Автореферат и диссертация по медицине (14.00.32) на тему:Радиобиологическое обоснование величин радиационного риска и норм по радиационной безопасности космических полетов

Р Г Б ОД г о (Ш иээ

На правах рукописи

Шафиркин Александр Венециакович

РАДИОБИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЕЛИЧИН РАДИАЦИОННОГО РИСКА И НОРМ ПО РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ.

14.00.32 - Авиационная, космическая и юрская медицина 03.00.01 - Радиобиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук'

Москва - 1999

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации - Институте медико-биологических проблем

Научный консультант: доктор медицинских наук, профессор

Ю.Г.Григорьев

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук А.Д. Стржижовский доктор медицинских наук, профессор Н. Г. Даренская доктор медицинских наук А.И. Елфимов

Ведущая организация: Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины Министерства обороны Российской Федерации

Зашита состоится "_" _1999 г. в_часов

на заседании Диссертационного совета Д-074.31.01 при Государственном научном центре Российской Федерации Институте медико-биологических проблем по адресу: 123007,Москва, Хорошевское шоссе,76 А

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Автореферат разослан "_" _ 1999 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета,

кандидат медицинских наук Л.Б.Буравкова

(>;; ъх 1 - 0}

- о гс. £'

л

и

РАДИОБИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЕЛИЧИН РАДИАЦИОННОГО РИСКА

И НОРМ ПО РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ.

Общая характеристика работы'

Актуальность проблемы. Перспективные программы освоения космического пространства связаны с увеличением высоты и длительности полетов, что обуславливает существенное увеличение радиационной опасности. В то же время в наземных условиях в последнее время установлены более высокие уровни радиационного риска для профессионально работающих и осуществлен очередной пересмотр допустимых уровней облучения персонала в сторону меньших доз. Согласно рекомендациям Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ) и в соответствии с нормами радиационной безопасности, принятыми в России (НРБ-96), предельные уровни облучения были снижены в. 2.5'раза и составили за год 2 сЗв, а за всю профессиональную деятельность около 80 сЗв.

Как показала практика полетов на станции "Мир", космонавт-профессия с самым высоким уровнем радиационного воздействия. Среднесуточные дозы облучения космонавтов на станции "Мир" приблизительно в 15-20 раз выше, а на МКС в 30 раз выше, чем для работников атомной промышленности. Все это предъявляет к Службе радиационной безопасности (СРБ) космических полетов повышенные требования по более тщательному рассмотрению концепции опасности, учету большего спектра ближайших в процессе полета и отдаленных неблагоприятных проявлений. Необходимо учитывать риск не только в процессе полета, как в существующих в настоящее время нормативных документах (ГОСТ 25645.215-85), а также проводить расчеты суммарного радиационного риска и риска развития опухолей у космонавтов за всю их жизнь, а также осуществлять оценку возможного сокращения продолжительности их жизни. Кроме того, при обосновании предельных суммарных уровней доз для космонавтов необходимо руководствоваться требованием сохранения удовлетворительного уровня их здоровья и работоспособности к концу карьеры. Эта задача ставится впервые.

Актуальность работы связана с тем, что она посвящена решению указанных выше вопросов, необходимых для обеспечения радиационной безопасности членов экипажей при осуществлении длительных космических полетов, а также сохранения здоровья и работоспособности космонавтов к концу их профессиональной деятельности. Следует дополнительно отметить, что методика определения радиационного риска и ма-

териалы об изменении здоровья и работоспособности человека при радиационных воздействиях в различных дозах могут иметь также определенное значение для решения ряда народнохозяйственных задач. Представленные в работе модельные описания процессов формирования радиационного поражения организма в ближайшем и отдаленном периодах не являются специфичными по отношению к рассмотренному фактору. Они имеют практическую ценность и могут быть также использованы для оценки степени опасности и риска для здоровья человека воздействия других экстремальных факторов (например, при интенсивном химическом загрязнении окружающей среды и в случае действия длительного психоэмоционального стресса).

Целями работы являлись:

1. Развитие концепции оценки радиационной опасности на основе обобщенного дозиметрического функционала (обобщенной дозы), который позволяет привести сложный характер облучения членов экипажа в космическом полете к условиям стандартного радиационного воздействия (острое, равномерное облучение от источника излучения с коэффициентом качества равным 1,0).

2. Разработка методов определения радиационного риска для космонавтов в процессе полета и суммарного радиационного риска в течение всей их жизни.

3. Радиобиологическое обоснование нормативных уровней радиационного воздействия на космонавтов, обеспечивающих социально приемлемый уровень их здоровья и работоспособности как в процессе полетов, так и в отдаленном периоде.

Задачи исследования включали:

1. Обобщение данных по реакции целостного организма и ряда его критических систем на стандартное радиационное воздействие в различных дозах.

2. Обоснование принципов приведения сложного характера облучения космонавтов в космическом полете к условиям стандартного радиационного воздействия (развитие концепции обобщенной дозы).

3. Разработка моделей, учитывающих влияние различного временного и пространственного распределения поглощенных доз на радиобиологический эффект и определение на основе этих моделей значений коэффициентов, входящих в выражение для обобщенной дозы.

4. Разработка алгоритмов и проведение расчетов радиационного риска в процессе полетов, суммарного радиационного риска в течение жизни космонавтов, риска образования опухолей, и возможного сокраще-

ния продолжительности жизни.

5. Исследование зависимости радиационного риска от длительности полета, толщины защиты космического аппарата, цикла солнечной активности и возраста космонавтов.

6. Анализ отдаленных радиобиологических проявлений в зависимости от дозы и мощности дозы радиационного воздействия и количественная оценка возможного снижения качества здоровья космонавтов, уровня их работоспособности к концу их профессиональной деятельности.

Научная новизна. Предложен новый обобщенный дозиметрический функционал (обобщенная доза) для количественной оценки опасности для членов экипажей космических аппаратов в космических полетах. Этот функционал служит для приведения сложного характера облучения в условиях космического полета к стандартному радиационному воздействию в наземных условиях, для которого известны основные радиобиологические эффекты в ближайшем и отдаленном периодах после облучения.

Впервые представлены методики для определения коэффициентов, входящих в выражение для расчета обобщенной дозы, на основе разработанных моделей формирования радиационного поражения в условиях сложного характера распределения поглощенных доз по телу космонавтов, учитывающих также существенные различия мощности дозы источников космических излучений и временного характера распределения дозы.

Разработаны также новые алгоритмы и впервые представлены результаты расчетов суммарного радиационного риска для космонавтов, а также возможного сокращения их продолжительности жизни после осуществления межпланетных и орбитальных космических полетов. Впервые сопоставлены значения суммарного радиационного риска и радиационно-обусловленного риска развития опухолей в течение жизни космонавтов после завершения полетов различной продолжительности в различные периоды солнечной активности (СА).

Предложены новые подходы к нормированию при обеспечении радиационной безопасности космических полетов. Разработаны рекомендации по совершенствованию норм радиационной безопасности для экипажей космических аппаратов при осуществлении длительных космических полетов. С радиобиологических позиций обоснованы новые более низкие предельные уровни дозовых нагрузок за всю профессиональную деятельность космонавтов, чем в существующих в настоящее время нормативных документах. Они обеспечивают сохранение удовлетворительного уровня здоровья и работоспособности космонавтов как в процессе полетов, так и в отдаленном периоде. Данная задача впервые решается комплексно на

основе разработки модельных представлений о характере развития во времени радиационного поражения организма в условиях пространственной и временной неравномерности радиационного воздействия и дополнительного действия нерадиационных факторов полета, проведения расчетов радиационного риска в процессе полета и в отдаленном периоде.

Практическая значимость работы определяется следующим:

1. Проведенный в работе анализ материалов по острому облучению человека в различных дозах может служить основой для определения степени снижения работоспособности и жизнеспособности космонавтов в процессе полетов и обоснования допустимых доз для однократных острых воздействий от излучения солнечных вспышек.

2. Анализ данных по повторным радиационным воздействиям в сочетании с материалами хронического облучения может быть полезным для установления временного распределения допустимых доз для космонавтов в течение месяца, года и в течение всей длительности полета с учетом развития восстановительных процессов на уровне организма и в критических тканях.

3. Развитая в диссертации модель равноценной дозы, учитывающая влияние макропространственного распределения поглощенных доз по телу на радиобиологический эффект, и предложенный в ней алгоритм определения значений коэффициентов равноценности радиационного воздействия позволяет оценивать эффективность неравномерных радиационных воздействий как в условиях космического полета, так и на Земле.

4. Новая концепция радиационной опасности на основе обобщенной дозы позволяет оценивать сочетанное воздействие различных источников ионизирующих излучений и нерадиационных факторов.

5. Алгоритмы и методики расчета радиационного риска для космонавтов в процессе космического полета, суммарного радиационного риска в течение всей их жизни, а также сокращения продолжительности жизни космонавтов важны для решения вопросов нормирования радиационного воздействия как в Космосе, так и на Земле.

6. Полученные в работе значения радиационного риска для космонавтов в течение их жизни после завершения межпланетных и орбитальных полетов различной продолжительности, а также проведенный анализ возможных отдаленных нарушений в различных системах организма в зависимости от дозы представляют достаточную систему данных для обоснования предельных уровней радиационного воздействия на космонавтов за их карьеру.

7. Предложения по совершенствованию подходов к нормированию и снижению нормативных уровней радиационного воздействия на космонавтов за всю их профессиональную деятельность могут непосредственно быть использованы при пересмотре Государственного стандарта по нормам радиационной безопасности длительных космических полетов. Изложенное выше относится не только к проблеме обеспечения радиационной безопасности в условиях космического полета. Представленные материалы могут также успешно использоваться для решения практических задач по обеспечению радиационной безопасности на Земле.

8. Представленные в работе модельные описания формирования радиационного поражения на уровне организма и отдельных его систем в в процессе облучения, в ближайшем и отдаленном периодах после радиационного воздействия, а также методы расчета радиационного риска не являются специфичными по отношению к радиационному фактору. Они могут быть использованы для тех же целей при оценке опасности воздействия ряда других вредных экологических или социальных факторов (например. при интенсивном химическом загрязнении окружающей среды или при действии длительного психо-эмоционального стресса).

Результаты работы внедрены в практику обеспечения радиационной безопасности космических полетов, а также использованы для решения ряда задач радиобиологии и практического здравоохранения.

Разработанная модель эффективной дозы для оценки эффективности протяженных и хронических облучений с различной мощностью дозы и характером распределения дозы во времени направлена по запросу в Институт Биофизики Минздрава СССР и в Совет по радиобиологии АН СССР.

Получившая дальнейшее развитие в работе модель равноценной дозы для определения эффективности неравномерных радиационных воздействий с существенным перепадом доз по телу явилась основой ГОСТа 25645. 219-90 по проблеме "Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете" (БРЭКАКП). Результаты работы отражены также в трех других ГОСТах по проблеме БРЭКАКП (ГОСТ 25645.201-83; ГОСТ 25645. 214-85 и ГОСТ 25645. 215-85).

Разработанная модель радиационной скорости смертности млекопитающих, которая используется в работе для определения суммарного радиационного риска в течение всей жизни космонавтов явилась основой для разработки обобщенной модели скорости смертности при раздельном и сочетанном действии радиации, интенсивного химического загрязнения и психоэмоционального стресса, а также расчетов риска от действия этих факторов. Эти материалы использованы при оценке здоровья насе-

ления различных регионов страны в отчетах по Государственным программам: "Здоровье населения России" и "Экологическая безопасность России" {разделы 2.5.7 и 3.4.8).

Основные разработки, выносимые на защиту:

1. Обобщенный дозиметрический функционал (обобщенная доза) для оценки опасности сложного радиационного воздействия на членов экипажа космического аппарата в сочетании с действием других нерадиационных факторов полета.

2. Модель эффективной дозы, учитывающую восстановительные процессы в организме и влияние мощности дозы и характера распределения дозы во времени на радиобиологический эффект, и алгоритм определения значений коэффициентов временной неравномерности радиационного воздействия от источников космических излучений, входящих в выражение для обобщенной дозы.

3. Модель равноценной дозы' для учета влияния макропространс-твенного распределения поглощенных доз по телу на радиобиологический эффект и вычисления значений коэффициентов равноценности радиационного воздействия от источников космических излучений, входящих в выражение для обобщенной дозы.

4. Модель радиационной скорости смертности млекопитающих, описывающая характер необратимой трансформации зависимости коэффициентов смертности от возраста, которая позволяет рассчитывать суммарный радиационный риск в течение жизни и сокращение предстоящей продолжительности жизни космонавтов после завершения космического полета.

5. Алгоритм и методика расчета радиационного риска в процессе космического полета, алгоритм и методика расчета суммарного радиационного риска в течение жизни космонавтов, а также сокращения средней предстоящей продолжительности их жизни на основе предложенной модели радиационной скорости смертности млекопитающих.

6. Измененная концепция нормирования на основе риска отдаленных радиобиологических эффектов и предложения по совершенствованию норм радиационной безопасности при осуществлении длительных космических полетов.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- II, VIII, IX, X и XI Всесоюзных конференциях по космической биологии и медицине (Москва 1966г, Калуга 1986,1990 гг, Москва 1994, 1998 гг;

- X, XVII, XVIII, и XX Симпозиумах по космической биологии и

медицине в рамках программы Ингеркосмос (Сухуми 1977г. Брно 1984, Гагра 1985 г, Берлин 1987);

- Всесоюзном Симпозиуме "Хроническое действие внешнего гамма-облучения на организм собак" г.Истра, 1972г;

- Всесоюзной конференции "Клинические проблемы высокогорья" Душанбе, 1974г;

- Всесоюзном совещании "Теоретические предпосылки и модели процессов радиационного поражения систем организма", Пущино, 1975г;

- I Всесоюзной конференции "Физиология экстремальных состояний и индивидуальная защита человека" Москва, 1982г;

- Всесоюзной конференции по действию малых доз ионизирующей радиации, Севастополь,1984г;

- Всесоюзной конференции "Восстановительные и компенсаторные процессы при лучевых повреждениях", Ленинград, 1986г;

- Всесоюзной конференции "Актуальные вопросы радиационнной гигиены" Обнинск, 1987г;

- I Всесоюзном Съезде радиобиологов, Москва. 1989г;

- Всесоюзном совещании "Прикладные аспекты радиационной физики", Канев 1989г;

- I Всесоюзном симпозиуме "Молекулярноклеточные механизмы хронического внешнего и внутреннего действия ионизирующих излучений на биологические системы", Пущино, 1990г;

- Международном симпозиуме "Проблемы биохимии, радиационной и космической биологии, Москва-Дубна ,1997г.

По теме диссертации опубликованы одна монография и более 60 работ в отечественных журналах и сборниках, получена одна авторская заявка на изобретение. Ее материалы получили отражение в 4 ГОСТ-ах по проблеме "Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете (БРЭКАКП).

Материалы диссертации получены в процессе выполнения научных разработок по открытому плану НИР в соответствии с тематикой Института медико-биологических проблем за период с 1964 по 1998 гг.

По своей структуре настоящая работа включает: введение,5 разделов (глав),заключение, выводы, список цитируемой литературы (всего 353 стр.) и приложение (92 стр.) Она содержит также 27 таблиц, 51 рисунок, библиографию, включающую 370 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Концепция обобщенной дозы

Радиационное воздействие в условиях космического полета характеризуется сложным составом излучений и их энергетического спектра, простирающегося от нескольких кэБ до сотен ГэВ, которые различаются в значительной степени по своей биологической эффективности. Это воздействие обусловлено как детерминированными источниками излучения, включающими галактические космические лучи (ГКЛ) и радиационные пояса Земли (РПЗ), так и стохастическим воздействием корпускулярного излучения при развитии солнечных протонных событий (СПС). Оно характеризуется значительной неравномерностью распределения доз как по глубине тела, так и во времени. Отмечается широкий диапазон мощности дозы от различных источников космического излучения.

Для решения задач радиационной безопасности и радиационной защиты в условиях сложного характера радиационных воздействий на Земле, Международная комиссия по радиологическим единицам и измерениям (МКРЕ) в 19бЗг предложила использовать понятие дозового эквивалента или эквивалентную дозу. Численно эквивалентную дозу дэ следовало вычислять на основе выражения:

Оэ [бэр] = Б-ФК-ФР^ФРг (1)

где Б-поглощенная доза, выраженная в сГр (рад); ФК-фактор качества, определяемый на основе регламентированной его зависимости от линейной передачи энергии (ЛПЭ) для ионизирующих излучений с различной плотностью ионизации;

ФР-факторы распределения, учитывающие характер распределения дозы по глубине биологического объекта и во.времени, а также другие возможные физические характеристики радиационного воздействия.

Данный подход для приведения сложного характера облучения в космическом пространстве к условиям стандартного радиационного воздействия предложен также в нормативно-техническом документе "Термины и определения" по проблеме БРЭКАКП (ГОСТ 25645.201-83) при описании понятия обобщенная доза.

Обобщенная доза Н. представляется как доза стандартного радиационного воздействия, вызывающая такой же спектр ближайших проявлений и отдаленных последствий, как и рассматриваемый сложный характер радиационного воздействия. Алгоритм ее вычисления записывается в виде: Н[3в] = Б[Гр]-КК-КВ-КР . (2)

где Н -обобщенная доза;

- и -

Б -среднетканевая поглощенная доза;

КК -коэффициент качества излучения;

КБ -коэффициент временной неравномерности радиационного воздействия;

КР-коэффициент равноценности радиационного воздействия, учитывающий макропространственное распределение поглощенных доз по телу.-

Однако алгоритмы для определения значений коэффициентов, входящих в выражения (1) и (2) в то время не были разработаны. В последующем данная концепция для оценки опасности сложного радиационного воздействия нами была развита и доведена до практического использования /56 /.

Специфические условия космического полета, когда кроме ионизирующих излучений на космонавтов воздействуют перегрузки, невесомость. гиподинамия, длительное психологическое напряжение, требуют также введения коэффициентов модификации радиационного воздействия за счет нерадиационных факторов полета (КМ). Кроме того, поскольку выход непосредственных, ближайших радиационных эффектов в процессе осуществления полета, с одной стороны, а также возможных неблагоприятных отдаленных последствий, с другой стороны, связан с формированием патологии в существенно различных критических системах организма, отличающихся временем развития поражения, его локализацией, скоростью протекания восстановительных процессов, значение обобщенной дозы следует вычислять отдельно на основе своего набора коэффициентов соответственно для ближайших эффектов НБ и отдаленных последствий Н0 : „

НБ = (I • ККВ1 ■ КВБ1 • КРБ1 )■ КМБ

1 = 1 л _

Н0 = (I ■ кк01 • КВ01 • КР01 )• км0 1 = 1

(3)

где Б : ККХ; КБ! и КРХ -соответствующие значения среднетканевой вой дозы и коэффициентов для 1-го источника радиационной опасности;

КМ -коэффициент модификации радиационного воздействия за счет нерадиационных факторов космического полета.

Этот новый дозиметрический функционал позволяет осуществить переход от сложного характера облучения в условиях космического пространства к условиям стандартного радиационного воздействия. Переход осуществляется на основе расчетных значений среднетканевых эквивалентных доз от каждого источника радиационной опасности в космичес-

ком пространстве и коэффициентов перехода, учитывающих качество излучения, влияние сложного макропространственного и временного распределения дозы по телу космонавтов на радиобиологический эффект. Кроме воздействия ионизирующих излучений, учитывается также влияние нерадиационных факторов, присущих космическому полету.

Значения коэффициентов качества ККо определяются по ГОСТ 25645. 218-90, а также на основе ряда других нормативных документов НРБ-96 и /12'/. Зависимость коэффициентов качества ККБ от ЛПЭ получена нами в данной работе на основе анализа зависимости коэффициентов ОБЭ от ЛПЭ для широкого класса источников излучения на Земле применительно к оценке ближайших радиобиологических эффектов /50/. Следует отметить, что максимальные значения коэффициентов ККБ для ближайших эффектов, связанных с развитием первичной лучевой реакции, с возможным поражением критических тканей в остром периоде таких, как костный мозг, кожа и др., являются в несколько раз меньшими, чем значения ККо, установленные на основе отдаленных эффектов. Это надо учитывать при оценке радиационной опасности в процессе осуществления полетов при ухудшении радиационной обстановки в случае развития мощных солнечных протонных событий.

Значения коэффициентов временной неравномерности радиационного воздействия КВЕ и КВ0, входящие в выражение для обобщенной дозы (3) и определяющие эффективность протяженных облучений в отношении развития ближайших и отдаленных радиобиологических проявлений, могут быть установлены на основе разработанной нами модели эффективной дозы Бэф, описывающей формирование радиационного поражения при острых повторных и протяженных воздействиях радиации с учетом восстановительных процессов. Эта модель учитывает влияние мощности дозы и характера распределения дозы во времени на радиобиологические эффекты. Она явилась дальнейшим развитием широко представленной в радиобиологической литературе модели эффективной дозы / Г / и успешно апробирована нами для описания формирования поражения организма для широкого круга экспериментов с повторным острым и хроническим облучением различных животных /15.16,35,39,52/. Значения коэффициентов КВБ определяются на основе соотношения эффективной и общей накопленной дозы от рассматриваемого источника радиационной опасности КВБ= ЮэфЛ).

Значения коэффициентов пространственной неравномерности радиационного воздействия КРБ могут быть вычислены с использованием предложенной нами модели равноценной дозы в /55 /, которая явилась основой ГОСТа 25645.219-90 "Модель учета влияния пространственной

неравномерности радиационного воздействия на обобщенный радиобиологический эффект". Эта модель позволяет оценить эффективность неравномерного облучения и привести его к условию стандартного равномерного воздействия KPB=G/D.

К настоящему времени проведено значительное число экспериментальных исследований по изучений модифицирующего влияния нерадиационных факторов на вероятность и выраженность радиобиологических эффектов в ближайшем пострадиационном периоде. При этом нерадиационные факторы такие как: ускорения, перегрузки, вибрация, гипокинезия, гипертермия. физические нагрузки, постоянное магнитное поле, электромагнитные излучения сантиметрового и дециметрового диапазона применялись исследователями в виде однократных, повторных, непрерывных воздействий с различными интенсивностями и длительностями. Анализ данных, представленных в литературе, а также результатов собственных экспериментальных исследований /12,14,17,20,22.46/ показал, что значение коэффициента модификации КМБ по" дозе в разных сериях экспериментов колеблется в диапазоне 0,85-1,3 / 46 /. Возможное усиление радиобиологических эффектов и смещение кривой доза-эффект по дозе в 1.3 раза в сторону меньших значений доз следует учитывать при оценке возможного изменения показателей профессиональной работы космонавтов и их жизнеспособности в полете в случае ухудшения радиационной обстановки и развития мощных солнечных протонных событий.

2. Радиационный риск в процессе осуществления межпланетных полетов

При осуществлении межпланетных полетов вне магнитосферы Земли основную опасность представляет детерминированное излучение от галактических космических лучей (ГКЛ), а также и солнечные космические лучи (СКЛ), воздействие которых носит стохастический характер.

На основе вышеуказанного, выражение для обобщенной дозы от ГКЛ с учетом влияния пространственной и временной неравномерности радиационного воздействия может быть записано следующим образом /59/:

ГКЛ _{_Г к л

гкл DKM -ßt D -ßt

НБ =- (1-е ) а - (1-е ) (4)

ß ß „ГКЛ _irKJI

где DKM HD- мощность среднекостномозговой и среднетканевой эквивалентных доз соответственно, сЗв/сут. Как показывают расчеты

/53/, эти значения мощностей доз являются достаточно близкими и отличие не превышает 10%;

р- параметр, определяющий скорость восстановления на уровне организма, равный 0,02 сут"1 /35,52/.

Максимальные оценки мощности среднетканевой эквивалентной дозы могут быть получены на основе приведенных, в литературе значений среднетканевой эквивалентной дозы за год для периодов минимума и максимума солнечной активности (СА) за малыми толщинами защиты (~1 г/см2) /2'/. Эти значения составляют соответственно 77 и 29 сЗв/год. Обобщенная доза от ГКЛ, согласно выражению (4). сначала возрастает, а через 70 суток полета выходит на плато и сохраняется постоянной, равной за защитой 1 г/см2 для периодов максимума и минимума СА соответственно 4 и 10,5 сЗв.

При рассмотрении реальной защиты космического аппарата (КА) следует использовать зависимости мощности среднетканевой эквивалентной дозы ГКЛ от толщины защиты КА для периодов минимума и максимума СА /2'/. Для периодов максимума и минимума СА выражение для мощности среднетканевой эквивалентной дозы (сЗв/сут) имеет вид:

Бгкл = 1/365 [5 ехр(-Х/6.45) + 24 ехр(-Х/85.5)] (5) Вгкл = 1/365 [41.5 ехр(-Х/2.8 + 48 ехр(-Х/85. 5)] (6) где Х-толщина защиты КА из алюминия, г/см2. Анализируя кривые ослабления мощности эквивалентной дозы Ш для периодов минимума СА для четного и нечетного цикла по литературным данным, можно сделать вывод, что для нечетного цикла СА, соответствующего периоду 1976-1977Г, в диапазоне толщин защиты вплоть дс 40 г/см2 величины мощностей эквивалентных доз на 25-30 % выше, чег. для четных циклов ( 1965г и 1988г). Поэтому для нечетных циклов СI значения мощностей среднетканевой эквивалентной дозы, соответствующие уравнению (6), необходимо увеличить в 1,3 раза.

При оценке радиационной опасности от солнечных вспышек при осуществлении межпланетных космических полетов использовали стандартизованную стохастическую модель радиационной обстановки, представленную в нормативно-техническом документе ГОСТ 25645.134-86, котора5 основана на анализе более 90 солнечных протонных событий (СПС) 19 \ 20 солнечных циклов. Она включает следующие вероятностные характеристики радиационной обстановки:

-распределение интервалов между двумя последовательными СПС; -распределения СПС по сопровождающему их потоку протонов; -распределение СПС по характеристической жесткости.

Равноценные дозы й, коэффициента равноценности радиационного воздействия КРБ и обобщенные дозы для солнечных протонных событий рассчитывали на основе ГОСТ 25645.219-90 "Модель учета влияния пространственной неравномерности радиационного воздействия на обобщенный радиобиологический эффект" и соотношений для обобщенной дозы, указанных выше.

В промежутках между воздействиями после 1-1-события обобщенная доза от СКЛ КБЦ) уменьшается в связи с реализацией восстановительных процессов по экспоненциальному закону:

ски ски

нБ и)=нБ сц.^ехрс-ра-ц.!)] (7)

После реализации 1-го события обобщенная доза возрастает на величину обобщенной дозы от этого события:

ски ски ски

НБ (М=НБ (^.^ехрЕ-ри!-^.!)] + НБ1 (8)

К рассчитанным значениям обобщенной дозы от СКИ следует добавить обобщенную дозу от ГКЛ (выражение (4). Математические выражения (3)-(8) представляют собой полную систему уравнений для последовательного определения значений обобщенной дозы в процессе осуществления полета вне магнитосферы Земли.

Используя зависимость вероятности гибели для человека от дозы в ближайшем пострадиационном периоде, которая получена нами на основе литературных данных по облучению людей в аварийных ситуациях, облучению по следу радиоактивного облака и при терапевтическом облучении в клинике, можно оценить риск гибели космонавтов за этот период (в течение ближайших 60 суток после воздействия) / 49 /.

С целью максимальной оценки величины радиационного риска гибели космонавтов за полет продолжительностью Т, весь промежуток может быть разбит на ряд последовательных 60-ти суточных интервалов, в каждом из которых следует выбрать максимальное значение обобщенной дозы НБ и рассчитать значение риска гибели в пределах каждого из интервалов. Полученные значения радиационного риска за каждый из последовательных периодов по 60 суток затем суммируются за весь полет.

Таким образом, при розыгрыше методом Монте-Карло одной из историй полета продолжительностью Т, с некоторой случайной реализацией солнечных протонных событий на фоне хронического воздействия ГКЛ, может быть определен характер распределения во времени обобщенной дозы в процессе полета и величина радиационного риска за полет. После розыгрыша большого числа историй полега ( Ю4 историй) может быть

рассчитано среднее значение радиационного риска за полет и его среднеквадратичное отклонение. На основе предложенного выше алгоритма, который подробно представлен нами в работе / 59 /, Бенедиктовой В. П. на языке Фортран составлена программа и нами проведены расчеты методом Монте-Карло средних значений радиационного риска для космонавтов различного возраста в зависимости от длительности полета при осуществлении его вне магнитосферы Земли за различными толщинами защиты космического аппарата и в различные периоды СА.

На рис. 1 представлены зависимости демографического риска и средних значений радиационного риска для космонавтов в возрасте 40 лет от длительности полета (в пределах 0,5-3 года) для различных толщин защиты радиационного убежища космического аппарата (в пределах 1-50 г/см2) в случае осуществления межпланетного полета вне магнитосферы Земли в период максимума солнечной активности (СА). Толщина защиты бортового отсека космического аппарата (КА) в расчетах

Рис.1. Зависимость демографического и радиационного риска в процессе межпланетного полета в период максимума СА от его продолжительности при различных толщинах защиты радиационного убежища

Верхняя кривая представляет собой демографический риск смертности Нает для мужчин в возрасте 40 лет за указанный период времени в условиях отсутствия радиационного фактора. Он рассчитывался на основе представленных в литературе значений коэффициентов смертности для мужчин нашей страны за 1993-1996гг. Из данных, представленных на рис.1, видно, что при осуществлении полета за минимальной толщиной защиты, дополнительный радиационный риск составляет приблизительно 0,55 от КаеВ1. Использование специального радиационного убежища в момент развития СПС с толщиной защиты до 20 г/см2 приводит к существенному снижению величины радиационного риска. Дальнейшее увеличение толщины защиты радиационного убежища практически уже мало влияет на

принималась равной 1 г/см2.

Ра тшттиоттттыа тшсг а полете » завлсиы. от Хг/см2 г Тсуг

-Ж~ Шет. —К- Х=1г/йт2 -т*-Х=5а/ст2 -Е—-Х=10д/ст2 -К- Хг20в/ст2 ~>*г- Х=£0&/ет2

Кга<1 =5, 41- 10- 4 . т Х=1 г/см2

р,гаа =2, 89- 10" 4 . т Х=5 Г/см2

кгаа =1, 93- 10" 4 . т Х=10 Г/см2

Кгаа =1, 42- 10" 4 . т Х=20 Г/см2

Кгаа =1, 29- 10" 4 . т Х=50 Г/см2

значение радиационного риска, поскольку он определяется уже не столько воздействием СКЛ, а в значительной степени обусловлен обобщенной дозой от ГКЛ.

Данные, представленные на рис.1, свидетельствуют, что радиационный риск практически можно считать линейно зависящим от длительности полетов. Эти зависимости для различных толщин защиты радиационного убежища КА могут быть выражены следующими уравнениями:

(9)

где Т-длительность полета в месяцах.

На рис.2 представлены аналогичные зависимости для некоторой реальной средней защиты КА, равной 10 г/см2, для различных периодов солнечной активности. Максимальное значение, составляющее приблизительно 25% от демографического риска, имеет место для периода нечетного минимума СА. что связано при данной толщине защиты КА с относи-. тельно большим вкладом ГКЛ ( по сравнению с СКЛ) в величину обобщенной дозы и радиационного риска. Минимальное значение риска (17% от Е(3ет) наблюдается при межпланетном полете в период максимума СА.

Ралаал. рпск в палете.Х=10г/сал2 а зависим, от шххла СА и Тлут .

Рис.2. Зависимость демографического и радиационного риска в процессе межпланетного полета в различные периоды СА от его продолжительности при толщине защиты КА 10 г/см2

100 200 200 400 £00 600 700 800 000 1000 11С Д-лггельвосгь пояета,сут

- ЯЛйгп

■ ИяаСА. чет. ■

■ Пром.СА.

- МНЗ.СА

- ММВ.СА

Величина радиационного риска в процессе полета, как это следует из нормативно технического документа ГОСТ 25645.214-85 / 3'/ и алгоритма расчета риска / 59 /, зависит также и от возраста космонавтов. Проведенные нами расчеты радиационного риска для космонавтов различного возраста в процессе осуществления полета показали, что зависимость радиационного риска от возраста космонавтов То может быть

представлена следующим уравнением:

Ерад(То)=Ерад(40). ехр[0,062- (То-40)], (10)

где То-возраст космонавтов,выраженный в годах. Таким образом, риск для космонавтов в возрасте 25-55 лет может быть установлен на основе представленных выше зависимостей радиационного риска для космонавтов в возрасте 40 лет.

3. Радиационный риск для космонавтов в процессе осуществления космических полетов на орбитах станции "МИР" и Международной космической станции

Алгоритм вычисления радиационного риска для орбитальных полетов несколько изменяется по сравнению с алгоритмом для межпланетных полетов. Во-первых, кроме воздействия ГКЛ и СКЛ на орбите станции "Мир" добавляется определенный вклад от протонов радиационных поясов Земли (РПЗ). С другой стороны, возмущения магнитного поля Земли существенным образом сказываются на вкладе в поглощенную дозу от излучения ГКЛ и особенно от протонов СКЛ. Как показали расчеты с использованием метода Монте-Карло /4'-5'/, кратность ослабления дозы СКЛ при переходе от межпланетного пространства к орбите станции "Мир" с учетом взаимодействия в атмосфере и ослабления потоков частиц за счет экранирующего действия магнитного поля составляет 60-100 раз. Учитывая дополнительно, что толщина защиты станции в среднем составляет около 20 г/см2. мы при расчетах радиационного риска в первом приближении не включали вклад от СКЛ.

В таблицах 1 и 2 представлены среднесуточные значения поглощенных и эквивалентных доз внутри станции "Мир" и МКС в различные периоды СА для точки размещения дозиметра Р-16 й для кроветворной ткани, полученные в результате расчетов для шарового и антропоморфного фантомов модели тела человека. Результаты расчетов по моделям радиационной обстановки на орбите скорректированны с использованием данных дозиметрических и спектрометрических измерений на борту станции "Мир" и кораблях серии Шаттл /6'-8'/. В суммарные величины доз включены также оцениваемые в литературе значения доз от альбедных и локальных вторичных нейтронов/9'-11'/.

В таблице 2 представлены усредненные расчетные значения поглощенных и эквивалентных доз за сутки для кроветворной ткани на станциях "Мир" и МКС для периодов минимума и максимума СА (средние зна-

Таблица 1

Значения мощностей поглощенных (мкГр/сут) и эквивалентных (мкЗв/сут) доз от ГКЛ, РПЗ, мощности дозы от ГКЛ + РПЗ ( би), мощности дозы от нейтронов и суммарной для плотноиони-аирующих излучений Бпи (Бгкл+ Он), а также значения мощности дозы Б на орбитальных станциях "Мир" и МКС в периоды максимума и минимума СА (для точки размещения бортового дозиметра Р-16)

Источники 1 Станция "Мир" МКС

излучений 1

| Макс.СА | 1 1 Мин.СА 1 Макс.СА | 1 Мин.СА |

|мкГр/сут 1 мкЗв/сут | 1 мкГр/сут мкЗв/сут | мкГр/сут мкЗв/сут | 1 мкГр/сут мкЗв/сут|

ГКЛ 80,0 350 135 545 82 332 138 560 |

РПЗ 123,5 165 27? 380 240 323 470 650 |

0и(ГКЛ+РПЗ) 203,5 515 412 925 322 655 608 1210 |

Нейтроны(Он) - 90 - 203 ■ - 175 - 345 |

0пи(0гкл+0н) - 440 - 748 - СП 5 - 905 |

Суммарн. Б - 605 1128 - 830 — 1555 |

бгкл/ШД 39 68 33 59 26 51 23 46 |

6пи/б Д - 73 - 67 - 61 - 58 |

Таблица 2

Значения мощностей поглощенных (мкГр/сут) и эквивалентных (мкйв/сут) доз от ГКЛ, РГО,

_ *

мощности дозы от ГКЛ + РПЗ ( Би), мощности дозы от нейтронов и суммарной для плотноиони-зирующих излучений Опи (Бгкл+ Бн), а также значения мощности дозы Б на орбитальных станциях "Мир" и МКС в периоды максимума и минимума СА (для кроветворной ткани, шаровой фантом)

Источники 1 Станция "Мир" 1 МКС

излучений 1_. ____ . 1

| Макс.СА | 1 __ __ _ 1 Мин.СА | __ _____ ________ 1 Макс.СА | 1 Мин.СА |

|мкГр/сут 1 мкЗв/сут | 1 мкГр/сут мкЗв/сут 1 1 мкГр/сут мкЗв/сут | 1 мкГр/сут мкЗв/сут1

ГКЛ БЗ 136 90 205 55 140 93 212 |

РПЗ 36 53 60 90 68 100 107 164 |

0и(ГКЛ+РПЗ) 89 189 150 295 123 240 200 376 |

Нейтроны(Он) - 110 - 248 - 213 - 420 |

Бпи(Огкл+Бн) - 246 - 453 - 353 - 632 |

Суммарн. Б - 299 - 543 - 453 - 796 |

Бгкл/БиД 60 72 60 69,5 45 58,5 45 56,5

ОПИ/О ,7. - 82,5 - 83,5 78 - 79,5

чения в предположении равномерного нахождения космонавтов по циклограмме в основных отсеках станции, включающих центральный пульт управления (ЦПУ), салон большого диаметра (СБД2) и каюту командира корабля (ККК). Из данных таблицы 2 легко отметить, что значения мощности эквивалентной дозы для кроветворной ткани за счет протонов РПЗ существенно снижаются по сравнению с данными таблицы 1, рассчитанными для локальной дозы в отсутствии фантома в точке соответствующей размещению дозиметра Р-16, но увеличивается вклад в дозу от вторичного излучения и нейтронов.

При расчетах радиационного риска в процессе осуществления орбитальных космических полетов на станциях "Мир" и МКС использовали вы-шепредставленный алгоритм, а также значения-среднекостномозговых доз за сутки, которые принимали в качестве среднего значения мощности дозы радиационного воздействия на космонавтов при орбитальных полетах (табл.2)

Ка рис.3 представлены рассчитанные значения радиационного риска в процессе полета для космонавтов в возрасте 40 лет для случаев полета на орбитальных станциях "Мир" и МКС в различные периоды СА в зависимости от длительности полета. Максимальные значения радиационного риска, как это следует из рисунка, имеют место в период минимума СА. Минимальные значения соответствуют периоду максимума СА, что связано с минимальными значениями обобщенных доз от источников космического излучения. Выражения для расчета радиационного риска в зависимости от длительности полета Т для периодов максимума и минимума СА имеют соответственно следующий вид:

Крад =9_ 233- 10'5- Г (МКС.МИН. СА) Крад =6,448- Ю"5- Т ("Мир", МИН. СА) (И)

ирад =5;065' 10'5- Т (МКС,макс.СА) Крад =3,475. 10-5. 7 ("Мир", макс.СА)

где Т-длительность полета, месяцы.

Радиационный риск в полете для космонавтов на станции "Мир" в периоды минимума и максимума СА составит соответственно 7,07 и 3,81% от величины демографического риска. При полетах на МКС эти значения будут приблизительно в 1.5 раза выше 10,12 и 5,56 % соответственно. Сравнивая эти результаты с данными, представленными в разделе 2 , можно отметить, что при осуществлении орбитальных полетов на станции "Мир", радиационный риск в процессе полета оказывается меньшим, чем в случае осуществления межпланетных полетов с той же толщиной защиты КА в 4-4.5 раза, а при полетах на МКС в 2,5-3 раза.

Радиационный риск в процессе орбитальных полетов (как и при межпланетных полетах) существенно зависит от возраста и для космонавтов в возрасте 50 лет он почти в 1,7 раза выше, чем для космонавтов в возрасте 40 лет. Проведенные в настоящее время расчеты радиационного риска в процессе орбитальных полетдв для космонавтов различного возраста показали, что радиационный риск для космонавтов России в возрасте 25-55 лет может быть установлен на основе представленных выше зависимостей радиационного риска для космонавтов в возрасте 40 лет, используя уравнение (Ю).

Радаадпон. риск при о^гт. полетах То=40лггг, Т-тат, СА-та

§ 0.004 | 0.0035 £ 0.003

а

С 0.0025

Рис.3 Радиационный риск для космонавтов в возрасте 40 лет при полетах на станциях "Мир" и МКС в различные периоды СА в зависимости от длительности полета

100 200 300 400 500 600 700 800 000 10001100 Дтательность полета, с VI.

-е- ЦХСиазсьСА -е- ВООСюаСА

4. Отдаленные последствия радиационных воздействий на космонавтов в космических полетах

Определение риска отдаленных радиобиологических эффектов проводили на основе разработанной нами модели радиационной скорости смертности млекопитающих / 57 /. С помощью этой модели оказалось возможным описать экспериментально установленные факты об увеличении значений коэффициентов смертности млекопитающих после острых облучений в различных дозах (рис.4-а). При этом удалось предсказать параллельное смещение кривых, определяющих зависимость логарифмов коэффициентов смертности от возраста, тем более сильное, чем выше доза. Удалось также предсказать увеличение наклона кривых, определяющих зависимость логарифмов коэффициента смертности от возраста, при длительном хроническом облучении с различной мощностью дозы (рис. 4-6).

В работе /57 / нами установлены параметры модели радиационной скорости смертности на основе экспериментов по острому и хроническому облучению мышей и собак. Обоснованы параметры модели применительно к человеку.

Рис.4 Изменение характера зависимости коэффициентов смертности от возраста для мышей после острых облучений в различных дозах (а), и при хроническом облучении с различной мощностью дозы (б)

На основе модели радиационной скорости смертности можно преде-. тавить ряд соотношений для вычисления значений суммарного радиационного риска и возможного сокращения предстоящей продолжительности жизни после радиационного воздействия в условиях космического пространства в сумарной обобщенной дозе Н0. Выражение, описывающее'вероятность выживания в отдаленном периоде некоторой когорты населения,' принятое в демографии имеет вид:

т т Хвь м(^) ь0т

У(Т)=ехр{- /)1(Ш1:}= ехр{- 5 Ц(1:0)е (11)= ехр {--(е -1)} (12)

Функция дожития после радиационного воздействия в дозе Н0 отличается лишь на постоянный сомножитель

Т ВН0 Т ' м

урад(Т)=ехр{_ I мрад (1;)сШ=ехр{- е • / /Щ;0)е сШ =

ЦС^) в-н0 М (13)

= ехр{--е ■ ( е -1) },

где /1(0) ехр (Х0 Ъ0).

В-параметр, установленный с использованием экспериментальных

данных, равный 0,36 Зв-1 /57/.

На основе выражений (12) и (13) определяется дополнительный риск смертности, обусловленный действием радиационного фактора в отдаленном пострадиационном периоде( к возрасту Т):

Ерад (Т) =1/(т) _ уРаМТ) (14)

С использованием соотношений (12)-(14) возможно рассчитать величину радиационного риска для космонавтов к концу их профессиональной деятельности (к 55 годам) или за всю жизнь. В последнем случае верхний предел интегрирования в этих уравнениях может быть принят равным 70 годам. На основе представленных выше функций дожития можно также оценить наиболее вероятное значение сокращения продолжительности жизни /57/ .

Используя значения среднетканевых эквивалентных доз от космических излучений, может быть проведен расчет обобщенных доз Н0 применительно к оценке риска отдаленных радиобиологических эффектов, а с помощью уже этих значений могут быть проведены расчеты суммарного радиационного риска в течение всей жизни космонавтов и осуществлены оценки возможного сокращения продолжительности их жизни.

При вычислении ветчин обобщенных доз Н0 принимали значение коэффициента пространственной неравномерности радиационного воздействия КР0 равным 1.0, предполагая максимально опасный с точки зрения прогноза отдаленных последствий случай равномерного облучения. Значение коэффициента модификации радиационного воздействия КМ0 также принималось равным 1.0, поскольку в настоящее время имеется недостаточное количество экспериментальных данных о модифицирующем действии нерадиационных факторов, присущих космическому полету, в отношении утяжеления отдаленных радиационных последствий.

При расчетах величин обобщенных доз Н0, учитывали снижение эффективности протяженных облучений за счет развития восстановительных процессов при действии излучений с низкими значениями ЛПЭ /16, 35, 52, 57/. Для этих целей вводили коэффициент временной неравномерности радиационного воздействия КВ0, характеризующий снижение эффективности протяженных радиационных воздействий в отношении развития отдаленных радиобиологических проявлений, равный обратному значению коэффициента редукции, введенному в последних рекомендациях МКРЗ/12'/.

При воздействии протонов РПЗ и СИЛ с мощностью дозы менее 20 сЗв в сутки принимали коэффициент редукции равный 2.0. При этом среднетканевая эквивалентная доза должна быть снижена в 2 раза (КВ0=0,5);

При воздействии протонов РПЗ и СКЛ с мощностью дозы менее 2 сГр в сутки, среднетканевая эквивалентная доза должна быть снижена в 4 раза (КВо=0,25);

При действии ГКЛ и вторичных нейтронов коэффициент редукции не применяется (КВ0 равен 1).

При определении суммарных обобщенных доз за всю профессиональную деятельность космонавтов необходимо суммировать обобщенные дозы за каждый полет и обобщенные дозы от рентгенологических процедур. Для рентгеновских процедур коэффициент редукции принимали равным 2,0. (коэффициент КВо=0,5).

Для расчетов суммарного радиационного риска использовали современную зависимость коэффициентов смертности от возраста для мужчин нашей страны на основе опубликованных демографических данных за период 1993-1996ГГ. Из этих данных так же. как из более ранних, известно, что экспоненциальная зависимость коэффициентов смертности от возраста сохраняется уже практически с 25 лет. Параметр Х0 для этой зависимости оказался в настоящее время равным 0,062 1/год, а значение д(0) составило 9,0-Ю"4 1/год.

На рис. 5 представлены зависимости суммарного радиационного риска в течение жизни для космонавтов в возрасте 40 лет (А) и сокращения продолжительности жизни (Б) от длительности межпланетного полета, осуществляемого в период максимума СА за различньми толщинами защиты КА. Как и ранее мы отмечаем, что при увеличении толщины защиты радиационного убежища (Хру) в пределах 1-20 г/см2. наблюдается существенное уменьшение величин радиационного риска и ожидаемого сокращения продолжительности жизни. При дальнейшем увеличении толщины защиты радиационного убежища (Хру) и минимальной толщине защиты бортового отсека (Хбо=1 г/см2) величины суммарного радиационного риска и продолжительности жизни почти не меняются, что при данных больших толщинах защиты связано с преобладающим вкладом в суммарную величину обобщенной дозы излучения ГКЛ. В случае увеличения общей толщины бортового отсека до 50 г/см2 и отсутствии специального радиационного убежища, величина радиационного риска за жизнь снижается еще в большей степени (более чем в 4 раза по сравнению с минимальной защитой КА), хотя следует отметить, что при этом происходит значительное увеличение веса защиты КА.

На рис.6 представлены аналогичные зависимости суммарного радиационного риска (А) и сокращения продолжительности жизни (Б) для космонавтов в возрасте 40 лет, при осуществлении межпланетного косми-

ческого полета в различные периоды. СА. При расчетах использована сравнительно реальная толщина защиты бортового отсека КА, равная 30 г/см2. Как следует из данных, представленных на рисунке, максимальные значения радиационного риска за жизнь и сокращения продолжительности жизни имеют место при осуществлении межпланетного полета в период минимума СА для нечетных циклов СА. Минимальные-соответственно при осуществлении космического полета в период максимума СА.

юс гоо гсо «о гсо есо тот всо ио 10001100 Дзлгальгоста хшдка Т.сут

¿т

300 400 500 600 ТОО 800 800 1СОО ЦОС Дтателкдосгь газета Т,сут

—И— ХрГ=^г/о£2 •

- З^уайг/илЗ •

- Х^увгОг/сьЙ -

- Зй>у=10г/см2

Рис.5 Зависимости сушарного радиационного риска в течение жизни для космонавтов в возрасте 40 лет (А) и сокращения продолжительности жизни (Б) от длительности межпланетного полета, осуществляемого в период максимума СА за различными толщинами защиты КА.

0.18 0.16 0.1+ 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 О

: 1 1 1 ;

! и 1 !

и-

>

! Ь^

I

юо гоо гсо 4оо 500 600 7со еоо есо юсо шо

Длгтальгость полета Т.сут

200

300 400 500 '600 700 800 500 10СС Длительность полета Т,с;.~т

-ж— -

. ЫиаСЛ-чага.

- ПрсиСА

Рис.6

Зависимости суммарного радиационного риска (А) и сокращения продолжительности жизни (Б) для космонавтов в возрасте 40 лет, при осуществлении межпланетного космического полета в различные периоды СА ( Хб0= 30 Г/СМ2).

Нами на основе рассчитанных значений среднетканевых эквивалентных доз при осуществлении космических полетов и материалов, представленных в работах /13'-14'/. проведены также оценки радиационного риска развития опухолей в течении жизни у космонавтов, начинающих полет в различном возрасте. На рис.7 приводятся в- зависимости от возраста космонавтов сравнительные данные расчетов суммарного радиационного риска и риска развития опухолей в течение их жизни после завершения двухгодового межпланетного полета,- осуществляемого' в период максимума СА. Для канцерогенного риска представлены максимальная и минимальная оценки. Отчетливо видно, что суммарный радиационный риск в течение жизни космонавта превышает максимальную оценку риска развития опухолей и практически не зависит от их возраста.

Рис.7 Зависимости суммарного радиационного риска и риска развития опухолей у космонав-. тов в течение жизни от их возраста после завершения 2-х годового межпланетного полета в период максимума СА (Хбо=30 г/см2).

Нами были рассчитаны также величины суммарного радиационного риска за жизнь, сокращения средней предстоящей продолжительности жизни и риска развития опухолей у космонавтов после осуществления орбитальных космических полетов на станции "Мир" и МКС в различные периоды СА. Величины обобщенных доз определялись на основе среднесуточных значений эквивалентных среднекостномозговых (среднетканевых) доз, представленных в разделе 3.

На рис.8 представлены значения суммарного радиационного риска за всю жизнь космонавтов (А) и ожидаемого сокращения продолжительности жизни (Б) после завершения орбитальных полетов на станции "Мир" и МКС в различные периоды СА в зависимости от длительности полета. Эти расчеты относятся к космонавтам, начинающим полет в возрасте 40 лет. Можно отметить, что максимальные значения рисков указанных отдаленных проявлений имеют место после полетов в период минимума СА,

0.05

Ксап—ЩЯХЗД т^ат . Нсап—ЛМ25Д

25 ао 35 40 45 60 Возраст начала полетовд*оды

55

минимальные-после полетов,в период максимума СА. Значения рисков после полетов на МКС приблизительно в 1,5 раза выше, чем после полетов на станции "Мир".

Выражения для расчета суммарного радиационного риска в течение жизни космонавтов в зависимости от длительности полета Т для периодов максимума и минимума СА и возраста космонавтов 40 лет имеют соответственно следующий вид:

Я"ад =2,644-

ирад =1,871-

Ярад =1,479-

Ерад =1,022-

10"3-10"3' 10"'3 • Ю-3 •

Т (МКС.МИН. СА)

Т ("Мир", МИН.СА)

Т (МКС,макс.СА)

Т ("Мир", макс.СА)

(17)

где Т-длительность полета,месяцы.

0.1 0.09 0.08 0.07 0.0в 0.05 0.04

РсцваппоЯЕЫИ рст^г за хосзаонадтов

от длит. ср&гт. полета. То=4О-ъп:

аоз аог 0.01 о

! !

М !

1

„-Г ! ^

А"'' ?

___I 1

—Г** ( 1 ! ! 1

' 11111111

юо гоо зоо 400 600 600 гоо еоо воо кхюиоо

Дтигелъноспь полета. стт.

| 3

-•25 £

К г

с

Е 0.5

Охдзасыое ссдряттт. продлтгагг. яапнп хзосле 0{С1гт. нале-то». То=40лет

1 1 1/К

б !

1

а 0100 2СО ЗОО

400 600 600 700 800 £00 10001. Длительность полетта, стт.

■ мкеюш»

МХС.ыахс.СЛ.

•ЗШР'ЛлаСА ~Ж~ ТШ1Р"лшх.СЛ

Рис.8 Зависимости суммарного радиационного риска за всю жизнь для космонавтов в возрасте 40 лет (А) и ожидаемого сокращения продолжительности их жизни (Б) после завершения орбитальных полетов на станции "Мир" и МКС в различные периоды СА в зависимости от длительности полета.

На рис. 9 приводятся в зависимости от возраста космонавтов сравнительные данные расчетов суммарного радиационного риска и риска развития опухолей в течение их жизни после завершения годового орбитального полета на МКС в период минимума СА. Отчетливо видно, что риск развития опухолей существенно зависит от возраста космонавтов, в то время как суммарный радиационный риск в течение жизни космонавта превышает максимальную оценку риска развития опухолей и практически не зависит от их возраста.

Рис.9 Зависимости суммарного радиационного риска и риска развития опухолей у космонавтов в течение жизни от их возраста после завершения годового полета на МКС в период минимума СА.

что для космонавтов в возрасте лет суммарный радиационный риск и риск развития канцерогенеза практически совпадают. В то же время для космонавтов в возрасте 50 лет суммарный радиационный риск более чем в'З раза превосходит риск развития опухолей в течение жизни. Это показывает, что суммарный радиационный риск для старших возрастных групп в большей степени связан с неопухолевыми причинами гибели. В частности, он в значительной' степени может быть обусловлен нарушениями процесса кровообращения после облучения в дозах, допускаемых современными нормативными документами, о чем свидетельсвуют данные диспансерных наблюдений за профессионально работающими с излучениями на Земле. Следует также учитывать, что эта причина гибели (даже в отсутствии облучения) наиболее распространена в старших возрастных группах населения различных стран (более 50% всех причин гибели).

Поскольку на МКС будут работать интернациональные исследователи, интерес представляет оценка риска отдаленных проявлений для космонавтов ряда стран. На рис. 10 представлены сравнительные данные по суммарному радиационному риску (А) и наиболее вероятному сокращению продолжительности жизни (Б) для космонавтов России, астронавтов США и Японии в возрасте 40 лет после 'завершения орбитальных полетов различной длительности на МКС в период минимума СА. Из этих данных можно отметить, что суммарные значения радиационного риска для космонавтов разных стран расходятся заметно, что связано с существенно отличающимися зависимостями коэффициентов смертности от возраста для населения в рассматриваемых странах. В то же время данные по сокращению предстоящей продолжительности жизни различаются незначительно.

-е- КгаД и>ы —4— НС4Д

Из данных этого рисунка видно,

-е- Хооз^оаРосеаа -»- Ххр<тдвХША —Е— Коонон-Роосип —I— Астрсяйв-США А^тролав-Я

Рис.10 Значения суммарного радиационного риска (А) и наиболее вероятного сокращения продолжительности жизни (Б) для космонавтов России, астронавтов США и Японии в возрасте 40 лет после завершения орбитальных полетов на МКС в период минимума СА в зависимости от продолжительности полета.

Анализируя данные, представленные на рис.8, рис.9 и рис.10, можно отметить, что при длительности орбитальных полетов около 3-х лет и суммарной дозе, не превышающей 75 сЗв,- значения суммарного радиационного риска существенно превышают предельное значение риска развития опухолей (3%), допускаемого нормативными документами США /13'/. Становится ясно, что суммарный радиационный риск при существующих в настоящее время лимитах радиационного воздействия за карьеру (150-400 сЗв) может значительно превышать риск развития опухолей и существенно превосходить предельное значение риска за жизнь (3%), установленное в действующих в настоящее время нормативах.

Таким образом, вышепредставленные материалы свидетельствуют, что суммарный радиационный риск для космонавтов в послеполетном периоде приблизительно в 30 раз превышает риск в процессе полета и в несколько раз риск образования опухолей у них в течение жизни. При этом он практически не зависит от возраста-космонавтов во время полета, что делает более предпочтительным использование именно этого показателя для целей нормирования и установления предельных уровней радиационного воздействия на космонавтов за их карьеру по сравнению с риском развития опухолей. Наряду с этим показателем для целей нормирования могут также успешно применяться оценки возможногоя сокращения продолжительности жизни.

5. Развитие концепции приемлемого риска

В обобщающей монографии /15'/, посвященной проблемам радиационного риска для целей нормирования уровней радиационного воздействия на человека, предлагается использовать концепцию приемлемого риска, которая наиболее полно разработана Международной комиссией по радиационной защите (МКРЗ). В публикациях N 8 и 9 и ряде последующих публикаций (N 22, 26 и 60) МКРЗ указывает, что всякое облучение ионизирующей радиацией связано с определенной степенью риска и что не существует абсолютно безопасных уровней воздействия. Комиссия рекомендует избегать любого облучения, не вызванного необходимостью, и поддерживать дозы облучения на таких низких уровнях, какие только реально можно достигнуть с учетом экономических и социальных соображений. Этот принцип, известный как принцип ALARA (сокращенная абревиа-тура английского выражения "as low as Is reality achievable"), получил широкое признание и им следует руководствоваться в практической деятельности.

При обосновании приемлемости того или иного значения радиационного риска следует сопоставить этот риск с риском других профессий. В таблице 3 представлены классификация по степени опасности и приведены значения рисков для ряда профессий и видов деятельности за год на основе данных работы /15'/. В ней мы дополнительно сопоставили значения рисков различных профессий за год с современным уровнем демографического риска.

Проблема обоснования стандартов профессионального радиационного воздействия на Земле обычно состоит в установлении таких дозовых нормативов, при которых радиационный риск был бы достаточно малым. Он в сущности должен быть на том же уровне, как и для ряда других обычных профессий и относиться к категории относительно безопасных уровней.

В условиях космического полета, в виду жестких ограничений на вес защиты космического аппарата и более ограниченного круга лиц, занятых в этой профессии, могут допускаться более высокие уровни радиационного воздействия с несколько большим уровнем риска, который допускается и на Земле для ряда относительно опасных профессий.

В таблице 4 представлены соответствующие рассматриваемым классам опасности уровни риска в течение всей продолжительности профессиональной работы, которые близки к уровням риска в течение жизни.

Таблица 3

Значения риска смертности на человека в год для различных профессий и видов деятельности и их распределение по степени опасности по данным /15'/ и матералам настоящей работы.

Номер класса проф. Характер. степени опасности Величина риска на человека в год Профессии, отрасли промышлен. и профес. деятельн. Виды деятельности (непро-фессион. в

абсолют. по отношению к демографии. пересчете на 40 часов в неделю

1 2 3 4 5 6

1 Пренебреж. малый уровень риска <10"4 С10" 2 Швейная,обувная, текстильная, бумажная, пищевая, рабочие типограф, рабочие обрабат. промышленности

2 Относит, невысок, уровень риска 10"4 -10"3 10-2-10"1 Экипаж гражд.ави- Велосипед ации, пожарник. Бокс полицейскии, боксер профес.,гончар, рабочие всей промышленности

Относит. 3 высокий уровень риска

10"3-5-10'

10"

5- 10"1

Углекоксован. .вулканизация, рабочие угольных шахт, строительные рабочие, экипажи гражд.авиации (услов.максимального риска), экипажи реакт. бом-бардировщ. (*) Орбитальные космич. полеты

Охота Лыжи

Исключит. 4 высокий уровень риска

5-10"3 -10"2 и более

5-10"

1.0

и более

Некоторые произв. в хим. промышлен., верхолазы, трактористы, летчики испытатели, пилоты реактив, истребит. (*) Межпланетн. космические полеты

Мотоцикл

Гребля

Альпинизм

Скачки

Скачки с

препятств

з

Примечание (*)- по данным разделов 3 и 4

Таблица 4

Шкала приемлемости риска смерти за весь период профессиональной деятельности или в течение всей жизни /15'/.

Уровень риска | Оценка приемлемости риска |

ПО'1 Исключительно высокий уровень риска. Необходимо применение мер защиты

10"2 - 10"1 Относительно высокий уровень риска. Необходимо применение мер безопасности

<10"2 Пренебрежимо малый уровень риска

Из данных таблиц 3 и 4 видно, что риск при проведении орбитальных полетов относится к классу профессий с относительно высоким уровнем риска Ю-3- 5-Ю-3 на человека в год, составляющим 0,1-0,5 от демографического. Риск при осуществлении межпланетного полета соответствует профессиям и видам деятельности с чрезвычайно высоким уровнем риска в пределах 5-Ю"3- 10"2 на человека в год, а также профессий с более высоким уровнем риска, который соизмерим или несколько превышает риск демографический. Эти профессии и виды деятельности требуют применения особых мер безопасности и длительность непосредственной работы в этих условиях относительно ограниченного контингента людей не должна превышать 3-5 лет так, чтобы суммарный дополнительный риск в течение жизни не превысил бы 5-15%.

Сопоставим риск указанных профессий с дополнительным риском смертности, связанным с ухудшением в нашей стране экологической ситуации за период 1985-1991гг. Изменение ее связано в основном со значительным увеличением выбросов в атмосферу вредных веществ от промышленных предприятий и транспорта. На рис.11 показан характер изменения коэффициентов смертности в ряде крупных промышленных центров Российской Федерации с развитой транспортной сетью.

Отчетливо видно увеличение скорости нарастания коэффициентов смертности за период с 1985 по 1991гг. В течение шести лет значения коэффициентов смертности увеличились почти на 60% или примерно на 10% за год. То, что это в основном связано с химическим загрязнением

ум

.гЗ

■1С 46

/4

У2 УО

1-МОСКВА

2-С. ПЕТЕРБУРГ

3-ОМСК

4-ЧЕЛЯБИНСК Б-УФА

6-НОВОСИБИРСК

7-НИЖН. Новгород

8-САМАРА , 9-ПЕРМЬ

_ 10-ЕКАТЕРИНБУРГ

•V -•о

г-,-«-» - -

и-Г-..

4930

Й60

-/970

№0

.б/"

/г /о

■/о

■/£50

Рис. И Изменение значений суммарного коэффициента смертности для населения ряда крупных промышленных центров Российской Федерации с развитой транспортной сетью за период 1950 по 1991гг

окружающей среды, можно увидеть из данных, • показанных на рис.12, на котором продемонстрировано отчетливое увеличение скорости приращения коэффициентов смертности по мере увеличения обобщенного показателя интенсивности химической нагрузки на населения. В качестве, этого показателя использовали логарифмы отношения общих объемов выбросов вредных веществ в атмосферу в ряде промышленных центров (по данным Госкомстата) к некоторому граничному объему выбросов Шг в

других городах, при котором не отмечалось существенного значений коэффициентов смертности населения. АЩ £

увеличения

Рис.12 Зависимости скорости приращения логарифмов коэффициентов смертности и ожидаемого сокращения продолжительности жизни от интенсивности химической нагрузки, выраженной 1п для ряда промышленных центров России о - аРп/чЛ к - АТ, гооы

В обстановке социально-экономических перемен в последнее время проблема охраны здоровья населения обострилась еще в большей степени. Снижение жизненного уровня, неизбежное при адаптации населения к рыночной экономике, неудовлетворительное состояния медицины и окружающей среды обусловили еще более резкое снижение уровня здоровья

населения страны. Анализ данных о структуре заболеваемости и смертности населения Российской Федераций за последние годы (1991-1996гг) подтверждает наметившуюся ранее тенденцию о существенном ухудшении здоровья населения России и об усилении скорости нарастания негативных явлений (таблица 5).

Таблица 5

Коэффициенты смертности общие и по основным классам причин на Ю5 населения Российской Федерации за период 1991-1996ГГ.

Причины гибели 1991г 1992г | | 1993Г | 1 1994Г 1995Г 1996Г

От всех причин 1137,5 1215,6| 1446,4|1563,0 1496.4 1417.7

От болезн.сист.кровообращ. 620,0 646,0| 768,9| 832,0 790, 1 758.3

От злокач. новообразований 195,5 199,71 204,6| 207,0 202,8 200.3

Несчастн.случаи,отравлен. 1 1

травмы, убийства, самоуб. 142,2 173,0| 227,9| 247,0 236.6 209,2

От болезн.органов дыхания 55.7 57.9| 74, 51 83,0 73.9 67,7

От болезн.органов пищевар. 28.9 32, 8| 38.3| 43,3 46,1 42, 1

От инфекционных и паразит. 1 1

болезней 12,0 13,11 1 17,3| 1 19.7 20,7 21,3

Наибольшая скорость нарастания коэффициентов смертности имела место за период 1991-1994гг. Значительно более высокие по сравнению с европейскими странами значения коэффициентов смертности, имевшие место к периоду 1991гг, за указанные три года увеличились в 1.4 и более раз (13% в год). Столь существенное увеличение заболеваемости и смертности за этот короткий период связано уже не столько с экологическими изменениями окружающей среды, а в большей степени обусловлено социально-психологическим стрессом, связанным с радикальными преобразованиями всех сфер социально-экономического и общественного развития России, существенным изменением социальных условий и уровня жизни населения, а также с изменением уровня санитарно-гигиенического и медицинского обслуживания.

Из анализа демографических данных можно дополнительно отметить существенное снижение средней продолжительности жизни за последний период в нашей стране. В западно-европейских странах ожидаемая про-

должительность жизни в 80-х годах была выше среднероссийской у мужчин на 7,5 года, у женщин на 4,8 года. К 1996г разница увеличилась и для мужчин составила 14-16 лет, а для женщин 7-9 лет.

Учитывая вышесказанное и то, что приемлемой величиной радиационного риска для относительно опасных и чрезвычайно опасных профессий может быть дополнительный уровень риска за жизнь в пределах 5-15% , мы представляем таблицу уровней радиационного риска для космонавтов при различных значениях суммарных среднетканевых доз за весь период профессиональной работы (таблица 6). Из данных этой таблицы видно, что предельное значение среднетканевых доз за карьеру космонавтов может лежать в диапазоне 100-150 сЗв (суммарный риск от 10 до 14,5 %).

Можно отметить, что значения суммарного риска гибели за всю жизнь являются существенно большими, чем регламентируемое существующими нормативными документами предельное значение радиационно-обус-ловленного риска развития опухолей, равное 3%, несмотря на то, что рассмотрены дозы существенно меньшие, чем в нормативных документах России и США. При существующем в настоящее время предельном нормативном значении дозы за карьеру (400 сЗв) величина суммарного радиационного риска может превысить 35%.

Учитывая оцениваемую более высокую степень опасности воздействия ионизирующих излучений и общую тенденцию к снижению допустимых уровней радиационного воздействия на Земле ( в 2,5 раза ), а также более высокие уровни радиационного риска для космонавтов, отмеченные выше, можно считать целесообразным снижение предельного уровня суммарных среднетканевых эквивалентных доз, допускаемых за карьеру, до уровня 100-150 сЗв (табл.6). Конкретные допустимые значения доз могут быть установлены вновь разработанными нормативными документами, после регламентации государственными органами (Госсанэпиднадзором и Минздравом) предельного значения суммарного радиационного риска в течение жизни или предельного значения возможного сокращения продолжительности жизни.

Таблица 6

Расчетные значения обобщенных доз Н, суммарного радиационного риска Rrad, риска развития злокачественных опухолей Rc и сокращения средней предстоящей продолжительности жизни при суммарных средне-тканевых эквивалентных дозах 100,125 и 150 сЗв для космонавтов, начинающих свою карьеру в возрасте Т0. равном 30,40 и 50 годам.

Рассчитывае- | Возраст Среднетканевая эквивалентная доза,сЗв

мые величины | космон.

Т0,годы 100 125 | 150 |

Вклад ГКЛ,% Вклад ГКЛ,% | Вклад ГКЛ,%

_20. _40_ _60_ _20_40_60_j_20_40_60_

Обобщенная | 46,3 61,3 76,3 56, 3 75,0 93, 8166, 3 88,8 111,3

доза Н,сЗв | |

Суммарн. рад. | 6,02 8, 00 9, 91 7.32 9,75 12, 218, 62 11.5 14,5

риск Кга<3 | |

Радиационный | 30 3,84 4, 62 5,33 4,65 5,62 6, 5115. 45 6,62 7,69

риск канцеро-| 40 2,51 3,00 3,48 3,04 3,64 4,25|3,57 4,29 5,02

генеза, | 50 1,96 2, 34 2, 71 2,37 2,85 3, 32|2, 78 3,35 3,91 |

Сокращ. средн.| 30 2,08 2,76 3,43 2,54 3,38 4, 22|2, 98 4,00 5,00

продолж. жизни| 40 1,85 2,45 3, 05 2,25 3,00 3, 7512, 65 3,55 4,45

АТ. годы. | 50 1,62 2, 15 2, 67 1.95 2,62 3, 2812, 32 3.11 3.90 1

Примечание: При рассчетах обобщенной дозы учитывали предполагаемое максимальное значение эффективной эквивалентной дозы от рентгенологических процедур в течение карьеры, равное 25 сЗв (принимая его в качестве среднетканевой дозы).

6. Отдаленные изменения в ряде регуляторных систем организма и некоторых критических органах после протяженного облучения в дозах, допускаемых современными нормативными документами для космонавтов

Как уже отмечалось, в отличии от прежних подходов к нормированию, в новом подходе при установлении предельных уровней радиационного воздействия на космонавтов за всю их карьеру, кроме расчетов радиационного риска за всю жизнь и возможного сокращения продолжительности жизни рассматривалась необходимость обеспечить приемлемый уровень здоровья и работоспособности космонавтов к концу их профессиональной деятельности. Для этого прежде всего необходимо было определить характер нарушений в ведущих системах организма: центральной нервной системе (ЦНС) и сердечно-сосудистой системе (ССС), определяющих возможное снижение здоровья и работоспособности космонавтов в отдаленном периоде после облучения в пределах доз, допускаемых существующими в настоящее время нормативными документами.

Материалы экспериментальных исследований по изучению состояния нейронов коры головного мозга после радиационных воздействий, показывают, что при дозах на голову, превышающих 100 сЗв, развиваются серьезные морфологические изменения в нейронах /51/. Доля нейронов с дистрофическими изменениями увеличивается с дозой и со временем и значительно превышает их уровень у необлученных животных.

Я HgflpûBOB с дястрофJT3MCHCH. ъ от срока, после обл.

g 40

|35 и 30

§25

С

¡20

S 15 ¿•10

I 5

* О

1 : i i i i i Ш . ;

1 i ! M ! 1 \)k „

\ Ml HW

! i i

i J/|/\ ; Lj-f

•---i •! / i>1

•- ! !

j i

\ M ! H

Рис.13 Зависимость относительного числа нейронов с дистрофическими изменениями у крыс в зависимости от сроков обследования после облучения в различных дозах

1 10 100 Срок сДслеязсрысхмеояпы

-Доза 035 Ц> —)— Доза 0,Б 1> -э- Деза 1 Гр

*- Доза 2 Гр -А- Доза 4 Гр —к- Дога в Гр

Нами подробно рассмотрены также литературные материалы о функциональном состоянии центральной нервной и сердечно-сосудистой систем при радиационном воздействии в различных дозах. Для количественной и качественной характеристики развития нарушений в организме по мере увеличения дозы можно для наглядности использовать подход.

изложенный в работе /16'/, в которой определен последовательный переход от нормы к патологии на основе оценки степени напряженности компенсаторных систем организма при протяженном воздействии некоторого экстремального или группы экстремальных факторов (продемонстрирована так называемая лестница состояний).

Представленные в указанной работе состояния 1-3 характеризуют нормальный уровень функционирования организма. Они могут включать в себя умеренное функциональное напряжение регуляторных систем в ответ на внешнее раздражение.

Состояния 4-6 относятся к донозологическим (предболезненным) состояниям, характеризуемым резко выраженным функциональным напряжением и даже перенапряжением регуляторных механизмов.

Состояния 7-10 относятся к болезненому и очень болезненному состояниям, они характеризуются резко выраженным перенапряжением и последующим быстрым истощением регуляторных систем, срывом (поломкой) механизмов регуляции.

Рассматривая в этой связи данные профилактических и диспансерных наблюдений за людьми, профессионально работающими с источниками ионизирующих излучений (табл.7) можно отметить, что при облучении в дозах в пределах 50-100 сЗв изменения в центральной нервной и сердечно-сосудистой системах могут быть отнесены к нормальной реакции организма на действующий радиационный фактор (состояние 3 в лестнице состояний, характеризуемое лишь умеренным функциональным напряжением регуляторных систем).

При достижении за несколько лет суммарных поглощенных доз 100-150 сЗв отмечаются заметные нарушения в системе кровообращения. В 37% случаев (против 6% в контрольной группе обследованных) развивался неспецифический неврологический синдром нарушения нервно-висцеральной регуляции, выражающийся в развитии компенсированной нейро-циркуляторной дистонии гипотонического типа, которая в сочетании с изменениями в других органах и системах является составной частью 1-ой стадии хронической лучевой болезни. Указанные проявления могут быть отнесены уже к 4-6 состояниям по рассмотренной выше классификации. Состояние организма при этом характеризуется неспецифическим расширением лабильности по типу реакции выраженного и резко выраженного напряжения адаптивных систем ко всему комплексу воздействий внешней среды, включая профессиональное облучение.

Таблица 7

Нарушения в сердечно-сосудистой системе, а также ее регуляции со стороны центральной нервной системы по мере увеличения дозы хронического профессионального облучения

Диапазон Клиническая доз, сЗв оценка

Характер проявлений

50-100 Формирование неспецифической адаптивной реакции организма на новый комплекс профессионального воздействия. Изменения сходны с реакцией на другие неблагоприятные факторы внешней среды и находятся в границах физиологической нормы. Частота явной паталогии CGC не увеличена.

50-100 Неспецифическое расширение лабильности по типу реакции напряжения адаптитвных систем ко всему комплексу влияний внешней среды, включая профессиональное облучение. Изменения в организме сходны с проявлениями при хроническом воздействии стрессорных факторов умеренной интенсивности.

150-400 Ухудшение здоровья и работоспособности человека. При облучении в этом диапазоне доз ионизирующие излучения являются ведущим фактором риска, ответственным за развитие серьезной сосудистои патологии. Нейроциркуляторная дистония сохраняется до 10 лет после прекращения облучения. Через 15-20 лет при дозе 400 сЗв частота гипотензивных состояний уменьшается, но увеличивается риск развития атеросклеротических изменений с развитием гипертонии. Отмечается нарастание радиационных проявлений в других органах и системах, присущих хронической лучевой болезни II и III стадий, сопровождающихся ускоренным истощением компенсаторных резервов организма.

Повышенная реактивность и функциональная неустойчивость ССС и вегетативной нервной системы в 20-30 % случаев, против 6% в контроле, легкие сдвиги нейро-сосудистой регуляции (лабильность пульса и АД при нагрузках).

Выраженные в 37 % случаев проявления синдрома нейро-циркуляторной дистонии. Наблюдаются брадикардия и сосудистая гипотония в различных областях, снижение суммарного кровенаполнения сосудов, их реактивности, нарушения терморегуляции. Учащаются жалобы на онемения и боли в конечностях, на общую слабость, повышенную утомляемость, головные боли, головокружения, расстройства сна, боли в области сердца.

Значительное снижение компенсаторных возможностей высших отделов ЦНС, выражающееся в резком до 70% увеличении частоты астенического синдрома, сопровождающегося повышением психической утомляемости, снижении памяти, нарушением взаимодействия анализаторов, значительным увеличением спектра и количества жалоб на плохое самочувствие. Резкое увеличение частоты нейроциркуляторной дистонии. Усугубление сосудистых изменений и нарушений периферического кровообращения. Увеличение жалоб на боли в конечностях,онемения. Многообразные расстройства кровообращения в костных структурах. Повышение реактивности и функциональной неустойчивости ССС к дополнительным нагрузкам и патогенным воздействиям.

После превышения дозы 150 сЗв можно убедительно говорить о ведущей роли радиационного фактора в формировании более тяжелых стадий заболеваний (хроническая лучевая болезнь II и III степени тяжести). При этих дозах наблюдается существенное снижение функциональной активности ЦНС, появляются признаки хронического истощения компенса-торно-приспособительских реакций и развитие вследствии этого дистрофических процессов в ЦНС, что соответствует по представленной выше классификации- состояниям болезни (7-10 уровни). Эти состояния не могут быть допущены нормативными документами для космонавтов, учитывая дополнительное воздействие кроме радиации нерадиационных факторов в космическом полете, что может привести к более быстрому истощению компенсаторных резервов организма, усилению тяжести заболевания и даже поломке (срыву) механизмов регуляции.

Рассмотренные материалы о состоянии центральной нервной и сердечно-сосудистой систем при радиационном воздействии подчеркивают также необходимость снижения допустимых 'уровней радиационного воздействия на космонавтов за всю их профессиональную деятельность до уровня 100-150 сЗв. Учитывая сочетанное длительное действие облучения и нерадиационных факторов полета, по-видимому, следует приблизиться к нижней границе и ограничить уровень облучения в течение профессиональной работы космонавтов уровнем 100-125 сЗв, в который включалось бы также радиационное воздействие в течение жизни от рентгенорадиологических процедур.

Анализ литературных данных по развитию помутнений хрусталика у животных и образованию катаракт в отдаленные сроки после облучения показывают, что пороговое значение дозы, после которого отмечается некоторое возрастание скорости образования помутнений хрусталика, составляет 70 сЗв. Достоверное увеличение частоты образования помутнений хрусталика наблюдали после облучения в дозе 100 сЗв, а при дозе 200 сЗв скорость образования помутнений превышала таковую в контрольной группе более чем в 2 раза. Учитывая то, что при действии излучений с низкими значениями ЛПЭ и с малыми значениями мощности дозы эффективность такого воздействия снижается приблизительно в два раза, следует, по-видимому, принять в качестве порогового значения дозы, вызывающей увеличение скорости образования помутнений хрусталика при хроническом облучении, величину 150 сЗв.

Представленные данные свидетельствуют о необходимости снижения допустимых доз на хрусталик за всю профессиональную деятельность космонавтов до уровня 150-200 сЗв вместо значений 400-600 сЗв. опре-

деляемых существующими нормативными документами США и России.

Поздние неблагоприятные проявления, связанные с отдаленными реакциями кожи, могут иметь место через 6 месяцев и более после облучения. Анализ клинических материалов показал, что если суммарная доза на кожу человека, полученная за год и более лет, превысит 800-1000 сЗв. можно ожидать клинически выраженные проявления хронического лучевого поражения кожи в виде ее сухости, образования трещин, изменения капиллярного кровотока, дистрофических проявлений, изъязвлений. По-видимому, в разрабатываемых в России новых нормативных документах предельное значение дозы на кожу за всю карьеру может быть приняты таким же, как и в современных американских нормативах (600 сЗв). При этом исключаются ближайшие и отдаленные неблагоприятные проявления со стороны кожи, которые могли бы снизить работоспособность космонавтов.

На основе вышепредставленных материалов нами обоснованы новые предельные нормативные уровни радиационного воздействия на все тело космонавтов и на кроветворные органы за всю их профессиональную деятельность. Рекомендован возможный диапазон среднетканевой эквивалентной дозы за карьеру космонавтов в диапазоне 100-125 сЗв. При этих дозах суммарный радиационный риск не превысит 10-12 %, а возможное сокращение продолжительности жизни 2.7-4,2 года. При этих дозах не следует ожидать существенного снижения показателей здоровья со стороны ЦНС и ССС. Предложены также новые предельные значения доз на хрусталик глаза и кожу -200 и 600 сЗв соответственно. При этих дозах будут отсутствовать неблагоприятные отдаленные лучевые проявления, снижающие работоспособность космонавтов.

В таблице 8 представлены данные по существующим пределам доз в нормативах России и США и предлагаемые изменения нормативных уровней радиационного воздействия на космонавтов. Диапазон доз связан с неопределенным значением предельного допустимого уровня риска, который должен быть установлен Минздравом и Санэпиднадзором и будет принят во внимание при разработке новой редакции ГОСТа по нормам радиационной безопасности космических полетов вместо ГОСТ 25645.215-85. Из данных таблицы 8 отчетливо видно существенное снижение рекомендуемых суммарных уровней радиационного воздействия за всю карьеру на все тело космонавтов, хрусталик глаза и на кожу, что связано с более высокими уровнями радиационного риска, установленными в настоящей работе.

Таблица 8

Пределы допустимых доз для космонавтов (астронавтов) за различные периоды полета и за всю карьеру (сЗв), действующие в настоящее время в России (*) и в США (*), а также рекомендуемые новые значения допустимых доз на основе расчетов радиационного риска и материалов, по отдаленным радиационным последствиям (**).

Рассматр. Основной Доза на |Доза на | Доза на |

период рекоменд. костн.мозг ¡хрусталик | кожу на |

предел на на глуб. |на глуб. 1 глуб. |

глуб. 5 см 5 см 10, 3 см | | 0,01 см |

Россия США Россия США |Россия 1 США | Россия США |

Однократ. (**) - 10-15 ¡20-30 1100 1

облуч. (*) — — 50 - 1 | - 1 - 1

30-суточ.(**) - 20-30 137-50 |150 |

максимум (*) - - 10, 5 25 1 | 100 1 150 |

Годовой (* *) - 40-60 175-100 |300 |

максимум (*) — — 67 50 | 225 | 200 [450 300 [

Профес. (**) 100-125 100-125 1150-200 |600 |

предел (*) 400 150- 400 150- | 600 400 11200 600 |

400 400 1

D=F(To) D=F(To) 1

ВЫВОДЫ

1. Разработан новый обобщенный дозиметрический функционал (обобщенная доза) для оценки радиационной опасности сложного по составу и характеру пространственного и временного распределения дозы облучения при наличии дополнительного воздействия нерадиационных факторов. Представлен алгоритм определения значений коэффициентов, входящих в выражение для обобщенной дозы.

2. Развита модель равноценной дозы, которая предназначена для приведения эффектов неравномерного облучения в ближайшем пострадиационном периоде к условиям стандартного равномерного облучения.

3. Показано, что дополнительное воздействие различных нерадиационных факторов может усилить радиобиологические проявления в ближайшем пострадиационном периоде. При этом коэффициент модифицирующего воздействия нерадиационных факторов по дозе (КМБ) в максимальном случае может составить значение равное 1,3, что следует учитывать при оценке радиационной опасности в процессе полета, особенно при развитии солнечных протонных событий.

4. Разработаны алгоритмы и проведены расчеты радиационного риска для космонавтов в процессе межпланетных и орбитальных полетов для различной их продолжительности, толщин защиты космического аппарата, цикла солнечной активности, возраста космонавтов.

5. Впервые представлены алгоритмы и результаты расчетов риска в процессе орбитальных и межпланетных космических полетов, а также суммарного радиационного риска для космонавтов за всю жизнь, возможного сокращения продолжительности их жизни. Проведены расчеты радиационного риска развития опухолей в течение жизни космонавтов после завершения указанных полетов. Проанализированы зависимости рисков рассмотренных отдаленных последствий от длительности полета, толщины защиты космических аппаратов, цикла солнечной активности и возраста космонавтов. Сопоставлены значения радиационного риска для космонавтов России и астронавтов США и Японии с учетом демографических особенностей в этих странах.

6. Продемонстрировано, что суммарный радиационный риск в течение жизни космонавтов в 20-30 раз превышает риск в процессе полета, в несколько раз больше по абсолютной величине, чем риск развития опухолей, и практически независит от возраста космонавтов. Учитывая это, суммарный радиационный риск, а также возможное сокращение средней предстоящей продолжительности жизни являются наилучшими критери-

ями для обоснования допустимых уровней радиационного воздействия на космонавтов за всю их профессиональную деятельность.

7. Проведенные расчеты показали, что при облучении космонавтов за всю карьеру в дозах, допускаемых существующими нормативными документами в России (400 сЗв), суммарный радиационный риск может достигнуть при максимальных оценках 38,7%, риск развития опухолей для космонавтов в возрасте 30, 40 и 50 лет может составить 20,5; 13,3 и 10,4% , сокращение предстоящей продолжительности жизни может превысить 13; 11 и 10 лет соответственно.

Продемонстрировано, что при дозах 150-400 сЗв могут иметь место в отдаленном послеполетном периоде заметные нарушения со стороны центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, определяющие снижение показателей здоровья и работоспособности космонавтов к концу их профессиональной деятельности. Отмечается также существенное увеличение скорости развития помутнений хрусталика при этих дозах.

8. Показано на основе сравнения рисков ряда антропогенных воздействий на Земле и рисков различных профессий и видов деятельности человека, что радиационный риск для космонавтов при осуществлении орбитальных и межпланетных полетов относится к классу высоких и исключительно высоких уровней риска. Максимальным приемлемым уровнем для профессий с исключительно высоким уровнем риска может быть дополнительный уровень риска в пределах 5 Ю-3 -Ю-2 1/год или соответственно 5-15% за всю жизнь.

9. Обоснованы новые предельные нормативные уровни радиационного воздействия на все тело космонавтов и на кроветворные органы за всю их профессиональную деятельность. Рекомендован возможный диапазон среднетканевой дозы за карьеру космонавтов в диапазоне 100-125 сЗв. При этих дозах за всю карьеру суммарный радиационный риск не превысит 10-12%, а возможное сокращение продолжительности жизни 3-4 года. При суммарных среднетканевых дозах 100-125 сЗв не следует ожидать существенного снижения показателей здоровья и работоспособности космонавтов к концу их профессиональной деятельности.

10. Предложены новые предельные значения дозы на хрусталик глаза и кожу - 200 и 600 сЗв соответственно. При этих дозах будут отсутствовать неблагоприятные отдаленные лучевые проявления, снижающие работоспособность космонавтов. Таким образом, в диссертационной работе решен комплекс вопросов, касающихся проблемы обеспечения радиационной безопасности космических полетов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кузин Р. А.,Невская Г.Ф..Попов В.И.. Сычков М.А., Шафиркин A.B., Юргов В.В.. Абрамова Г.М., Гинзбург Е.В., Каландарова М.П. Экспериментальные исследования эффективности локальной защиты// В кн.: Проблемы космической медицины. Материалы конф. Москва. 24-27 мая 1966, М.: ИМБП, 1966, с.236-237

2. Абрамова Г.М. .Гинзбург Е.В., Кузин P.A..Невская Г. Ф..Попов В.И.. Сычков М.А.. Шафиркин A.B., Юргов В.В. Методические подходы к изучению эффективности локальной защиты космонавта//Космическая биология и медицина, 1969, т.З, N4, с. 53-58

3. Попов В.И., Шафиркин A.B.. Юргов В.В. Моделирование радиационных воздействий применительно к условиям длительного космического полета//Космическая биология и медицина, 1971, т. 5. N2, с.46-50

4. Кузин P.A., Невская Г. Ф.. Попов В. И., СаковичВ.А., Шафиркин А. В., Юргов В.В. Математическое описание процессов лучевого поражения

и восстановления кроветворной системы // Космическая биология и медицина, 1971, т.5. N 5, с.29-33

5. Илюхин А.В..Зубенкова Э.С. Шафиркин A.B. Метод определения полупериода циркуляции, величин гранулоцитарных пулов и костномозговой продукции гранулощтов//Проблемы гематологии и переливания крови, 1971, т.16, M 2, с.50-53

6. Илюхин А.В.,Зубенкова э.С.. Маркелов Б. А., Шафиркин А. В. Определение полупериода циркуляции, величин гранулоцитарных пулов и костномозговой продукции гранулоцитов при помощи флюоресцентного метода//Бюллешень экспериментальной биологии и медицины,1971,

N 6, с.116-119

7. Попов В.И., Шафиркин A.B., Юргов В.В. Прогнозирование с помощью метода биоинформации радиационного поражения при хроническом облучении животных// В кн. : Хроническое действие внешнего гаммаоб-лучения на организм собак. Материалы Всесоюз. симпозиума г. 'Истра, 16-20 октября 1972, М.: МЗ СССР, 1972, с.175-178

8. Grlgoryev Yu.G., Markelov В.A..Popov V. I.,Akhunov А.А, Tsessarskaya T. P., Ilyukhin A. V., Fyodorova N. L., Burkovskaya T.E., Shaflrkln A.V. Physiological and hematological effects of chronic Irradiation// In. : Life science and space research,1972,

V. X, p. 147-154

9. Григорьев Ю.Г., Каландарова M.П., Попов'В.И., ФарберЮ.В., Шафиркин A.B., Юргов В.В. Закономерности развития поражения и восстановления в гемопоэтической системе собак при повторных воздействиях радиации// В сб.: Теоретические предпосылки и модели процессов радиационного поражения систем организма, Пущино: ОНТИ НЦБИ, 1975; С. 75-85

10. Горлов В.Г., Шафиркин A.B., Попов В.И., Нейман о.В., Зухбая т.М., Барсов П.А. Формирование эффективной дозы при хроническом воздействии радиации с различной мощностью дозы. Там же с. 86-94

И. Григорьев Ю.Г., Данияров С.Б., Миррахимов М.М..Фарбер Ю.В.,

Каландарова М.П.,Молдоташев Б.У.,Шафиркин A.B. Клиническое течение радиационного поражения в условиях высокогорья//Косшческая биология и авиакосмическая медицина. 1976, т. 10, N 6, с. 51-53

12. Григорьев Ю.Г., ФарберЮ.В., Шафиркин А. В.. Аврунина Г. А.,

Шеин В.И., Невзгодина Л.В..Солянов Б.И.. Ефимов В.И., Вериго В.В. Опыт экспериментального исследования сочетанного действия ионизирующего излучения и других физических факторов внешней среды в аспекте гигиенического нормирования// В сб: Гигиеническая оценка факторов радиационной и нерадиационной-природы и их комбинаций. Ленинград, НИИРГ,1976, с. 107-111

13. Григорьев.Ю.Г.. Шафиркин A.B., Горлов В. Г. Исследование зависимости коэффициента, учитывающего распределение дозы во времени от мощности дозы при протяженных воздействиях радиации на организм животных и человека.// Материалы X совещания социалистических стран по космической биологии и медицине,Сухуми, 16-25 мая 1977, с. 88-89

14. Григорьев Ю.Г., Фарбер Ю.В., Шафиркин A.B. Исследование радиочувствительности животных при различных режимах акклиматизации к условиям высокогорья //Информационный бюллетень Научного Совета по радиобиологии АН СССР, 1977, в. 20, с. 12-15

15. Шафиркин A.B. .Горлов В.Г. Модельное списание кинетики эффективного поражения организма при протяженных и хронических лучевых воздействиях//Радиобиология, 1978, т.18, в.2, с.253-258

16. Григорьев Ю.Г..Горлов В.Г.,Шафиркин A.B. Зависимость биологической эффективности протяженных и хронических лучевых воздействий от мощности дозы для различных видов животных и человека// Радиобиология. 1978, т.18, в.4, с.591-595

17. Фарбер Ю. В., Табакова Л. А. Исследование влияния длительного вращения на радиационное поражение организма //Космическая биология и авиакосмическая медицина, 1978, т.12, N4, с.46-50

18. Каландарова М.П., Грамматикати В. С..Шафиркин А.В. Изменения в кроветворной системе со бак при остром неравномерном рентгеновском облучении и сочетанном фракционированном радиационном воз-действии//Ра0иобиоуюгия, 1979, т.19, в. 1, с.130-137

19. Григорьев Ю.Г.,Данияров С.Б.,Молдоташев Б.У.,Фарбер Ю. В., Шафиркин A.B. Биологическое действие радиации в условиях хронической гипоксии.Сообщение 1. Исследование дозовой зависимости смертности крыс, облученных на разных стадиях адаптации к высокогорной гипоксии//Ра9иобиология. 1980, т.20, в. 1, с.114-117.

20. Григорьев Ю.Г..Фарбер Ю.В.,Шафиркин A.B. Биологическое действие радиации в условиях хронической гипоксии. Сообщение 2. Исследование специфической и неспецифической устойчивости организма в зависимости от времени при адаптации и реадаптации// Радиобиология, 1981, Т. 21, в. 5, С. 694-698.

21. Гладилкин А.Н., Игнатов И.В.. Кузин P.A. .Попов В.И..Юргов В.В.. Шафиркин A.B. Гамма-установки для радиобиологических исследований. М.: Энергоиздат, 60 с.

22. Григорьев Ю.Г., Фарбер Ю. В., ШеинВ. И., Степанов В. С., Шафиркин A.B. Устойчивость организма к некоторым экстремальным воздействиям// В кн.: Физиология экстремальных состоянии и индивидуальная защита человека. Материалы Всесоюз. конф. Москва, 12-13 мая 1982, М.:ИБФ МЗ СССР, С. 26-28

23. Шафиркин A.B. Некоторые закономерности изменения относительного числа стволовых кроветворных клеток при протяженном облучении с различной мощностью дозы//РаЭиобиология,- 1981, т. 23, в. 5, с. 630-636.

24. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете."Термины и определения" ГОСТ 25645.201-83. Авт.: Григорьев А.И. .Губин А.Т.,Зухбая Т.М..Ковалев Е.Е., Сакович В.А., Шафиркин A.B. и др. М.: Госстандарт СССР.1983

25. Григорьев Ю.Г., Шафиркин А. В. Общие закономерности формирования резистентности организма после воздействия различных физических факторов среды. Материалы пленума Научного Совета АН СССР по проблеме радиорезистентности животного организма. Ташкент, 17-19 апреля 1984.// Информ. бюлл.Научного Совета по радиобиологии АН СССР, 1984, В. 30, С. 5-10

26. Фарбер Ю.В.,Шафиркин A.B., Маркелов Б.А., Ульянова В.А. Восстановление кроветворной ткани после острого облучения мышей быстрыми нейтронами.//Материалы 17 совещания рабочей группы по прог-

рамме "Интеркосмос",ЧССР, Брно, июнь 1984, с.130-131

27. Григорьев D. Г., Маркелов Б.А.,Шафиркин A.B. Соматические эффекты у собак в процессе и после шестилетнего хронического и сочетан-ного облучения в малых дозах.// Материалы Всесоюзной конф. по действию малых доз ионизирующей радиации. Севастополь, 8-13 окт., 1984, с.5-8

28. Григорьев Ю.Г., Фарбер Ю.В., Шафиркин A.B. Лучевое поражение ге-мопоэза в условиях высокогорья в зависимости от длительности адаптации//Ра0иобиология, 1984, т.24, в.5, с.624-629

29. Федорова Н.Л., Маркелов Б.А., Шафиркин A.B., Плюхина Г.Я. Характеристика потомства собак-самцов в процессе хронического и соче-танного гамма-облучения и в пострадиационный период// Радиобиология, 1985, т. 25, в.1 с. 69-73

30. Губин А.Т.,Зухбая Т.М.,Сакович В.А.,Сычков М.А..Федорченко В.А., Шафиркин А.В. Модель эффективной дозы для расчета радиационного риска при космических полетах. // Материалы 18 совещания рабочей группы по программе "Интеркосмос",Гагра;27 мая-1 июня,1985, с. 276

31. Губин АЛ., Сакович В.А., Сычков М.А., Федорченко В.А., Шафиркин A.B. Математическая модель скорости смертности животных при радиационных воздействиях. Там же, с. 277-278

32. Маркелов Б. А., Федорова Н. Л., Ульянова В. А., Шафиркин А.В.,

Рыжов Н.И. Количественные аспекты пострадиационного восстановления в некоторых тканях млекопитающих после воздействия нейтронов и гамма-лучей. Там же, с. 287-288

33. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. "Модель обобщенного радиобиологического эффекта". ГОСТ 25645.214-85. Авт.: Григорьев А. И., Губин А.Т., Зухбая Т.М., Ковалев Е.Е., Сакович В.А.,сычков М.А., Шафиркин А. В. и др.

М.: Госстандарт СССР, 1985

34. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. "Нормы безопасности для полетов до 3-х лет". ГОСТ 25645.215-85. Авт. Григорьев А.И., Губин А.Т., Зухбая Т.М., Ковалев Е.Е., Сакович В.А. .Сычков М.А.. Шафиркин A.B. и др.

М.: Госстандарт СССР, 1985

35. Григорьев Ю.Г., Попов В.И., Шафиркин A.B., Антипенко Ж. Б. Соматические эффекты хронического гамма-облучения. М.: Энерго-атомиздат,1986, 196 с.

36. Федорова Н.Л., Шафиркин A.B. Количественные закономерности восстановительных процессов в сперматогенном эпителии мышей при повторном гамма-нейтроном облучении. // Материалы VIII Всесоюзной конф. по космической биологии и медицине, Калуга, июнь 1986,

с. 327-328

37. Ульянова В. А., Фарбер Ю.В., Шафиркин А.В., Маркелов Б. А., Рыжов Н.И. Восстановление радиационного поражения в кроветворной ткани у мышей после повторных воздействий быстрых нейтронов и гамма-излучения.// Материалы Всесоюзной конф. "Восстановительные и компенсаторные процессы при лучевых повреждениях, Ленинград, ЦНИРРИ, октябрь 1986, с. 153-155

38. Федорова Н. Л., Шафиркин А. В., ОсиповаЕ.Ю. Количественная характеристика радиационного поражения в сперматогенном эпителии и скорость его востановления при воздействии быстрых нейтронов и гамма-излучения//РаЭиобиология, 1987, т.27, в.4, с.492-496

39. Ульянова В.А., Шафиркин A.B., Фарбер Ю.В., Маркелов Б.А. Некоторые закономерности формирования радиационного поражения и развития восстановительных процессов в кровотворной ткани мышей после повторных воздействий быстрых нейтронов и гамма-излучения //Радиобиология,1987, т. 27. в. 4, с.510-515

40. Аветисов Г.М., Володин В.П., Шафиркин A.B. О надежности числовых значений дозиметрических критериев внешнего облучения для принятия решения в случае аварии атомных реакторов.// Материалы Всесоюзной конф. "Актуальные вопросы радиационнной гигиены" 15-16 окт. 1987,Обнинск. НИИМР АМН СССР с. 26-27

41. Губин А.Т.,Сакович В.А..Шафиркин A.B. Формирование поражения в системе кроветворения при радиационных воздействиях.// Материалы 1-го Всесоюзного Съезда радиобиологов Москва,21-27 августа 1989, Т. 4. С. 904-905

42. Губин А.Т., Ковалев Е.Е., Сакович В.А., Шафиркин A.B. Вероятностные подходы к оценке радиационной безопасности космических полетов. // Материалы VI Всесоюзного совещания-семинара "Прикладные аспекты радиационной физики". Микродозиметрия, Ка-нев, 14-25 апреля 1989, М.:МИФИ, 1989,часть 1 с.7-22

43. Ульянова В.А., Шафиркин A.B., Фарбер ю.В. Развитие радиационного поражения и восстановление в системе кроветворения у мышей после повторных воздействий нейтронов и гамма-излучения в равноэквива-лентных дозах. // Материалы IX Всесоюзной конф. по космической биогии и медицине, Калуга, 19-21 июня 1990, с.389

44. Григорьев Ю.Г.. Шафиркин A.B. Изменение устойчивости организма в ходе непрерывного длительного внешнего облучения ионизирующим

' излучением с низкой мощностью дозы. // Материалы I Всесоюзн. симпозиума " Молекулярно-клеточные механизмы хронического внешнего и внутреннего действия ионизирующих излучении на биологические системы" 3-6 декабря, 1990, Пущино.ИБФ АН СССР с.37-38

45. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете."Модель учета влияния пространственной неравномерности радиационного воздействия на обобщенный радиобиологический эффект" ГОСТ 25645.219-90. Авт.: Шафиркин А. В., Григорьев А.И.,Губин А.Т.,Зухбая Т.М..Ковалев Е.Е.,Сакович В.А. и др. М.-.Госстандарт, 1991

46. Шафиркин A.B.. Фарбер Ю.В. Определение степени модификации ближайших радиобиологических эффектов комбинированного действия радиации и нерадиационных факторов.//Материалы X Всесоюзной конф. по космической биологии и авиакосмической медицине. Москва 7-10 июня 1994Г М.: "Слово",1994. с.318

47. Губин А.Т., Сакович В.А., Шафиркин А.В. Математическая модель изменения клеточности костного мозга при радиационных воздействиях// Радиационная биология и радиоэкология. 1995, т.35, в.6, с. 889-897

48. Буденная H.H.. Шафиркин A.B. Влияние длительной гипокинезии на формирование радиационных нарушений в коре головного мозга.// Материалы междунар. симпоз. "Проблемы биохимии, радиационной и космической биологии, Москва-Дубна 22-25 янв.1997 , Дубна,1997, с.205-211

49. Шафиркин A.B. Выживаемость животных и человека в ближайшем периоде после стандартных радиационных воздействий в различных дозах. // Материалы международного симпозиума "Проблемы биохимии, радиационной и космической биологии" Москва-Дубна 22-25 января 1997г .Дубна, 1997г, с.262-274

50. Шафиркин А.В..Федоренко B.C. Обоснование зависимости коэффициентов качества излучений от ЛПЭ применительно к оценке ближайших радиобиологических эффектов//Авиакосмическая и экологическая медицина, 1998, т.32, N2. с.4-9

51. Федоренко Б.С., Шафиркин А.В., Буденная H.H. Морфологические изменения в центральной нервной системе животных в зависимости от дозы и времени после воздействий излучений с различными значениями ЛПЭ//Авиакосмическая и экологическая медицина, 1998. т.32.

N 3, с.4-11

52 Шафиркин A.B. Исследование эффективности протяженных радиационных воздействий в зависимости от мощности дозы и длительности облучения на основе реакции организма и отдельных его систем в ближайшем пострадиационном периоде. //Авиакосмическая и экологическая медицина, 1998, Т. 32. N3, С. 44-49

53 Коломенский A.B., Петров В.М.. Шафиркин A.B. Методика оценки радиационных воздействии на космонавтов по показаниям штатного дозиметра при орбитальном полете. //Авиакосмическая и экологическая медицина, 1998, т. 32. N4. с. 44-49

54 Штемберг A.C.. ФарберЮ.В., Шафиркин A.B. Оценка индивидуальной радиорезистентности крыс по реакциям на тестирующее нерадиационное воздействие.//Авиакосмическая и экологическая медицина,1998, Т. 32, N 5, С. 40-45

55. Шафиркин A.B. Методические подходы к установлению значении коэффициентов пространственной неравномерности радиационного воздействия КРБ для расчетов обобщенной дозы применительно к оценке ближайших радиобиологических эффектов. //Авиакосмическая и экологическая медицина,1999,т.33, N1, с.50-56

56. Шафиркин А. В. .Григорьев Ю.Г. Методика установления опасности радиационного воздействия на космонавтов в условиях длительного космического полета на основе обобщенного дозиметрического функционала. //Авиакосмическая и экологическая медицина,1999,т.33, N2, с.55-59

57. Шафиркин A.B. Модель радиационной скорости смертности млекопитающих, определяющая отдаленные последствия радиационного воздействия в различных дозах. //Материалы XI конференции по космической биологии и авиакосмическои медицине. Москва 22-26 июня 1998г. Т. 2, С. 322-324

58. Штемберг A.C., Шафиркин A.B., Короткевич А. 0. Критерии прогнозирования индивидуальной радиорезистентности на основе оценки функционального состояния регуляторных систем организма //Материалы XI конференции по космической биологии и авиакосмической медицине. Москва 22-26 июня 1998г. Т.2,С.336-339

59. Шафиркин А.В..Бенедиктова В.П..Коломенский А.В. .Петров В.М.. Шуршаков В.А. Алгоритм для расчета радиационного риска в процессе осуществления межпланетных космических полетов.//Авиакосмическая и экологическая медицина, 1999. т. 33, N3, с. 56-62

60. Шафиркин A.B., Бенедиктова В.П. Определение радиационного риска в процессе осуществления межпланетного космического полета в различные периоды солнечной активности. //Авиакосмическая и экологическая медицина, 1999, т. 33, N3, с. 13-15

61. Авторское свидетельство N674265 от 21.03.1979 Способ повышения устойчивости организма к лучевому воздействию.

Авт.: Григорьев Ю.Г., Фарбер Ю.В.,Шафиркин А.В.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1'. Blair H.A. The constancy of repair rate and irreparability during protracted exposure to ionizing radiation.- Ann. New York Acad. Sei.,1964, V.114, part.1, p.150-157 2'. Dudkin V.E.,Kovalev E.E.,Kolomensky A.V. et.al. Radiation shielding estimates for manned Mars space flight.- Nucl. Tracks. Radiat. Meas.,1992, V.20. N1, p.29-32 3'. ГОСТ 25645.214-85 (БРЭКАКП) Модель обобщенного радиобиологического эффекта. М.: Госстандарт СССР, 1986

4'. Зиль М.В., Коломенский А.В.. Петров В.М. Ослабление дозы солнечных космических лучей геомагнитным полем,- Космические исследования. 1986. Т. 24. И.6. с. 944-947. 5'. Петров В.М. .Коломенский А.В.,Зиль М.В: Радиационная опасность солнечных вспышек в околоземном космическом пространстве. 2. Методика оценки дозы и риска ее превышения. Космические исследования. 1979. Т. 17, в. 1, с. 122-126. 6'. Черных И.В.. Бенгин В.В..Иванов Ю.В. и др. Динамика радиационных условий на станции Мир по данным прибора "Доза-А1".- Авиакосмическая и экологическая медицина.1998, Т.32. N5, с.51-57 7'. Badhwar G.D., Konrady A., Atwell W. et.al Measurements of the linear energy transfer spectra on the MIR orbital station and comparison with radiation transport models.- Radiation Meas., 1996, V. 26, N 2, p. 147-158 8'. Badhwar G.D..Atwell W., Cash В et.al. Intercomparlson of Radiation Measurements on STS-63.-Radiation Measurements, 1996, V. 26, N 6, p.901-916 9'. ДудкинВ.Е., Мелкумян Л.В., Плющев В. А., Потапов Ю. В. "Энергетические спектры быстрых и промежуточных нейтронов на ОПС "Мир". Доклад на международной конференции "Радиационная обстановка в космосе. Эмпирические и физические модели. г.Дубна, июнь 1993г. 10'. Дудкин В. Е., Потапов Ю.В. ,Лягушин В. И. ,• Плющев В. А.,

Севостьянов В.Д. Сравнение результатов измерений энергетических спектров нейтронов на орбитальном комплексе "Мир" Материалы XI конф. по космической биологии и авиакосмической медицине 22-26 ИЮНЯ 1998г М.: 1998г, Т.1, с. 246-247 И'. Севастьянов В.Д., Тарновский Г.Б., ЛягушинВ.И. (1997) "Измерение энергетического спектра нейтронов на орбитальной станции "Мир".- Космические исследования, Т.35, N2, с.216-220. 12'. Рекомендации международной комиссии по радиологической защите 1990 года.Пределы годового поступления радионуклидов в организм работающих, основанные на рекомендациях 1990 года. Публикации N 60 и 61 - М.:Энергоатомиздат 1994, 189с 13'. Guidance on radiation received In space activities. Recommendation of the national council on radiation protection and measurements NCRP Report N 98., 7910 Vioodmont Avenue/Bethesda. MD. 20814, 1989

14'. Rail J.F., et. al. Report of the National Institute of Health Ad.Hoc. Working Group to develop Radioepidemiological Tables DHHS Publication (NIH) N 85-2748(U.S.Government Printing Office Washington).1985. 15'. Ковалев E.E. Радиационный риск на земле и в космосе. -

М.: Атомиздат, 1976, 255 с. 16'. Григорьев А.И., Баевский P.M. Концепция здоровья и проблема нормы в космической медицине М. :ГНЦ РФ-ИМБП, 1998, 93с

/ti/L

/ MW'/угс*- /■£/

Перспективные программы освоения космического пространства связаны с увеличением продолжительности полетов и длительности действия космических излучений на членов экипажа, что обуславливает существенное возрастание радиационной опасности. При создании долговременных космических станций и увеличении наклона орбит, а также при осуществлении длительной межпланетной экспедиции (например к Марсу) ожидается заметное увеличение флюенсов частиц от радиационного пояса Земли (РПЗ) и галактических космических лучей (ГКЛ). Становится также более вероятным воздействие протонов солнечных космических лучей (СКЛ) с высокой плотностью потока частиц в случае полетов в период максимума солнечной активности. Несмотря на увеличение толщины пассивной защиты радиационного убежища пилотируемых космических аппаратов, повышается тем не менее уровень радиационной и общей опасности особенно при воздействии протонов во время мощных солнечных протонных событий (СПС), при которых поглощенные дозы на критические ткани могут достигать несколько десятков или даже сотен сГр.

С другой стороны, в последние годы получены новые данные о более высоком уровне радиационного риска для людей, профессионально работающих с источниками ионизирующих излучений, что привело к тому, что в новых рекомендациях Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ) и новых нормах по радиационной безопасности в нашей стране (НРБ-96) снижены уровни ежегодного облучения персонала на Земле в 2,5 раза (до 2 сЗв/год). При этом за всю профессиональную деятельность (длительностью до 40 лет) суммарная эквивалентная доза может составить до 80 сЗв.

Все вышеуказанное предъявляет к Службе радиационной безопасности (СРВ) и медицинскому обеспечению полетов повышенные требования по более тщательному рассмотрению концепции оценки опасности воздействия космических излучений и ее уточнению, по совершенствованию методов прогноза радиационной обстановки и расчетов радиационного риска для космонавтов в процессе полета и к концу их профессиональной деятельности. Следует при этом учитывать, что в условиях космического полета организм подвергается одновременному или последовательному действию различных физических и биологических факторов. Отдельные воздействующие стрессорные факторы могут вызывать как специфические проявления, так и обуславливать формирование неспецифического ответа организма. При этом может изменяться характер адаптивных реакций к определяющему постоянно действующему раздражителю, может существенно модифицироваться устойчивость организма к воздействию как радиации, так и других факторов полета.

Как показала практика орбитальных полетов последних лет на станции "Мир" (средняя высота орбиты 400 км), космонавт-профессия, при которой достигается самый высокий уровень радиационного воздействия в ходе выполнения профессиональных обязанностей. Доза облучения, ежесуточно получаемая космонавтом в ходе полета в несколько раз превышает контрольные значения ежедневного облучения работников атомных производств. Проведенные оценки ожидаемых уровней радиационного воздействия на экипаж на траектории полета межпланетной космической станции (МКС) показали, что при увеличении высоты орбиты до 450 км, мощность дозы может возрасти до 0,17 сЗв/сут и доза за год полета может составить (даже без учета СПС) 60 сЗв, что в несколько десятков раз превышает предельные значения дозы за год в соответствии с НРБ-96 /165/. Это, по-видимому, может потребовать применения дополнительной физической защиты отдельных отсеков станции, разработки наиболее приемлемой циклограммы работы космонавтов в процессе полета, а также возможно применения методов фармакологической защиты для уменьшения возможных неблагоприятных ближайших и отдаленных эффектов. В связи с этим, становится понятной особая роль радиационного фактора, который в значительной степени определяет как глубину изменений в отдельных системах организма космонавта, так и вероятность снижения его работоспособности и жизнеспособности в процессе полета и в отдаленном периоде после его завершения. Поэтому актуальным является изучение закономерностей формирования поражения организма после острых и в процессе протяженных воздействий радиации, исследование характера протекания восстановительных процессов в пострадиационном периоде, определение степени снижения компенсаторных возможностей и реактивности организма в условиях комплексного воздействия факторов космического полета, установление риска ближайших в процессе полета и отдаленных неблагоприятных проявлений в послеполетном периоде.

Задача обеспечения радиационной и общей безопасности при длительных космических полетах является сложной многофункциональной проблемой, включающей разработку оптимальной защиты экипажа космического аппарата от детерминированных и стохастических источников ионизирующих излучений таких, как: галактические космические лучи (ГКЛ), излучения радиационных поясов Земли (РПЗ), излучения ядерно-энергетических установок и солнечные космические лучи (СКЛ). Она включает также разработку методов прогноза и оперативную оценку опасности каждого отдельного солнечного протонного события (СПС) в процессе полета. При этом необходимо оценивать риск как ближайших радиационных проявлений от каждого события, так и отдаленных последствий от всего комплекса воздействий в условиях длительной космической экспедиции с учетом также предшествующей рассматриваемому полету профессиональной деятельности.

В настоящее время в радиобиологии являются достаточно изученными дозово-временные зависимости непосредственных и отдаленных эффектов после стандартных радиационных воздействий (острое, равномерное облучение от источников ионизирующих излучений, коэффициент качества которых равен 1,0). В то же время радиационное воздействие в условиях космического полета вне магнитосферы Земли характеризуется сложным составом излучений и их энергетического спектра, которые различаются в значительной степени по своей биологической эффективности. Оно характеризуется также неравномерным распределением доз как по глубине тела, так и во времени. Максимальная радиационная нагрузка может приходиться на различные фазы полета и состояния адаптирован-ности организма космонавтов к факторам полета.

Это обуславливает необходимость разработки моделей, учитывающих влияние пространственной и временной неравномерности радиационного воздействия на радиобиологический эффект, уточнения зависимостей коэффициентов относительной биологической эффективности (ОБЭ) излучений от линейной передачи энергии (ЛПЗ), установления степени модификации радиобиологических эффектов за счет дополнительного воздействия нерадиационных факторов космического полета. Требуется также обоснование принципов приведения данного сложного характера облучения экипажа к условиям стандартного радиационного воздействия.

Актуальность работы связана с тем, что она посвящена решению указанных выше вопросов, необходимых для обеспечения радиационной безопасности членов экипажей при осуществлении длительных космических полетов, а также сохранения удовлетворительного состояния здоровья и работоспособности космонавтов к концу их профессиональной деятельности. Однако методика определения радиационного риска и материалы об изменении здоровья и работоспособности человека при радиационных воздействиях в различных дозах могут иметь также определенное значение для решения ряда народнохозяйственных задач. Представленные в работе модельные описания процессов формирования радиационного поражения организма в ближайшем и отдаленном периодах не являются специфичными по отношению к рассмотренному фактору. Они имеют практическую ценность и могут быть также использованы для оценки степени опасности и риска для здоровья человека воздействия других экстремальных факторов (например, при интенсивном химическом загрязнении окружающей среды и в случае действия длительного психоэмоционального стресса). Это позволит принять своевременные меры для сохранения здоровья людей, проживающих в наиболее опасных регионах страны со значительным изменением среды обитания.

Целями диссертационной работы являлись:

-развитие концепции оценки радиационной опасности на основе обобщенного дозиметрического функционала (обобщенной дозы), которая позволяет привести сложный характер облучения членов экипажа в космическом полете к условиям стандартного радиационного воздействия;

-разработка методов определения радиационного риска в процессе полета, к концу профессиональной деятельности космонавтов и за всю их жизнь;

-радиобиологическое обоснование нормативных уровней радиационного воздействия на космонавтов, обеспечивающих социально приемлемый уровень их здоровья и работоспособности как в процессе полетов, так и в отдаленном периоде.

Задачи исследования включали:

-обобщение данных по реакции целостного организма и ряда его критических систем на стандартное радиационное воздействие в различных дозах;

-обоснование принципов приведения сложного характера облучения космонавтов в космическом полете при наличии дополнительного действия нерадиационных факторов к условиям стандартного радиационного воздействия (развитие концепции обобщенной дозы);

-разработка моделей, учитывающих влияние различного временного и пространственного распределения поглощенных доз на радиобиологический эффект и определение на основе этих моделей значений коэффициентов, входящих в выражение для обобщенной дозы;

-разработка алгоритма и проведение расчетов радиационного риска в процессе полетов, суммарного радиационного риска в течение жизни космонавтов, риска образования опухолей, и возможного сокращения продолжительности жизни;

-исследование зависимости радиационного риска от длительности полета, толщины защиты космического аппарата, цикла солнечной активности и возраста космонавтов.

-анализ отдаленных радиобиологических проявлений в зависимости от дозы и мощности дозы радиационного воздействия и оценка степени возможного снижения качества здоровья космонавтов, уровня их работоспособности и жизнеспособности к концу их профессиональной деятельности при существующих в настоящее время предельных значениях доз за их карьеру, установленных нормативными документами.

Научная новизна определяется разработкой нового обобщенного дозиметрического функционала (обобщенной дозы) для количественной оценки опасности для членов экипажей космических аппаратов в космических полетах. Этот функционал служит для приведения сложного характера облучения в условиях космического полета к стандартному радиационному воздействию. Представлены методики для определения коэффициентов, входящих в выражение для расчета обобщенной дозы. Разработаны также новые алгоритмы для расчета радиационного риска для космонавтов в процессе полета и суммарного радиационного риска в течение всей их жизни, а также алгоритм для расчетов возможного сокращения продолжительности жизни космонавтов. Предложены новые подходы к нормированию при обеспечении радиационной безопасности космических полетов. Разработаны рекомендации по совершенствованию норм радиационной безопасности для экипажей космических аппаратов при осуществлении длительных космических полетов. С радиобиологических позиций обоснованы предельные нормативные уровни радиационного воздействия на космонавтов, обеспечивающие социально приемлемый уровень их здоровья и работоспособности как в процессе полетов, так и в отдаленном периоде. С позиций современных повышенных требований к уровню радиационной безопасности для человека обоснованы более низкие предельные уровни дозовых нагрузок за всю профессиональную деятельность космонавтов, чем в существующих в настоящее время нормативах / 60 /. Данная задача впервые решается комплексно на основе разработки модельных представлений о характере развития во времени радиационного поражения организма в условиях пространственной и временной неравномерности радиационного воздействия и дополнительного действия нерадиационных факторов полета, проведения расчетов радиационного риска в процессе полета и в отдаленном периоде.

Практическая значимость работы определяется следующим:

1. Проведенный в работе анализ материалов по острому облучению человека в различных дозах может служить основой для определения степени снижения работоспособности и жизнеспособности космонавтов в процессе полетов и обоснования допустимых доз для однократных острых воздействий от излучения солнечных вспышек.

2. Анализ данных по повторным радиационным воздействиям в сочетании с материалами хронического облучения может быть полезным для установления временного распределения допустимых доз для космонавтов в течение месяца, квартала, года и в течение всей длительности полета с учетом развития восстановительных процессов на уровне организма и в критических тканях;

3. Развитая в диссертации модель равноценной дозы, учитывающая влияние макропространственного распределения поглощенных доз по телу на радиобиологический эффект, и предложенный в ней алгоритм определения значений коэффициентов равноценности радиационного воздействия позволяет оценивать эффективность неравномерных радиационных воздействий как в условиях космического полета, так и на Земле.

4. Новая концепция радиационной опасности на основе обобщенной дозы позволяет оценивать сочетанное воздействие различных источников ионизирующих излучений и нерадиационных факторов.

5. Алгоритмы и методики расчета радиационного риска для космонавтов в процессе космического полета, суммарного радиационного риска в течение всей их жизни, а также сокращения продолжительности жизни космонавтов важны для решения вопросов нормирования радиационного воздействия как в Космосе, так и на Земле.

6. Полученные в работе значения радиационного риска для космонавтов в течение их жизни после завершения межпланетных и орбитальных полетов различной продолжительности, а также проведенный анализ возможных отдаленных нарушений в различных системах организма в зависимости от дозы представляют достаточную систему данных для обоснования предельных уровней радиационного воздействия на космонавтов за их карьеру.

7. Предложения по совершенствованию подходов к нормированию и снижению нормативных уровней радиационного воздействия на космонавтов за всю их профессиональную деятельность могут непосредственно быть использованы при пересмотре государственного стандарта по нормам радиационной безопасности длительных космических полетов.

Положения изложенные выше относятся не только к проблеме обеспечения радиационной безопасности в условиях космического полета.

Представленные материалы могут также успешно использоваться для решения практических задач по обеспечению радиационной безопасности на Земле, а также при оценке опасности воздействия ряда других вредных экологических факторов( например, интенсивного химического загрязнения окружающей среды).

Результаты работы внедрены в практику обеспечения радиационной безопасности космических полетов, а также использованы для решения ряда задач радиобиологии и практического здравоохранения.

Разработанная модель эффективной дозы для оценки эффективности протяженных и хронических облучений с различной мощностью дозы и характером распределения дозы во времени направлена по запросу в Институт Биофизики Минздрава СССР и в Совет по радиобиологии АН СССР.

Получившая дальнейшее развитие в работе модель равноценной дозы для определения эффективности неравномерных радиационных воздействий с существенным перепадом доз по телу явилась основой ГОСТа 25645. 219-90 по проблеме "Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете" (БРЭКАКП). Результаты работы отражены также в трех других ГОСТах по проблеме БРЭКАКП (ГОСТ 25645.201-83; ГОСТ 25645. 214-85 и ГОСТ 25645. 215-85)

Разработанная модель радиационной скорости смертности, которая используется в работе для определения суммарного радиационного риска в течение всей жизни кодмонавтов явилась основой для разработки обобщенной модели скорости смертности при раздельном и сочетанном действии радиации, интенсивного химического загрязнения и психоэмоционального стресса, а также расчетов риска от действия этих факторов. Эти материалы использованы при оценке здоровья населения различных регионов страны в отчетах по Государственным программам: "Здоровье населения России" и "Экологическая безопасность России" (разделы 2.5.7 и 3.4.8).

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- II, VIII, IX, ХиХ1 Всесоюзных конференциях по космической биологии и медицине ( Москва 1966г, Калуга 1986,1990 гг, Москва 1994, 1998 гг;

- X, XVII, XVIII, и XX Симпозиумах по космической биологии и медицине в рамках программы йнтеркосмос (Сухуми 1977г, Брно 1984, Гагра 1985 г, Берлин 1987);

- Всесоюзном Симпозиуме "Хроническое действие внешнего гамма-облучения на организм собак" г.Истра, 1972г;

- Всесоюзной конференции "Клинические проблемы высокогорья" Душанбе, 1974г;

- Всесоюзном совещании "Теоретические предпосылки и модели процессов радиационного поражения систем организма", Пущино, 1975г;

- I Всесоюзной конференции по проблеме "Канопус" Москва, 1982г;

- I Всесоюзной конференции "Физиология экстремальных состояний и индивидуальная защита человека" Москва, 1982г;

- Всесоюзной конференции по действию малых доз ионизирующей радиации , Севастополь,1984г;

- Всесоюзной конференции "Восстановительные и компенсаторные процессы при лучевых повреждениях", Ленинград, 1986г;

- Всесоюзной конференции "Актуальные вопросы радиационнной гигиены" Обнинск, 1987г;

- I Всесоюзном Съезде радиобиологов, Москва,1989г;

- Всесоюзноу совещании "Прикладные аспекты радиационной физики", Канев 1989г;

- I Всесоюзном симпозиуме "Молекулярнокяеточные механизмы хронического внешнего и внутреннего действия ионизирующих излучений на биологические системы", Пущино, 1990г;

- Международном симпозиуме "Проблемы биохимии, радиационной и космической биологии, Москва-Дубна ,1997г.

По теме диссертации опубликованы одна монография и более 50 работ в отечественных журналах и сборниках, получена одна авторская заявка на изобретение. Ее материалы получили отражение в 4 ГОСТ-ах по проблеме "Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете (БРЭКАКП).

Материалы диссертации получены в процессе выполнения научных разработок по открытому плану НИР в соответствии с тематикой Института медико-биологических проблем за период с 1964 по 1998 гг.

На защиту выносятся:

1. Новый подход к оценке опасности сложного по характеру радиационного воздействия на членов экипажа космического аппарата в сочетании с действием других факторов при осуществлении длительного космического полета на основе обобщенного дозиметрического функционала.

2. Модель эффективной дозы, учитываюшэя влияние мощности дозы и характера распределения дозы во времени на радиобиологический эффект, и алгоритм определения значений коэффициентов временной неравномерности радиационного воздействия.

3. Модель равноценной дозы, учитывающая влияние макропространс-твенного распределения поглощенных доз по телу на радиобиологический эффект и алгоритм определения значений коэффициентов равноценности радиационного воздействия.

4. Алгоритм и методика расчета радиационного риска в процессе космического полета.

5. Алгоритм и методика расчета суммарного радиационного риска в течение жизни космонавтов, а также сокращения средней предстоящей продолжительности жизни на основе предложенной в работе модели радиационной скорости смертности млекопитающих.

6. Предложения по совершенствованию норм радиационной безопасности при осуществлении длительных космических полетов.

По своей структуре настоящая работа включает 5 разделов (глав). Первая глава представляет собой литературный обзор материалов о первичной лучевой реакции спустя несколько часов после облучения, которая может существенно сказываться на работоспособности космонавтов. В ней рассмотрены реакции отдельных систем и прослежено изменение общей устойчивости организма в более позднем периоде разгара радиационных проявлений в зависимости от дозы стандартного радиационного воздействия. Она включает также раздел, посвященный ретроспективному анализу существующих подходов к определению радиационного риска и нормированию радиационного воздействия на человека на Земле и в космосе. Радиационные изменения в эпителии хрусталика проявляются в отдаленном периоде и рассмотрены в Приложении (раздел 5).

Вторая глава посвящена дальнейшему развитию концепции радиационной опасности при действии космических излучений на экипажи космических аппаратов на основе обобщенного дозиметрического функционала (обобщенной дозы), приводящего эффекты сочетанного действия сложного по характеру облучения и нерадиационных факторов в процессе полета к условиям стандартного радиационного воздействия. В этой главе отдельные подразделы посвящены установлению значений коэффициентов, входящих в выражение для обобщенной дозы:

-коэффициентов временной неравномерности радиационного воздействия КВ, характеризующих эффективность протяженных облучений с различными значениями мощностей доз и характером распределения дозы во времени;

-коэффициентов пространственной неравномерности радиационного воздействия КР, учитывающих влияние макропространственного распределения дозы по телу на радиобиологические эффекты.

После однократных или повторных кратковременных радиационных воздействий, обусловленных развитием СПС может отмечаться снижение работоспособности и жизнеспособности организма. Определение риска ближайших радиационных последствий (вероятности развития различных проявлений первичной лучевой реакции, снижения устойчивости организма к повторным радиационным воздействиям) связано с расчетом равноценной и обобщенной доз, устанавливаемых на основе степени поражения кроветворной ткани. В то же время при воздействии протонов РПЗ и СКЛ с большим флюенсом и мягким спектром излучения, максимальные и довольно значительные дозы могут приходиться на кожу, хрусталик глаза и гонады, что обуславливает необходимость установления дозовых пределов конкретно на эти критические органы для устранения возможных неблагоприятных последствий в ближайшем и отдаленном периодах после облучения. Поэтому в первой и второй главах кроме реакции на уровне целостного организма подробно проанализирован в зависимости от дозы характер формирования поражения в ряде радиочувствительных критических тканей и систем,- для которых в нормативных документах также устанавливаются предельные уровни радиационного воздействия за год и за всю профессиональную деятельность ( система кроветворения, система обновления кожи).

Глава 3 посвящена разработке алгоритма и проведению расчетов радиационного риска для космонавтов в ближайшем периоде, в процессе осуществления межпланетных и орбитальных космических полетов. В главе 4 рассмотрены возможные отдаленные последствия радиационных воздействий на космонавтов после завершения полетов. Проведен анализ результатов многолетнего эксперимента по облучению собак в режиме, моделирующем дозовые нагрузки на космонавтов при полете на Марс. Представлены результаты расчетов радиационного риска образования опухолей у космонавтов, а также суммарного радиационного риска для космонавтов к концу их профессиональной деятельности и за всю жизнь, а также возможного сокращения продолжительности жизни после осуществления межпланетных и орбитальных космических полетов.

В главе 5 анализируется концепция социально-приемлемого риска. В ней проводится сопоставление профессионального риска для космонавтов с рисками других профессий на Земле и рисками отказов, связанных с качеством здоровья населения страны. В ней представлены также предложения по совершенствованию подходов к нормированию и изменению нормативных уровней радиационного воздействия на экипажи космических аппаратов в космических полетах, в том числе обосновываются существенно меньшие предельные значения суммарных среднетканевых доз за всю профессиональную деятельность космонавтов.

В Приложении (разделы 1-5) представлены подробно данные об отдаленных нарушениях после облучения в ряде регуляторных и компенсаторных систем организма (центральная нервная и сердечно-сосудистая системы), а также в критических тканевых системах организма, которые традиционно рассматриваются при нормировании радиационного воздействия на человека (кроветворная система, система обновления кожи и эпителий хрусталика). В этих разделах рассмотрены показатели, свидетельствующие об ухудшении здоровья и работоспособности космонавтов к концу их профессиональной деятельности при радиационных воздействиях в пределах доз, допускаемых существующими нормативными документами /60 /. Эти материалы использовались нами при обосновании новых, более низких значений предельно допустимых доз для космонавтов за всю их карьеру.