Afilieri Institutul de Științe Industriale, Universitatea din Tokyo, Meguro, Tokyo, Japonia, Japonia Agenția de Știință și Tehnologie, Cercetare de bază pentru știință și tehnologie evolutivă (CREST), Chiyoda, Tokyo, Japonia

dietetic

Afilieri Institutul de Științe Industriale, Universitatea din Tokyo, Meguro, Tokyo, Japonia, Japonia Agenția de Știință și Tehnologie, Cercetare de bază pentru știință și tehnologie evolutivă (CREST), Chiyoda, Tokyo, Japonia

Corecţie

14 august 2015: Murakami M, Oki T (2015) Corecție: aportul dietetic estimat de radionuclizi și riscuri pentru sănătate pentru cetățenii orașului Fukushima, Tokyo și Osaka după accidentul nuclear din 2011. PLOS ONE 10 (8): e0136223. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0136223 Vizualizați corecția

Cifre

Abstract

Citare: Murakami M, Oki T (2014) Aportul dietetic estimat de radionuclizi și riscurile pentru sănătate pentru cetățenii orașului Fukushima, Tokyo și Osaka după accidentul nuclear din 2011. PLoS ONE 9 (11): e112791. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0112791

Editor: Bart O. Williams, Institutul Van Andel, Statele Unite ale Americii

Primit: 16 aprilie 2014; Admis: 19 octombrie 2014; Publicat: 12 noiembrie 2014

Disponibilitatea datelor: Autorii confirmă că toate datele care stau la baza constatărilor sunt pe deplin disponibile fără restricții. Toate datele relevante se află în hârtie și în fișierele sale de informații de suport.

Finanțarea: Acest studiu a fost susținut de o subvenție „Cercetare de bază pentru știință și tehnologie evolutivă (CREST)” acordată de agenția japoneză pentru știință și tehnologie, http://www.jst.go.jp/kisoken/crest/en/index.html. MM și TO primesc finanțarea. Finanțatorul nu a avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, discuțiile de publicat sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Radionuclizii au fost eliberați de la centrala nucleară Fukushima Daiichi de la Tokyo Electric Power Company, în principal la 15 martie 2011, după cutremurul și tsunami-ul din Japonia de Est din 11 martie. Au fost difuzate în atmosferă, depozitate în principal prin precipitații și încorporate în apele de suprafață, apele potabile, culturile agricole și organismele acvatice. Radionuclizii au fost detectați în apa potabilă și în alimentele din Fukushima și alte prefecturi din Japonia, inclusiv Tokyo [1], [2], [3]. Iodul radioactiv 131 (131 I), care are un timp de înjumătățire scurt (8,04 d [4]), poate contamina apa potabilă și alimentele imediat după eliberare, în timp ce cesiul radioactiv 134 și 137 (134 Cs și 137 Cs), care au timpii de înjumătățire mai lungi (2,06 și respectiv 30 ani [4]) provoacă contaminare pe perioade mai lungi de timp. Deși alți radionuclizi, cum ar fi stronțiul 90 (90 Sr), ruteniul 106 (106 Ru) și plutoniul, au un timp de înjumătățire plasmatică mai mare de 1 an, în anul după accident, 134 Cs și 137 Cs au contribuit cu aproximativ 84% până la 88% din doza totală de radiații de la radionuclizi cu timp de înjumătățire> 1 an în dietă [5].

Ca răspuns la accident, guvernul japonez a anunțat „indici provizori referitori la limitele de ingestie de alimente și băuturi” la 17 martie 2011 [1]. Guvernul a început să elibereze date de monitorizare a concentrațiilor de radionuclizi în alimente pe 19 martie și a restricționat distribuția alimentelor colectate în unele municipalități începând cu 21 martie, deoarece alimentele au depășit limitele. Unele municipalități din prefectura Fukushima au impus în mod voluntar limite mai stricte. În plus, unele autorități locale, inclusiv Guvernul metropolitan Tokyo, au distribuit apă îmbuteliată pentru a proteja sănătatea cetățenilor, în special a sugarilor, împotriva concentrațiilor ridicate de 131 I detectate în apa potabilă.

Metode

Calea de admisie

Pentru a evalua aportul prin ingestia de apă potabilă și alimente, am estimat doza echivalentă tiroidiană și doza efectivă de 131 I și doza efectivă de 134 Cs și 137 Cs în rândul cetățenilor din orașul Fukushima (aproximativ 50 km de centrala nucleară; capitală de prefectură), Tokyo (∼230 km) și Osaka (∼580 km). Toate cele trei orașe, inclusiv orașul Fukushima, se aflau în afara zonei de evacuare. Cetățenii au fost clasificați în zece grupuri în funcție de vârstă, sex și sarcină: 131 I și doza efectivă de 131 I, 134 Cs și 137 Cs) din apa potabilă au fost estimate ca: (1) unde k este radionuclidul, Ak este coeficientul de doză pentru radionuclidul k (µSv/Bq) (Tabelul S1), B este consumul zilnic de apă potabilă pe persoană (g/zi) (Tabelul S2), t este numărul de zile după accident (data consumului), și Ckt este concentrația de radionuclid k în apa potabilă la t zile după accident (Bq/g).

Pentru a nu subestima doza, am stabilit Ak pentru 131 I, presupunând că absorbția fracțională a tiroidei din sânge este de 0,3, așa cum este utilizat în determinarea nivelurilor indicelui de control de către Comisia de securitate nucleară din Japonia [22]. Toți coeficienții dozei sunt valori de referință preluate din publicațiile Comisiei Internaționale pentru Protecție Radiologică (ICRP) (Tabelul S1).

B a fost setat la 710 g/zi timp de 6 ani [22]. A fost adăugat apoi consumul mediu zilnic de apă în supă și orez [19]: Consumul de apă în supă a fost calculat din consumul de supă de către adulți [23] și raportul consumului de miso (pastă de soia) de către fiecare grupă de vârstă la că de către adulți [24]. Consumul de apă din orez a fost calculat din consumul de orez [21] și raportul dintre apa de gătit și orez [25].

Concentrațiile de radionuclizi din apa potabilă au fost valorile monitorizate în apa de la robinet în orașul Fukushima [3]; Shinjuku, Tokyo [2]; și Osaka (nedetectat) [20]. Deoarece detaliile concentrațiilor de 134 Cs și 137 Cs în apa de la robinet din orașul Fukushima nu erau disponibile, le-am estimat din concentrațiile de 131 I și raporturile de 134 Cs și 137 Cs la 131 I în apa de la robinet în Tokyo între 19 martie și 8 aprilie . Aportul a fost estimat de la data la care au fost detectați pentru prima dată radionuclizii (16 martie în orașul Fukushima, 18 martie în Tokyo). Deoarece nu au fost detectate în apa de la robinet după 4 mai (cu excepția zilei de 2 iulie la Tokyo), consumul ulterior a fost considerat neglijabil.

Alimente

Dozele medii din alimente au fost estimate prin următoarea ecuație [19], care este modificată pentru a include 134 Cs și 137 Cs, originile produselor și categoriile de alimente: (2) unde k este radionuclidul, Ak este coeficientul dozei pentru radionuclidul k (µSv/Bq) (Tabelul S1), i este categoria individuală de alimente, j este zona individuală (prefectura sursă sau subgrupul prefectural), t este numărul de zile după accident (data consumului), Bi este ziua consumul de alimente i pe persoană (g/zi) (Tabelul S2), Ckijt este concentrația medie aritmetică a radionuclidului k în alimentația i în zona j la t zile după accident (Bq/g), iar Dij este cota de sosire în o zonă (fracția de alimente i de pe piață care provine din prefectură sau zona j) (%).

Consumul zilnic.

Pentru consumul zilnic al fiecărui aliment raportat recent au fost adoptate valori detaliate [21]. Consumul zilnic al alimentelor subcategorizate a fost estimat din consumul zilnic al alimentelor din principalele categorii și raportul dintre cantitatea fiecărei subcategorii care ajunge pe piața de comerț cu ridicata centrală metropolitană din Tokyo și totalul în 2010 [26]. Randamentul național al pescuitului a fost utilizat pentru repartizarea consumului zilnic de produse pescărești proaspete [27]. Consumul zilnic de ciuperci a urmat valorile raportate [24]. Consumul zilnic de ceai de către femeile în vârstă de 19 ani a fost de 439 g/zi [28], iar cel al altor grupuri a fost calculat din acel și raportul consumului zilnic de apă potabilă, excluzând apa din supă și orez în fiecare grup. la cea la femelele ≥19-y. Am presupus că 10 g de frunze sunt folosite pentru a face 300 g de ceai și că 60% din radionuclizii din frunză intră în ceai [14]. Raportul dintre lemnul virgin și alte substraturi utilizate pentru cultivarea shiitake a fost utilizat pentru a estima consumul zilnic de „ciuperci shiitake (lemn virgin)” [29].

Concentrațiile de radionuclizi.

Acțiuni de sosire.

Perioade de calcul.

Este probabil ca precipitațiile din noaptea de 15-16 martie 2011 [43] să fi provocat o contaminare puternică a legumelor cu frunze și a laptelui și a produselor lactate de către radionuclizi, așa că am estimat aportul prin aceste produse înainte de prima publicare a datelor (19 martie 2011): de la 17 martie 2011 în orașul Fukushima, presupunând că livrarea către cetățeni durează o zi; și din 18 martie 2011 la Tokyo și Osaka, presupunând că durează 2 zile. Aportul altor alimente a fost estimat începând cu 21 martie 2011, când guvernul japonez a restricționat distribuția alimentelor. Deoarece contaminarea cu radionuclizi în alte alimente nu a fost atribuibilă depunerii directe [22], aportul înainte de 21 martie nu a fost inclus. Acest lucru a fost susținut de contaminarea mai mică a altor alimente cu 131 I și 134 Cs și 137 Cs decât a legumelor cu frunze (Figurile S2, S3). Aportul a fost estimat din aceste zile până la 20 martie 2012.

Efectele contramăsurilor

Am evaluat efectele contramăsurilor (restricții privind distribuția alimentelor, reținerea voluntară a orezului și distribuția apei îmbuteliate pentru sugari) asupra reducerii aportului. Am presupus că consumul de alimente recoltate în zonele în care distribuția a fost restricționată sau orezul a fost reținut ca fiind nul: cetățenii au consumat alimente alternative care conțin radionuclizi neglijabili. În acest sens, totuși, pentru cazul 2, scenariul conservator, am luat în considerare efectele restricțiilor asupra distribuției altor alimente, cu excepția legumelor, deoarece am presupus că unii cetățeni consumă legume cultivate local. Deoarece guvernul metropolitan din Tokyo a distribuit apă îmbuteliată pentru sugari în dimineața zilei de 24 martie, am evaluat efectul acestei contramăsuri pe 24 și 25 martie. (Orașul Fukushima a distribuit apă îmbuteliată în noaptea de 11 martie după cutremur, dar acest lucru a fost prea devreme pentru a fi luat în considerare).

Variații ale dozelor individuale

Variațiile dozelor de ingestie pentru bărbații ≥19-y (cu contramăsuri în loc) au fost estimate prin simularea Monte Carlo folosind software-ul Crystal Ball disponibil comercial (Oracle, California, SUA). Datele privind variația apei potabile și a alimentelor introduse în simularea Monte Carlo au fost obținute după cum urmează.

Pentru intrarea în simularea Monte Carlo, variațiile dozei din apa potabilă din orașul Fukushima au fost estimate din variația consumului zilnic, în ipoteza unei distribuții log-normale. Variațiile din Tokyo au fost estimate din variațiile consumului zilnic, dependența de sursa de apă și factorul de concentrație.

Estimarea riscului de cancer

Dozele de organ (colon, măduvă osoasă, sân și tiroidă) au fost calculate din dozele eficiente și din rapoartele dintre doze și organe pentru trei grupe de vârstă (134 Cs și 137 Cs în martie 2012 și din decăderea fizică de 134 Cs și 137 Cs (perioade de înjumătățire de 2,06 și respectiv 30 de ani [4]).

Ratele de supraviețuire fără cancer la bărbați și femei au fost derivate din mortalitatea de toate cauzele stratificată în funcție de vârstă și sex în Japonia în 2010 [54] plus diferența dintre incidența tuturor cancerelor din Japonia în 2008 [55], [56]. ] și mortalitatea totală prin cancer în Japonia în 2010 [54]. Incidențele de cancer în Japonia în 2008 [55], [56] au fost utilizate ca rate de incidență de bază pentru toate tipurile de cancer solid, leucemie, cancer de sân și cancer de tiroidă.

Perioada de latență minimă a fost stabilită la 2 ani pentru leucemie, 3 ani pentru cancerul tiroidian și 5 ani pentru cancerul de sân și toate tipurile de cancer solid. Ponderile modelului EAR și ale modelului ERR combinate au fost stabilite la 0,5 pentru toate tipurile de cancer solid, leucemie și cancer tiroidian și 1 pentru cancerul de sân.

Detaliile modelelor EAR și ERR și parametrii lor pentru leucemie, toate tipurile de cancer solid, cancerul de sân și cancerul tiroidian sunt descrise în Informațiile de sprijin.

Relația dintre riscul de cancer și doză este încă incertă [57]. Cu toate acestea, pentru aceeași doză, riscurile la doze mici sunt cunoscute ca fiind mai mici decât cele cu doze mari [58]. În special, coordonarea proceselor de reparare a ADN-ului joacă un rol esențial în permiterea dezvoltării și supraviețuirii adecvate a organismelor [59]. Pentru a corecta riscul la niveluri mici de doză, Comisia Internațională pentru Protecție Radiologică (ICRP) și comitetul BEIR VII au adoptat „doza și factorii de eficacitate a ratei dozei ”de 2 [60] și 1,5 [61]. Am urmat exemplul ICRP și am stabilit un factor de 2 pentru modelele LNT din perspectiva protecției radiologice.

Surse de incertitudine

Acest studiu a inclus surse de incertitudine: concentrații de 134 Cs și 137 Cs în apa de la robinet în orașul Fukushima, date limitate privind alimentele în etapele incipiente, date care au fost mai mici decât limitele de detectare, comportamente individuale (cum ar fi achiziționarea de apă îmbuteliată sau ne-achiziționarea de produse din prefectura Fukushima) și evaluarea dozelor în al doilea an și următorii pentru estimarea cancerului.

Concentrațiile de 134 Cs și 137 Cs în apa de la robinet din orașul Fukushima au fost estimate din concentrațiile de 131 I și raporturile de 134 Cs și 137 Cs la 131 I în apa de la robinet din Tokyo, presupunând că raporturile de depunere de 134 Cs și 137 Cs la 131 Depunerea I și eficiența eliminării în stațiile de tratare a apei potabile au fost similare între orașul Fukushima și Tokyo. Rapoartele de depunere sunt cunoscute a fi similare în cele două orașe [62], iar stațiile de tratare a apei potabile din ambele orașe folosesc sedimentarea și filtrarea rapidă a nisipului, care sunt eficiente pentru îndepărtarea a 134 Cs și 137 Cs [63]. Această incertitudine nu a avut un efect mare, deoarece contribuțiile a 134 Cs și 137 Cs din apa potabilă au fost minore (a se vedea „Comparația dozelor între vârste, efectele contramăsurilor și schimbarea aportului în timp).

În primele etape ale monitorizării, datele nu erau disponibile pentru unele alimente în unele prefecturi din regiunea Kanto, dar aceste contribuții au fost considerate mici (vezi Informații de sprijin). Numărul probelor a fost limitat pentru unele alimente în stadiile incipiente, chiar și în prefectura Fukushima. Prin urmare, am folosit o simulare Monte Carlo și am arătat variațiile de doză (de exemplu, valoarea percentilei 95), inclusiv cele rezultate din concentrațiile de radionuclizi, în alimentele aflate în stadiile incipiente.

Am considerat concentrațiile de radionuclizi care au fost mai mici decât limitele de detecție ca fiind nule. Au existat diferențe în limitele de detectare între perioade și instituții chestionate. Prin urmare, am confirmat rezultatele prin validare față de observațiile din coșul de piață, duplicatele de alimente și sondajele pentru tot corpul.

Diferențele în comportamentele individuale, cum ar fi faptul că nu achiziționează produse din prefectura Fukushima, ar fi putut influența variația estimărilor. Cu toate acestea, deoarece volumul culturilor majore expediate din prefectura Fukushima nu a scăzut după accident [64], [65], am ignorat diferențele de comportament. Media la nivel național a consumului de băuturi răcoritoare îmbuteliate a fost de 410 g/zi în 2011 [66], iar unii cetățeni au achiziționat și apă îmbuteliată pentru a evita apa de la robinet. Am ignorat consumul de apă îmbuteliată și băuturi răcoritoare: presupunerea că oamenii beau doar apă de la robinet ar supraestima în mod conservator doza din apa potabilă.

Dozele datorate ingestiei în anii doi și următori pentru estimarea cancerului au fost calculate din decăderea fizică, deși dozele reale ar putea fi mai mici din cauza reglementărilor mai stricte. Dozele datorate expunerii externe din septembrie 2014 au fost calculate și din decăderea fizică. Aceste ipoteze pot fi considerate ca fiind conservatoare.

Rezultate si discutii

Validarea rezultatelor împotriva sondajelor de coș de piață și de duplicat alimentar

Dozele eficiente datorate ingestiei de 134 Cs și 137 Cs în dieta din orașul Fukushima (Cazul 1), Tokyo și Osaka au fost de acord în cadrul unui factor de 2, în general, cu cele calculate în coșul de piață [1] și alimente- sondaje duplicate [1], [13], [67] în cinci perioade din iulie 2011 până în martie 2012 (Tabelul 1). Studiul coșului de piață include apă potabilă, precum și alimente. Acest bun acord sprijină acuratețea și fiabilitatea rezultatelor noastre. Dozele din dieta din orașul Fukushima (Cazul 2) au fost mai mari decât cele din coșul de piață și sondajele cu duplicate alimentare. Acest rezultat este rezonabil deoarece cazul 2 este conservator. Validarea pentru perioada din martie până în iunie, inclusiv pentru dozele echivalente tiroidiene datorate 131 I, nu a fost efectuată, deoarece nu au fost disponibile date din coșul de piață și din sondajele duplicate alimentare.