人类受到电离辐射照射会导致组织和器官出现功能或结构的变化、损伤甚至损害, 统称为辐射效应。辐射效应按剂量-效应关系可以分为随机性效应和确定性效应。其中随机性效应被认为起源于单个细胞的损伤, 不存在剂量阈值, 其严重程度与剂量大小无关, 但发生概率与剂量相关, 主要包括辐射致癌和遗传效应。在这两种效应中辐射致癌是电离辐射对人类的最主要健康危害, 也是目前唯一得到确认的致命性健康危害^[1]。随着辐射源和核能的广泛应用, 将有更多的人在工作和生活中受到各种来源的长期低剂量辐射照射, 因此在长期低剂量照射条件下对人体健康的随机性效应特别是辐射致癌进行危害的定量与评价越来越引起了人们的注意。对辐射致癌健康危害代价进行合理的估算可以帮助我们全面认识致电离辐射健康危害, 为辐射实践活动进行正当性判断和最优化决策提供依据, 帮助建立科学的致电离辐射健康损害补偿体系以解除放射工作人员的后顾之忧。

1 辐射致癌危害及代价 1.1 辐射致癌危害及代价

辐射致癌危害用来定量描述辐射照射在身体不同部位的致癌效应, 它由表征辐射致癌危险的辐射致癌标称危险系数来确定, 并与癌症的致死性、生活质量调整因子、寿命损失等有关, 合计危害是身体各部位(组织和/或器官)的辐射致癌危害之和^[2]。一般将辐射致癌危害分为客观健康危害和主观健康危害两部分^[3], 客观健康危害指因辐射致癌造成受照者生理上的病变, 如肿块、免疫力下降等; 而主观健康危害则指受照后给个人带来的心理上的担心与不安, 以及由于发生辐射照射而施加的限制对个人的舒适度带来的不利影响。当个人剂量低于剂量限值很多时, 主观健康危害成分可以忽略不计, 此时客观健康危害可以当做全部危害的唯一量度。

根据国际放射防护委员会(ICRP)对随机性效应推荐的线性无阈模型, 人体某一组织T受到剂量H_T照射后致癌的客观健康危害可表示为^[4]:

(1)

其中r_T为组织T的辐射致癌标称危险系数, g_T为致癌效应对组织T的后果严重程度, 为了辐射防护的目的, 作为一级近似, 假定对本人的致死恶性病严重程度因子取1^[4]。

对于人群的给定源受照情况, ICRP37号报告引入了集体剂量S_E, 此时人群某一组织T受到照射后致癌的客观健康危害可表示为:

(2)

其中H_E为组织T的致癌危险占全身均匀受照致癌总危险R的比值, 即个人有效剂量。由上式可见辐射致癌客观健康危害正比于集体剂量, 因此可以推断辐射致癌客观健康危害代价W_h也正比于集体剂量S_E, 如下式所示:

(3)

其中α是一个有量纲的常数, 表示为了辐射防护目的对单位集体剂量指定的代价。

1.2 辐射致癌标称危险系数

辐射防护中用代表性人群的男女平均和不同受照时年龄平均的终生危险估计来表征辐射致癌危险, 称之为标称危险系数^[2]。该系数对某一实践引起的致癌效应的病例数做出了统计性的预测, 它可以预示辐射致癌的健康影响, 使得对辐射致癌危害代价的估算成为可能。

目前许多国际组织如联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)、电离辐射生物效应委员会(BEIR)、美国国家辐射防护与测量委员会(NCRP)和ICRP等均为辐射防护目的利用不同的危险预测模式计算出了不同器官及总的辐射致癌标称危险系数。其中ICRP103号建议书^[2]利用4个亚洲地区(上海、大阪、广岛、长崎)和3个欧美国家(瑞典、英国、美国)的具有长期连续癌症登记人群的基线发病率数据和寿命表计算出亚洲和欧美人群的终生超额癌症危险并取平均值, 采用偏保守的剂量和剂量率效能因数(DDREF)得到可供全球使用的标称危险系数, 见表 1。

由于不同人群之间存在差异性, 我国人群的辐射致癌标称危险系数可以以ICRP给出的标称危险系数为参考, 考虑具体人群寿命及不同器官癌症发病率数据进行修正^[5]。保守考虑, 本工作仍使用ICRP103号建议书推荐的辐射致癌标称危险系数。

2 辐射致癌危害代价的估算

辐射致癌危害代价是对因辐射照射所致癌症对个人或人群造成的直接或间接危害的货币化估价。一般认为辐射致癌的客观健康危害代价包括两部分^[6], 一是直接代价, 包括社会用于治疗这些健康损害而花费的资源, 另一部分是间接代价, 包括人们受到健康损害的影响而造成的生命价值的损失。按照癌症的致死性进行分类, 可以将癌症的客观健康危害代价分为致死癌症, 及非致死癌症的直接和间接代价, 各类代价的具体估算方法^[7]如下。

2.1 致死性癌症的直接代价估算

绝对危险模式下在年龄组为a性别为s的人群中第n年受照得某类特定致死性癌症的病例数为:

(4)

相对危险模式下在年龄组为a性别为s的人群中第n年受照得某类特定致死性癌症的病例数为:

(5)

其中C_c为某致死性癌症的标称危险系数, 见表 1;P_as为年龄组a性别s的人群占总人口的份额, 取值于《中国统计年鉴》(2013)^[8]; S(n)_ac为年龄组a中得某类癌症的人群在第n年的自然发病率, 取值于《2011中国肿瘤登记年报》^[9], L(n)_as为年龄组a性别s的人群的存活概率, 取值于2010年我国第五次和2000年我国第四次全国人口普查数据; AC为以五年年龄间隔划分年龄组后的总年龄组数, Years为最长寿命, 本文中取80岁; z为年龄组a的中位年龄与某类癌症的最短潜伏期及平均存活期之和^[2], 所取参数见表 2。

所有性别所有年龄组人群中某类特定致死癌症的直接代价为:

(6)

其中cp_c为不同类型癌症的2010年平均治疗费用^[10](见表 2), 该费用资料来源于2010年度某三级甲等综合性医院和二级甲等综合性医院信息系统; R_H为治疗费用的年增长率, R为年通货膨胀率, 根据《中国统计年鉴》R_H=9.35%, R=3.175。

2.2 致死性癌症的间接代价估算

病人在生病期间无法劳动而损失的收益可表示为式(7):

(7)

病人因致死性癌症早亡造成收益的损失可表示为:

(8)

其中LV_as为职工的平均年工资, R_e为平均工资增长率, 根据《中国统计年鉴》(2013) LV_as=46769, R_e= 10.14%;Lwk_c为病人由于致死性癌症每年不能劳动的时间, 本工作保守取47周。

2.3 非致死性癌症的直接代价和间接代价估算

按照ICRP103号建议书, 某类非致死性癌症的危害代价是通过对该类癌症的危害代价进行致死性调整和生活质量调整加权后得到的, 因为非致死性癌症患者虽然存活, 但生活质量会严重下降, 因此某类非致死性癌症的代价可以表示为:

(9)

其中K_c为该类癌症的致死性份额, 它由国家癌症存活数据导出, 本文取值于ICRP103号建议书(见表 3);q_min为该类癌症的生活质量调整因子, 取值为0.1, 需要注意的是q_min调整不能用于皮肤癌, 因为放射产生的皮肤癌几乎全部都是基底细胞型, 一般它很少有疼痛, 痛苦或后遗症^[2]。

2.4 估算结果

本工作使用Matlab 7.0软件分别计算了相对危险模型和绝对危险模型下食道、胃、结肠、肝、肺、乳腺、卵巢、膀胱、骨、皮肤、白血病、甲状腺及其他器官共13种癌症致死性癌症和非致死性癌症的危害代价。

其中相对危险模型和绝对危险模型是将辐射致癌发病率与癌症基线发病率关系的两个极端进行了描述, 即辐射致癌与基线发病率完全相关或完全不相关, 更接近真值的应该是两个模型的组合, 而组合的方法和两个模型权重的分配则是关键, ICRP103号建议书根据近年来放射流行病学调查的最新研究成果推荐对各类癌症取两种危险预测模型预测结果的加权平均值, 权重是基于对两个危险估计值相对适用性的判断, 其中权重0.5适用于除乳腺、骨髓、甲状腺、皮肤和肺以外的所有组织, 对乳腺和骨髓推荐采用绝对危险模型预测结果, 甲状腺和皮肤推荐采用相对危险模型预测结果, 对肺则推荐绝对危险模型和相对危险模型预测结果分别占70%和30%。因此本工作对不同危险模型计算出的不同部位癌症危害代价值取不同权重求和的方法最终估算出各类癌症的辐射危害代价, 计算结果见表 3。

3 结论与建议

本工作根据近年来我国实际的癌症住院患者直接医疗费用, 以及人口分布特征和癌症自然死亡率情况分别计算了食道、胃、结肠、肝、肺、乳腺、卵巢、膀胱、骨、皮肤、白血病、甲状腺及其他器官共13种癌症的辐射致癌危害代价。研究结果表明我国人群致死性癌症和非致死性癌症危害代价分别为3.98 × 10⁵元/人Sv和1.70 × 10⁵元/人Sv, 因此可以推出现阶段我国人群的辐射致癌总危害代价约在5.67 × 10⁵元/人Sv左右, 即对辐射致癌效应每单位集体剂量指定的危害代价应约在60万元左右。作为致电离辐射健康危害代价的重要组成部分, 本工作将为进一步研究辐射危害健康代价奠定基础。

本工作估算过程中吸收了ICRP 103号建议书中明确提出的近年来放射流行病学方面的最新研究成果, 同时考虑了癌症的最小潜伏期, 平均存活期以及现阶段通货膨胀和贴现等经济因素的修正。需要注意的是该计算值具有时效性, 与一定时期社会的经济水平有关, 不同时期经济条件不同, 该值也不同, 它不是一个静止不变的数值, 因此在今后开展具体应用工作时, 应该根据目前经济水平对该值进行修正。

未来的工作方向是对辐射遗传效应等随机性效应进行进一步的代价估算, 此外对于辐射造成的主观健康危害, 虽然难于定量, 但它也与健康有关, 因此在评价危害和制定决策时也应考虑进去它们的影响, 具体量化辐射危害带给受害者本人, 家人以及其他社会成员的心理、生理上的痛苦和悲伤。