Ю.А. Александров
Основы радиационной экологии
Учебное пособие. – Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2007. – 268 с.

Предыдущая

Оглавление

Следующая

Раздел 3. Биологическое действие ионизирующих излучений

3.6. Радиационные поражения человека

3.6.2. Биологическое действие инкорпорированных радионуклидов

У многих радионуклидов существенная в биологическом отношении активность содержится в очень малом количестве вещества. Так, масса 50 мкКи полония-210 (доза, при поступлении которой в организм человека можно ожидать развития глубоких нарушений функций печени и почек) составляет всего 12´10^{-9 г, а 1 мКи стронция-90 (ЛД}_50/30 для крыс) содержится в 8 мкг этого изотопа. Даже труднорастворимые соединения радионуклидов в столь малых количествах часто оказываются в растворе в виде ионов, что значительно облегчает их проникновение через биологические барьеры, всасывание и распространение по организму.

3.6.2.1. Пути поступления радиоактивных веществ в организм

Во внутреннюю среду РВ могут попасть ингаляционно, через стенки желудочно-кишечного тракта, через травматические и ожоговые повреждения, через неповрежденную кожу. Всосавшиеся РВ через лимфу и кровь могут попасть в ткани и органы, фиксироваться в них, проникнуть внутрь клеток и связаться с внутриклеточными структурами.

Знание пути поступления радионуклида в организм весьма важно в практическом отношении. У ряда РВ характер всасывания, распределение по органам и тканям, выведение и биологическое действие существенно зависят от пути поступления.

Ингаляционное поступление радиоактивных веществ. Общая поверхность альвеол составляет около 100 м², что приблизительно в 50 раз превышает поверхность кожи, и при контакте, особенно профессиональном, с аэрозолями РВ, радиоактивными газами и парами ингаляционный путь заражения является основным.

Радионуклиды, попавшие в органы дыхания, в различной степени могут задерживаться в легких и верхних дыхательных путях. На количество РВ, остающееся в органах дыхания после выдоха, влияют прежде всего аэродинамические свойства аэрозоля, зависящие от размера, плотности, формы частиц, от их влажности, гигроскопичности, растворимости и химической природы. В легких откладываются преимущественно частицы диаметром от 0,01 до 1 мкм. Имеют значение и анатомо-физиологические особенности дыхательной системы, в частности, соотношение размеров альвеолярных и бронхиальных поверхностей, минутный объем легких, частота дыхания, скорость движения воздуха по дыхательным путям.

Метаболизм радионуклидов,  оставшихся  после  выдоха  в органах дыхания, определяется следующими основными процессами:

– ретроградным выносом частиц со слизью в результате деятельности мерцательного эпителия в глотку с последующим их заглатыванием (отчасти, отхаркиванием);

– резорбцией РВ в кровь через альвеолярные мембраны с последующим отложением в органах или выведением. Резорбции подвергаются преимущественно растворимые частицы. В зависимости от их растворимости время резорбции может составлять от нескольких десятков минут до нескольких дней и даже более. Степень резорбции одного и того же радионуклида сильно зависит от химической формулы соединения, в состав которого он входит;

– фагоцитозом макрофагами нерастворимых частиц и коллоидных форм  радионуклидов. Часть захвативших радионуклиды фагоцитов ретроградно удаляется в глотку и заглатывается или отхаркивается. Другая часть транспортируется лимфой и откладывается в бронхо-легочных узлах. Наибольшее практическое значение этот вид отложения имеет при ингаляционном поступлении нерастворимых или слабо растворимых соединений плутония, тория, цезия.

Около 10% радионуклидов, захваченных фагоцитами, перемещаются через альвеолярную мембрану с периодом полувыведения около нескольких дней. Небольшая часть РВ задерживается в паренхиме легких, эпителиальных клетках: период полувыведения из них составляет около 600 суток. Еще прочнее фиксация РВ в бронхо-легочных лимфатических узлах, куда они попадают с фагоцитами.

При оценке опасности ингаляционного поступления РВ учитывают лучевую нагрузку на легкие, эпителий бронхов, регионарные лимфатические узлы, на стенку желудочно-кишечного тракта, последствия резорбции, а в случае ингаляции гамма  излучающих радионуклидов определенное значение может иметь и облучение других органов грудной полости.

При поступлении радионуклидов через органы дыхания их химические соединения подразделяются на три ингаляционных класса в зависимости от длительности эффективного периода полувыведения  (Т_эфф.) из легких. К классу «М» (медленный) отнесены соединения с Т_эфф. более 100 сут., к классу «П» (промежуточный) – с Т_эфф. от 10 до 100 сут. и к классу «Б» (быстрый) – с Т_эфф. менее 10 суток.

Поступление радиоактивных веществ через желудочно-кишечный тракт. Желудочно-кишечный тракт – второй основной путь поступления РВ в организм. Оно может произойти как непосредственно после их попадания во внешнюю среду, так и после прохождения по биологическим цепочкам. Поражающее действие при алиментарном поступлении радиоактивных веществ связано как с лучевой нагрузкой на стенку пищеварительного тракта, так и с всасыванием РВ в кровь и лимфу.

Продвижение радионуклидов по желудочно-кишечному тракту не имеет каких-то особенностей по сравнению с нерадиоактивными веществами, содержащимися в пище. Резорбция РВ зависит от химических свойств вещества (главным образом, растворимости), физиологического состояния желудочно-кишечного тракта (рН среды, моторная функция), состава пищевого рациона. Молоко, например, способствует усилению всасывания радиоактивного стронция. Резорбция радионуклидов снижается при увеличении содержания в пище стабильных изотопов этих же элементов и наоборот.

Преимущественно через ЖКТ поступают и всасываются щелочные элементы – K, Ca, Na, Rb, Cs, I, и в меньшей степени – щелочно-земельные элементы – Sr (40-60%), Co (30%), Mg (10%), Zn (10%), Ba (5%). Трансурановые элементы и редкоземельные металлы в желудочно-кишечном тракте образую труднорастворимые соединения и поэтому степень их всасывания очень низкая – Po – 6%, Ru – 3%, U –
3-6%, Pu – 0,01%, Zr – 0,01%.

Всасывание хорошо растворимых радионуклидов происходит в основном в тонкой кишке. Значительно меньше РВ всасывается в желудке. Всасывание в толстой кишке практического значения не имеет. Наиболее интенсивно и полно резорбируются растворимые радионуклиды, находящиеся в ионной форме. Радионуклиды щелочных металлов и галоидов после попадания в желудочно-кишечный тракт практически полностью всасываются в кровь. Изотопы редкоземельных элементов, плутония, трансурановых элементов вследствие склонности их солей к гидролизу и образованию труднорастворимых и нерастворимых соединений всасываются в кишке в пределах нескольких сотых-деся-титысячных долей процента от поступившего количества. Всосавшиеся радионуклиды могут повторно и неоднократно (с желчью, кишечными соками) поступать в желудочно-кишечный тракт и дополнительно
облучать его слизистую оболочку.

Все сказанное относится и к радиоактивным продуктам, вторично попавшим в желудочно-кишечный тракт после ингаляционного
поступления.

Нерастворимые и мало растворимые гамма-излучатели облучают кишечник и другие органы брюшной полости, а бета-излучатели – только слизистую оболочку кишки, в основном до выведения радионуклидов с калом, в течение примерно 30 часов. Однако в криптах кишечника РВ могут задерживаться в течение длительного времени, формируя
высокие локальные дозы.

При нормировании поступления радионуклидов в организм с водой и пищей, так же как и при нормировании ингаляционного поступления, исходят из той предпосылки, чтобы при достижении предела годового поступления (ПГП) величина дозы, накопленной за год, равнялась величине соответствующего годового предела дозы.

Поступление радиоактивных веществ через неповрежденные кожные покровы, раневые и ожоговые поверхности. Большинство радиоактивных веществ практически не проникают через неповрежденную кожу. Исключение составляют окись трития, йод, нитрат и фторид уранила, а также полоний. Коэффициенты резорбции в этих случаях
составляют сотые и тысячные доли единицы.

Проникновение РВ через кожу зависит от площади загрязненного участка, от физико-химических свойств соединения, в состав которого они входят, растворимости в воде и липидах, рН среды, от физиологического состояния кожи. Всасывание радионуклидов повышается при повышении температуры среды вследствие расширения кровеносных и лимфатических сосудов, раскрытия сальных и потовых желез.

Требует особого внимания радиоактивное загрязнение ран в производственных и лабораторных условиях. Основную опасность в случае производственного заражения представляет резорбция высокотоксичных радионуклидов (например, полоний), которая у растворимых РВ может достигать десятков процентов от общего количества, поступившего в рану. Большие количества РВ могут поступить не только через колотые или резаные раны, но и через небольшие царапины и ссадины. Всасывание через них щелочных, щелочноземельных элементов и галоидов в 100-200 раз превышает резорбцию через неповрежденную кожу; это всасывание с поверхности раны трудно растворимых РВ (чаще всего относится и к продуктам ядерного взрыва) происходит медленнее и в значительно меньшем количестве, но все же в сотни раз интенсивнее, чем через интактную кожу. С поверхности ожогов I-II степеней продукты ядерного взрыва всасываются всего в 2-10 раз быстрее.
Проявление общего действия резорбированных продуктов ядерного взрыва с раневых и ожоговых поверхностей мало вероятно. Лишь в редких случаях возможно поступление через раны значительных количеств редкоземельных элементов.

Резорбция плохо растворимых соединений РВ в основном происходит по лимфатическим путям, в результате чего радионуклиды накапливаются в лимфатических узлах. Оттуда некоторая часть радионуклидов с фагоцитами поступает в органы ретикулоэндотелиальной системы. Последствия резорбции чаше всего связаны с избирательной тропностью тех или иных изотопов к отдельным органам (новообразования, лейкозы, другие системные заболевания крови).

В месте нахождения радионуклида в плохо растворимой форме могут возникнуть опухоли (чаще остеогенные саркомы). Имеет значение и воздействие ионизирующего излучения на течение раневого процесса. При поступлении в рану большого количества плохо резорбирующихся радионуклидов под влиянием облучения в клетках тканей раневой поверхности развиваются дегенеративные и некротические процессы, снижается способность клеток к размножению. В ранах часто развиваются гнойные, иногда анаэробные процессы. Медленно отторгаются некротизированные ткани, замедляется регенерация.

3.6.2.2. Метаболизм  радиоактивных веществ, всосавшихся в кровь

В крови радионуклиды могут находиться в свободном состоянии или в составе различного рода химических соединений и комплексов. Значительная часть радионуклидов связывается протеинами. Часть радионуклидов, попавших в кровь, выводится из организма, другая часть проникает в органы и депонируется в них. Знание характера распределения, особенностей обмена и депонирования РВ, возможного их перераспределения со временем необходимо для предсказания преимущественного поражения того или другого органа, дозы облучения этого критического органа, клинических проявлений и исхода поражения.

Понятия концентрация и содержание радионуклида в органе не являются синонимами. Под концентрацией понимают удельную активность радионуклида, выражаемую в Бк/г, а содержание – это абсолютное значение активности в целом органе. Концентрация РВ в органе после однократного поступления постепенно снижается, что зависит от радиоактивного распада изотопа и его биологического выведения.

Суммарная константа уменьшения концентрации изотопа в органе (Т_эфф.) представляет собой сумму констант радиоактивного распада и биологического выведения. При расчетах чаще пользуются понятием эффективного периода полувыведения – Т_эфф. Он связан с периодом полураспада и периодом биологического полувыведения:

T_эфф.. = (T_физ. × T_биол.) / (T_физ. + T_биол.).

При длительном поступлении РВ в организме или в отдельном органе ежедневно накапливается определенная доля поступившего за эти сутки количества. Показателем этого накопления служит величина, называемая «кратностью накопления». Эта величина показывает, во сколько раз содержание радионуклида превышает величину его ежедневного поступления. Так, если к концу поступления РВ в организме содержится 150% от величины суточного поступления, кратность накопления составит 1,5.

Бывает, что после одноразового сравнительно массивного радиоактивного заражения поступление РВ в организм не прекращается полностью, а продолжается длительное время, но в меньших количествах. В этих случаях могут преобладать (в зависимости от уровня поступления) либо процессы депонирования в органе, либо процессы выведения из него.

3.6.2.3. Выведение радиоактивных веществ из организма

Попавшие в организм РВ могут выводиться через почки, желудочно-кишечный тракт (в том числе с желчью), легкие, а также со слюной, молоком, потом. В большинстве случаев основные количества РВ экскретируются с калом и мочой. С калом преимущественно выводятся РВ, поступившие алиментарным путем, а также и при ингаляционном заражении и вторичном заглатывании частиц, вынесенных ретроградно в глотку. Некоторые растворимые радионуклиды могут выделяться с желчью и другими пищеварительными соками и также выводиться с калом. В желудочно-кишечном тракте процессы экскреции РВ постоянно сопровождаются процессами их реабсорбции.

При выведении радионуклидов преимущественно с мочой высокая доза облучения может быть получена почками.

Выведение с выдыхаемым воздухом имеет существенное значение для трития, паров окиси трития, радона и торона, образующихся при распаде поступивших в организм радия и тория.

Динамика выведения РВ из организма описывается теми же формулами, которые приводились в предыдущем разделе при характеристике скорости уменьшения концентрации радионуклидов в отдельных органах. По содержанию РВ в выделениях можно судить о количестве их в организме как на момент определения, так и на момент поступления.

Таким образом, в обмене поступивших в организм радионуклидов можно выделить четыре основные стадии:

– образование на месте поступления первичного  депо (кожа, раны, слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, верхних дыхательных путей);

– всасывание с мест поступления в кровь или лимфу;

– депонирование в критическом органе (образование вторичных
депо);

– выведение различными путями, в том числе и с явлениями
рециркуляции.

Продолжительность названных стадий существенно различается для различных радионуклидов и их соединений, а также для разных путей поступления РВ в организм.

Указанные положения должны учитываться при оценке клинической картины поражения и планировании лечебно-профилактических мероприятий. Особенности пространственного и временного распределения дозы определяют характер течения поражения отдельными радионуклидами, различающийся как по особенностям проявления, так и по срокам формирования эффектов. В зависимости от этого меняются и конкретные диагностические, и лечебные мероприятия в различные сроки с момента заражения, и прогностическая оценка данных радиометрических определений.

3.6.2.4. Биологическое действие радиоактивных веществ

При внутреннем радиоактивном заражении (инкорпорации радионуклидов)  количество поступивших в организм радионуклидов чаще всего не может создать в течение короткого времени дозы, достаточно высокой для развития острого лучевого поражения. В этих случаях более характерно развитие хронической лучевой болезни.

При внутреннем радиоактивном заражении концепция критического органа представляется сложнее, чем при общем внешнем облучении. В этом случае прежде всего имеют значение особенности распределения радионуклидов по органам и тканям (тропность радионуклидов). Важным фактором являются значения пороговых повреждающих доз для разных тканей. По способности преимущественно накапливаться в тех или иных органах выделяют следующие основные группы радиоактивных элементов (табл. 42).

Таблица 42 – Типы распределения радиоактивных элементов в организме

Орган, в котором происходит избирательное накопление радионуклидов и вследствие чего он подвергается наибольшему облучению и повреждению, называется критическим.

Из данных таблицы видно, что  радионуклиды, избирательно откладывающиеся в костях – остеотропные. Это щелочноземельные элементы: радий, стронций, барий, кальций.

Остеотропность проявляют некоторые соединения плутония и тория. Поражения, развивающиеся при поступлении в организм остеотропных радионуклидов, прежде всего характеризуются изменениями в кроветворной и костной системах. В начальные сроки после массивных поступлений патологический процесс может напоминать острую лучевую болезнь от внешнего облучения. В более поздние сроки обнаруживаются костные опухоли, лейкозы. Поздние эффекты могут наблюдаться и после инкорпорации сравнительно небольших активностей.

Радионуклиды, избирательно накапливающиеся в органах, богатых элементами  ретикулоэндотелиальной  системы (гепатотропные). Это изотопы редкоземельных элементов (лантан, церий, прометий, празеодим), а также актиний, торий и некоторые соединения плутония. При их поступлении наблюдаются поражения печени, проксимальных отделов кишки (эти элементы, выделяясь с желчью, реабсорбируются в кишечнике и поэтому могут неоднократно контактировать со слизистой оболочкой тонкой кишки). В более поздние сроки наблюдаются циррозы, опухоли печени. Могут проявиться также опухоли скелета, желез внутренней секреции и опухоли другой локализации.

Радионуклиды,  равномерно распределяющиеся  по  организму. Это изотопы щелочных металлов (цезия, калия, натрия, рубидия), водорода, углерода, азота, а также изотопы некоторых других элементов, в частности полония. При их поступлении поражения носят диффузный характер: развивается атрофия лимфоидной ткани, в том числе селезенки, атрофия семенников, нарушения функции мышц (при поступлении радиоактивного цезия). В поздние сроки наблюдаются опухоли мягких тканей: молочных желез, кишечника, почек и т.п.

В отдельную группу выделяют радиоактивные изотопы йода, избирательно накапливающиеся в щитовидной железе. При их поступлении в большом количестве вначале наблюдается стимуляция, а позже угнетение функции щитовидной железы. В поздние сроки развиваются опухоли этого органа.

Плохо резорбирующиеся радионуклиды, которые являются причиной возникновения местных процессов, локализующихся в зависимости от путей поступления РВ.

В зависимости от физико-химической формы соединения, в состав которого входит радионуклид, особенно от его растворимости, в роли критических могут выступать различные органы. Так, при ингаляционном поступлении нерастворимых соединений элементов из группы остеотропных или равномерно распределяющихся по телу критическим органом оказываются легкие. В разные сроки после поступления радионуклида в организм распределение его по органам может быть различным, то есть роль критических могут выполнять различные органы.

При оценке биологического действия радионуклидов следует учитывать, что быстро обновляющиеся клетки подвергаются при инкорпорации РВ кратковременному облучению, тогда как необновляющиеся облучаются в течение всего периода нахождения РВ в организме.

При поступлении радионуклидов в организм в количествах, обеспечивающих накопление в течение короткого срока (несколько дней) среднетканевой дозы, эквивалентной 1 Гр  гамма-облучения и выше, развивается острое лучевое поражение.

Отмечено возрастание частоты злокачественных новообразований у больных, которым в течение нескольких лет назначали внутрь небольшие количества радия. Хорошо известно профессиональное возникновение костных сарком у работниц, занимавшихся нанесением светового состава, содержащего радий, на циферблаты (во время работы женщины прикасались губами к кисточке со световым составом).

Ранее в рентгенодиагностике широко применяли как контрастное средство торотраст. Оказалось, что входящий в его состав торий не полностью выводится с мочой, а частично фагоцитируется и откладывается в клетках ретикулоэндотелиальной системы в лимфатических узлах, селезенке, печени. Альфа-излучение тория явилось в ряде случаев причиной возникновения сарком, карцином, лейкемий. Следует также упомянуть высокую частоту возникновения рака легких у шахтеров урановых рудников. Экспериментальные данные показывают, что зависимость между количеством инкорпорированного радионуклида и числом возникших злокачественных новообразований имеет максимум, после которого выход опухолей на единицу активности снижается. Обычно этот факт объясняют гибелью части злокачественно трансформированных клеток при воздействии высоких доз излучения.

Среди отдаленных последствий внутреннего радиоактивного заражения не менее важное место, чем при внешнем облучении, занимают генетические последствия.

3.6.2.5. Особенности действия отдельных биологически значимых радионуклидов

Радиоактивный йод (¹³¹I и другие изотопы)

Йод-131 представляет собой бета-, гамма-излучатель с периодом полураспада 8,05 суток. Энергия бета-частиц составляет 0,25-0,82 МэВ, энергия гамма-квантов – от 0,08 до 0,72 МэВ. Гамма-постоянная изотопа равна 2,156 Р ´ см² ´ ч^-1 ´ мКи^-1.

Соединения йода хорошо растворимы, и при алиментарном поступлении практически полностью всасываются в кровь. Большая часть йода всасывается и при ингаляционном поступлении.

Около 30% поступившего в кровь йода откладывается в щитовидной железе, и выводится из нее с биологическим периодом полувыведения (Т_биол.) 120 суток. Эффективный период полувыведения (Т_эфф.) из щитовидной железы равен 7,5 суток. Остальные 70% абсорьированного йода равномерно распределяются по различным органам и тканям. Биологический период полувыведения этой фракции составляет 12 сут., а эффективный – 4,8 суток. Около 10% от этой фракции радиоактивного йода выводится с калом, а основная часть – с мочой. Некоторое количество изотопов йода выводится через легкие, а также с потом, слюной, молоком.

У взрослого человека при алиментарном поступлении 1 мкКи йода-131 ожидаемая эквивалентная доза облучения щитовидной железы составляет 0,018 Зв (4,8´10^-7 Зв/Бк), а при ингаляционном поступлении – 2,9´10^-7 Зв/Бк.

Доза облучения щитовидной железы детей и подростков при поступлении такого же количества радиоактивного йода больше из-за меньшей массы щитовидной железы. Тем не менее для оценки дозы облучения щитовидной железы детей при поступлении йода-131 можно использовать дозовые коэффициенты для взрослого, перемножив их на отношение масс щитовидной железы взрослого человека и ребенка данной возрастной группы.

Если содержание йода-131 в щитовидной железе измерено с помощью приборов типа СРП, то доза облучения этого органа может быть рассчитана с помощью следующих дозовых коэффициентов: 6,5 эр/мкКи (1,8´10^-6 Зв/Бк) для взрослого человека с массой щитовидной железы 20 г и 65 бэр/мкКи (1,8´10^-5 Зв/Бк) для ребенка 1 года.

После однократного поступления йода-131 доза облучения щитовидной железы накапливается очень быстро. Большинство других радиоактивных изотопов йода имеют более короткий период полураспада и характеризуются меньшей радиотоксичностью. Поэтому при определении содержания радиоактивного йода по мощности дозы от щитовидной железы необходимо вносить поправку на вклад излучения от других изотопов.

Таблица 43 – Время накопления определенной доли ожидаемой эквивалентной дозы
в щитовидной железе и других органах и тканях за счет инкорпорированного
йода-131, сут. (по данным 3.С. Арефьевой и соавт., 1988)

Токсичность йода-131 может быть охарактеризована следующими данными.

У крыс при однократном введении в желудок ЛД_30/10 для йода-131 составила 88,8 Бк/г. При введении изотопа в дозе, в 10 раз меньшей, у животных наблюдали развитие деструктивных процессов в щитовидной и паращитовидной железах, а также реактивные изменения в гипофизе. Кроме того, у животных развивалось расстройство функций половых желез, нарушался астральный цикл, снижалась плодовитость вплоть до полной стерильности.                    

При длительном введении животным радиоактивного йода развивались изменения в передней доле гипофиза, нарушались функции всех желез внутренней секреции. В поздней стадии хронического поражения развивался нефросклероз.

Пороговой дозой для развития гипотиреоза у человека называют дозу в 45 Гр. Как можно вывести из приводившихся ранее соотношений, эта доза соответствует результату поступления в организм примерно 3 мКи йода-131.                       

В отдаленные сроки после введения радиоактивного йода у животных развивались опухоли щитовидной, паращитовидной и молочной желез. У человека коэффициент риска развития злокачественной опухоли щитовидной железы после радиационного воздействия составляет 5´10^-4 Зв^-1.

Одно из следствий воздействия на щитовидную железу радиоактивного йода – возникновение аутоиммунного тиреоидита.

При обследовании детей и подростков, проживающих в районах, загрязненных радиоактивными продуктами после Чернобыльской аварии, антитела к микросомальному антигену щитовидной железы были обнаружены в 1,2-4,8% случаев, что достоверно выше контрольного уровня. Однако корреляции между титром антител и дозой облучения щитовидной железы не обнаружено. Весьма вероятно, что причиной возникновения аутоиммунного тиреоидита в ряде случаев явилось не само радиационное воздействие, а неадекватная и несвоевременная йодная профилактика. Дело в том, что поступление значительного количества йода в щитовидную железу, особенно у детей, а также в щитовидную железу, подвергшуюся разным воздействиям, в том числе лучевому, может привести к развитию аутоиммунного тиреоидита. Это связано с тем, что при окислении йода в щитовидной железе образуется большое число различных радикалов, оказывающих радиомиметическое действие.

Возможно, причины неожиданно раннего и высокого выхода иммунных тиреоидитов и рака щитовидной железы у детского населения Беларуси и Украины (опухолевые заболевания щитовидной железы у жителей Гомельской области обнаружены на уровне 80 на 1 млн в год по сравнению с мировым уровнем 1 случай на 1 млн)  связаны с особенностями проведения йодной профилактики. Она в отдельных случаях не проводилась совсем или проводилась очень поздно и с большими нарушениями, которые заключались, помимо позднего начала, в чрезвычайно большом неконтролируемом количестве йода, который получали дети.

Рак щитовидной железы возникал у детей, получавших в основном не более 2 Зв на щитовидную железу. Вряд ли это непосредственная причина рака через 4 года после аварии. Среди причин неожиданно высокого появления рака щитовидной железы у лиц, пострадавших при аварии в Чернобыле, следует также рассмотреть возможную неточность дозиметрии и повышенную тщательность диагностики.

Обнаружение у пациента аутоиммунного тиреоидита является основанием для включения пострадавшего в группу риска, в которой значительно повышена вероятность возникновения системных заболеваний крови.

Радиоактивный цезий (¹³⁷Cs, ¹³⁴Cs)

Цезий-137 – смешанный бета-, гамма-излучатель с периодом полураспада около 30 лет. Максимальная энергия бета-частиц составляет 0,51 МэВ, энергия гамма-квантов – 0,662 МэВ, гамма-постоянная – 3,2 Р ´ м² ´ ч ´ мКи.

Предельно допустимое содержание цезия-137 в организме человека составляет 33 мкКи. Чаще всего основное количество цезия-137 поступает в организм человека с пищей, до 25% – через органы дыхания.

Большинство солей цезия хорошо растворимы, и поэтому всасывание радиоактивного цезия из легких и желудочно-кишечного тракта осуществляется быстро и практически полностью. Распределение в организме этого радионуклида сравнительно равномерное. До 50% цезия-137 концентрируется в мышечной ткани, причем чем интенсивнее работает мышца, тем больше в ней откладывается радиоактивного цезия. Наибольшее содержание цезия-137 обнаруживается в миокарде. В более поздние сроки после поступления довольно большое количество цезия-137 содержится в печени и почках. В скелете задерживается не более 5% поступившего в организм изотопа.

Выведение цезия, независимо от пути его поступления, на 3/5 происходит с мочой и на 2/5 с калом. Выводимый через кишку цезий в значительной мере подвергается реабсорбции. Эффективный период полувыведения цезия-137 у человека составляет от 50 до 150 сут. (в среднем 110 сут.).

При длительном поступлении цезия-137 в организм происходит его накопление. При этом кратность накопления (отношение содержания изотопа в организме к его суточному поступлению) может составлять от 3 (мыши) до 30 (собаки).

Через плаценту радиоактивный цезий легко проникает в организм плода. У лактирующих животных около 10% цезия-137 поступает
в молоко.

При одновременном поступлении в организм цезия и калия, калий накапливается в 3 раза быстрее и может вытеснять цезий.

Радиоактивный цезий принадлежит к числу наиболее сильно загрязняющих среду продуктов ядерного деления. Уже примерно через 6 недель после аварии в Чернобыле, когда содержание йода-131 на загрязненных территориях и в организме человека вследствие естественного распада значительно снизилось, цезий-137 вышел по значимости на первое место среди радиоактивных продуктов, выпавших на местности. Отчасти, это объясняется высокой летучестью цезия, который кипит при 637°С, и даже при сравнительно невысокой температуре, характерной для условий аварии ядерного реактора, значительное количество радиоактивного цезия возгоняется. По некоторым оценкам, общий выброс продуктов ядерного деления, накопившихся в реакторе перед Чернобыльской катастрофой, составил около 3,5%, а количество выброшенного в окружающую среду радиоактивного цезия достигло 45%.

При ядерных взрывах, для только что образовавшихся продуктов деления при той температуре, которая в это время создается, разница в точках кипения цезия и стронция значения не имеет. Поэтому в составе загрязнении на следе облака, да и среди глобальных выпадений, преобладает стронций-90, которого образуется относительно больше, чем цезия (при взрыве боеприпаса мощностью 1 Мт образуется около 150 кКи стронция-90 и около 100 кКи цезия-137).

Цезий-137 с выбросами атомных электростанций поступает не только в воздух, но и в воду (особенно с атомных подводных лодок и других судов, оснащенных ядерными энергетическими установками). Аварии на таких судах представляют серьезную опасность в плане возможного загрязнения воды. Кроме того, изотопы цезия применяются в химических исследованиях, при лучевой терапии, при проведении дефектоскопии, в радиобиологических экспериментах.

Изотопы цезия легко включаются в биологический круговорот и свободно мигрируют по биологическим цепочкам. Сейчас цезий-137 повсеместно обнаруживают в организмах разных животных и у человека. Количество радиоактивного цезия в организме человека хорошо отражает содержание его во внешней среде (обнаруживается четкая корреляция в нарастании того и другого показателя при испытаниях ядерного оружия, при радиационных авариях).

Содержание цезия-137 в организме может быть измерено как прямыми (измерение мощности дозы гамма-излучения от тела), так и косвенными (измерение бета- и гамма-излучений от выделений) методами. С помощью стационарных счетчиков  излучений человека (СИЧ) с защитной камерой удается зарегистрировать присутствие в организме 1,0 нКи цезия-137 (40 Бк). В пробах мочи определяются концентрации порядка 15 пКи/л (0,6 Бк/л).

Изотоп цезия-134 имеет период полураспада около 2 лет, что и определяет его меньшую опасность по сравнению с цезием-137. Мощность дозы на зараженной цезием-134 территории снижается значительно быстрее. Качественно же по биологическому действию оба изотопа существенно не различаются.

 

Радиоактивный стронций (⁹⁰Sr, ⁸⁹Sr)

Стронций-90 является бета-излучателем с периодом полураспада 28,6 лет. Энергия испускаемых при его распаде бета-частиц составляет 0,54 МэВ. В результате распада стронция-90 образуется иттрий-90, тоже бета-излучатель с максимальной энергией частиц 2,18 МэВ. Период полураспада иттрия-90 составляет 64,2 часа.

Предельно допустимое содержание стронция-90 в организме – 2 мкКи.

Выпадающие на поверхность Земли изотопы стронция мигрируют по биологическим цепочкам и в конце концов могут поступить в организм человека. Степень и скорость всасывания радиоактивного стронция из желудочно-кишечного тракта зависят от того, в состав какого химического соединения входит этот радионуклид, от возраста человека и функционального состояния организма, от состава пищевого рациона. Так, у молодых особей стронций всасывается быстрее и полнее. Увеличение содержания в диете солей кальция снижает всасываемость соединений стронция, особенно в молодом возрасте. В присутствии в рационе молока всасываемость стронция повышается. В разных условиях всасываемость стронция из желудочно-кишечного тракта человека колеблется от 11 до 99%.

Всосавшийся стронций активно включается в минеральный обмен. Являясь аналогом кальция, радиоактивный стронций депонируется преимущественно в костях и в костном мозге, которые и оказываются критическими органами.

При ингаляционном поступлении малорастворимых соединений стронция (например, из светового состава постоянного действия) изотоп может достаточно прочно фиксироваться в легких, которые в этих случаях вместе с дыхательными путями являются критическими органами. Однако в отдаленные сроки и после ингаляционного поступления критическими органами становятся кости и костный мозг, в которых депонируются до 90% всей активности стронция.

Выводится стронций с калом и мочой, а у лактирующих самок и с молоком. Эффективный период полувыведения составляет ~17,5 лет.

Поступление 400 мкКи стронция-90 создает за 2 мес. в костном мозге дозу в 1 Зв. В ранние сроки после поступления этого радионуклида в большом количестве наблюдаются изменения в органах, через которые он поступает или выводится: слизистые оболочки рта, верхних дыхательных путей, кишечник. Позднее нарушаются функции печени.

В процессе реакции кроветворной ткани на радиоактивный стронций в течение длительного времени морфологический состав крови меняется мало. Лишь при поступлении больших количеств развивается и прогрессирует цитопения. Тяжелых случаев интоксикации с острым или подострым течением у человека не наблюдали. По аналогии с данными, полученными на животных, можно полагать, что такие случаи будут напоминать клинику острой лучевой болезни после внешнего облучения в дозах, при которых преимущественно поражается костный мозг.

При длительном поступлении радиоактивного стронция и подостром течении лучевой болезни постепенно развивается анемия, наблюдается сокращение продолжительности жизни. Если количество радиоактивного стронция в условиях длительного поступления сравнительно невелико, существенного укорочения продолжительности жизни не происходит, однако наблюдаются угнетение спермато- и овогенеза, нарушения иммунитета, функции печени и почек, нейроэндокринной системы.

В отдаленные сроки развиваются гипер- или гипопластические процессы в костном мозге, лейкозы, саркомы кости. Реже наблюдаются новообразования в гипофизе и других эндокринных органах, в яичниках, молочной железе. Большой период полураспада стронция-90 определяет длительное сохранение высоких уровней загрязнения территорий и объектов среды после загрязнения этим радионуклидом.

Среди продуктов ядерного деления присутствует и стронций-89, который также является бета-излучателем. Энергия бета-частиц у него составляет 1,5 МэВ. Однако период полураспада стронция-89 составляет всего 53 сут., поэтому он менее опасен при поступлении внутрь организма, и степень радиоактивного загрязнения объектов стронцием-89 снижается гораздо быстрее.

Плутоний (²³⁹Ри)

Среди продуктов, участвующих в формировании зон радиоактивного заражения после ядерных взрывов или аварий ядерных энергетических установок присутствует часть нераспавшегося ядерного горючего или заряда, в частности, плутоний. Обычно его количества мало значимы, однако в случаях механического разрушения ядерных боеприпасов заражение плутонием может быть достаточно существенно, как это, например, имело место при аварии в 1966 году американского бомбардировщика, когда в результате разрушения двух из находившихся на борту ядерных боеприпасов произошло диспергирование плутония-239.

Плутоний – трансурановый элемент, обладающий высокой радиотоксичностью. Это смешанный альфа- и гамма-излучатель. Энергия альфа-частиц составляет 5,5 МэВ, а гамма-квантов – около 0,01-0,4 МэВ. Период полураспада плутония-239 составляет 24360 лет. Гамма-постоянная у плутония-239 равна 0,1 Р ´ м² ´ ч ´ мКи.

Плутоний легко гидролизуется и склонен к комплексообразованию. Образующиеся в результате соединения в большинстве очень плохо растворимы.

Внешнее облучение плутонием-239 не опасно для человека. Поступление же этого изотопа внутрь организма, которое может произойти алиментарным, ингаляционным путем или через поврежденную и даже неповрежденную кожу, требует проведения немедленных и весьма активных лечебных мероприятий.

Абсорбция плутония из желудочно-кишечного тракта в кровь очень мала. Для наиболее «хорошо растворимых» соединений (нитрат плутония) она составляет 3´10^-5%, а для «сравнительно плохо растворимых», например, PuО₂ – 1´10^-6%. Иногда могут быть и более высокие значения резорбции. На абсорбцию существенно влияет состав пищевого рациона.

При ингаляционном поступлении значительное количество плутония надолго оседает в легких, позднее частично перемещается в бронхолегочные лимфатические узлы, а затем и в кровь. В последующем ведущим в воздействии на человека фактором является облучение костных поверхностей и печени.

Всасывание плутония через кожу зависит от ее состояния. Наличие ссадин и царапин, воздействие растворителей и кислот резко повышают резорбцию плутония через кожу. Если кожа не повреждена, плутоний поступает в основном через волосяные фолликулы.

Поступивший в кровь плутоний откладывается в печени (45%), в скелете (45%), остальное количество – в других органах и тканях, и выводится с экскретами в ранние сроки после поступления.

Доля плутония, отложившегося в гонадах, составляет примерно 3,5´10^-4% у мужчин и 1´10^-4% – у женщин.

Время накопления дозы после поступления в организм плутония медленное: около 50% дозы в скелете и печени реализуются в течение 27-100 лет.

Биологический период полувыведения плутония из скелета составляет 100 лет, а из печени – 40 лет. Эффективный период полувыведения для плутония-239 практически равен биологическому.

После энтерального введения больших количеств плутония в клинической картине преобладали проявления поражения функций кроветворения и кровообращения. Животные погибали в течение 2-3 нед. от апластической анемии и кровоизлияний. При подостром поражении нарушения кроветворной функции сопровождались развитием регенераторных процессов в системе крови. Происходило рассасывание костного вещества. Животные погибали от цирроза печени, проявлявшегося асцитом, желтухой, истощением.

После введения малых доз плутония-239 крысам (< 4,6´10^-4 мг/кг) развивалась хроническая форма поражения, проявлявшаяся возникновением гипо- и гиперпластических процессов в системе крови, развитием цирроза печени, нефросклероза, злокачественными новообразованиями в различных органах, наиболее часто – в костях.

При ингаляционном поступлении плутония критическим органом оказываются легкие. Острые поражения плутонием при ингаляционных затравках характеризовались развитием фибринозной пневмонии с пневмосклерозом, от которой при введении высоких доз (порядка 8,1´10⁴ Бк/кг) собаки погибали через 4 месяца. Наблюдалось истощение животных, постепенно развивались умеренные лимфопения и лейкопения. Развитие пневмосклероза наблюдалось при введении в легкие и меньших количеств плутония, однако в этих случаях процесс протекал медленнее. Для поздних сроков характерно возникновение опухолей легких.

Прижизненное определение плутония в организме возможно с помощью СИЧ или при измерении активности проб мочи.

 

Полонии (²¹⁰Ро)

Полоний-210 представляет собой альфа-излучатель с периодом полураспада 138,3 дня. Энергия альфа-частиц составляет 5,3 МэВ.

Полоний широко применяется при изготовлении источников альфа- и нейтронного излучения, в активационном анализе, при создании малогабаритных источников питания, в частности, в установках космического назначения (в частности, «Луноход-1»).

Небольшие количества полония содержатся в выхлопных газах, в табачном дыме. Довольно значительное его количество (до 3,7 Бк) ежедневно поступает в организм эскимосов с мясом оленей, питающихся лишайниками, в которых накапливается этот элемент.

В организм человека полоний может проникнуть ингаляционно, алиментарным путем, через поврежденную и неповрежденную кожу. Через неповрежденную кожу человека в сутки резорбируется до 2% полония. В связи с высокой удельной активностью (4500 Ки в 1 г) и токсичностью серьезную опасность представляет поступление (особенно непосредственно в кровь через поврежденную кожу) даже небольших по весу и объему количеств полония.

Распределение полония в организме сравнительно равномерное, однако преимущественно он накапливается в органах, богатых ретикуло-эндотелиальной тканью.

В течение короткого срока после поступления полония-210 в организм наибольшие поглощенные дозы накапливаются в почках, селезенке и печени, являющихся критическими органами. В крови в первые два месяца после заражения содержится 10-20% от общего количества полония-210 в организме. При ингаляционном поступлении до 30% полония задерживается в органах дыхания.

В ранние сроки после заражения полоний выводится преимущественно (до 90%) с калом, позже – с мочой. Эффективный период полувыведения полония-210 составляет 30-40 суток.

Тканевая доза в критических органах формируется очень быстро – до 80% дозы за 100 дней. Поэтому клинические проявления (а они наблюдаются уже при превышении допустимой дозы всего в 10-50 раз) развиваются сравнительно рано. Это – изменения в капиллярах, в системе кровообращения в целом, в состоянии ферментных систем и желчеотделительной функции печени. У больных наблюдаются преходящая билирубинемия, увеличение содержания альдолаз в сыворотке, нарушения почечного плазмотока, сдвиги в показателях адсорбции
¹³¹I-бенгальского розового клетками печени.

В экспериментах на собаках введение полония-210 в дозе 5,5-6,6´10³ Бк/кг вызывало развитие острой лучевой болезни. Скрытый период в этом случае продолжался около недели. Первыми клиническими проявлениями были вялость, снижение пищевой возбудимости, понос, рвота, жажда, похудание. Появлялись геморрагии на коже и слизистых оболочках, кровотечения из прямой кишки и мочевыводящих путей. В периферической крови резко снижалось содержание лейкоцитов и тромбоцитов. Перед гибелью животные впадали в состояние прострации. Смерть наступала на 10-28-е сутки.

Подострая форма лучевой болезни развивалась после введения 0,74-1,1´10³ Бк/кг полония – геморрагический синдром, в этих случаях были менее выражены. У части животных в ходе заболевания временно улучшалось общее состояние и показатели периферической крови.
Однако через несколько дней симптомы возвращались и животные
погибали.

Хроническая интоксикация с гибелью в течение полугода-года наблюдалась после введения 0,09´10³ Бк/кг полония-210. Клиника хронической лучевой болезни была неспецифичной.

При хроническом поступлении полония в организм собак в дозе 3,7´10^-2 Бк/г в течение полугода ежедневно не было отмечено признаков интоксикации. Однако часть самок погибала во время родов, часть потомства рождалась мертвыми или была мало жизнеспособна.

У животных, не погибших в ранние сроки после введения полония, развивались атрофические и склеротические изменения в органах и тканях, дисгормональные расстройства, сокращалась продолжительность жизни. Из новообразований чаще всего встречались опухоли почек, печени, толстой кишки, надпочечников, гипофиза, молочных желез, щитовидной железы, яичников, простаты и матки. При ингаляционном поступлении в отдаленном периоде характерны опухоли легких. При подкожном введении полония наблюдали саркомы кожи и подкожной клетчатки в месте введения.

 

Радон (²²²Rn
и другие изотопы)

Изотопы радона, образующиеся при распаде радия и тория, – источник радиационного воздействия, относящийся к группе естественных. В среднем на долю радона и продуктов его распада приходится около половины всей дозы, получаемой за счет естественных источников радиации.

Радон – бесцветный газ, без вкуса и запаха. Он в 7,5 раз тяжелее воздуха. Есть три изотопа радона: радон-222, с периодом полураспада 3,8 суток, образующийся в ряду продуктов распада урана-238; радон-220 с периодом полураспада 55 с (иначе он называется торон) – это продукт превращений тория-232; радон-219 (актинон) с периодом полураспада 3,9 с – продукт распада урана-235. Около 95% всего радона составляет радон-222, около 5% – радон-220. Радон-219 содержится в очень малой концентрации.

Энергия альфа-излучения радона-222 составляет 5,48 МэВ.  Испустив альфа-частицу, радон превращается в полоний-218 – тоже альфа-излучатель с периодом полураспада около 3 минут. Радиоактивный распад с образованием промежуточных короткоживущих изотопов, испускающих альфа- и бета-частицы, продолжается вплоть до образования стабильного изотопа свинца. В отличие от химически инертного радона, продукты его распада обладают электрическим зарядом и легко связываются с пылинками, постоянно имеющимися в воздухе. Образующийся тонкодисперсный аэрозоль при вдыхании оседает на стенках дыхательных путей и альвеол. Таким образом, радиационная нагрузка на легкие при вдыхании радона и продуктов его распада создается главным образом последними. Радон может поступать в организм и через неповрежденную кожу.

До 10% заболеваний раком легкого связывают с воздействием на человека радона и продуктов его распада (это около 5000 случаев в год среди населения России).

Основная часть дозы облучения от радона может быть получена в закрытых плохо вентилируемых помещениях, особенно в подвалах и нижних этажах домов, куда радон поступает из грунта, а также из материалов, использованных при постройке сооружений. Из естественных строительных материалов много радона выделяют гранит и пемза, а наибольшее количество радия и тория, из которых образуется радон, обнаружено в отходах урановых обогатительных предприятий, глиноземе и некоторых других материалах, используемых в строительстве.

Средняя активность радона-222 в домах США составляет около 50 Бк/м³, но в довольно большом количестве домов она достигает 700-800 Бк/м³. Описаны случаи, когда концентрация радона в воздухе жилых помещений в 5000 раз превышала его содержание в наружном
воздухе.

Вдыхание воздуха, содержащего радон-222 в концентрации 1 Бк/м³, создает эффективную дозу облучения верхних дыхательных путей около 50 мкЗв/год. По рекомендациям НКДАР, предельно допустимое содержание радона в воздухе помещений составляет 350 Бк/м³. Есть предложения снизить этот уровень вдвое.

В НРБ-99 заложено требование, чтобы в проектируемых зданиях жилищного и общественного назначения среднегодовая эквивалентная объемная активность радона и торона в воздухе не превышала 100 Бк/м³, а в эксплуатируемых зданиях была не выше 200 Бк/м³.

Заделка щелей в полах, стенах и другие не очень сложные меры уменьшают поступление радона в помещения, а частое проветривание способствует его удалению. В меньшей степени, но все же значимо поступление радона в дома с водой и природным газом.

Наиболее высок риск возникновения рака, связанного с радоном, у шахтеров урановых рудников. Чаще других встречаются мелкоклеточный рак легкого, аденокарцинома, чешуйчатоклеточный рак. У этих контингентов увеличивается число случаев и рака бронхов. По некоторым материалам, повышается также риск возникновения рака желудка и рака кожи.

Кроме злокачественных новообразований под влиянием радона и дочерних продуктов его распада у горнорабочих наблюдают развитие радиационного пневмосклероза. В этих случаях трудно дифференцировать действие радона и рудничной пыли, вызывающей силикоз.

Предыдущая

Оглавление

Следующая