влияния радиации на здоровье

Линейная модель без порога (ЛМД) – это модель «доза-реакция», используемая в радиационной защите для оценки стохастических эффектов для здоровья, таких как рак, вызванный радиацией, генетические мутации и тератогенные эффекты на организм человека, возникающие при воздействии ионизирующего излучения. Модель предполагает линейную зависимость между дозой и эффектами для здоровья, даже при очень низких дозах, когда биологические эффекты труднее наблюдать. ЛМД подразумевает, что любое воздействие ионизирующего излучения вредно, независимо от того, насколько мала доза, и что эффект является кумулятивным в течение жизни. ЛМД обычно используется регулирующими органами в качестве основы для разработки политики в области общественного здравоохранения, устанавливающей нормативные пределы доз для защиты от воздействия радиации. Модель также использовалась при оценке рисков развития рака, связанных с мутагенными химическими веществами. Однако обоснованность ЛМД оспаривается, и существуют другие модели: пороговая модель, предполагающая, что очень малые воздействия безвредны, модель радиационного гормеза, утверждающая, что радиация в очень малых дозах может быть полезной, и сверхлинейная модель. Утверждается, что ЛМД могла создать иррациональный страх перед радиацией. ЛМД предполагает отсутствие нижнего порога, при котором начинаются стохастические эффекты, и предполагает линейную связь между дозой и стохастическим риском для здоровья. Иными словами, ЛМД предполагает, что радиация потенциально может нанести вред при любом уровне дозы, каким бы малым он ни был, и что сумма нескольких очень малых воздействий с такой же вероятностью может вызвать стохастический эффект для здоровья, как и одно более крупное воздействие с эквивалентной дозой. Из-за присущих различий, ЛМД не является моделью для детерминированных эффектов, которые характеризуются другими типами зависимостей «доза-реакция». ЛМД – распространенная модель для расчета вероятности развития рака, вызванного радиацией, как при высоких дозах, где ее применение подтверждается эпидемиологическими исследованиями, так и, что является предметом споров, при низких дозах, для которых статистическая достоверность прогнозов ниже. NRC отклонил петиции в 2021 году, поскольку «они не содержат достаточных оснований для запроса о прекращении использования модели ЛМД». Другие модели доз включают: пороговую модель, предполагающую, что очень малые воздействия безвредны, и модель радиационного гормеза, утверждающую, что радиация в очень малых дозах может быть полезной. Поскольку текущие данные не являются окончательными, ученые расходятся во мнениях относительно того, какую модель следует использовать, хотя большинство национальных и международных организаций, занимающихся исследованиями рака, явно поддерживают ЛМД 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 радиационной защите с 2007 года.

The linear no threshold model (LNT) is a dose response model used in radiation protection to estimate stochastic health effects such as radiation induced cancer, genetic mutations and teratogenic effects on the human body due to exposure to ionizing radiation. The model assumes a linear relationship between dose and health effects, even for very low doses where biological effects are more difficult to observe. The LNT model implies that all exposure to ionizing radiation is harmful, regardless of how low the dose is, and that the effect is cumulative over lifetime. The LNT model is commonly used by regulatory bodies as a basis for formulating public health policies that set regulatory dose limits to protect against the effects of radiation. The model has also been used in the assessment of cancer risks of mutagenic chemicals. The validity of the LNT model, however, is disputed, and other models exist: the threshold model, which assumes that very small exposures are harmless, the radiation hormesis model, which says that radiation at very small doses can be beneficial, and the supra linear model. It has been argued that the LNT model may have created an irrational fear of radiation. The LNT model assumes there is no lower threshold at which stochastic effects start, and assumes a linear relationship between dose and the stochastic health risk. In other words, LNT assumes that radiation has the potential to cause harm at any dose level, however small, and the sum of several very small exposures is just as likely to cause a stochastic health effect as a single larger exposure of equal dose value. Because of the inherent differences, LNT is not a model for deterministic effects, which are instead characterized by other types of dose response relationships. LNT is a common model to calculate the probability of radiation induced cancer both at high doses where epidemiology studies support its application, but controversially, also at low doses, which is a dose region that has a lower predictive statistical confidence. NRC rejected the petitions in 2021 because "they fail to present an adequate basis supporting the request to discontinue use of the LNT model". Other dose models include: the threshold model, which assumes that very small exposures are harmless, and the radiation hormesis model, which claims that radiation at very small doses can be beneficial. Because the current data is inconclusive, scientists disagree on which model should be used, though most national and international cancer research organizations explicitly endorse LNT for regulating exposures to low dose radiation. The model is sometimes used to quantify the cancerous effect of collective doses of low level radioactive contaminations, which is controversial. Such practice has been criticized by the International Commission on Radiological Protection since 2007.

Происхождение

Связь между воздействием радиации и раком была отмечена еще в 1902 году, спустя шесть лет после открытия рентгеновских лучей Вильгельмом Рентгеном и радиоактивности Анри Беккерелем. В 1927 году Герман Мюллер продемонстрировал, что радиация может вызывать генетические мутации, и предположил, что мутации являются причиной рака. Гилберт Н. Льюис и Алекс Олсон, основываясь на открытии Мюллера о влиянии радиации на мутации, предложили в 1928 году механизм биологической эволюции, предполагая, что геномные мутации вызываются космическим и земным излучением, и впервые выдвинули идею о том, что такие мутации могут возникать пропорционально дозе радиации. Различные лаборатории, включая лабораторию Мюллера, впоследствии продемонстрировали явную линейную зависимость частоты мутаций от дозы. Мюллер, получивший Нобелевскую премию за работу о мутагенном эффекте радиации в 1946 году, в своей Нобелевской лекции "Возникновение мутаций" утверждал, что частота мутаций "напрямую и просто пропорциональна приложенной дозе облучения" и что "не существует пороговой дозы". Ранние исследования проводились на высоких уровнях радиации, что затрудняло установление безопасности низких доз. Действительно, многие ученые того времени полагали, что может существовать уровень толерантности, и что низкие дозы радиации могут быть безвредными. Интерес к воздействию радиации возрос после атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, и были проведены исследования на выживших. Хотя убедительные доказательства эффекта низких доз радиации было трудно получить, к концу 1940-х годов идея LNT (линейной не пороговой модели) стала более популярной благодаря своей математической простоте. В 1954 году Национальный совет по радиационной защите и измерениям (NCRP) ввел понятие максимально допустимой дозы. В 1958 году Научный комитет ООН по изучению последствий атомного излучения (UNSCEAR) оценил модель LNT и пороговую модель, но отметил трудность получения "надежной информации о корреляции между малыми дозами и их эффектами как на отдельных людях, так и в больших популяциях". Совместный комитет Конгресса США по атомной энергии (JCAE) также не смог установить, существует ли порог или "безопасный" уровень воздействия; тем не менее, он ввел концепцию "настолько низко, насколько это разумно достижимо" (ALARA). ALARA стала фундаментальным принципом в политике радиационной защиты, который неявно признает обоснованность LNT. В 1959 году Федеральный радиационный совет США (FRC) в своем первом докладе поддержал концепцию экстраполяции LNT в область низких доз. Общество специалистов по радиационной безопасности (в США) опубликовало серию документальных материалов об истоках модели LNT.

The association of exposure to radiation with cancer had been observed as early as 1902, six years after the discovery of X rays by Wilhelm Röntgen and radioactivity by Henri Becquerel. In 1927, Hermann Muller demonstrated that radiation may cause genetic mutation. He also suggested mutation as a cause of cancer. Gilbert N. Lewis and Alex Olson, based on Muller's discovery of the effect of radiation on mutation, proposed a mechanism for biological evolution in 1928, suggesting that genomic mutation was induced by cosmic and terrestrial radiation and first introduced the idea that such mutation may occur proportionally to the dose of radiation. Various laboratories, including Muller's, then demonstrated the apparent linear dose response of mutation frequency. Muller, who received a Nobel Prize for his work on the mutagenic effect of radiation in 1946, asserted in his Nobel lecture, The Production of Mutation, that mutation frequency is "directly and simply proportional to the dose of irradiation applied" and that there is "no threshold dose". The early studies were based on higher levels of radiation that made it hard to establish the safety of low level of radiation. Indeed, many early scientists believed that there may be a tolerance level, and that low doses of radiation may not be harmful. The interest in the effects of radiation intensified after the dropping of atomic bombs on Hiroshima and Nagasaki, and studies were conducted on the survivors. Although compelling evidence on the effect of low dosage of radiation was hard to come by, by the late 1940s, the idea of LNT became more popular due to its mathematical simplicity. In 1954, the National Council on Radiation Protection and Measurements (NCRP) introduced the concept of maximum permissible dose. In 1958, the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR) assessed the LNT model and a threshold model, but noted the difficulty in acquiring "reliable information about the correlation between small doses and their effects either in individuals or in large populations". The United States Congress Joint Committee on Atomic Energy (JCAE) similarly could not establish if there is a threshold or "safe" level for exposure; nevertheless, it introduced the concept of "As Low As Reasonably Achievable" (ALARA). ALARA would become a fundamental principle in radiation protection policy that implicitly accepts the validity of LNT. In 1959, the United States Federal Radiation Council (FRC) supported the concept of the LNT extrapolation down to the low dose region in its first report. The Health Physics Society (in the United States) has published a documentary series on the origins of the LNT model.

Радиационные меры предосторожности и государственная политика

Радиационные меры предосторожности привели к тому, что солнечный свет был отнесен к канцерогенам при любом уровне воздействия, из-за содержащегося в нем ультрафиолетового излучения, и не было предложено безопасного уровня воздействия солнечного света, основываясь на принципе предосторожности и линейной безпороговой модели (LNT). Согласно исследованию 2007 года, представленному Университетом Оттавы в Министерство здравоохранения и социальных служб в Вашингтоне, округ Колумбия, недостаточно данных для определения безопасного уровня воздействия солнца. Линейная безпороговая модель используется для экстраполяции ожидаемого числа дополнительных смертей, вызванных воздействием ионизирующего излучения, и поэтому оказывает значительное влияние на государственную политику. Модель позволяет переводить любое высвобождение радиации в количество потерянных жизней, а любое снижение радиационного воздействия, например, благодаря обнаружению радона, – в количество спасенных жизней. При очень низких дозах модель предсказывает возникновение новых случаев рака лишь у небольшой части населения, но для большой популяции это число экстраполируется до сотен или тысяч. Линейная модель давно используется в радиобиологии для установления максимально допустимых доз облучения.

Влияние на психическое здоровье

Утверждается, что модель LNT вызвала иррациональный страх перед радиацией, при котором наблюдаемые эффекты гораздо более значительны, чем ненаблюдаемые эффекты, постулируемые LNT. В такой отдаленной стране, как Швейцария, сотни избыточных искусственных абортов были сделаны здоровым нерожденным детям из-за этого страха отсутствия порога. Однако после аварии в 1999 году были изучены данные, включающие почти миллион рождений из базы данных EUROCAT, разделенные на "подвергшиеся воздействию" и контрольные группы. Поскольку никаких последствий Чернобыля обнаружено не было, исследователи заключили, что "с высоты времени широко распространенный страх населения относительно возможных последствий воздействия на нерожденных детей не был оправдан". Несмотря на исследования из Германии и Турции, единственным надежным свидетельством негативных исходов беременности, возникших после аварии, были эти косвенные последствия выборочных абортов в Греции, Дании, Италии и т. д., вызванные возникшей тревогой. Последствия низких уровней радиации часто носят скорее психологический, чем радиологический характер. Поскольку повреждения от очень низких уровней радиации невозможно обнаружить, люди, подвергшиеся их воздействию, остаются в мучительной неопределенности относительно своего будущего. Многие верят, что они навсегда и необратимо заражены и могут отказаться от рождения детей из-за страха врожденных дефектов. Их могут избегать другие члены общества, опасаясь некой таинственной заразы. Принудительная эвакуация после радиационной или ядерной аварии может привести к социальной изоляции, тревоге, депрессии, психосоматическим заболеваниям, безрассудному поведению или самоубийству. Таковы были последствия Чернобыльской ядерной катастрофы 1986 года на Украине. Всестороннее исследование 2005 года пришло к выводу, что "влияние Чернобыля на психическое здоровье является самой серьезной проблемой общественного здравоохранения, вызванной аварией на сегодняшний день". Такой серьезной психологической опасности не сопутствуют другие факторы риска рака и других смертельных заболеваний. Висцеральный страх обычно не возникает, например, от ежедневных выбросов при сжигании угля, хотя, как показало исследование Национальной академии наук, это приводит к 10 000 преждевременных смертей в год в США. "Только ядерное излучение несет в себе огромное психологическое бремя, поскольку оно обладает уникальным историческим наследием".

It has been argued that the LNT model had caused an irrational fear of radiation, whose observable effects are much more significant than non observable effects postulated by LNT. As far afield as the country of Switzerland, hundreds of excess induced abortions were performed on the healthy unborn, out of this no threshold fear. Following the accident however, studies of data sets approaching a million births in the EUROCAT database, divided into "exposed" and control groups were assessed in 1999. As no Chernobyl impacts were detected, the researchers conclude "in retrospect the widespread fear in the population about the possible effects of exposure on the unborn was not justified". Despite studies from Germany and Turkey, the only robust evidence of negative pregnancy outcomes that transpired after the accident were these elective abortion indirect effects, in Greece, Denmark, Italy etc., due to the anxieties created. The consequences of low level radiation are often more psychological than radiological. Because damage from very low level radiation cannot be detected, people exposed to it are left in anguished uncertainty about what will happen to them. Many believe they have been fundamentally contaminated for life and may refuse to have children for fear of birth defects. They may be shunned by others in their community who fear a sort of mysterious contagion. Forced evacuation from a radiation or nuclear accident may lead to social isolation, anxiety, depression, psychosomatic medical problems, reckless behavior, or suicide. Such was the outcome of the 1986 Chernobyl nuclear disaster in Ukraine. A comprehensive 2005 study concluded that "the mental health impact of Chernobyl is the largest public health problem unleashed by the accident to date". Such great psychological danger does not accompany other materials that put people at risk of cancer and other deadly illness. Visceral fear is not widely aroused by, for example, the daily emissions from coal burning, although as a National Academy of Sciences study found, this causes 10,000 premature deaths a year in the US. It is "only nuclear radiation that bears a huge psychological burden – for it carries a unique historical legacy".