Medical Radiology and radiation safety Medical Radiology and radiation safety Медицинская радиология и радиационная безопасность 1024-6177 2618-9615 20584 10.12737/article_5ac61ede369432.74296396 Радиационная эпидемиология Radiation epidemiology Радиационная эпидемиология Risk Assessment and Dose Thresholds at the Plutonium Pnevmosclerosis Оценка риска и дозовых порогов при плутониевом пневмосклерозе Осовец С. В. Osovets S. V.

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Азизова Т. В. Azizova T. V.

кандидат медицинских наук;

candidate of medical sciences;

 Григорьева Е. С. Grigor'eva E. S. Южно‑Уральский институт биофизики ФМБА России Озерск Россия Southern Urals Biophysics Institute, Ozyorsk Ozersk Russian Federation Южно-Уральский институт биофизики ФМБА России Озерск Россия Southern Urals Biophysics Institute Ozyorsk Russian Federation Южно-Уральский институт биофизики Озерск Россия Southern Urals Biophysics Institute Ozersk Russian Federation 63 2 33 40 https://naukaru.ru/en/nauka/article/20584/view

Цель: Оценка кривых риска развития плутониевого пневмосклероза (ППС), дозовых порогов и их неопределенностей у работников ПО «Маяк» на основании разработанных методов математического моделирования. Материал и методы: Моделирование риска развития ППС и расчеты пороговых величин с их неопределенностями выполнены с использованием оценок индивидуальных поглощенных доз внутреннего альфа-облучения легких инкорпорированным плутонием-239 от двух дозиметрических систем работников ПО «Маяк» – ДСРМ-2008 и ДСРМ-2013. Для исследования идентифицированы 4 группы работников: с «чистым» ППС (107 чел.), со «смешанным» ППС (46 чел.), объединенная группа с ППС (153 чел.), группа сравнения (188 чел.). Для оценки кривых риска использована модель дозового распределения Вейбулла. Параметры дозовых распределений вычислялись методом наименьших квадратов. Дозовые пороги оценены с помощью двух методов – квантильных порогов и на основе функций дозовых распределений для каждой группы с ППС и группы сравнения. Стандартные неопределенности пороговых величин рассчитывали двумя методами – методом Монте-Карло и методом переноса ошибок. Результаты: Получены кривые риска, рассчитанные по модели Вейбулла для трех групп с ППС. Результаты модельных расчетов были статистически значимы (R2 = 0,96  0,99). Величина медианной поглощенной в легких дозы -облучения D50 в модели Вейбулла значительно варьировала в зависимости от используемой дозиметрической системы. Например, для группы работников с «чистым» ППС D50= 0,79 Гр при использовании ДСРМ-2008 и D50 = 2,05 Гр при использовании ДСРМ-2013, т.е. значение D50 различалось более чем в два раза. Величина дозового порога развития ППС, рассчитанная с использованием ДСРМ-2013, составила D0= 0,63 Гр для легких, D0= 1,0 Гр – для альвеолярно-интерстиционального отдела легких. Средняя относительная неопределенность этих порогов составила U % = 23 %. Квантильные дозовые пороги были на порядок меньше указанных величин, а их стандартная неопределенность, наоборот, выше 23 %. Выводы: Впервые оценены дозовые пороги и их неопределенности для формирования ППС при внутреннем альфа-облучении. Полученные результаты представляют интерес как в научном, так и практическом плане в области радиационной безопасности и медицины.

Purpose: To assess risks curves, dose thresholds, and their uncertainties for plutonium-induced pneumosclerosis (PPS) among Mayak PA workers based on developed methods of mathematical modeling. Material and methods: PPS risk modeling with further calculation of dose thresholds and their uncertainties was performed using a comparative analysis of estimates of individual absorbed lung doses from incorporated plutonium-239 provided by two Mayak Worker Dosimetry Systems: MWDS-2008 and MWDS-2013. To carry out the calculations, four groups of workers were formed: workers with PPS induced only by plutonium (pure PPS; n = 107); workers with PPS induced by both plutonium and other factors (mixed PPS; n = 46); workers with undefined PPS (n = 153); control workers (comparison group; n = 188). Weibull’s dose distribution model was applied to assess risk curves. Dose distribution parameters were calculated using the least square technique. Dose thresholds were estimated using two basic methods: quantile threshold method and estimation based on dose distribution functions for each group with PPs and the comparison group. Common uncertainties were calculated using two methods: Monte-Carlo method and error propagation. Results: Risk curves were plotted based on Weibull’s models for three groups of workers diagnosed with PPS. Modeling results were statistically significant (R2 = 0.96 – 0.99) with both dosimetry systems used (MWDS-2008 and MWDS-2013). Median absorbed lung alpha-dose (D50) estimated using Weibull’s model varied significantly with the dosimetry system. E.g., in the group with pure PPS D50= 0.79 Gy when MWDS-2008 was used while the corresponding estimate was D50= 2.05 Gy when MWDS-2013 was used, demonstrating more than a two-fold difference between the estimates. Dose thresholds for PPS occurrence and their standard uncertainties were estimated. With MWDS-2013 used, the dose thresholds were D0= 0,63 Gy for the lung and D0= 1.0 Gy for alveolar-interstitial lung tissues, respectively. The mean relative uncertainty of these thresholds was U = 23 %. Quantile dose thresholds were an order of magnitude lower than those above and their standard uncertainty, on the contrary, was 23 % higher: the mean uncertainty of 5 % quantile was U = 60 % while the corresponding value for 1 % quantile was U = 95 %. Conclusions: For the first time dose thresholds and their uncertainties for the formation of PPS with internal alpha irradiation were estimated. The reported results are of considerable interest both for scientific and practical application in radiation safety and medicine.

 плутониевый пневмосклероз риск дозовые пороги распределение Вейбулла стандартная неопределенность ПО «Маяк» plutonium pneumosclerosis risk dose thresholds Weibull distribution standard uncertainty Mayak PA

Плутониевый пневмосклероз (ППС) относится к детерминированным (тканевым) эффектам облучения. Детерминированные эффекты характеризуются клинически выявляемыми поражениями органов и тканей, имеют дозовые пороги, причем тяжесть поражения возрастает с увеличением дозы. Как было показано ранее, ППС развивается при внутреннем альфа-облучении легких от инкорпорированного плутония. Известно, что основным путем поступления альфа-активных аэрозолей плутония в организм человека в процессе профессионально-производственной деятельности являются органы дыхания. При этом величина задержки аэрозолей плутония в организме варьирует и составляет 5~70 %, что обусловлено, в первую очередь, растворимостью и дисперсностью аэрозольных частиц.

Радиационные поражения человека.- М.: Изд. АТ. 2001. Т.2. 432 с. Radiation Medicine. A guide for research physicians and health care organizers. Ilyin LA (ed.). Moscow, IzdAT. 2001. Vol. 2. 432 p. (In Russ.). От радиобиологического эксперимента к человеку. Под ред. Ю.И. Москалева.- М.: Атомиздат. 1976. 280 с. From Radiobiology Experiment to Humans. Moskalev Yu I (ed.). Moscow, Atomizdat. 1976. 280 p. (In Russ.). Калистратова В.С., Булдаков Л.А., Нисимов П.Г. Проблема порога при действии ионизирующего излучения на организм животных и человека.- М.: ФМБЦ им. Бурназяна ФМБА России. 2010. 214 с. Kalistratova VS, Buldakov LA, Nisimov PG. A problem of a threshold for ionizing radiation affecting animal and human organisms. Moscow, A. I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Medical Biological Agency. 2010. 214 p. (In Russ.). Отчет МКРЗ по тканевым реакциям, ранним и отдаленным эффектам в нормальных тканях и органах - пороговые дозы для тканевых реакций в контексте радиационной защиты // [Ф.А. Стюарт и др.; ред. А.В. Аклеев, М.Ф. Киселев; пер. с англ. Е.М. Жидкова, Н.С. Котова]. - Челябинск: Книга. 2012.384с. (Труды МКРЗ; публикация 118). ICRP, 2012. ICRP Statement on Tissue Reactions. Early and Late Effects of Radiation in Normal Tissues and Organs - Threshold Doses for Tissue Reactions in a Radiation Protection Context. ICRP Publication 118. Ann. ICRP. 2012;41(1/2). Плутоний. Радиационная безопасность. Под ред. Акад. РАМН Л.А. Ильина.- М.: Изд. АТ. 2005. 416 с. Plutonium. Radiation Safety. Ilyin LA (ed.). Moscow, IzdAT. 2005. 416 p. (In Russ.). Булдаков Л.А., Любчанский Э.Р., Москалев Ю.И., Нифатов А.П. Проблемы токсикологии плутония. - Атомиздат. 1969. 268 с. Buldakov LA, Lyubchanskiy ER, Moskalev YuI, Nifatov AP. Problems of Plutonium Toxicology. Moscow, Atomizdat. 1969. 268 p. (In Russ.). Волкова Л.Г. Пневмосклероз как исход лучевой болезни, вызванной длительной интоксикацией плутония-239 // Бюл. радиац. медицины 1961. № 1а. С. 71-74. Volkova LG. Pneumosclerosis as an outcome of radiation sickness induced by protract edintoxication due to plutonium-239. Bulletin of Radiation Medicine.1961;1a:71-74. (In Russ.). Мишачев А.А. К вопросу о профессиональном пневмосклерозе у работников предприятия по переработке плутония-239// Бюл. радиац. медицины. 1962. № 4а. С. 97-100. Mishachev AA. Revisinganissueofoccupationalpneumosclerosisinworkersofplutonium-239 processing facilities. Bulletin of Radiation Medicine. 1962;4a:97-100. (In Russ.). Кирюшкин В.И., Кисловская И.Л. К вопросу бронхиальной проходимости у больных плутониевым пневмосклерозом// Бюл. радиац. медицины. 1963. № 1а. С.71-74. Kiryushkin VI., Kislovskaya IL. Revising an issue of bronchial ventilation in putoniumpneumosclerosis patients. Bulletin of Radiation Medicine. 1963;1a:71-74. (In Russ.). Байсоголов Г.Д. Некоторые вопросы патогенеза клинического синдрома, развивающего у лиц, контактирующих с соединениями плутония-239// Бюл. радиац. медицины. 1969. № 1. С. 10-17. Baysogolov GD. Some questions of pathogenesis of clinical syndrome progressing by the persons contacting with compounds of 239Pu. Bulletin of Radiation Medicine. 1969;1:10-17. (In Russ.). Кисловская И.Л., Мигунова Н.И. Течение пневмосклероза смешанной этиологии у работников плутониевого производства // Бюл. радиац. медицины. 1976. № 2. С. 30-35. Kislovskaya IL, Migunova NI. Progression of pneumosclerosis of combined aetiology in plutonium workers. Bulletin of Radiation Medicine. 1976;2:30-35. (In Russ.). Никитин В.П., Кирюшкин В.И. К вопросу о рентгенодиагностике плутониевого пневмосклероза// Бюл. радиац. медицины. 1965. № 2. С. 125-132. Nikitin VP, Kiryushkin VI. Revising an issue of X-ray diagnostic imaging of plutonium pneumosclerosis. Bulletin of Radiation Medicine. 1965;2:125-132. (In Russ.). Северин С.Ф., Бойков М.П. Вентиляционные нарушения у больных плутониевым пневмосклерозом// Бюл. радиац. медицины. 1968. № 2. С. 54-60. Severin SF, Boykov MP. Obstructive airways in plutonium pneumosclerosis patients. Bulletin of Radiation Medicine. 1968;2:54-60. (In Russ.). Окладникова Н.Д., Кудрявцева Т.И., Беляева З.Д. Плутониевый пневмосклероз, итоги многолетнего медицинского наблюдения // Вопросы радиац. безопасности. 2000. № 1. С. 42-49. Okladnikova ND, Kudryavtseva TI, Belyaeva ZD. Plutonium Pneumosclerosis, Conclusions of the Continuous Medical Studies. Radiation Safety Issues. 2002;1:42-49. (In Russ.). Садовский А.С., Товмаш А.В. Плутониевый пневмофиброз глазами химика. История и причины профзаболевания. Часть 1. Электронный научный журнал «Исследовано в России». 2007. Т. 10. С. 1735-1743. Sadovskiy AS, Tovmash AV. Plutoniumpneumophibrosisas viewed by a chemist (origin and causes of the occupational disease. Part 1. The electronic scientific journal «Investigated in Russia». 2007;10:1735-1743. (In Russ.). Сычугов Г.В., Казачков Е.Л. и соавт. Иммуноморфологические особенности пневмофиброза у работников плутониевого производства // Уральский мед. журнал. 2016. Т. 136. № 3. С. 33-39. Sychugov GV, Kazachkov EL, Azizova TV, et al. Immunomorphological characteristics of pulmonary adenocarcinoma at workers of plutonium manufacture. The Urals Medical Journal. 2016;136(3):33-39.(In Russ.). Хохряков В.Ф., Меньших З.С., Мигунова Н.И. О вероятности возникновения пневмосклероза и рака легкого у персонала, подвергавшегося ингаляции аэрозолей плутония (краткое сообщение) // Вопросы радиац. безопасности. 1996. № 2. С. 51-55. Khokhryakov VF, Menshikh ZS, Migunova NI. On Probability of Origin of Pneumosclerosis and Lung Cancer of the Occupational Workers Exposed to Plutonium Aerosol Inhalation (Brief report). Radiation Safety Issues. 1996;2:51-55. (In Russ.). Khokhryakov V.V., Khokhryakov V.F., Suslova K.G. et al . Mayak worker dosimetry system 2008 (MWDS-2008): results of plutonium activity in urine // Health Phys. 2013. Vol. 104. № 4. P. 366-378. Khokhryakov VV, Khokhryakov VF, Suslova KG, et al. Mayak worker dosimetry system 2008 (MWDS-2008): results of plutonium activity in urine. Health Phys. 2013;104(4):366-378.DOI: 10.1097/HP.0b013e31827dbf60. Vostrotin V.V., Birchall A., Zhdanov A. et al. The Mayak worker dosimetry system (MWDS-2013): internal dosimetry results // Radiation Protection Dosimetry. 2017 (in press). Vostrotin VV, Birchall A, Zhdanov A, et al. The Mayak worker dosimetry system (MWDS-2013): internal dosimetry results. Radiation Protection Dosimetry. 2017;176(1-2):190-201.DOI: 10.1093/rpd/ncw268. Risk from Deterministic Effects of Ionizing Radiation. // National Radiological Protection Board, Chilton, Didcot, Oxon OX11 ORQ. 1996. Vol. 7. № 3. P. 1-31. NRPB, 1996. Risk from Deterministic Effects of Ionizing Radiation. Documents of the NRPB.1996;7(3). Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Основы моделирования и первичная обработка данных. - М.: Финансы и статистика.1983. 312 с. Ayvazyan SA, Enyukov IS, Meshalkin LD. Applied Statistics: Basics of Modelling and Primary Data Processing. Moscow, Finance and Statistics. 1983. 312 p.(In Russ.). Osovets S.V., Azizova T.V., Day R.D. et al. Direct and indirect tasks on assessment of dose and time distributions and thresholds of a cute radiation exposure // Health Phys. 2012. Vol. 102. № 2. P. 182-195. Osovets SV, Azizova TV, Day RD, et al. Direct and indirect tasks on assessment of dose and time distributions and thresholds of acute radiation exposure. Health Phys. 2012;102(2):182-195.DOI: 10.1097/HP.0b013e31822f3c33. Осовец С.В., Азизова Т.В., Гергенрейдер С.Н. Методы оценки и дозовых порогов для детерминированных эффектов // Мед. радиол. и радиац. безопасность. 2009. Т. 54. № 2. С. 25-31. Osovets SV, Azizova TV, Gergenreyder SN. Methods of Estimation of Dose Thresholds for Deterministic Effects. Medical Radiology and Radiation Safety. 2009;54(2):25-31. (In Russ.). Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. - М.: Физматлит. 2001. 331с. Bakhvalov NS, Zhidkov NP, Kobelkov GM. Numerical methods. Moscow, Fizmatlit. 2001. 331 p. (In Russ.). Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. - Л.: Энергоатомиздат. 1991. 630 с. Novitskiy PV, Zograf IA. Estimation of errors of measurement results. Leningrad, Energoatomizdat. 1991. 630 p. (In Russ.). Бусленко Н.П., Голенко Л.И., Соболь И.М. и соавт. Метод статистических испытаний (метод Монте-Карло). - М.: Физматлит. 1962. 331с. Buslenko NP, Golenko LI, Sobol IM, et al. Method of statistical tests (Monte Carlo method). Moscow, Fizmatlit. 1962. 331 p. (In Russ.). Осовец С.В., Азизова Т.В., Гергенрейдер С.Н. Методы оценки неопределенности дозовых порогов для детерминированных эффектов // Мед. радиол. и радиац. безопасность. 2010. Т. 55. № 3. С. 11-16. Osovets SV, Azizova TV, Gergenreyder SN. Methods of Uncertainty Assessment for Deterministic Effects Dose Thresholds. Medical Radiology and Radiation Safety. 2010;55(3):11-16.(In Russ.). Джонсон Н.Л., Коц С., Балакришнан Н. Одномерные непрерывные распределения (справочник, часть 1).- М.: Бином. Лаборатория знаний. 2010. 703 с. Johnson NL, Kotz S, Balakrishnan N. Continuous Univariate Distributions, Vol. 1. Moscow, Binom. Knowledge lab. 2010. 703 p. (In Russ.). Лагутин М.Б. Наглядная математическая статистика.- М.: Бином. Лаборатория знаний. 2009. 472 с. Lagutin MB. Visual mathematical statistics. Moscow, Binom. Knowledge lab. 2009. 472 p. (In Russ.). Аристов В.П. Субмикроскопические изменения аэрогематического барьера крыс после ингаляции некоторых соединений плутония -239. Дис. канд. мед. наук. - М.: ИБФ МЗ СССР. 1974. 248 с. Aristov VP. Submicroscopic alterations of aero-hematic barrier in rats following plutonium-239 compound inhalation. Diss. PhD Med. Moscow. 1974. 248 p. (In Russ.). Кошурникова Н.А. Отдаленные последствия вдыхания плутония-239 у человека и животных. Дис. док. мед. наук. - М.: ИБФ МЗ СССР. 1978. 435 с. Koshurnikova NA. Late effect s in humans and animals following plutonium-239 inhalation. Diss. Doctor. Med. Sci. Moscow. 1978. 435 p. (In Russ.). Кошурникова Н.А., Аристов В.П., Лемберг В.К. и соавт. К вопросу о патогенезе плутониевого пневмосклероза // Архив патол. 1973. Т. 35. № 4.С. 48-54. Koshurnikova NA, Aristov VP, Lemberg VK, et al. Pathogenesis of plutonium pneumosclerosis. ArkhPatol. 1973;35(4):48-54. (In Russ.). Wilson D.A., Diel J.H., Hoel D.G. Lung fibrosis and lung cancer incidence in beagle dogs that inhaled 238PuO2or 239PuO2 // Health Phys. 2009. Vol. 96. № 4. P. 493-503. Wilson DA, Diel JH, Hoel DG. Lung fibrosis and lung cancer incidence in beagle dogs that inhaled 238PuO2 or 239PuO2. Health Phys. 2009;96(4):493-503. DOI: 10.1097/01.HP.0000334556.38419.49. Park J.F., Watson C.R., Buschbom R.L. et al. Biological effects of inhaled 239PuO2in beagles // Radiat. Res. 2012. Vol. 178. № 5. P. 447-467. Park JF, Watson CR, Buschbom RL, et al. Biological effects of inhaled 239PuO2 in beagles. Radiat. Res. 2012;178(5):447-467. DOI: 10.1667/RR2504.1. Романов С.А. Микрораспределение плутония в легких как основа коррекции дозиметрических моделей. Дис. канд. мед. наук. - Озерск: Южно-Уральский институт биофизики. 2003. 113 с. Romanov SA. Microdistribution of plutonium in the lungs as a basis for correction of dosimetric models. Diss. PhD Biol. Ozyorsk, Southern Ural Biophysics Institute.2003. 113 p. (In Russ.). Осовец С.В., Аладова Е.Е., Хохряков В.Ф. Сравнительный статистический анализ распределений по размерам производственных -активных аэрозолей // Вопросы радиац. безо­пас­ности. 2016. № 3. С. 67-77. Osovets SV, Aladova EE, Khokhryakov VF. Comparative Statistical Analysis of Particle-Size Distribution of Production α-active Aerosols. Radiation Safety Issues. 2016;3:67-77. (In Russ.). Азизова Т.В., Тепляков И.И., Григорьева Е.С. и соавт. Медико-дозиметрическая база данных «Клиника» работников ПО «Маяк» и их семей // Мед. радиол. и радиац. безопасность. 2009. Т. 54. № 5. С. 26-35. Azizova TV, Teplyakov II, Grigorieva ES, et al. «Clinic» Medical Dosimetric Database for Mayak PA Personnel and Its Families. Medical Radiology and Radiation Safety. 2009; 54(5):26-35. (In Russ.).