- ostatnia aktualizacja:
Wczoraj 20:34
Artykuł w 100 procentach zajebany, z tej strony.
Dotyczy hipotezy modelu liniowego bezprogowego (ang. LNT). To tak jak by ktoś był zaznajomiony z tematem. Jeśli nie, zapraszam do lektury. Temat pisany ciekawie i językiem nie wymagającym specjalistycznych studiów.
Wielkość dawek od tła naturalnego i medycyny
Promieniowanie jest normalnym elementem codziennego życia. W skali całego globu, radon wydzielany z ziemi w postaci gazowej powoduje około 50% średniej indywidualnej dawki rocznej, a dalsze 40% pochodzi od promieniowania kosmicznego i materiałów radioaktywnych znajdujących się w glebie i przenikających do naszego ciała. I to bynajmniej nie na skutek żadnych awarii jądrowych – promieniowanie było z nami od zarania dziejów, a gdy powstawało życie na Ziemi natężenie promieniowania było znacznie większe niż obecnie. Może dlatego promieniowanie jest niezbędne do życia - wiele doświadczeń potwierdziło, że w przypadku całkowitego odcięcia promieniowania rośliny i zwierzęta doświadczalne przestają się rozwijać i rozmnażać.
Zanim przejdziemy do dyskusji dawek wokoło EJ, przypomnijmy, że średnie tło promieniowania naturalnego na Ziemi wynosi 2,4 mSv/rok [Siwert (Sv) to jednostka stosowana w ochronie przed promieniowaniem, oznaczająca dawkę pochłoniętą w ciele człowieka z uwzględnieniem jej skuteczności biologicznej. W energetyce jądrowej jesteśmy zainteresowani dawkami tysiąc razy mniejszymi, oznaczanymi skrótem mSv], a dawka powodowana przez człowieka (głównie przez medycynę) 0,4 mSv/rok. Energetyka jądrowa zwiększa dawkę średnią o minimalną wielkość – około 0.006%. Główne składowe promieniowania naturalnego to:
Wahania tła, powodowane głównie różnicami w zawartości radonu w glebie są bardzo duże, typowo od 2 do 10 mSv/rok, ale są okolice, gdzie moce dawki są znacznie większe, do kilkudziesięciu mSv rocznie. I tak np. tło promieniowania w Szwecji jest dwukrotnie większe niż w Polsce, a w Finlandii ponad 2,5 razy większe, jak widać na rys. 1.
Rys. 1 Średnie dawki otrzymywane przez 70 lat w różnych krajach Europy
W pewnych rejonach Brazylii, Indii, czy Iranu moce dawki są znacznie większe i dochodzą do 35 mSv/rok (Kerala, Indie lub Guarapari, Brazylia), a nawet do 260 mSv/rok (Ramsar, Iran). Wobec tak dużych różnic, naukowcy prowadzą od wielu lat badania starając się wykryć ujemny wpływ zwiększonych dawek promieniowania tła naturalnego na zdrowie człowieka. Bez skutku. Nawet w rejonach o najwyższych dawkach częstość zachorowań na raka nie jest większa niż przeciętna, a przeciwnie – co wydaje się na pierwszy rzut oka zaskakujące – jest ona często nieco niższa od przeciętnej. Powoduje to trudności w określeniu wielkości skutków promieniowania – przy małych dawkach są one po prostu niezauważalnie małe! Co zrobić więc, by mieć jakieś podstawy do oceny i porównań?
Hipoteza o liniowej zależności zagrożenia od dawki promieniowania
Wobec braku wykrywalnych efektów małych dawek promieniowania, a dążąc do maksymalnie ostrożnego postępowania z substancjami radioaktywnymi i starając się doprowadzić do przerwania prób broni jądrowej, w 1959 r. Międzynarodowa Komisja Ochrony Radiologicznej (ICRP) wprowadziła hipotezę, zwaną modelem liniowym bezprogowym LNT (Linear No Threshold). Wg LNT zagrożenie od małej dawki jest równe zagrożeniu od dawki dużej pomnożonemu przez stosunek dawek i odpowiednie współczynniki proporcjonalności. W uproszczeniu, hipoteza LNT twierdzi, że jezeli dawka mala jest 10-krotnie mniejsza niz duza, to zagrozenie jakie ona stwarza jest rowniez 10-krotnie mniejsze. Model ten zakłada, że zarówno efekty somatyczne (rak) jak i genetyczne małych dawek promieniowania są wynikiem mutacji powodowanych bezpośrednio przez promieniowanie jonizujące. Przy niskich dawkach brak jest bezpośrednich danych odnośnie istnienia zagrożenia. Trzeba więc stosować ekstrapolację z danych opisujących skutki dużych dawek promieniowania, a konkretnie skutki gwałtownego napromieniowania dużymi dawkami promieniowania ludności w Hiroszimie i Nagasaki.
Hipoteza LNT stała się podstawą ochrony radiologicznej. Na tej podstawie sformułowano zasadę ograniczania dawek tak bardzo, jak tylko jest to rozsądnie możliwe (as low as reasonably achievable - ALARA) i wprowadzono bardzo skuteczny, choć kosztowny system barier chroniących przed rozprzestrzenianiem promieniowania z elektrowni jądrowych.
Ale wiele nowszych obserwacji sugeruje, że ekstrapolacja wg modelu liniowego bezprogowego LNT jest przesadnie pesymistyczna. Badania procesów rakotwórczych wskazują jednoznacznie, że choroby nowotworowe są procesami wieloetapowymi, a takie procesy zwykle w przyrodzie mają charakter nie linowy, lecz krzywoliniowy z progiem.
Hipoteza LNT nie odpowiada naturalnym zjawiskom w przyrodzie, a w szczególności nie uwzględnia zjawiska hormezy, to jest faktu, że wiele substancji i zjawisk jest korzystnych dla życia przy małych dawkach, chociaż są one szkodliwe przy dużych dawkach [hormeza to dowolny efekt fizjologiczny występujący przy niskich dawkach, którego nie można przewidzieć na podstawie ekstrapolacji efektów toksycznych powodowanych przez wysokie dawki. Efekty hormetyczne są zwykle dobroczynne. Charakteryzują one procesy, w których małe dawki czynników szkodliwych w dużych dawkach powodują stymulację reakcji obronnych organizmu. (greckie słowo hormaein – pobudzać)]. Przykładów jest mnóstwo - aspiryna, dobroczynna przy spożywaniu jednej pigułki dziennie, chociaż szkodliwa przy jednorazowej dawce kilkuset pastylek, witaminy i mikroelementy niezbędne w małych ilościach a szkodliwe w dużych, światło słoneczne, a nawet temperatura, sprzyjająca człowiekowi, gdy wynosi 20-25 oC, a zabójcza, gdy przekracza 100 oC.
Podobnie promieniowanie jest niezbędne do życia i doświadczenia, w których otaczano organizmy żywe osłonami nieprzepuszczającymi promieniowania wykazały, że organizmy te chorowały i umierały, podczas gdy niewielki wzrost promieniowania pomagał ich rozwojowi.
Uczeni badający rolę hormezy zwracają uwagę, że teoria zależności liniowej bezprogowej LNT nie uwzględnia roli biologicznych mechanizmów obronnych, które są stymulowane przez promieniowanie. Życie rozwinęło się na Ziemi, gdy natężenie promieniowania ze źródeł geologicznych (uran, tor, potas) i źródeł wewnętrznych w organizmach żywych (potas K-40) było znacznie wyższe niż obecnie. Możliwe jest więc, że nasze mechanizmy obronne są przystosowane do najskuteczniejszego działania w polu promieniowania wyższym niż występujące obecne. W wielu doświadczeniach wykazano, że napromieniowanie organizmów małymi dawkami zwiększa ich odporność na raka i sprzyja szybszemu rozwojowi. Komitet Naukowy ONZ do badania skutków promieniowania UNSCEAR uznał znaczenie hormezy i wydał specjalny raport z zaleceniem dalszych badań pozytywnej roli promieniowania.
Dla zrozumienia sytuacji w zakresie obecnych przepisów ochrony radiologicznej, dobrze jest wiedzieć, jak mierzone jest promieniowanie. Radioaktywność opisuje intensywność źródła promieniowania. Jednostką miary radioaktywności był tradycyjnie kiur (Ci), nazwany tak na pamiątkę Marii Curie - Skłodowskiej, która odkryła rad. Jeden kiur jest wielkością radioaktywności 1 grama czystego radu. Zwykle jednak mamy do czynienia ze znacznie mniejszymi wielkościami, które mierzymy w jednostkach zwanych pCi (picokiur - milionowa część jednej milionowej kiura). W 1 pCi, tylko około 2 atomów na minutę ulega rozpadowi i emituje promieniowanie. W układzie SI jednostką aktywności jest 1 Bq (bekelerel) = 1 rozpad/s. Agencja Ochrony Środowiska (Environment Protection Agency - EPA) w USA zaproponowała limit radioaktywności dla wody pitnej równy 5 pCi na litr. Radioaktywność wody usuwanej z EJ jest ograniczona wg przepisów do 10 pCi na litr. Na pierwszy rzut oka wydaje się to rozsądne.
Ale litr normalnej wody morskiej, w której pływamy przy okazji pobytu na jakiejkolwiek plaży, zawiera średnio 350 pCi. Innymi słowy, normalna woda morska jest 35 razy bardziej radioaktywna od wody usuwanej z EJ. Mleko zawiera średnio 1400 pCi na litr. Oliwa do sałatek ma pełne 5000 pCi na litr, co oznacza, że oliwa sałatkowa jest 1000 razy bardziej radioaktywna niż woda z kranu wg limitu EPA. A jednak nikt nie twierdzi, że woda morska, mleko i oliwa sałatkowa stanowią obecnie zagrożenie radiacyjne dla społeczeństwa. Przepisy ograniczają dawki powodowane przez działania człowieka do wartości wielokrotnie mniejszych od naturalnie występujących w przyrodzie wahań tła promieniowania. Jest to skutek ostrożności specjalistów w zakresie ochrony przed promieniowaniem, którzy zgodnie z zasadą lekarzy "primum non nocere - po pierwsze nie szkodzić" starają się zapewnić, że człowiek nie zakłóci stanu istniejącego dotychczas w przyrodzie. Trzeba jednak zdawać sobie przy tym sprawę, że promieniowanie było, jest i będzie naturalnym elementem naszego świata i wcale nie jest pewne, czy rola jego jest negatywna, czy też może przeciwnie - pomocna i niezbędna dla życia.
Wobec tego, że teoretyczne zależności powinny odzwierciedlać rzeczywisty stan obserwowany w naturze, zajmijmy się przeglądem istniejących wyników badawczych dla różnych grup ludzi napromieniowanych małymi dawkami, by przekonać się, czy rację mają zwolennicy hipotezy, że każda dawka jest szkodliwa – LNT – czy też propagatorzy teorii hormezy twierdzący, że promieniowanie pobudza nasze siły obronne i prowadzi do polepszenia zdrowia człowieka.
Wpływ małych dawek promieniowania na duże grupy ludności
Badania w USA
W USA badania korelacji między tłem promieniowania a umieralnością na raka prowadzono wielokrotnie. Największe zainteresowanie budziły one na początku, gdy przeciwnicy energii jądrowej oczekiwali, że zachorowania na raka będą najczęstsze w rejonach o najwyższym tle promieniowania. Spodziewano się tysięcy "dodatkowych" zgonów powodowanych przez zwiększone promieniowanie. Ale rzeczywistość zdecydowanie zaprzeczyła tym oczekiwaniom. Okazało się, że we wszystkich stanach o podwyższonym tle promieniowania umieralność na raka jest mniejsza od przeciętnej. Wyniki te otrzymywali badacze zupełnie nie związani z energetyką jądrową, ludzie o nieposzlakowanej uczciwości, tacy jak Frigerio i Stowe (kwakrzy), którzy badali umieralność na nowotwory złośliwe w 50 stanach USA w funkcji tła promieniowania. Przed przeprowadzeniem badań oczekiwano, że umieralność na raka będzie rosła o około 350 zgonów na 100 000 mieszkańców na każdy 1 mSv/rok [według pesymistycznej hipotezy LNT, że każda dawka jest szkodliwa, przy użyciu współczynnika przyjętego przez ICRP, otrzymujemy 1,0 10-3 Sv/rok x 70 lat x 0,05 zgonu/osobo-Sv x 100 000 osób= 350 dodatkowych zgonów]. Wyniki nie wykazały takich tendencji, raczej przeciwne. Autorzy studium opisują "jak zaczęliśmy od założenia, że promieniowanie tła powoduje raka i jak fakty zmusiły nas do stwierdzenia, że tak nie jest". Jak widać na rys. 2, z pośród 14 stanów o tle promieniowania powyżej 1,4 mSv/rok (140 mrem/rok) w 12 stanach umieralność na raka była bardzo wyraźnie PONIŻEJ średniej dla USA, w jednym nieco niższa, i w jednym nieco wyższa.
Rys. 2 Umieralność na raka w funkcji tła naturalnego w różnych stanach USA. Linia pozioma i puste kółko oznaczają średnią umieralność i tło promieniowania w USA.
W 1981 badania epidemiologiczne w 39 rejonach metropolitalnych i 4 standardowych rejonach gospodarczych USA wykazały, że umieralność na raka płuc i dróg oddechowych jest niższa w rejonach o wyższym poziomie promieniowania.
Badania wpływu stężenia radonu w domach na umieralność na raka płuc przeprowadzone przez prof. Cohena objęły 1730 okręgów administracyjnych USA, w których mieszka ponad 90% ludności USA. Wyniki Cohena wykazały, że wzrost stężenia radonu w domach nie powoduje wzrostu umieralności na raka płuc – przeciwnie, dane statystyczne wskazują, że umieralność na raka jest mniejsza w rejonach o wyższym promieniowaniu radonu, jak widać na rys. 3. Rozbieżność w stosunku do wyników hipotetycznych opartych na modelu LNT jest bardzo duża, tak że wyniki tych badań są zasadniczo niezgodne z modelem LNT.
Aby wyeliminować wpływ zmiennych zakłócających, B. Cohen uwzględnił w analizie czynniki, które mogą wpływać na umieralność na raka płuc, a mianowicie, palenie tytoniu, niepewność w danych o stężeniach radonu, wpływ wartości skrajnych i dalsze 50 wskaźników socjo-ekonomicznych różnego typu. Cohen uwzględnił także wpływ geografii, wysokości nad poziomem morza i pogody, ale nachylenie pozostało ujemne.
Rys. 3 Umieralność na raka płuc w funkcji średniego stężenia radonu w domach w okręgach administracyjnych USA, porównana z umieralnością obliczoną wg modelu
liniowego LNT zamieszczonego w raporcie BEIR IV.
m/mo stosunek umieralności obliczonej wg hipotezy LNT do umieralności przy stężeniu 0 lub zarejestrowanej w badaniach przy mierzonych stężeniach radonu w domach do umieralności przy średnim stężeniu radonu w domach w USA, 1.7 pCi/litr.
Badania Cohena wzbudziły żywe zainteresowanie innych naukowców i próbowano ich wyniki zakwestionować, ale Cohen z powodzeniem odparł wszystkie zarzuty. W szczególności stawiano mu zarzut, że wprowadzanie uśredniania wyników na dużą populację jest przykładem "błędu ekologicznego" [Na czym polega „błąd ekologiczny”? Załóżmy, że dopiero wzrost promieniowania 20 razy powyżej tła (r0) powoduje raka, i że w badanym okręgu natężenie promieniowania wynosi średnio 1,5 r0, ale nie ma osób o narażeniu większym niż 20 r0. Natomiast w drugim okręgu średnie natężenie promieniowania wynosi 1.0 r0. ale 1% ludności narażony jest na promieniowanie powyżej 20 r0. W tym drugim okręgu umieralność na raka byłaby wyższa, chociaż pierwszy okręg ma większą wartość narażenia średniego. Krótko mówiąc, średnie napromieniowanie nie determinuje średniego ryzyka] Cohen replikował, że badania jego miały odpowiedzieć na pytanie, czy słuszna jest hipoteza LNT, która właśnie opiera się na całkowaniu małych bądź dużych dawek na całe narażone populacje, niezależnie od tego jaki jest rozkład dawek. Zdaniem Cohena, wyniki jego studium wyraźnie pokazały, że rzeczywistość jest inna niż wynikałoby z hipotezy LNT, tak że obliczanie liczby hipotetycznych zgonów, które miałyby być powodowane w dużych populacjach przez promieniowanie jest bezzasadne.
Analizy wpływu tła promieniowania na umieralność na raka w USA przedstawił też Jagger. Do porównania wybrał on trzy stany o niskim tle promieniowania (Luizjana, Misissippi i Alabama) i trzy stany o wysokim tle promieniowania (Idaho, Colorado, Nowy Meksyk). Średnie moce dawki promieniowania wynoszą w nich odpowiednio 2,25 i 7,16 mSv/rok, a stosunek stężenia radonu wynosi 3,9 na otwartej przestrzeni a 5,2 w domach. Według hipotezy LNT można byłoby oczekiwać większych umieralności na raka i raka płuc w rejonach o wysokim tle promieniowania i stężeniu radonu, tymczasem jest przeciwnie, jak widać na rys. 4.
Rys. 4 Mniejsza umieralność na raka w stanach USA o wyższym tle promieniowania
Wg innej pracy rzeczywiste częstości zachorowania na raka płuc w stanach USA o najwyższym tle promieniowania (Connecticut, Massachusetts, Nevada, Dakota Południowa , Utah, Wyoming) wynoszą średnio 44/rok na 100 000 mieszkańców, co stanowi tylko 14 procent częstości wnioskowanej z modelu LNT. Natomiast w stanach o najniższym tle promieniowania (Indiana Oregon Waszyngton) średnia częstość zachorowania na raka płuc wynosi 73/rok na 100 000 mieszkańców, co stanowi 390 procent częstości przewidywanej przez model LNT. Rozbieżność wobec modelu LNT jest więc ogromna - wynosi 28 razy. Autorzy pracy zwracają uwagę, że "Nie tylko rzeczywistość dalece odbiega od przewidywań opartych na LNT, ale korelacja z tłem promieniowania jest wprost przeciwna niż wynika z modelu LNT!".
Tak więc, wyniki badań w USA potwierdziły, że wśród populacji narażonych na działanie małych dawek wynikających ze zwiększonego tła promieniowania nie występują żadne obserwowalne ujemne skutki zdrowotne. Przeciwnie, w rejonach o wysokim promieniowaniu występuje mała umieralność na raka. Widać to na rys. 5 zaczerpniętym z pracy, na którym przedstawiono obok siebie mapy tła promieniowania naturalnego (a) i umieralności na raka w USA (b).
Rys. 5a Narażenie na ziemskie promieniowanie gamma na wysokości 1 m nad ziemią w USA energy.cr.usgs.gov/radon/usagamma.gif
Rys. 5b Umieralność na raka w USA
Efekty zdrowotne w populacji narażonej na wysokie tło promieniowania w Chinach
Badania obszaru o wysokim tle promieniowania (high radiation background area – HBRA) w rejonie Yangjiang w Chinach trwają od 1972 roku. Obejmują one dwa sąsiadujące obszary, łącznie 500 km^2, gdzie zwiększone tło promieniowania powodowane jest przez piaski monazytowe o dużej zawartości toru. W sąsiedztwie znajduje się rejon o niskim tle promieniowania, który wybrano jako rejon kontrolny. W rejonie kontrolnym (control area - CA) średnia dawka roczna promieniowania gamma ze źródeł zewnętrznych wynosi 2 mSv, a dawki w rejonie HBRA od 4,8 do 6,2 mSv. Dawki skumulowane rosną z wiekiem, tak że osoby 50 letnie w HBRA otrzymały średnio efektywną dawkę skumulowaną od naturalnego promieniowania gamma wynoszącą około 274 mSv. Oba tereny są zamieszkałe przez wieśniaków (93% i 94%), a struktura ludności jest podobna. Wszystkie parametry środowiskowe są podobne (np. procent palaczy w HBRA 37,9%, w CA 37,6%). Po uwzględnieniu dawek pokarmowych otrzymano średnie dawki roczne w terenie HBRA równe 6,4 mSv, a w terenie kontrolnym 2,4 mSv. Badania objęły 100 000 mieszkańców z rejonu HBRA i podobną liczbę mieszkańców rejonu kontrolnego CA.
Umieralność powodowana przez choroby nowotworowe wyniosła:
Aby uwzględnić lepiej skutki długotrwałego przebywania w terenie o podwyższonym tle promieniowania, porównano umieralność na choroby nowotworowe (poza białaczką) wśród osób w wieku od 40 do 70 lat. Otrzymano:
Tak więc, w HBRA zwiększone promieniowanie występuje ze zmniejszonym ryzykiem zgonu na raka. W obszarze o wyższym promieniowaniu zaobserwowano żadnego wzrostu zachorowań, przeciwnie, optymalnym współczynnikiem dla oceny dodatkowego ryzyka (excess relative risk - ERR) powodowanego przez promieniowanie był współczynnik ujemny (ERR = -0.11). Chociaż różnice okazały się tak małe, że nie są one znaczące statystycznie, nie ulega wątpliwości, że żaden wzrost zagrożenia chorobami nowotworowymi nie występuje.
Dalsze badania potwierdziły poprzednie wyniki umacniając wniosek, że umieralność na raka jest w HBRA niższa niż w obszarze kontrolnym. Uczeni chińscy i japońscy prowadzący badania stwierdzają, że "badania w Chinach systematycznie dają wyniki sugerujące dobroczynne działanie promieniowania jonizującego na organizm człowieka".
Badania w innych krajach
Podobne wnioski wyciągnięto z badań w rejonie Kerala w Indiach, gdzie na terenie piasków monacytowych o wysokiej zawartości toru (125 km2) mieszka około 400 000 osób, poddanych działaniu tła promieniowania dochodzącego do 13 mSv/rok. W stanie Kerala badano 98 różnych typów anomalii rozwojowych wśród 37 000 noworodków. Nie znaleziono znaczących różnic wśród 26 000 noworodków w rejonie o wysokim tle promieniowania w stosunku do noworodków z rejonu o tle normalnym, a w dalszych badaniach 50 000 noworodków z HBRA stwierdzono, niższą częstość anomalii (1.46%), niż wśród 167 000 noworodków z rejonów kontrolnych (1.6% do 1.86%). Również badania gryzoni z obszaru o wysokim tle promieniowania w Kerala nie wykazały żadnych efektów genetycznych, które można byłoby przypisać działaniu promieniowania .
Rys. 6. Standardowy wskaźnik umieralności SMR [SMR (Standardized Mortality Ratio) to stosunek zgonów zaobserwowanych w badanej grupie do oczekiwanych na podstawie danych dla grupy kontrolnej, np. dla ludności w danym kraju] na raka dla Misasa, dane z (uwaga: wartości SMR oznaczają stosunek do umieralności średniej w Japonii)
Badania prowadzono także na innych terenach, np. w Misasa w Japonii, gdzie poziom promieniowania jest podwyższony wskutek istnienia źródeł o znacznej zawartości radonu i radu. Wskaźniki umieralności na raka żołądka i na wszystkie nowotwory są tam niższe niż dla rejonu kontrolnego (przedmieścia o niskim tle promieniowania) jak widać na rys. 6.
Wyniki nie wystarczające statystycznie do obalenia hipotezy, że wszystkie dawki są szkodliwe, ale pokazujące, że umieralność jest mniejsza w rejonach o podwyższonym promieniowaniu, uzyskuje się systematycznie w różnych krajach.
Dobitnym przykładem, że podwyższone tło nie wpływa ujemnie na zdrowie ludności jest Rys. 7, pokazujący średnią oczekiwaną długość życia kobiet w różnych krajach świata w zależności od zużycia energii elektrycznej. W Finlandii, gdzie zużycie energii elektrycznej jest wysokie, ludzie żyją znacznie dłużej niż w Polsce, pomimo że w Finlandii tło promieniowania jest tam jednym z najwyższych na świecie. Jak widać nie od promieniowania zależy zdrowie człowieka.
Rys. 7. Średnia oczekiwana długość życia kobiet w różnych krajach w zależności od zużycia energii elektrycznej.
Badania pracowników narażonych zawodowo na promieniowanie
Wyniki badań 95 000 pracowników przemysłu nuklearnego USA, Kanady i W. Brytanii opracowane przez Międzynarodową Agencję Badań Raka (IARC) wskazują, że w zakresie małych dawek promieniowania zachorowalność na raka nie rośnie, lecz maleje ze wzrostem otrzymanej dawki w proporcji - 7%/Sv. Względna umieralność na raka i białaczkę w funkcji dawki skumulowanej w ciągu życia otrzymanej przez pracowników narażonych na promieniowanie jonizujące pokazana jest na rys. 8, opracowanym przez autora na podstawie danych liczbowych z pracy.
Jak widać, wzrost umieralności wśród pracowników narażonych zawodowo wystąpił tylko w przypadku bardzo dużych dawek, rzędu 400 mSv, i tylko w odniesieniu do białaczki. Jest to dobrą ilustracją różnicy jakościowej w działaniu małych i dużych dawek. Przy wysokich dawkach wzrost zachorowań jest wyraźny. Natomiast dawki takie jak od elektrowni jądrowej – a więc rzędu 1 mSv łącznie przez całe życie – nie wiążą się z żadnym zagrożeniem, a przebiegi krzywych sugerują, że w tym zakresie dawek występuje obniżona umieralność na choroby nowotworowe.
Jest wiele znamiennych statystycznie wyników epidemiologicznych wskazujących na efekt hormetyczny różnych czynników, w tym i promieniowania jonizującego. Według stanu wiedzy w 2005 roku, model hormetyczny oddziaływania dawki na reakcję organizmu jest w toksykologii bardziej rozpowszechniony niż model progowy. Choć wyniki studium nie są wystarczająco znaczące statystycznie, by udowodnić, że należy odejść od hipotezy LNT, widać, że przy otrzymywaniu małych dawek i przy małej mocy dawki – a to nas interesuje w przypadku promieniowania wokoło EJ – nie ma żadnych wykrywalnych ujemnych skutków zdrowotnych.
W innym studium zbadano wpływ promieniowania na dużą grupę 28 000 pracowników stoczni Shippingport, w której remontowano okręty o napędzie jądrowym. Stwierdzono, że umieralność na raka wśród osób napromieniowanych niskimi dawkami (powyżej 5 mSv) była o 24% mniejsza niż w grupie kontrolnej złożonej z pracowników tej samej stoczni, którzy nie byli napromieniowani (patrz rys. 9).
Umieralność SMR dla stoczniowców Shippingport
Dobór grupy kontrolnej z pracowników tej samej stoczni jest o tyle ważny, że często wyniki badań wskazujących na zmniejszoną umieralność na raka wśród osób napromieniowanych ignorowano twierdząc, że są one wynikiem "efektu zdrowego pracownika". W przypadku Shippingport takie tłumaczenie jest niemożliwe, bo nie ma powodu dla którego pracownicy tej samej stoczni mieliby być "zdrowymi pracownikami" w grupie pracującej na okrętach z napędem jądrowym , a "niezdrowymi" w grupie pozostałych stoczniowców.
Również studium wykonane w Japonii, obejmujące badania 115 tysięcy pracowników poddanych małym dawkom promieniowania wykazało, że zarówno liczba zachorowań na raka jak i ogólna śmiertelność w tej populacji są mniejsze niż przeciętne dane dla odpowiedniej grupy mężczyzn w Japonii. Przy średniej dawce skumulowanej 13,9 mSv/osobę, standaryzowany wskaźnik umieralności dla całej populacji napromieniowanej wyniósł SMR = 0,83 dla wszystkich przyczyn, SMR = 0,89 dla chorób nowotworowych. A więc i w Japonii umieralność na raka wśród pracowników napromieniowanych była mniejsza od średniej.
W Wielkiej Brytanii przeprowadzono obszerne badania umieralności na raka wśród lekarzy radiologów. Stadium to objęło okres 100 lat (1897-1997), w ciągu którego lekarze otrzymywali bardzo zróżnicowane dawki promieniowania [3]. W wyniku studium określono - SMR dla zgonów ze wszystkich powodów, zgonów na raka i wszystkich zgonów nie na raka dla tych radiologów i porównano te wielkości z wartościami SMR dla trzech grup:
(I) wszystkich mężczyzn w Anglii i Walii,
(II) wszystkich mężczyzn w klasie społecznej I (do której należą lekarze)
(III) wszystkich lekarzy płci męskiej.
Jako grupa, radiolodzy zarejestrowani po 1920 (1921-1979) nie wykazują znaczącej różnicy w SMR na raka w porównaniu z innymi lekarzami. Natomiast radiolodzy mają znacznie niższy SMR na raka niż inni mężczyźni (SMR=0.63 ) lub mężczyźni z klasy społecznej I (SMR=0.82). Ponadto radiolodzy, którzy zarejestrowali się po 1920 r., mają niższy SMR dla zgonów ze wszystkich przyczyn niż inni lekarze mężczyźni (SMR=0.91), mężczyźni z klasy społecznej I (SMR=0.91) lub wszyscy mężczyźni (SMR=0.72).
Ponadto u radiologów zarejestrowanych po 1955 r. SMR na raka był o 29% niższy (wskaźnik nie znaczący statystycznie) niż dla innych lekarzy, a wskaźnik umieralności radiologów ze wszystkich przyczyn był znacznie niższy niż dla innych lekarzy. Czemu radiolodzy mieliby być zdrowsi niż inni lekarze? Zwolennicy hormezy sugerują, że może być słuszna hipoteza, że zdrowie radiologów wynikało ze stymulacji układu immunologicznego przez promieniowanie.
Skutki napromieniowania małymi dawkami w celach medycznych
Diagnostyka medyczna wiąże się często z napromieniowaniem małymi dawkami. Obszerne studia prowadzone na pacjentach dorosłych, poddanych napromieniowaniu w celach diagnostycznych nie wykazały wzrostu zachorowań. Np. analiza danych 34 000 tysięcy osób w Szwecji, którym podawano J-131 wykazała, że przy średniej dawce łącznej 1100 mSv zachorowalność na raka tarczycy wśród dorosłych nie zmieniła się.
Porównanie skutków napromieniowania terapeutycznego małymi dawkami ze skutkami jednorazowego napromieniowania w Hiroszimie i Nagasaki - kohorta ABS
W badaniach kohorty 64172 pacjentów kanadyjskich leczonych przez wielokrotne napromieniowania małymi dawkami, które łącznie sięgały od kilkunastu mSv do kilku Sv ale były otrzymywane przy średniej mocy dawki (0,6 mSv/s) okazało się, że wg stwierdzenia autora studium "nie ma żadnego związku między ryzykiem zgonu na raka a dawką". Porównanie z umieralnością na raka Japończyków z tzw. kohorty ABS (Atomic Bomb Survival), którzy przeżyli atak na Hiroszimę i Nagasaki, a więc otrzymali dawki jednorazowo przy wysokiej mocy dawki wykazało, że ryzyko przy małych mocach dawki ma zdecydowanie inny charakter. Na rysunku 10 pokazano umieralność dla grup, które otrzymały łączne dawki promieniowania zawarte w przedziale:
W przypadku kohorty ABS ryzyko wyraźnie rośnie z dawką. Natomiast w przypadku kohorty poddanej radioterapii o małych mocach dawki, mimo że łączna dawka otrzymana przez pacjenta była taka jak w kohorcie ABS, przy małych dawkach widać obniżenie umieralności na raka. Dopiero przy wysokich dawkach całkowitych ryzyko wzrasta powyżej średniej dla osób nienapromieniowanych, ale i tak jest bliskie jedności, dużo niższe niż dla kohorty ABS. Podobne wyniki uzyskano w szeregu innych studiów.
Napromieniowanie rodziców małymi dawkami również nie ma wpływu na potomstwo
Dzieci z Hiroszimy i Nagasaki, które przeżyły wybuch bomb atomowych jako płody i otrzymały dawki powyżej 0,01 Sv (średnia dawka 0,309 Sv), nie wykazały wzrostu zachorowań na raka, a żadne z nich nie umarło na białaczkę.
Międzynarodowe studium epidemiologiczne, w którym badano dzieci poczęte przez rodziców leczonych w dzieciństwie na raka przy użyciu promieniowania wykazało, że choroby genetyczne występują u nich rzadziej niż w populacji kontrolnej. W łącznej populacji 5559 dzieci urodzonych w USA i w Danii przez rodziców leczonych na raka wykryto uszkodzenia genetyczne w 239 przypadkach (0,43%), a w populacji kontrolnej w 306 przypadkach na 6564 dzieci (0,466 %). Autorzy podkreślają, że chociaż wysokie dawki promieniowania jonizującego wywoływały skutki dziedziczne w muszkach Drosophila i u myszy, nie ma
dowodów na to by napromieniowanie zarodka ludzkiego mogło spowodować uszkodzenia genetyczne w potomstwie. W kohorcie ABS, w której po napromieniowaniu w Hiroszimie i Nagasaki urodziło się 70 000 dzieci, nie znaleziono żadnych skutków genetycznych. Badania przedstawione w pracy potwierdzają, że nie należy oczekiwać takich skutków w populacji ludzkiej. Autorzy stwierdzają ostrożnie "leczenie radioterapeutyczne chorób nowotworowych nie wiąże się ze znaczącym ryzykiem, jeśli w ogóle jakiekolwiek ryzyko występuje, z punktu widzenia wad genetycznych u potomstwa".
Urząd Ochrony Radiologicznej Wielkiej Brytanii (NRPB) oznajmił w listopadzie 1999 roku że: "Wyniki nowego wielkiego studium epidemiologicznego nie zgadzają się z tezą, że narażenie rodziców na promieniowanie przed poczęciem dziecka jest przyczyną białaczki (leukaemia) i chłoniaka (non-Hodgkin lymphoma) (LNHL) u dzieci".
Tezę tę wysunęła grupa Gardnera w 1990 roku. W odpowiedzi, powołany przez rząd brytyjski Komitet d/s Aspektów Medycznych Wpływu Promieniowania w Środowisku (COMARE) zaproponował przeprowadzenie studiów szczegółowych. Po zbadaniu 36 000 dzieci w ciągu 30 lat i analizie danych 120 000 pracowników narażonych na promieniowanie Komitet stwierdził, że wyniki tego studium nie zgadzają się z tezą Gardnera.
W szczególności:
"Nie znaleziono potwierdzenia by występowało zwiększone ryzyko wśród rodziców, którzy przed poczęciem dziecka otrzymali dawkę 100 mSv lub większą, lub w ciągu 6 miesięcy przed poczęciem dawkę 10 mSv lub większą." Nie wykryto też związku między napromieniowaniem przed poczęciem dziecka a innymi kategoriami nowotworów u dzieci. Raporty brytyjskiego Komitetu ds. Aspektów Medycznych Promieniowania w Środowisku COMARE, zarówno z 1994 r jak i najnowszy raport, w którym użyto najbardziej czułych metod statystycznych i matematycznych potwierdziły, że "Nic nie wskazuje na zwiększenie zachorowalności na jakiekolwiek dziecięce choroby nowotworowe w promieniu 25 km od elektrowni jądrowych."
Osiągnięcia w badaniach procesów biologicznych po napromieniowaniu ludzi.
Analizy procesów zachodzących w organizmie człowieka wykazują, że normalne procesy metaboliczne, powodują powstawanie w każdej komórce ponad 100 milionów wolnych rodników tlenowych dziennie, grożących uszkodzeniem DNA. Do tego dochodzą szkody powodowane przez normalne dzielenie komórek i powielanie DNA, a także utrata kationów purynowych wskutek rozpadu ich wiązań, powodowanego przez normalne ciepło ciała ludzkiego. Metabolizm powoduje setki milionów razy więcej mutacji komórkowych (naprawianych i nienaprawianych) niż promieniowanie naturalne.
Aby organizm przeżył, musi on posiadać bardzo skuteczne metody usuwania wolnych rodników oraz naprawy i eliminowania uszkodzeń DNA. Metody te działają obronnie również w przypadku promieniowania jonizującego.
Ostatnie dziesięciolecie przyniosło ogromny postęp w naszym zrozumieniu procesów biologicznych, które zapewniają obronę komórek i organizmu człowieka przed zagrożeniem radiacyjnym. Okazało się, że charakter procesów obronnych jest zróżnicowany i zależny od wielkości dawki. Poprzednio obrońcy hipotezy LNT twierdzili, że zarówno małe jak i duże dawki powodują podobne uszkodzenia DNA, a procesy naprawcze mogą czasami prowadzić do błędów i zapoczątkowywać procesy rakotwórcze. Obecnie Francuska Akademia Nauk podkreśla, że chociaż uszkodzenia DNA w komórce przebiegają jednakowo niezależnie od mocy dawki, to procesy obronne istniejące na poziomie komórki, tkanki i całego organizmu są odmienne w zależności od mocy i wielkości dawki.
W szczególności przy bardzo małych dawkach (poniżej kilku mSv) aktywacja procesów obronnych przez promieniowanie powoduje zwiększenie odporności organizmu na inne zagrożenia, występujące w normalnych procesach metabolicznych. Na przykład rośnie skuteczność usuwania toksyn, takich jak aktywne utleniacze, co chroni DNA przed uszkodzeniem. Podczas gdy liczba uszkodzeń DNA wskutek procesów metabolicznych sięga miliona dziennie w każdej komórce, liczba uszkodzeń radiacyjnych w komórce przy małych mocach dawki promieniowania, np. 1 mSv/rok, wynosi około 0,005 na dzień. Podobnie jak uszkodzenia powodowane metabolizmem, uszkodzenia radiacyjne są usuwane lub naprawiane, tak że liczba mutacji pozostających po procesach naprawy biologicznej redukowana jest do około 0,000 0001 na komórkę na dzień, a więc jest miliony razy mniejsza niż z powodu procesów metabolicznych. . Uszkodzenia radiacyjne obejmują jednak większa frakcja podwójnych uszkodzeń nici DNA, powodujących niebezpieczeństwo błędnej naprawy i zainicjowania procesów kancerogennych. Pomimo to, prawdopodobieństwo uszkodzenia podwójnego z powodu promieniowania jest tysiąc razy mniejsze niż wskutek procesów metabolicznych. Tymczasem napromienienie małymi dawkami pobudza biologiczne mechanizmy obronne w naszym organizmie. Ma to skutki wielokrotnie przewyższające minimalny względny wzrost zagrożenia organizmu przez małe dawki promieniowania.
Przy bardzo małych mocach dawki nie dostrzega się żadnych ujemnych skutków napromieniowania tkanki, ponieważ uszkodzone komórki nie są naprawiane, lecz eliminowane drogą apoptozy, czyli zaprogramowanej śmierci tych komórek, w których występują nie naprawione uszkodzenia DNA. Z punktu widzenia organizmu (przy bardzo małej frakcji uszkodzonych komórek) jest to najbezpieczniejsze rozwiązanie. Wg Francuskiej Akademii Nauk, "Eliminacja tych uszkodzonych komórek zabezpiecza organizm przed potencjalnymi złośliwymi nowotworami". Tak więc małe dawki promieniowania nie dają znaczącego wkładu w procesy kancerogenne.
Przy dawkach powyżej kilku mSv, ale poniżej około 100 mSv, aktywowane są mechanizmy obronne, tak że komórki uszkodzone wskutek wszystkich przyczyn są eliminowane lub naprawiane przez procesy o wysokiej efektywności. Procesy te rozwinęły się wraz z powstaniem życia na Ziemi – gdyby nie one, żaden organizm nie przetrzymałby milionów uszkodzeń komórek zachodzących w każdej sekundzie w naszych ciałach. Skuteczność pobudzania tych procesów obronnych rośnie z dawką, tak że w zakresie kilkunastu i kilkudziesięciu mSv może występować efekt hormezy – redukcja uszkodzeń komórki wywołanych procesami metabolicznymi gra znacznie większą rolę niż możliwe niedoskonałości w procesach naprawczych. Jednakże uszkodzenia powodowane przez promieniowanie mają inny charakter niż uszkodzenia powodowane przez metabolizm:
1) frakcja uszkodzeń podwójnych nici DNA jest wyższa,
2) występują skupiska uszkodzeń powodowane przez rodniki wodorotlenowe,
3) rozkład uszkodzeń komórkowych jest bardziej heterogeniczny.
Przy większych dawkach, powyżej 100 - 200 mSv, koncentracja uszkodzonych komórek rośnie i procesy naprawcze DNA mogą przebiegać z błędami, których prawdopodobieństwo rośnie z mocą dawki. Błędy w naprawie DNA mogą prowadzić do przeżycia komórek uszkodzonych i zapoczątkowania nowotworu.
Powyżej 500 mSv tempo rozmnażania komórek rośnie, by zrekompensować utratę komórek uszkodzonych przez promieniowanie. Szybkie dzielenie komórek przeszkadza w procesach naprawczych i rośnie prawdopodobieństwo błędnej naprawy i rozwoju nowotworu.
Te różnice w procesach naprawczych tłumaczą, czemu przy małych dawkach wpływ promieniowania może być pozytywny dla zdrowia, chociaż przy dużych dawkach jest on negatywny. Badania i oceny procesów naprawy biologicznej są bardzo trudne i wciąż nie znamy w pełni ich uwarunkowań. Dlatego ICRP nadal podtrzymuje hipotezę LNT i stanowi ona podstawę przepisów o ochronie przed promieniowaniem a także analiz porównawczych, chociaż według zgodnej opinii Francuskiej Akademii Nauk i Francuskiej Akademii Medycznej obecny stan wiedzy wskazuje, że bardzo małe dawki nie są groźne.
Francuska Akademia Medyczna podkreśla, że najnowsze dane biologiczne wskazują na złożoność i różnorodność procesów molekularnych i komórkowych decydujących o przeżyciu lub mutagenezie komórki w zależności od dawki i mocy dawki. Zarówno Akademia Medyczna jak i Akademia Nauk Francji, podobnie jak wielu uczonych – np. w Polsce prof. Z. Jaworowski, wieloletni przewodniczący Rady Naukowej Centralnego Laboratorium Ochrony Radiologicznej i były przewodniczący UNSCEAR - uważają, że model hormetyczny jest najwłaściwszy do opisu procesów zachodzących po napromieniowaniu ludzi małymi dawkami.
Jak pisał prof. Hrynkiewicz w książce "Człowiek i promieniowanie jonizujące" wydanej niedawno przez PWN, "powszechne uznanie hipotezy hormezy radiacyjnej będzie miało poważne konsekwencje społeczne i ekonomiczne... nakłady finansowe związane z zabezpieczaniem ludności przed najmniejszymi nawet dawkami będą mogły być użyte w innych dziedzinach zdrowia społeczeństwa ... a informacje o dawkach kolektywnych będą miały jedynie ... orientacyjne znaczenie."
Obecnie trwają w różnych krajach prace zmierzające do zastąpienia hipotezy liniowej bezprogowej modelem, który uwzględniałby zjawisko hormezy. Francuska Akademia Nauk i Francuska Akademia Medycyny przyjęły w maju 2005 roku jednogłośnie uchwałę stwierdzającą, że hipoteza liniowa bezprogowa nie ma podstaw naukowych i że w analizach porównawczych należy uwzględniać możliwy dobroczynny wpływ promieniowania. Oznacza to zdecydowane zmniejszenie szacowanych zagrożeń ze strony małych dawek działających przez wiele pokoleń.
Według Francuskiej Akademii Nauk określanie dawki kolektywnej od tak małych dawek indywidualnych nie ma sensu. Dotychczas we wszelkich analizach porównawczych stosowano model liniowy bezprogowy i uwzględniano dawki kolektywne powodowane przez bardzo małe zagrożenia. Jednakże w 2001 r. ICRP zgodziła się z twierdzeniami uczonych przedstawianymi w różnych pracach np., że liczenie dawki kolektywnej całkowanej przez wiele pokoleń jest niewłaściwe i prowadzi do mylących wniosków. Zdaniem ICRP należy tylko zapewnić, że przyszłe pokolenia będą równie bezpieczne jak pokolenie obecne, a nie obliczać wątpliwe nawet matematycznie straty zdrowia wynikające z mnożenia zaniedbywalnie małych dawek przez ogromne liczby ludności na Ziemi i ogromne przedziały czasu. Stwierdzenia Francuskiej Akademii Nauk są kolejnym krokiem na drodze do realnego szacowania wpływu małych dawek. Wobec tego, że nawet przy uwzględnianiu owych hipotetycznych ujemnych skutków promieniowania przez bardzo długie okresy czasu wyniki porównań przemawiały zdecydowanie na korzyść energii jądrowej, obecnie proponowane podejście da jeszcze wyraźniejszą przewagę energii jądrowej.
Podsumowanie
Długoletnie badania w wielu rejonach świata i wśród różnych populacji wykazały dobitnie, że działanie małych dawek promieniowania, porównywalnych z wielkością tła naturalnego, nie spowodowało żadnych negatywnych skutków zdrowotnych ani wśród populacji dorosłej, ani wśród dzieci lub potomstwa osób narażonych na promieniowanie.
Tym nie mniej, w analizach porównawczych przejmowano dotychczas, że każda dawka promieniowania wiąże się z ryzykiem proporcjonalnie do wielkości dawki. Jak dotąd, takie podejście – pesymizujące możliwe zagrożenia ze strony energii jądrowej - pozostaje nadal w mocy.
Czołowi specjaliści w dziedzinie ochrony zdrowia wzywają do dalszych badań i znalezienia modeli, które pozwoliłyby wyjaśnić procesy zachodzące po otrzymaniu małych dawek promieniowania. Badania trwają – ale wszyscy zgadzają się, że efektów małych dawek albo nie ma, albo są one niewidoczne nawet przy badaniach największych populacji. Jednocześnie wielu poważnych naukowców i instytucje cieszące się najwyższym szacunkiem twierdzą, że większość wyników sugeruje dobroczynne działanie małych dawek promieniowania. Tak więc już dziś widać, że nie ma powodu obawiać się małych dawek promieniowania. Czy dawki powodowane przez elektrownie jądrowe są naprawdę małe, przedyskutujemy w następnym artykule.
Dotyczy hipotezy modelu liniowego bezprogowego (ang. LNT). To tak jak by ktoś był zaznajomiony z tematem. Jeśli nie, zapraszam do lektury. Temat pisany ciekawie i językiem nie wymagającym specjalistycznych studiów.
Wielkość dawek od tła naturalnego i medycyny
Promieniowanie jest normalnym elementem codziennego życia. W skali całego globu, radon wydzielany z ziemi w postaci gazowej powoduje około 50% średniej indywidualnej dawki rocznej, a dalsze 40% pochodzi od promieniowania kosmicznego i materiałów radioaktywnych znajdujących się w glebie i przenikających do naszego ciała. I to bynajmniej nie na skutek żadnych awarii jądrowych – promieniowanie było z nami od zarania dziejów, a gdy powstawało życie na Ziemi natężenie promieniowania było znacznie większe niż obecnie. Może dlatego promieniowanie jest niezbędne do życia - wiele doświadczeń potwierdziło, że w przypadku całkowitego odcięcia promieniowania rośliny i zwierzęta doświadczalne przestają się rozwijać i rozmnażać.
Zanim przejdziemy do dyskusji dawek wokoło EJ, przypomnijmy, że średnie tło promieniowania naturalnego na Ziemi wynosi 2,4 mSv/rok [Siwert (Sv) to jednostka stosowana w ochronie przed promieniowaniem, oznaczająca dawkę pochłoniętą w ciele człowieka z uwzględnieniem jej skuteczności biologicznej. W energetyce jądrowej jesteśmy zainteresowani dawkami tysiąc razy mniejszymi, oznaczanymi skrótem mSv], a dawka powodowana przez człowieka (głównie przez medycynę) 0,4 mSv/rok. Energetyka jądrowa zwiększa dawkę średnią o minimalną wielkość – około 0.006%. Główne składowe promieniowania naturalnego to:
Cytat:
* promieniowanie kosmiczne, które jest tym większe, im cieńsza jest warstwa atmosfery chroniącej nas przed promieniowaniem gwiazd – a więc im wyżej się znajdujemy. Np. w Zakopanem dawka roczna od promieniowania kosmicznego jest o 50% większa niż w Gdańsku. Moc tej dawki na poziomie morza wynosi 0,28 mSv/rok
* promieniowanie gleby, w której znajdują się pierwiastki radioaktywne, rozpadające się powoli przez miliony lat, odkąd powstała Ziemia, średnio 0,36 mSv/rok
* promieniowanie radonu i jego produktów rozpadu, bardzo zmienne w zależności od składu gleby, średnio na Ziemi równe 1,27 mS/rok
* promieniowanie pierwiastków radioaktywnych, które człowiek wchłania z pożywieniem i piciem, takich jak potas-40, czy rubid. Wskutek tego nasze własne ciała promieniują, a także promieniują inne osoby obok nas. Dawka z tych źródeł wewnętrznych w naszych organizmach wynosi 0,33 mSv/rok.
Wahania tła, powodowane głównie różnicami w zawartości radonu w glebie są bardzo duże, typowo od 2 do 10 mSv/rok, ale są okolice, gdzie moce dawki są znacznie większe, do kilkudziesięciu mSv rocznie. I tak np. tło promieniowania w Szwecji jest dwukrotnie większe niż w Polsce, a w Finlandii ponad 2,5 razy większe, jak widać na rys. 1.
Rys. 1 Średnie dawki otrzymywane przez 70 lat w różnych krajach Europy
W pewnych rejonach Brazylii, Indii, czy Iranu moce dawki są znacznie większe i dochodzą do 35 mSv/rok (Kerala, Indie lub Guarapari, Brazylia), a nawet do 260 mSv/rok (Ramsar, Iran). Wobec tak dużych różnic, naukowcy prowadzą od wielu lat badania starając się wykryć ujemny wpływ zwiększonych dawek promieniowania tła naturalnego na zdrowie człowieka. Bez skutku. Nawet w rejonach o najwyższych dawkach częstość zachorowań na raka nie jest większa niż przeciętna, a przeciwnie – co wydaje się na pierwszy rzut oka zaskakujące – jest ona często nieco niższa od przeciętnej. Powoduje to trudności w określeniu wielkości skutków promieniowania – przy małych dawkach są one po prostu niezauważalnie małe! Co zrobić więc, by mieć jakieś podstawy do oceny i porównań?
Hipoteza o liniowej zależności zagrożenia od dawki promieniowania
Wobec braku wykrywalnych efektów małych dawek promieniowania, a dążąc do maksymalnie ostrożnego postępowania z substancjami radioaktywnymi i starając się doprowadzić do przerwania prób broni jądrowej, w 1959 r. Międzynarodowa Komisja Ochrony Radiologicznej (ICRP) wprowadziła hipotezę, zwaną modelem liniowym bezprogowym LNT (Linear No Threshold). Wg LNT zagrożenie od małej dawki jest równe zagrożeniu od dawki dużej pomnożonemu przez stosunek dawek i odpowiednie współczynniki proporcjonalności. W uproszczeniu, hipoteza LNT twierdzi, że jezeli dawka mala jest 10-krotnie mniejsza niz duza, to zagrozenie jakie ona stwarza jest rowniez 10-krotnie mniejsze. Model ten zakłada, że zarówno efekty somatyczne (rak) jak i genetyczne małych dawek promieniowania są wynikiem mutacji powodowanych bezpośrednio przez promieniowanie jonizujące. Przy niskich dawkach brak jest bezpośrednich danych odnośnie istnienia zagrożenia. Trzeba więc stosować ekstrapolację z danych opisujących skutki dużych dawek promieniowania, a konkretnie skutki gwałtownego napromieniowania dużymi dawkami promieniowania ludności w Hiroszimie i Nagasaki.
Hipoteza LNT stała się podstawą ochrony radiologicznej. Na tej podstawie sformułowano zasadę ograniczania dawek tak bardzo, jak tylko jest to rozsądnie możliwe (as low as reasonably achievable - ALARA) i wprowadzono bardzo skuteczny, choć kosztowny system barier chroniących przed rozprzestrzenianiem promieniowania z elektrowni jądrowych.
Ale wiele nowszych obserwacji sugeruje, że ekstrapolacja wg modelu liniowego bezprogowego LNT jest przesadnie pesymistyczna. Badania procesów rakotwórczych wskazują jednoznacznie, że choroby nowotworowe są procesami wieloetapowymi, a takie procesy zwykle w przyrodzie mają charakter nie linowy, lecz krzywoliniowy z progiem.
Hipoteza LNT nie odpowiada naturalnym zjawiskom w przyrodzie, a w szczególności nie uwzględnia zjawiska hormezy, to jest faktu, że wiele substancji i zjawisk jest korzystnych dla życia przy małych dawkach, chociaż są one szkodliwe przy dużych dawkach [hormeza to dowolny efekt fizjologiczny występujący przy niskich dawkach, którego nie można przewidzieć na podstawie ekstrapolacji efektów toksycznych powodowanych przez wysokie dawki. Efekty hormetyczne są zwykle dobroczynne. Charakteryzują one procesy, w których małe dawki czynników szkodliwych w dużych dawkach powodują stymulację reakcji obronnych organizmu. (greckie słowo hormaein – pobudzać)]. Przykładów jest mnóstwo - aspiryna, dobroczynna przy spożywaniu jednej pigułki dziennie, chociaż szkodliwa przy jednorazowej dawce kilkuset pastylek, witaminy i mikroelementy niezbędne w małych ilościach a szkodliwe w dużych, światło słoneczne, a nawet temperatura, sprzyjająca człowiekowi, gdy wynosi 20-25 oC, a zabójcza, gdy przekracza 100 oC.
Podobnie promieniowanie jest niezbędne do życia i doświadczenia, w których otaczano organizmy żywe osłonami nieprzepuszczającymi promieniowania wykazały, że organizmy te chorowały i umierały, podczas gdy niewielki wzrost promieniowania pomagał ich rozwojowi.
Uczeni badający rolę hormezy zwracają uwagę, że teoria zależności liniowej bezprogowej LNT nie uwzględnia roli biologicznych mechanizmów obronnych, które są stymulowane przez promieniowanie. Życie rozwinęło się na Ziemi, gdy natężenie promieniowania ze źródeł geologicznych (uran, tor, potas) i źródeł wewnętrznych w organizmach żywych (potas K-40) było znacznie wyższe niż obecnie. Możliwe jest więc, że nasze mechanizmy obronne są przystosowane do najskuteczniejszego działania w polu promieniowania wyższym niż występujące obecne. W wielu doświadczeniach wykazano, że napromieniowanie organizmów małymi dawkami zwiększa ich odporność na raka i sprzyja szybszemu rozwojowi. Komitet Naukowy ONZ do badania skutków promieniowania UNSCEAR uznał znaczenie hormezy i wydał specjalny raport z zaleceniem dalszych badań pozytywnej roli promieniowania.
Dla zrozumienia sytuacji w zakresie obecnych przepisów ochrony radiologicznej, dobrze jest wiedzieć, jak mierzone jest promieniowanie. Radioaktywność opisuje intensywność źródła promieniowania. Jednostką miary radioaktywności był tradycyjnie kiur (Ci), nazwany tak na pamiątkę Marii Curie - Skłodowskiej, która odkryła rad. Jeden kiur jest wielkością radioaktywności 1 grama czystego radu. Zwykle jednak mamy do czynienia ze znacznie mniejszymi wielkościami, które mierzymy w jednostkach zwanych pCi (picokiur - milionowa część jednej milionowej kiura). W 1 pCi, tylko około 2 atomów na minutę ulega rozpadowi i emituje promieniowanie. W układzie SI jednostką aktywności jest 1 Bq (bekelerel) = 1 rozpad/s. Agencja Ochrony Środowiska (Environment Protection Agency - EPA) w USA zaproponowała limit radioaktywności dla wody pitnej równy 5 pCi na litr. Radioaktywność wody usuwanej z EJ jest ograniczona wg przepisów do 10 pCi na litr. Na pierwszy rzut oka wydaje się to rozsądne.
Ale litr normalnej wody morskiej, w której pływamy przy okazji pobytu na jakiejkolwiek plaży, zawiera średnio 350 pCi. Innymi słowy, normalna woda morska jest 35 razy bardziej radioaktywna od wody usuwanej z EJ. Mleko zawiera średnio 1400 pCi na litr. Oliwa do sałatek ma pełne 5000 pCi na litr, co oznacza, że oliwa sałatkowa jest 1000 razy bardziej radioaktywna niż woda z kranu wg limitu EPA. A jednak nikt nie twierdzi, że woda morska, mleko i oliwa sałatkowa stanowią obecnie zagrożenie radiacyjne dla społeczeństwa. Przepisy ograniczają dawki powodowane przez działania człowieka do wartości wielokrotnie mniejszych od naturalnie występujących w przyrodzie wahań tła promieniowania. Jest to skutek ostrożności specjalistów w zakresie ochrony przed promieniowaniem, którzy zgodnie z zasadą lekarzy "primum non nocere - po pierwsze nie szkodzić" starają się zapewnić, że człowiek nie zakłóci stanu istniejącego dotychczas w przyrodzie. Trzeba jednak zdawać sobie przy tym sprawę, że promieniowanie było, jest i będzie naturalnym elementem naszego świata i wcale nie jest pewne, czy rola jego jest negatywna, czy też może przeciwnie - pomocna i niezbędna dla życia.
Wobec tego, że teoretyczne zależności powinny odzwierciedlać rzeczywisty stan obserwowany w naturze, zajmijmy się przeglądem istniejących wyników badawczych dla różnych grup ludzi napromieniowanych małymi dawkami, by przekonać się, czy rację mają zwolennicy hipotezy, że każda dawka jest szkodliwa – LNT – czy też propagatorzy teorii hormezy twierdzący, że promieniowanie pobudza nasze siły obronne i prowadzi do polepszenia zdrowia człowieka.
Wpływ małych dawek promieniowania na duże grupy ludności
Badania w USA
W USA badania korelacji między tłem promieniowania a umieralnością na raka prowadzono wielokrotnie. Największe zainteresowanie budziły one na początku, gdy przeciwnicy energii jądrowej oczekiwali, że zachorowania na raka będą najczęstsze w rejonach o najwyższym tle promieniowania. Spodziewano się tysięcy "dodatkowych" zgonów powodowanych przez zwiększone promieniowanie. Ale rzeczywistość zdecydowanie zaprzeczyła tym oczekiwaniom. Okazało się, że we wszystkich stanach o podwyższonym tle promieniowania umieralność na raka jest mniejsza od przeciętnej. Wyniki te otrzymywali badacze zupełnie nie związani z energetyką jądrową, ludzie o nieposzlakowanej uczciwości, tacy jak Frigerio i Stowe (kwakrzy), którzy badali umieralność na nowotwory złośliwe w 50 stanach USA w funkcji tła promieniowania. Przed przeprowadzeniem badań oczekiwano, że umieralność na raka będzie rosła o około 350 zgonów na 100 000 mieszkańców na każdy 1 mSv/rok [według pesymistycznej hipotezy LNT, że każda dawka jest szkodliwa, przy użyciu współczynnika przyjętego przez ICRP, otrzymujemy 1,0 10-3 Sv/rok x 70 lat x 0,05 zgonu/osobo-Sv x 100 000 osób= 350 dodatkowych zgonów]. Wyniki nie wykazały takich tendencji, raczej przeciwne. Autorzy studium opisują "jak zaczęliśmy od założenia, że promieniowanie tła powoduje raka i jak fakty zmusiły nas do stwierdzenia, że tak nie jest". Jak widać na rys. 2, z pośród 14 stanów o tle promieniowania powyżej 1,4 mSv/rok (140 mrem/rok) w 12 stanach umieralność na raka była bardzo wyraźnie PONIŻEJ średniej dla USA, w jednym nieco niższa, i w jednym nieco wyższa.
Rys. 2 Umieralność na raka w funkcji tła naturalnego w różnych stanach USA. Linia pozioma i puste kółko oznaczają średnią umieralność i tło promieniowania w USA.
W 1981 badania epidemiologiczne w 39 rejonach metropolitalnych i 4 standardowych rejonach gospodarczych USA wykazały, że umieralność na raka płuc i dróg oddechowych jest niższa w rejonach o wyższym poziomie promieniowania.
Badania wpływu stężenia radonu w domach na umieralność na raka płuc przeprowadzone przez prof. Cohena objęły 1730 okręgów administracyjnych USA, w których mieszka ponad 90% ludności USA. Wyniki Cohena wykazały, że wzrost stężenia radonu w domach nie powoduje wzrostu umieralności na raka płuc – przeciwnie, dane statystyczne wskazują, że umieralność na raka jest mniejsza w rejonach o wyższym promieniowaniu radonu, jak widać na rys. 3. Rozbieżność w stosunku do wyników hipotetycznych opartych na modelu LNT jest bardzo duża, tak że wyniki tych badań są zasadniczo niezgodne z modelem LNT.
Aby wyeliminować wpływ zmiennych zakłócających, B. Cohen uwzględnił w analizie czynniki, które mogą wpływać na umieralność na raka płuc, a mianowicie, palenie tytoniu, niepewność w danych o stężeniach radonu, wpływ wartości skrajnych i dalsze 50 wskaźników socjo-ekonomicznych różnego typu. Cohen uwzględnił także wpływ geografii, wysokości nad poziomem morza i pogody, ale nachylenie pozostało ujemne.
Rys. 3 Umieralność na raka płuc w funkcji średniego stężenia radonu w domach w okręgach administracyjnych USA, porównana z umieralnością obliczoną wg modelu
liniowego LNT zamieszczonego w raporcie BEIR IV.
m/mo stosunek umieralności obliczonej wg hipotezy LNT do umieralności przy stężeniu 0 lub zarejestrowanej w badaniach przy mierzonych stężeniach radonu w domach do umieralności przy średnim stężeniu radonu w domach w USA, 1.7 pCi/litr.
Badania Cohena wzbudziły żywe zainteresowanie innych naukowców i próbowano ich wyniki zakwestionować, ale Cohen z powodzeniem odparł wszystkie zarzuty. W szczególności stawiano mu zarzut, że wprowadzanie uśredniania wyników na dużą populację jest przykładem "błędu ekologicznego" [Na czym polega „błąd ekologiczny”? Załóżmy, że dopiero wzrost promieniowania 20 razy powyżej tła (r0) powoduje raka, i że w badanym okręgu natężenie promieniowania wynosi średnio 1,5 r0, ale nie ma osób o narażeniu większym niż 20 r0. Natomiast w drugim okręgu średnie natężenie promieniowania wynosi 1.0 r0. ale 1% ludności narażony jest na promieniowanie powyżej 20 r0. W tym drugim okręgu umieralność na raka byłaby wyższa, chociaż pierwszy okręg ma większą wartość narażenia średniego. Krótko mówiąc, średnie napromieniowanie nie determinuje średniego ryzyka] Cohen replikował, że badania jego miały odpowiedzieć na pytanie, czy słuszna jest hipoteza LNT, która właśnie opiera się na całkowaniu małych bądź dużych dawek na całe narażone populacje, niezależnie od tego jaki jest rozkład dawek. Zdaniem Cohena, wyniki jego studium wyraźnie pokazały, że rzeczywistość jest inna niż wynikałoby z hipotezy LNT, tak że obliczanie liczby hipotetycznych zgonów, które miałyby być powodowane w dużych populacjach przez promieniowanie jest bezzasadne.
Analizy wpływu tła promieniowania na umieralność na raka w USA przedstawił też Jagger. Do porównania wybrał on trzy stany o niskim tle promieniowania (Luizjana, Misissippi i Alabama) i trzy stany o wysokim tle promieniowania (Idaho, Colorado, Nowy Meksyk). Średnie moce dawki promieniowania wynoszą w nich odpowiednio 2,25 i 7,16 mSv/rok, a stosunek stężenia radonu wynosi 3,9 na otwartej przestrzeni a 5,2 w domach. Według hipotezy LNT można byłoby oczekiwać większych umieralności na raka i raka płuc w rejonach o wysokim tle promieniowania i stężeniu radonu, tymczasem jest przeciwnie, jak widać na rys. 4.
Rys. 4 Mniejsza umieralność na raka w stanach USA o wyższym tle promieniowania
Wg innej pracy rzeczywiste częstości zachorowania na raka płuc w stanach USA o najwyższym tle promieniowania (Connecticut, Massachusetts, Nevada, Dakota Południowa , Utah, Wyoming) wynoszą średnio 44/rok na 100 000 mieszkańców, co stanowi tylko 14 procent częstości wnioskowanej z modelu LNT. Natomiast w stanach o najniższym tle promieniowania (Indiana Oregon Waszyngton) średnia częstość zachorowania na raka płuc wynosi 73/rok na 100 000 mieszkańców, co stanowi 390 procent częstości przewidywanej przez model LNT. Rozbieżność wobec modelu LNT jest więc ogromna - wynosi 28 razy. Autorzy pracy zwracają uwagę, że "Nie tylko rzeczywistość dalece odbiega od przewidywań opartych na LNT, ale korelacja z tłem promieniowania jest wprost przeciwna niż wynika z modelu LNT!".
Tak więc, wyniki badań w USA potwierdziły, że wśród populacji narażonych na działanie małych dawek wynikających ze zwiększonego tła promieniowania nie występują żadne obserwowalne ujemne skutki zdrowotne. Przeciwnie, w rejonach o wysokim promieniowaniu występuje mała umieralność na raka. Widać to na rys. 5 zaczerpniętym z pracy, na którym przedstawiono obok siebie mapy tła promieniowania naturalnego (a) i umieralności na raka w USA (b).
Rys. 5a Narażenie na ziemskie promieniowanie gamma na wysokości 1 m nad ziemią w USA energy.cr.usgs.gov/radon/usagamma.gif
Rys. 5b Umieralność na raka w USA
Efekty zdrowotne w populacji narażonej na wysokie tło promieniowania w Chinach
Badania obszaru o wysokim tle promieniowania (high radiation background area – HBRA) w rejonie Yangjiang w Chinach trwają od 1972 roku. Obejmują one dwa sąsiadujące obszary, łącznie 500 km^2, gdzie zwiększone tło promieniowania powodowane jest przez piaski monazytowe o dużej zawartości toru. W sąsiedztwie znajduje się rejon o niskim tle promieniowania, który wybrano jako rejon kontrolny. W rejonie kontrolnym (control area - CA) średnia dawka roczna promieniowania gamma ze źródeł zewnętrznych wynosi 2 mSv, a dawki w rejonie HBRA od 4,8 do 6,2 mSv. Dawki skumulowane rosną z wiekiem, tak że osoby 50 letnie w HBRA otrzymały średnio efektywną dawkę skumulowaną od naturalnego promieniowania gamma wynoszącą około 274 mSv. Oba tereny są zamieszkałe przez wieśniaków (93% i 94%), a struktura ludności jest podobna. Wszystkie parametry środowiskowe są podobne (np. procent palaczy w HBRA 37,9%, w CA 37,6%). Po uwzględnieniu dawek pokarmowych otrzymano średnie dawki roczne w terenie HBRA równe 6,4 mSv, a w terenie kontrolnym 2,4 mSv. Badania objęły 100 000 mieszkańców z rejonu HBRA i podobną liczbę mieszkańców rejonu kontrolnego CA.
Umieralność powodowana przez choroby nowotworowe wyniosła:
Cytat:
* w CA 53,5/100 000
* w HBRA 46,3/100 000
Aby uwzględnić lepiej skutki długotrwałego przebywania w terenie o podwyższonym tle promieniowania, porównano umieralność na choroby nowotworowe (poza białaczką) wśród osób w wieku od 40 do 70 lat. Otrzymano:
Cytat:
* w CA 168/100 000
* w HBRA 143,8 /100 000
Tak więc, w HBRA zwiększone promieniowanie występuje ze zmniejszonym ryzykiem zgonu na raka. W obszarze o wyższym promieniowaniu zaobserwowano żadnego wzrostu zachorowań, przeciwnie, optymalnym współczynnikiem dla oceny dodatkowego ryzyka (excess relative risk - ERR) powodowanego przez promieniowanie był współczynnik ujemny (ERR = -0.11). Chociaż różnice okazały się tak małe, że nie są one znaczące statystycznie, nie ulega wątpliwości, że żaden wzrost zagrożenia chorobami nowotworowymi nie występuje.
Dalsze badania potwierdziły poprzednie wyniki umacniając wniosek, że umieralność na raka jest w HBRA niższa niż w obszarze kontrolnym. Uczeni chińscy i japońscy prowadzący badania stwierdzają, że "badania w Chinach systematycznie dają wyniki sugerujące dobroczynne działanie promieniowania jonizującego na organizm człowieka".
Badania w innych krajach
Podobne wnioski wyciągnięto z badań w rejonie Kerala w Indiach, gdzie na terenie piasków monacytowych o wysokiej zawartości toru (125 km2) mieszka około 400 000 osób, poddanych działaniu tła promieniowania dochodzącego do 13 mSv/rok. W stanie Kerala badano 98 różnych typów anomalii rozwojowych wśród 37 000 noworodków. Nie znaleziono znaczących różnic wśród 26 000 noworodków w rejonie o wysokim tle promieniowania w stosunku do noworodków z rejonu o tle normalnym, a w dalszych badaniach 50 000 noworodków z HBRA stwierdzono, niższą częstość anomalii (1.46%), niż wśród 167 000 noworodków z rejonów kontrolnych (1.6% do 1.86%). Również badania gryzoni z obszaru o wysokim tle promieniowania w Kerala nie wykazały żadnych efektów genetycznych, które można byłoby przypisać działaniu promieniowania .
Rys. 6. Standardowy wskaźnik umieralności SMR [SMR (Standardized Mortality Ratio) to stosunek zgonów zaobserwowanych w badanej grupie do oczekiwanych na podstawie danych dla grupy kontrolnej, np. dla ludności w danym kraju] na raka dla Misasa, dane z (uwaga: wartości SMR oznaczają stosunek do umieralności średniej w Japonii)
Badania prowadzono także na innych terenach, np. w Misasa w Japonii, gdzie poziom promieniowania jest podwyższony wskutek istnienia źródeł o znacznej zawartości radonu i radu. Wskaźniki umieralności na raka żołądka i na wszystkie nowotwory są tam niższe niż dla rejonu kontrolnego (przedmieścia o niskim tle promieniowania) jak widać na rys. 6.
Wyniki nie wystarczające statystycznie do obalenia hipotezy, że wszystkie dawki są szkodliwe, ale pokazujące, że umieralność jest mniejsza w rejonach o podwyższonym promieniowaniu, uzyskuje się systematycznie w różnych krajach.
Dobitnym przykładem, że podwyższone tło nie wpływa ujemnie na zdrowie ludności jest Rys. 7, pokazujący średnią oczekiwaną długość życia kobiet w różnych krajach świata w zależności od zużycia energii elektrycznej. W Finlandii, gdzie zużycie energii elektrycznej jest wysokie, ludzie żyją znacznie dłużej niż w Polsce, pomimo że w Finlandii tło promieniowania jest tam jednym z najwyższych na świecie. Jak widać nie od promieniowania zależy zdrowie człowieka.
Rys. 7. Średnia oczekiwana długość życia kobiet w różnych krajach w zależności od zużycia energii elektrycznej.
Badania pracowników narażonych zawodowo na promieniowanie
Wyniki badań 95 000 pracowników przemysłu nuklearnego USA, Kanady i W. Brytanii opracowane przez Międzynarodową Agencję Badań Raka (IARC) wskazują, że w zakresie małych dawek promieniowania zachorowalność na raka nie rośnie, lecz maleje ze wzrostem otrzymanej dawki w proporcji - 7%/Sv. Względna umieralność na raka i białaczkę w funkcji dawki skumulowanej w ciągu życia otrzymanej przez pracowników narażonych na promieniowanie jonizujące pokazana jest na rys. 8, opracowanym przez autora na podstawie danych liczbowych z pracy.
Jak widać, wzrost umieralności wśród pracowników narażonych zawodowo wystąpił tylko w przypadku bardzo dużych dawek, rzędu 400 mSv, i tylko w odniesieniu do białaczki. Jest to dobrą ilustracją różnicy jakościowej w działaniu małych i dużych dawek. Przy wysokich dawkach wzrost zachorowań jest wyraźny. Natomiast dawki takie jak od elektrowni jądrowej – a więc rzędu 1 mSv łącznie przez całe życie – nie wiążą się z żadnym zagrożeniem, a przebiegi krzywych sugerują, że w tym zakresie dawek występuje obniżona umieralność na choroby nowotworowe.
Jest wiele znamiennych statystycznie wyników epidemiologicznych wskazujących na efekt hormetyczny różnych czynników, w tym i promieniowania jonizującego. Według stanu wiedzy w 2005 roku, model hormetyczny oddziaływania dawki na reakcję organizmu jest w toksykologii bardziej rozpowszechniony niż model progowy. Choć wyniki studium nie są wystarczająco znaczące statystycznie, by udowodnić, że należy odejść od hipotezy LNT, widać, że przy otrzymywaniu małych dawek i przy małej mocy dawki – a to nas interesuje w przypadku promieniowania wokoło EJ – nie ma żadnych wykrywalnych ujemnych skutków zdrowotnych.
W innym studium zbadano wpływ promieniowania na dużą grupę 28 000 pracowników stoczni Shippingport, w której remontowano okręty o napędzie jądrowym. Stwierdzono, że umieralność na raka wśród osób napromieniowanych niskimi dawkami (powyżej 5 mSv) była o 24% mniejsza niż w grupie kontrolnej złożonej z pracowników tej samej stoczni, którzy nie byli napromieniowani (patrz rys. 9).
Umieralność SMR dla stoczniowców Shippingport
Dobór grupy kontrolnej z pracowników tej samej stoczni jest o tyle ważny, że często wyniki badań wskazujących na zmniejszoną umieralność na raka wśród osób napromieniowanych ignorowano twierdząc, że są one wynikiem "efektu zdrowego pracownika". W przypadku Shippingport takie tłumaczenie jest niemożliwe, bo nie ma powodu dla którego pracownicy tej samej stoczni mieliby być "zdrowymi pracownikami" w grupie pracującej na okrętach z napędem jądrowym , a "niezdrowymi" w grupie pozostałych stoczniowców.
Również studium wykonane w Japonii, obejmujące badania 115 tysięcy pracowników poddanych małym dawkom promieniowania wykazało, że zarówno liczba zachorowań na raka jak i ogólna śmiertelność w tej populacji są mniejsze niż przeciętne dane dla odpowiedniej grupy mężczyzn w Japonii. Przy średniej dawce skumulowanej 13,9 mSv/osobę, standaryzowany wskaźnik umieralności dla całej populacji napromieniowanej wyniósł SMR = 0,83 dla wszystkich przyczyn, SMR = 0,89 dla chorób nowotworowych. A więc i w Japonii umieralność na raka wśród pracowników napromieniowanych była mniejsza od średniej.
W Wielkiej Brytanii przeprowadzono obszerne badania umieralności na raka wśród lekarzy radiologów. Stadium to objęło okres 100 lat (1897-1997), w ciągu którego lekarze otrzymywali bardzo zróżnicowane dawki promieniowania [3]. W wyniku studium określono - SMR dla zgonów ze wszystkich powodów, zgonów na raka i wszystkich zgonów nie na raka dla tych radiologów i porównano te wielkości z wartościami SMR dla trzech grup:
(I) wszystkich mężczyzn w Anglii i Walii,
(II) wszystkich mężczyzn w klasie społecznej I (do której należą lekarze)
(III) wszystkich lekarzy płci męskiej.
Jako grupa, radiolodzy zarejestrowani po 1920 (1921-1979) nie wykazują znaczącej różnicy w SMR na raka w porównaniu z innymi lekarzami. Natomiast radiolodzy mają znacznie niższy SMR na raka niż inni mężczyźni (SMR=0.63 ) lub mężczyźni z klasy społecznej I (SMR=0.82). Ponadto radiolodzy, którzy zarejestrowali się po 1920 r., mają niższy SMR dla zgonów ze wszystkich przyczyn niż inni lekarze mężczyźni (SMR=0.91), mężczyźni z klasy społecznej I (SMR=0.91) lub wszyscy mężczyźni (SMR=0.72).
Ponadto u radiologów zarejestrowanych po 1955 r. SMR na raka był o 29% niższy (wskaźnik nie znaczący statystycznie) niż dla innych lekarzy, a wskaźnik umieralności radiologów ze wszystkich przyczyn był znacznie niższy niż dla innych lekarzy. Czemu radiolodzy mieliby być zdrowsi niż inni lekarze? Zwolennicy hormezy sugerują, że może być słuszna hipoteza, że zdrowie radiologów wynikało ze stymulacji układu immunologicznego przez promieniowanie.
Skutki napromieniowania małymi dawkami w celach medycznych
Diagnostyka medyczna wiąże się często z napromieniowaniem małymi dawkami. Obszerne studia prowadzone na pacjentach dorosłych, poddanych napromieniowaniu w celach diagnostycznych nie wykazały wzrostu zachorowań. Np. analiza danych 34 000 tysięcy osób w Szwecji, którym podawano J-131 wykazała, że przy średniej dawce łącznej 1100 mSv zachorowalność na raka tarczycy wśród dorosłych nie zmieniła się.
Porównanie skutków napromieniowania terapeutycznego małymi dawkami ze skutkami jednorazowego napromieniowania w Hiroszimie i Nagasaki - kohorta ABS
W badaniach kohorty 64172 pacjentów kanadyjskich leczonych przez wielokrotne napromieniowania małymi dawkami, które łącznie sięgały od kilkunastu mSv do kilku Sv ale były otrzymywane przy średniej mocy dawki (0,6 mSv/s) okazało się, że wg stwierdzenia autora studium "nie ma żadnego związku między ryzykiem zgonu na raka a dawką". Porównanie z umieralnością na raka Japończyków z tzw. kohorty ABS (Atomic Bomb Survival), którzy przeżyli atak na Hiroszimę i Nagasaki, a więc otrzymali dawki jednorazowo przy wysokiej mocy dawki wykazało, że ryzyko przy małych mocach dawki ma zdecydowanie inny charakter. Na rysunku 10 pokazano umieralność dla grup, które otrzymały łączne dawki promieniowania zawarte w przedziale:
Cytat:
* grupa 1 – 0,01 -0,49 Sv
* grupa 2 – 0,50-0,99 Sv
* grupa 3 – 1,0 - 1,99 Sv
* grupa 4 - 2,00- 2,99 Sv
* grupa 5 - powyżej 3 Sv
W przypadku kohorty ABS ryzyko wyraźnie rośnie z dawką. Natomiast w przypadku kohorty poddanej radioterapii o małych mocach dawki, mimo że łączna dawka otrzymana przez pacjenta była taka jak w kohorcie ABS, przy małych dawkach widać obniżenie umieralności na raka. Dopiero przy wysokich dawkach całkowitych ryzyko wzrasta powyżej średniej dla osób nienapromieniowanych, ale i tak jest bliskie jedności, dużo niższe niż dla kohorty ABS. Podobne wyniki uzyskano w szeregu innych studiów.
Napromieniowanie rodziców małymi dawkami również nie ma wpływu na potomstwo
Dzieci z Hiroszimy i Nagasaki, które przeżyły wybuch bomb atomowych jako płody i otrzymały dawki powyżej 0,01 Sv (średnia dawka 0,309 Sv), nie wykazały wzrostu zachorowań na raka, a żadne z nich nie umarło na białaczkę.
Międzynarodowe studium epidemiologiczne, w którym badano dzieci poczęte przez rodziców leczonych w dzieciństwie na raka przy użyciu promieniowania wykazało, że choroby genetyczne występują u nich rzadziej niż w populacji kontrolnej. W łącznej populacji 5559 dzieci urodzonych w USA i w Danii przez rodziców leczonych na raka wykryto uszkodzenia genetyczne w 239 przypadkach (0,43%), a w populacji kontrolnej w 306 przypadkach na 6564 dzieci (0,466 %). Autorzy podkreślają, że chociaż wysokie dawki promieniowania jonizującego wywoływały skutki dziedziczne w muszkach Drosophila i u myszy, nie ma
dowodów na to by napromieniowanie zarodka ludzkiego mogło spowodować uszkodzenia genetyczne w potomstwie. W kohorcie ABS, w której po napromieniowaniu w Hiroszimie i Nagasaki urodziło się 70 000 dzieci, nie znaleziono żadnych skutków genetycznych. Badania przedstawione w pracy potwierdzają, że nie należy oczekiwać takich skutków w populacji ludzkiej. Autorzy stwierdzają ostrożnie "leczenie radioterapeutyczne chorób nowotworowych nie wiąże się ze znaczącym ryzykiem, jeśli w ogóle jakiekolwiek ryzyko występuje, z punktu widzenia wad genetycznych u potomstwa".
Urząd Ochrony Radiologicznej Wielkiej Brytanii (NRPB) oznajmił w listopadzie 1999 roku że: "Wyniki nowego wielkiego studium epidemiologicznego nie zgadzają się z tezą, że narażenie rodziców na promieniowanie przed poczęciem dziecka jest przyczyną białaczki (leukaemia) i chłoniaka (non-Hodgkin lymphoma) (LNHL) u dzieci".
Tezę tę wysunęła grupa Gardnera w 1990 roku. W odpowiedzi, powołany przez rząd brytyjski Komitet d/s Aspektów Medycznych Wpływu Promieniowania w Środowisku (COMARE) zaproponował przeprowadzenie studiów szczegółowych. Po zbadaniu 36 000 dzieci w ciągu 30 lat i analizie danych 120 000 pracowników narażonych na promieniowanie Komitet stwierdził, że wyniki tego studium nie zgadzają się z tezą Gardnera.
W szczególności:
"Nie znaleziono potwierdzenia by występowało zwiększone ryzyko wśród rodziców, którzy przed poczęciem dziecka otrzymali dawkę 100 mSv lub większą, lub w ciągu 6 miesięcy przed poczęciem dawkę 10 mSv lub większą." Nie wykryto też związku między napromieniowaniem przed poczęciem dziecka a innymi kategoriami nowotworów u dzieci. Raporty brytyjskiego Komitetu ds. Aspektów Medycznych Promieniowania w Środowisku COMARE, zarówno z 1994 r jak i najnowszy raport, w którym użyto najbardziej czułych metod statystycznych i matematycznych potwierdziły, że "Nic nie wskazuje na zwiększenie zachorowalności na jakiekolwiek dziecięce choroby nowotworowe w promieniu 25 km od elektrowni jądrowych."
Osiągnięcia w badaniach procesów biologicznych po napromieniowaniu ludzi.
Analizy procesów zachodzących w organizmie człowieka wykazują, że normalne procesy metaboliczne, powodują powstawanie w każdej komórce ponad 100 milionów wolnych rodników tlenowych dziennie, grożących uszkodzeniem DNA. Do tego dochodzą szkody powodowane przez normalne dzielenie komórek i powielanie DNA, a także utrata kationów purynowych wskutek rozpadu ich wiązań, powodowanego przez normalne ciepło ciała ludzkiego. Metabolizm powoduje setki milionów razy więcej mutacji komórkowych (naprawianych i nienaprawianych) niż promieniowanie naturalne.
Aby organizm przeżył, musi on posiadać bardzo skuteczne metody usuwania wolnych rodników oraz naprawy i eliminowania uszkodzeń DNA. Metody te działają obronnie również w przypadku promieniowania jonizującego.
Ostatnie dziesięciolecie przyniosło ogromny postęp w naszym zrozumieniu procesów biologicznych, które zapewniają obronę komórek i organizmu człowieka przed zagrożeniem radiacyjnym. Okazało się, że charakter procesów obronnych jest zróżnicowany i zależny od wielkości dawki. Poprzednio obrońcy hipotezy LNT twierdzili, że zarówno małe jak i duże dawki powodują podobne uszkodzenia DNA, a procesy naprawcze mogą czasami prowadzić do błędów i zapoczątkowywać procesy rakotwórcze. Obecnie Francuska Akademia Nauk podkreśla, że chociaż uszkodzenia DNA w komórce przebiegają jednakowo niezależnie od mocy dawki, to procesy obronne istniejące na poziomie komórki, tkanki i całego organizmu są odmienne w zależności od mocy i wielkości dawki.
W szczególności przy bardzo małych dawkach (poniżej kilku mSv) aktywacja procesów obronnych przez promieniowanie powoduje zwiększenie odporności organizmu na inne zagrożenia, występujące w normalnych procesach metabolicznych. Na przykład rośnie skuteczność usuwania toksyn, takich jak aktywne utleniacze, co chroni DNA przed uszkodzeniem. Podczas gdy liczba uszkodzeń DNA wskutek procesów metabolicznych sięga miliona dziennie w każdej komórce, liczba uszkodzeń radiacyjnych w komórce przy małych mocach dawki promieniowania, np. 1 mSv/rok, wynosi około 0,005 na dzień. Podobnie jak uszkodzenia powodowane metabolizmem, uszkodzenia radiacyjne są usuwane lub naprawiane, tak że liczba mutacji pozostających po procesach naprawy biologicznej redukowana jest do około 0,000 0001 na komórkę na dzień, a więc jest miliony razy mniejsza niż z powodu procesów metabolicznych. . Uszkodzenia radiacyjne obejmują jednak większa frakcja podwójnych uszkodzeń nici DNA, powodujących niebezpieczeństwo błędnej naprawy i zainicjowania procesów kancerogennych. Pomimo to, prawdopodobieństwo uszkodzenia podwójnego z powodu promieniowania jest tysiąc razy mniejsze niż wskutek procesów metabolicznych. Tymczasem napromienienie małymi dawkami pobudza biologiczne mechanizmy obronne w naszym organizmie. Ma to skutki wielokrotnie przewyższające minimalny względny wzrost zagrożenia organizmu przez małe dawki promieniowania.
Przy bardzo małych mocach dawki nie dostrzega się żadnych ujemnych skutków napromieniowania tkanki, ponieważ uszkodzone komórki nie są naprawiane, lecz eliminowane drogą apoptozy, czyli zaprogramowanej śmierci tych komórek, w których występują nie naprawione uszkodzenia DNA. Z punktu widzenia organizmu (przy bardzo małej frakcji uszkodzonych komórek) jest to najbezpieczniejsze rozwiązanie. Wg Francuskiej Akademii Nauk, "Eliminacja tych uszkodzonych komórek zabezpiecza organizm przed potencjalnymi złośliwymi nowotworami". Tak więc małe dawki promieniowania nie dają znaczącego wkładu w procesy kancerogenne.
Przy dawkach powyżej kilku mSv, ale poniżej około 100 mSv, aktywowane są mechanizmy obronne, tak że komórki uszkodzone wskutek wszystkich przyczyn są eliminowane lub naprawiane przez procesy o wysokiej efektywności. Procesy te rozwinęły się wraz z powstaniem życia na Ziemi – gdyby nie one, żaden organizm nie przetrzymałby milionów uszkodzeń komórek zachodzących w każdej sekundzie w naszych ciałach. Skuteczność pobudzania tych procesów obronnych rośnie z dawką, tak że w zakresie kilkunastu i kilkudziesięciu mSv może występować efekt hormezy – redukcja uszkodzeń komórki wywołanych procesami metabolicznymi gra znacznie większą rolę niż możliwe niedoskonałości w procesach naprawczych. Jednakże uszkodzenia powodowane przez promieniowanie mają inny charakter niż uszkodzenia powodowane przez metabolizm:
1) frakcja uszkodzeń podwójnych nici DNA jest wyższa,
2) występują skupiska uszkodzeń powodowane przez rodniki wodorotlenowe,
3) rozkład uszkodzeń komórkowych jest bardziej heterogeniczny.
Przy większych dawkach, powyżej 100 - 200 mSv, koncentracja uszkodzonych komórek rośnie i procesy naprawcze DNA mogą przebiegać z błędami, których prawdopodobieństwo rośnie z mocą dawki. Błędy w naprawie DNA mogą prowadzić do przeżycia komórek uszkodzonych i zapoczątkowania nowotworu.
Powyżej 500 mSv tempo rozmnażania komórek rośnie, by zrekompensować utratę komórek uszkodzonych przez promieniowanie. Szybkie dzielenie komórek przeszkadza w procesach naprawczych i rośnie prawdopodobieństwo błędnej naprawy i rozwoju nowotworu.
Te różnice w procesach naprawczych tłumaczą, czemu przy małych dawkach wpływ promieniowania może być pozytywny dla zdrowia, chociaż przy dużych dawkach jest on negatywny. Badania i oceny procesów naprawy biologicznej są bardzo trudne i wciąż nie znamy w pełni ich uwarunkowań. Dlatego ICRP nadal podtrzymuje hipotezę LNT i stanowi ona podstawę przepisów o ochronie przed promieniowaniem a także analiz porównawczych, chociaż według zgodnej opinii Francuskiej Akademii Nauk i Francuskiej Akademii Medycznej obecny stan wiedzy wskazuje, że bardzo małe dawki nie są groźne.
Francuska Akademia Medyczna podkreśla, że najnowsze dane biologiczne wskazują na złożoność i różnorodność procesów molekularnych i komórkowych decydujących o przeżyciu lub mutagenezie komórki w zależności od dawki i mocy dawki. Zarówno Akademia Medyczna jak i Akademia Nauk Francji, podobnie jak wielu uczonych – np. w Polsce prof. Z. Jaworowski, wieloletni przewodniczący Rady Naukowej Centralnego Laboratorium Ochrony Radiologicznej i były przewodniczący UNSCEAR - uważają, że model hormetyczny jest najwłaściwszy do opisu procesów zachodzących po napromieniowaniu ludzi małymi dawkami.
Jak pisał prof. Hrynkiewicz w książce "Człowiek i promieniowanie jonizujące" wydanej niedawno przez PWN, "powszechne uznanie hipotezy hormezy radiacyjnej będzie miało poważne konsekwencje społeczne i ekonomiczne... nakłady finansowe związane z zabezpieczaniem ludności przed najmniejszymi nawet dawkami będą mogły być użyte w innych dziedzinach zdrowia społeczeństwa ... a informacje o dawkach kolektywnych będą miały jedynie ... orientacyjne znaczenie."
Obecnie trwają w różnych krajach prace zmierzające do zastąpienia hipotezy liniowej bezprogowej modelem, który uwzględniałby zjawisko hormezy. Francuska Akademia Nauk i Francuska Akademia Medycyny przyjęły w maju 2005 roku jednogłośnie uchwałę stwierdzającą, że hipoteza liniowa bezprogowa nie ma podstaw naukowych i że w analizach porównawczych należy uwzględniać możliwy dobroczynny wpływ promieniowania. Oznacza to zdecydowane zmniejszenie szacowanych zagrożeń ze strony małych dawek działających przez wiele pokoleń.
Według Francuskiej Akademii Nauk określanie dawki kolektywnej od tak małych dawek indywidualnych nie ma sensu. Dotychczas we wszelkich analizach porównawczych stosowano model liniowy bezprogowy i uwzględniano dawki kolektywne powodowane przez bardzo małe zagrożenia. Jednakże w 2001 r. ICRP zgodziła się z twierdzeniami uczonych przedstawianymi w różnych pracach np., że liczenie dawki kolektywnej całkowanej przez wiele pokoleń jest niewłaściwe i prowadzi do mylących wniosków. Zdaniem ICRP należy tylko zapewnić, że przyszłe pokolenia będą równie bezpieczne jak pokolenie obecne, a nie obliczać wątpliwe nawet matematycznie straty zdrowia wynikające z mnożenia zaniedbywalnie małych dawek przez ogromne liczby ludności na Ziemi i ogromne przedziały czasu. Stwierdzenia Francuskiej Akademii Nauk są kolejnym krokiem na drodze do realnego szacowania wpływu małych dawek. Wobec tego, że nawet przy uwzględnianiu owych hipotetycznych ujemnych skutków promieniowania przez bardzo długie okresy czasu wyniki porównań przemawiały zdecydowanie na korzyść energii jądrowej, obecnie proponowane podejście da jeszcze wyraźniejszą przewagę energii jądrowej.
Podsumowanie
Długoletnie badania w wielu rejonach świata i wśród różnych populacji wykazały dobitnie, że działanie małych dawek promieniowania, porównywalnych z wielkością tła naturalnego, nie spowodowało żadnych negatywnych skutków zdrowotnych ani wśród populacji dorosłej, ani wśród dzieci lub potomstwa osób narażonych na promieniowanie.
Tym nie mniej, w analizach porównawczych przejmowano dotychczas, że każda dawka promieniowania wiąże się z ryzykiem proporcjonalnie do wielkości dawki. Jak dotąd, takie podejście – pesymizujące możliwe zagrożenia ze strony energii jądrowej - pozostaje nadal w mocy.
Czołowi specjaliści w dziedzinie ochrony zdrowia wzywają do dalszych badań i znalezienia modeli, które pozwoliłyby wyjaśnić procesy zachodzące po otrzymaniu małych dawek promieniowania. Badania trwają – ale wszyscy zgadzają się, że efektów małych dawek albo nie ma, albo są one niewidoczne nawet przy badaniach największych populacji. Jednocześnie wielu poważnych naukowców i instytucje cieszące się najwyższym szacunkiem twierdzą, że większość wyników sugeruje dobroczynne działanie małych dawek promieniowania. Tak więc już dziś widać, że nie ma powodu obawiać się małych dawek promieniowania. Czy dawki powodowane przez elektrownie jądrowe są naprawdę małe, przedyskutujemy w następnym artykule.
10
