ОСОБЕННОСТИ РАДИАЦИОННОГО НОРМИРОВАНИЯ В СССР (РОССИИ) И США ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ДЛИТЕЛЬНЫМ ПИЛОТИРУЕМЫМ КОСМИЧЕСКИМ ПОЛЁТАМ

Аннотация:

В работе в ретроспективном плане с 60-х годов прошлого века до настоящего времени рассмотрены согласованные подходы в нашей стране и в США при решении вопросов обеспечения радиационной безопасности и радиационного нормирования кратковременных космических полётов и установлении предельных уровней радиационного воздействия на космонавтов и астронавтов. В то же время для длительных космических полетов показаны некоторые принципиальные различия в выборе критериев радиационной опасности сложного (в отличие от наземного) характера радиационного воздействия космических излучений. Отмечены также различия в моделях формирования радиационного поражения организма с учётом восстановительных и компенсаторных процессов. Проведено тщательное экспериментальное и модельное обоснование не только риска ближайших эффектов, но главное и неблагоприятных отдалённых последствий воздействия на космонавтов космических излучений. Для решения вопросов нормирования в России и установления пределов доз для космонавтов представлены результаты уникальных экспериментов и разработаны количественные подходы к определению состояния ведущих регуляторных систем, резервов организма, суммарного радиационного риска в течение всей жизни космонавтов, а также возможного сокращения средней предстоящей продолжительности жизни (СППЖ). Ключевые слова: поглощённая и эквивалентная доза в органе и ткани; среднетканевая доза; эффективная доза; обобщённая доза; первичная лучевая реакция; резервы организма; суммарный в течение жизни радиационный риск; сокращение продолжительности жизни. К началу первых полётов человека уровень наших знаний о физических параметрах ионизирующих излучений в околоземном пространстве, методах и средствах их индикации, а также о биологических эффектах космической радиации был уже достаточно высоким, позволяющим эффективно использовать эти сведения для создания научно обоснованной системы мероприятий по радиационной безопасности членов экипажей космических кораблей. Обеспечение радиационной безопасности в период 1960-1964 гг. осуществлялось сотрудниками Институтов биофизики Минздрава СССР и ГНИИИ авиакосмической медицины МО СССР, а в последующие годы эту задачу решали в большей мере в Институте медико-биологических проблем Минздрава СССР. Вопросам опасности пилотируемых полётов в космос и решению вопросов нормирования был посвящён ряд докладов сотрудников этих институтов на международных конференциях в Афинах, Париже и Варшаве. Состоялось совместное обсуждение физиологов и радиобиологов СССР и США в ряде астронавтических конгрессов по обоснованию пределов доз радиационного воздействия (РВ) для космонавтов, астронавтов во время кратковременных пилотируемых орбитальных космических полётов. Период согласованных подходов Действующие на начальной фазе освоения космоса нормативные документы регламентировали допустимые дозы РВ для кратковременных орбитальных полётов, а также для возможных полётов на трассе Земля-Луна-Земля с общей продолжительностью до 30 суток. Эти документы были основаны на анализе большого объема радиобиологических данных по острому облучению крупных млекопитающих в различных дозах, данных по аварийному облучению людей. При разработке таких данных был обобщён в том числе и большой клинический материал, касающийся осложнений при лучевой терапии. При нормировании радиационного воздействия применительно к кратковременным полётам в нормативных документах СССР и США критерии оценки опасности совпадали практически полностью и основная задача сводилась к ограничению уровня острого облучения за счёт протонов солнечных космических лучей (CKJ1) с целью недопущения возможности развития первичной лучевой реакции (ПЛР) средней степени тяжести, связанной с риском развития головокружения, тошноты, рвоты и заметных цитопенических реакций в системе кроветворения для исключения сколько-нибудь значимого снижения работоспособности космонавтов во время орбитальных полётов. В качестве допустимой дозы РВ при развитии мощного солнечного протонного события (СПС) в России была рекомендована доза 15 сЗв. Ввиду стохастического характера воздействия протонов СКЛ и жёстких ограничений по толщине и весу защиты космического аппарата вводилось также понятие дозы оправданного риска (ДОР). В качестве ДОР рекомендовали дозу 50 сЗв на костный мозг (на глубине 5 см ткани), при которой лишь в единичных случаях могут случаться лёгкие проявления первичной лучевой реакции. Также было рекомендовано использовать понятие «критическая доза», равная 125 сЗв. Эта доза устанавливалась как критерий для решения вопроса о дальнейшем продолжении полёта в условиях ухудшенной радиационной ситуации. Указанные дозы должны использоваться на всех этапах разработки и эксплуатации космических кораблей. В США использовали регламенты доз близкие к российским. Во-первых, это дозы, предназначенные для проектировщиков и лиц, разрабатывающих программу полёта, и, во-вторых, это оперативные дозы (критерии) для использования во время полёта. Для программы «Аполлон» утверждена допустимая (планируемая) доза 25 сЗв на глубине 5 см (точка, соответствующая средней глубине для кроветворной ткани) и максимальная оперативная доза 50 сЗв на глубине 5 см, а также 400 сЗв для кожи (на глубине 0,1 мм). По мере увеличения длительности полётов возникла необходимость учитывать реакцию организма в процессе полёта на относительно кратковременные стохастически распределённые во времени воздействия протонов СКЛ на фоне хронического облучения от детерминированных источников радиационной опасности: галактических космических лучей (ГКЛ),и радиационных поясов Земли (РПЗ). В последующие годы разработка нормативов по радиационной безопасности проводилась в указанных трёх институтах применительно к более опасным радиационным условиям длительных межпланетных полётов. Аналогичные разработки проводились и в США. При этом в США при установлении пределов доз для полётов различной продолжительности осталось лишь требование сохранить удовлетворительной работоспособность космонавтов во время полётов для исключения ПЛР и заметное снижение содержания функциональных клеток в периферической крови. Поэтому в последующих редакциях нормативных документов сохранялись предельные уровни доз за месяц для кроветворной ткани астронавтов равных 25 сЗв. Годовой предел влияния РВ на костный мозг вместо первоначального значения 50 сЗв был ус+ановлен несколько выше 75 сЗв в 1970 г., а в 1989 г. этот предел вернулся к исходному значению в 98-й публикации национальной комиссии по радиологической защите (НКРЗ) США и сохраняется до настоящего времени. Исходные пределы доз за год на хрусталик глаза и кожу в первоначальном документе США устанавливались в 1,5 и 3 раза более высокими - 112 и 225 сЗв, а в окончательном виде в настоящее время установлены равными 200 и 300 сЗв/год, что в 4 и 6 раз выше по сравнению с пределом дозы для костного мозга. Рассматривая риск развития канцерогенеза в качестве вреда отдалённых неблагоприятных радиационных последствий и исходя из требования ограничения дополнительного 3%-го уровня смертности по этой причине, предельное значение эквивалентной дозы на костный мозг за всю карьеру космонавтов и астронавтов в первых нормативных документах СССР и США было установлено равным 400 сЗв. В последующих редакциях нормативов США предельные дозы устанавливались в зависимости от возраста астронавта в начале космической карьеры и в 132-й рекомендации НКРЗ США граничные значения дозы за карьеру астронавтов США, начинавших полёты в возрасте 25, 35, 45 и 55 лет, составили 70, 100, 150 и 290 сЗв соответственно. Принципиальные отличия в подходах по обеспечению радиационной безопасности космонавтов и радиационному нормированию в СССР (России) Уже на первых этапах освоения космического пространства в СССР после осуществления первых пилотируемых орбитальных полётов генеральный конструктор космической программы академик С.П. Королёв выдвинул новую перспективную программу осуществления пилотируемого полёта на Марс. В 1964 г. перед научным коллективом вновь образованного Института медико-биологических проблем Минздрава СССР была поставлена научно-практическая задача - получить экспериментальные данные к обоснованию допустимых уровней радиационного воздействия на космонавтов в условиях длительного космического полёта к Марсу. Для решения вопросов по обеспечению радиационной безопасности экипажей космических аппаратов при длительных космических полётах уже в 1966 г. была осуществлена постановка многолетнего 14-летнего эксперимента с хроническим 3- и 6-летним непрерывным (22 ч в сутки) облучением 250 беспородных собак в широком диапазоне доза год (21, 62 и 125 сЗв/год), моделирующем возможные величины эквивалентных доз от ГКЛ. Две группы собак наряду с непрерывным облучением в дозе 62 сЗв/год подвергались через каждые 4 мес острому в течение суток облучению в среднетканевых дозах 42 и 8 сЗв, моделирующему воздействие СКЛ. Основная задача данного «хронического эксперимента» состояла в том, чтобы по результатам клинических, физиологических, гематологических, иммунологических, морфологических и ряда других исследований получить данные об Изменении функционального состояния большого количества собак в процессе длительного облучения, моделирующего домовые нагрузки при полете на Марс, и оценить состояние организма собак после его окончания. Основные результаты, полученные процессе облучения, данные о восстановлении в различных системах организма в пострадиационном периоде и материалы об отдалённых последствиях облучения собак обобщены в ряде коллективных Монографий. В результате проведённого эксперимента было показано, что в совокупности систем, принимающих участие в регуляции физиологических функций организма и осуществлении его компенсаторно-приспособительных реакций, развивались гистоморфологические изменения, указывающие на уменьшение функциональных возможностей этих систем и уменьшение их активности с увеличением мощности дозы и времени облучения. Наблюдались нарастающие морфологические изменения внутренних органов и тканей у облучённых животных в структурах центральной нервной системы, железах внутренней секреции, почках, печени эндотелии сосудов. Отмечались серьёзные сосудистые нарушения в большинстве органов и тканей: сердце, лёгких, почках, печени и др. Эти факты указывали на более быстрое истощение резервов и компенсаторных возможностей организма, более раннее развитие возрастных изменений. Уменьшение компенсаторных возможностей со стороны нейроэндокринной и сердечно-сосудистой систем, развитие дегенеративных и склеротических изменений в органах и тканях привело к заметному снижению жизнеспособности организма, возрастанию частоты заболеваний и скорости смертности собак в последние годы облучения и в отдалённом периоде. За период с 1983 по 1990 г. в СССР был разработан и утверждён комплекс Государственных стандартов и Методических указаний под общим названием «Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полёте (БРЭКАКП)», который включал Модели космоса и основные характеристики источников радиационного воздействия, методы расчётов поглощённых и эквивалентных доз при прохождении источников космических излучений через различные защитные материалы с учётом вклада вторичных излучений, модели радиобиологических эффектов, используемые ддя расчётов радиационного риска. Общее количество нормативных документов подробно отражено в работах. Для оценки опасности сложного, принципиально отличающегося от наземного характера радиационного воздействия в условиях космического пространства в работах разработан алгоритм для приведения его к стандартным условиям облучения на Земле (острое равномерное облучение от источников рентгеновского или гамма-излучений). Были введены понятия обобщённых доз H, и Но применительно к оценкам радиационных рисков для космонавтов в ближайшем (в процессе полета различной продолжительности) и в отдалённом периодах. Для стандартных условий на Земле в настоящее время уже известны зависимости ближайших и отдалённых биологических эффектов от режимов радиационного воздействия. Алгоритм расчёта обобщённых доз Н и Но представлен уравнениями (1) и (2): где Н - обобщённая доза; D, - среднетканевая поглощённая доза от различных источников радиационной опасности в условиях космическогф пространства: ГКЛ, CКЛ, протонов радиационных поясов Земли (РПЗ) и потоков вторичных частиц из защиты космических аппаратов, включая нейтроны; ККБ, - коэффициент качества излучения, определяемый на основе регламентированной его зависимости от линейной передачи энергии (ЛПЭ) согласно международным нормативным документам и стандарту СССР ГОСТ 25645.218-90 по проблеме БРЭКАКП; КВЬ, - коэффициент времени - временной неравномерности радиационного воздействия, учитывающий влияние мощности дозы и характера распределения дозы во времени на радиобиологический эффект, приводящий эффекты протяжённых и фракционированныъ воздействий к эффектам при однократном остром облучении К началу первых полётов человека уровень наших знаний о физических параметрах ионизирующих излучений в околоземном пространстве, методах и средствах их индикации, а также о биологических эффектах космической радиации был уже достаточно высоким, позволяющим эффективно использовать эти сведения для создания научно обоснованной системы мероприятий по радиационной безопасности членов экипажей космических кораблей. Обеспечение радиационной безопасности в период 1960-1964 гг. осуществлялось сотрудниками Институтов биофизики Минздрава СССР и ГНИИИ авиакосмической медицины МО СССР, а в последующие годы эту задачу решали в большей мере в Институте медико-биологических проблем Минздрава СССР. Вопросам опасности пилотируемых полётов в космос и решению вопросов нормирования был посвящён ряд докладов сотрудников этих институтов на международных конференциях в Афинах, Париже и Варшаве. Состоялось совместное обсуждение физиологов и радиобиологов СССР и США в ряде астронавтических конгрессов по обоснованию пределов доз радиационного воздействия (РВ) для космонавтов, астронавтов во время кратковременных пилотируемых орбитальных космических полётов. Период согласованных подходов Действующие на начальной фазе освоения космоса нормативные документы регламентировали допустимые дозы РВ для кратковременных орбитальных полётов, а также для возможных полётов на трассе Земля-Луна-Земля с общей продолжительностью до 30 суток. Эти документы были основаны на анализе большого объема радиобиологических данных по острому облучению крупных млекопитающих в различных дозах, данных по аварийному облучению людей. При разработке таких данных был обобщён в том числе и большой клинический материал, касающийся осложнений при лучевой терапии. При нормировании радиационного воздействия применительно к кратковременным полётам в нормативных документах СССР и США критерии оценки опасности совпадали практически полностью и основная задача сводилась к ограничению уровня острого облучения за счёт протонов солнечных космических лучей (CKJ1) с целью недопущения возможности развития первичной лучевой реакции (ПЛР) средней степени тяжести, связанной с риском развития головокружения, тошноты, рвоты и заметных цитопенических реакций в системе кроветворения для исключения сколько-нибудь значимого снижения работоспособности космонавтов во время орбитальных полётов. В качестве допустимой дозы РВ при развитии мощного солнечного протонного события (СПС) в России была рекомендована доза 15 сЗв. Ввиду стохастического характера воздействия протонов СКЛ и жёстких ограничений по толщине и весу защиты космического аппарата вводилось также понятие дозы оправданного риска (ДОР). В качестве ДОР рекомендовали дозу 50 сЗв на костный мозг (на глубине 5 см ткани), при которой лишь в единичных случаях могут случаться лёгкие проявления первичной лучевой реакции. Также было рекомендовано использовать понятие «критическая доза», равная 125 сЗв. Эта доза устанавливалась как критерий для решения вопроса о дальнейшем продолжении полёта в условиях ухудшенной радиационной ситуации. Указанные дозы должны использоваться на всех этапах разработки и эксплуатации космических кораблей. В США использовали регламенты доз близкие к российским. Во-первых, это дозы, предназначенные для проектировщиков и лиц, разрабатывающих программу полёта, и, во-вторых, это оперативные дозы (критерии) для использования во время полёта. Для программы «Аполлон» утверждена допустимая (планируемая) доза 25 сЗв на глубине 5 см (точка, соответствующая средней глубине для кроветворной ткани) и максимальная оперативная доза 50 сЗв на глубине 5 см, а также 400 сЗв для кожи (на глубине 0,1 мм). По мере увеличения длительности полётов возникла необходимость учитывать реакцию организма в процессе полёта на относительно кратковременные стохастически распределённые во времени воздействия протонов СКЛ на фоне хронического облучения от детерминированных источников радиационной опасности: галактических космических лучей (ГКЛ),и радиационных поясов Земли (РПЗ). В последующие годы разработка нормативов по радиационной безопасности проводилась в указанных трёх институтах применительно к более опасным радиационным условиям длительных межпланетных полётов. Аналогичные разработки проводились и в США. При этом в США при установлении пределов доз для полётов различной продолжительности осталось лишь требование сохранить удовлетворительной работоспособность космонавтов во время полётов для исключения ПЛР и заметное снижение содержания функциональных клеток в периферической крови. Поэтому в последующих редакциях нормативных документов сохранялись предельные уровни доз за месяц для кроветворной ткани астронавтов равных 25 сЗв. Годовой предел влияния РВ на костный мозг вместо первоначального значения 50 сЗв был ус+ановлен несколько выше 75 сЗв в 1970 г., а в 1989 г. этот предел вернулся к исходному значению в 98-й публикации национальной комиссии по радиологической защите (НКРЗ) США и сохраняется до настоящего времени. Исходные пределы доз за год на хрусталик глаза и кожу в первоначальном документе США устанавливались в 1,5 и 3 раза более высокими - 112 и 225 сЗв, а в окончательном виде в настоящее время установлены равными 200 и 300 сЗв/год, что в 4 и 6 раз выше по сравнению с пределом дозы для костного мозга. Рассматривая риск развития канцерогенеза в качестве вреда отдалённых неблагоприятных радиационных последствий и исходя из требования ограничения дополнительного 3%-го уровня смертности по этой причине, предельное значение эквивалентной дозы на костный мозг за всю карьеру космонавтов и астронавтов в первых нормативных документах СССР и США было установлено равным 400 сЗв. В последующих редакциях нормативов США предельные дозы устанавливались в зависимости от возраста астронавта в начале космической карьеры и в 132-й рекомендации НКРЗ США граничные значения дозы за карьеру астронавтов США, начинавших полёты в возрасте 25, 35, 45 и 55 лет, составили 70, 100, 150 и 290 сЗв соответственно. Принципиальные отличия в подходах по обеспечению радиационной безопасности космонавтов и радиационному нормированию в СССР (России) Уже на первых этапах освоения космического пространства в СССР после осуществления первых пилотируемых орбитальных полётов генеральный конструктор космической программы академик С.П. Королёв выдвинул новую перспективную программу осуществления пилотируемого полёта на Марс. В 1964 г. перед научным коллективом вновь образованного Института медико-биологических проблем Минздрава СССР была поставлена научно-практическая задача - получить экспериментальные данные к обоснованию допустимых уровней радиационного воздействия на космонавтов в условиях длительного космического полёта к Марсу. Для решения вопросов по обеспечению радиационной безопасности экипажей космических аппаратов при длительных космических полётах уже в 1966 г. была осуществлена постановка многолетнего 14-летнего эксперимента с хроническим 3- и 6-летним непрерывным (22 ч в сутки)1 облучением 250 беспородных собак в широком диапазоне доз1за год (21, 62 и 125 сЗв/год), моделирующем возможные величины эквивалентных доз от ГКЛ. Две группы собак наряду с непрерывным облучением в дозе 62 сЗв/год подвергались через каждые 4 мес острому в течение суток облучению в среднетканевых дозах 42 и 8 сЗв, моделирующему воздействие СКЛ. Основная задача данного «хронического эксперимента» состояла в том, чтобы по результатам клинических, физиологических, гематологических, иммунологических, морфологических и ряда других исследований получить данные об Изменении функционального состояния большого количества собак в процессе длительного облучения, моделирующего домовые нагрузки при полете на Марс, и оценить состояние организма собак после его окончания. Основные результаты, полученные процессе облучения, данные о восстановлении в различных системах организма в пострадиационном периоде и материалы ного радиационного воздействия; КМБ - коэффициент модификации радиационного ответа организма за счёт дополнительного воздействия нерадиационных стрессовых факторов полёта. Для вычисления значений указанных коэффициентов были привлечены результаты многочисленных радиобиологических экспериментальных исследований, проводимых с 60-х годов прошлого века в различных лабораториях мира, в том числе в СССР в Институтах биофизики АН СССР и Минздрава СССР, в ГНИИ авиационной и космической медицины, в Институте медико-биологических проблем Минздрава СССР, на ускорителях в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, а также других Институтах и Центрах, связанных с исследованиями по радиационной гигиене и медицинской радиологии. Многочисленные эксперименты на пучках ускоренных протонов с энергией 30-650 МэВ, проводимые в Дубне совместно с сотрудниками ОИЯИ, показали, что биологическая эффективность протонов несколько ниже жесткого рентгеновского излучения и практически совпадает с эффективностью гамма-излучения. Коэффициент относительной биологической эффективности протонов оценивался равным 1,0. Экспериментальные исследования по определению биологической эффективности нейтронов и ускоренных ионов различных энергий, как и анализ данных литературы, позволили разработать указанный выше ГОСТ 25645.218-90, определяющий зависимость коэффициентов качества от ЛПЭ. К определению значений КВБ и учету восстановительных процессов Для определения значений коэффициентов временной неравномерности радиационного воздействия КВБ в СССР была разработана модель формирования радиационного поражения организма при повторных острых радиационных воздействиях, а также при хронических облучениях с различными мощностями доз с учётом восстановительных процессов (модель эффективной остаточной дозы). В отличие от представленной ранее в США модели Н.А. Блэра она учитывала быстрые процессы восстановления на клеточном уровне и снижение скорости восстановления на уровне организма в зависимости от возраста биологических объектов, а также от мощности дозы и длительности облучения. Модель, разработанная в СССР, в частности, учитывала значительное снижение эффективности воздействия СКЛ при уменьшении плотности потока протонов и мощности дозы радиационного воздействия. С помощью этой модели удалось удовлетворительно описать результаты большого числа радиобиологических экспериментов с различным характером распределения дозы во времени. К учёту влияния неравномерности поглощённых доз по гелу на глубину поражения в системе кроветворения и определению значений коэффициентов КРБ При развитии СПС с разной жёсткостью спектра от 200 до 50 MB перепад поглощённых доз по костному мозгу в стандартизованных шаровом и антропоморфном фантомах, представляющих модели тела человека, может составлять от 2 до 20 раз, что определяет начительное снижение эффективности такого неравномерного облучения. Был разработан принцип приведения неравномерного облучения в космосе от СКЛ к стандартному равномерному облучению на основе равной доли сохранённых стволовых кроветворных клеток. Это позволило разработать модель равноценной дозы G(r) (ГОСТ 25645.219-90). Для определения значений равноценных доз G(r) в рассматриваемой точке (г) костного мозга при различном характере пространственного распределения дозы были использованы данные о содержании костного мозга в костях скелета стандартного человека. Анализ многочисленных экспериментальных данных по комбинированному действию ионизирующих излучений и других физических факторов: вибрации, ускорений, гипоксии, жесткой гипокинезии, гипертермии, электромагнитных полей показало, что максимальное усиление радиационного поражения в дозовом выражении не превышает 30%. Значение коэффициента модификации КМБ в отношении ближайших радиобиологических эффектов не превышало 1,3.

Авторы:

Издание: Гигиена и санитария
Год издания: 2017
Объем: 7с.
Дополнительная информация: 2017.-N 9.-С.861-867. Библ. 41 назв.
Просмотров: 68