Рисунок 3.6 – Рассчитанное на основе аутопсийного материала значение Smod для радиохимического производства, представленное во времени
Плутониевое производство
Экспериментальные исследования транспортабельности альфа-активных аэрозолей в рабочих помещениях литейно-механического и химико-металлургического отделений нового плутониевого производства стали проводиться с 1975 года. До указанного времени динамику транспортабельности восстановили ретроспективным методом сравнительного анализа посметрных данных о распределении нуклида в организме лиц из персонала со свойствами аэрозолей (табл. 3.14, 3.15, рис. 3.7, 3.8).
Из табл. 3.14 и рис.3.7 видно, что начиная с 1950 года, на литейно-механическом участке наблюдается увеличение Smod наряду с уменьшением относительного содержания в легких Rlung aut в зависимости от года начала контакта с плутонием. На данном участке эта зависимость является достоверной, в то время как на химико-металлургическом участке прослеживается лишь тренд к увеличению Smod со временем (табл.3.15, рис.3.8). Вероятно, это объясняется тем, что на литейно-механическом участке по технологии образуются мелкодисперсные металлические частички, в то время как на химико-металлургическом присутствуют и частицы жидкой фазы. Кроме того, по данным Мелентьевой Р.В. в 70-х начале 80-х гг. при исследовании дисперсного состава аэрозолей из рабочих помещений плутониевого производства была выявлена тенденция к увеличению доли мелкодисперсной фракции наряду с уменьшением со временем среднего размера частиц (см. Главу 1).
130
Таблица 3.14 – Расчетное усредненное значение Smod, относительное содержание плутония в легких Rlung aut по аутопсийным данным в зависимости от года начала контакта с радионуклидом для литейно-механического участка плутониевого производства
Годы |
1948-53 |
1954-59 |
1960-65 |
1966-71 |
1972-83 |
|
|
|
|
|
|
Кол-во случаев |
19 |
27 |
11 |
4 |
4 |
|
|
|
|
|
|
Rlung aut |
0,29±0,11 |
0,29±0,11 |
0,35±0,14 |
0,14±0,01 |
0,08±0,02 |
|
|
|
|
|
|
S mod |
0,4±0,2 |
0,6±0,5 |
0,4±0,2 |
0,9±0,4 |
2,3±0,6 |
|
|
|
|
|
|
Рисунок 3.7 – Рассчитанное на основе аутопсийного материала значение Smod для литейно-механического участка плутониевого производства
Таблица 3.15 – Расчетное значение Smod, относительное содержание плутония в легких Rlung aut для химико-металлургического отделения плутониевого производства
Годы |
1948–53 |
1954–59 |
1960–65 |
1966–71 |
1972–83 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кол-во |
|
51 |
|
43 |
|
17 |
10 |
|
3 |
случаев |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rlung aut |
0,096 |
± 0,057 |
0,115 |
± 0,052 |
0,085 |
± 0,045 |
0,084 ± 0,09 |
0,052 |
± 0,043 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S mod |
1,4 |
± 0,9 |
1,2 |
± 0,8 |
2,1 |
± 1,4 |
2,0 ± 1,3 |
2,2 |
± 1,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
131 |
|
|
|
|
Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
Рисунок 3.8 – Рассчитанное на основе аутопсийного материала значение Smod для химико-металлургического участка плутониевого производства
Можно предположить, что выявленное посмертно накопление плутония в легких экспоненциально уменьшается со временем вследствие уменьшения среднего размера частиц и, следовательно, увеличения доли частиц способных к мгновенной резорбции в кровь. А это в свою очередь соответствует отмеченной тенденции к увеличению показателя транспортабельности на изученных участках.
3.5.Изучение скорости быстрой абсорбции промышленных аэрозолей плутония in vitro в различных имитантах легочной жидкости
Модель дыхательного тракта МКРЗ-66 предлагает три класса растворимости ингалируемого аэрозоля F, M и S, и устанавливает для этих классов параметры абсорбции из дыхательной системы в кровь. Необходимым этапом корректной оценки доз внутреннего облучения является определение данных параметров в каждом отдельном случае, поскольку реальное поведение аэрозолей может сильно отличаться от модельного.
Как правило, влияние различных свойств аэрозолей на процессы абсорбции, распределения и экскреции радиоактивных веществ исследуются in vivo в экспериментах на лабораторных животных. Основанием для подобного подхода служит сходство механизмов транспорта у млекопитающих и, следовательно, схожая физиологическая реакция человеческого организма на попадание в легкие аэрозолей, содержащих ради-
132
онуклиды. Простота и дешевизна тестов in vitro позволяет рассматривать их как альтернативу сложным, дорогостоящим и трудоемким исследованиям in vivo. Но тогда возникает проблема выявления корреляции между результатами экспериментов, проводимых в условиях in vitro и in vivo. Изучению корреляционных соотношений растворимости различных соединений урана in vitro и in vivo посвящено достаточно большое количество зарубежных публикаций [47, 53, 58, 59], гораздо меньше таких публикаций посвящено соединениям плутония [8, 50].
Традиционно в биофизической лаборатории ЮУрИБФ растворимость промышленных соединений плутония с технологических участков ПО "Маяк" определялась методом диализа в физиологическом растворе Рингера и характеризовалась показателем транспортабельности, который является количественным критерием для классификации промышленных аэрозолей, как правило состоящих из смеси различных соединений плутония, когда классификация по МКРЗ малоэффективна.
В действующей модели ЮУрИБФ доля нуклида fr, которая переходит в кровь с относительно большой скоростью в ранней фазе легочного клиренса после осаждения в дыхательном тракте, приравнена к показателю транспортабельности, измеренному в растворе Рингера (fr = а1).
Однако, существуют имитанты легочной жидкости, по химическому составу более приближенные к биологическим жидкостям организма, чем раствор Рингера. Согласно модели легочного клиренса частицы после отложения удаляются из легких с помощью "частичного" транспорта и растворения как во внеклеточной легочной жидкости, так и во внутриклеточной жидкости макрофагов. Для более реалистичного моделирования процесса абсорбции нуклида в кровь необходимо учитывать наличие макрофагального растворения.
Химические свойства межклеточной легочной жидкости и цитоплазмы макрофага сильно различаются и, следовательно, можно, ожидать, что аэрозольные частицы будут по-разному растворяться в этих различных биологических средах в зависимости от таких факторов как значение рН среды, количество комплексообразующего агента, окисли- тельно-восстановительный потенциал и т. д.
В связи с вышесказанным, возникает вопрос: в какой степени раствор Рингера соответствует свойствам биологической жидкости и насколько согласуются значения быстро резорбируемой фракции fr, используемые в действующей модели, с данными in vivo наблюдений?
133
Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
В наших исследованиях динамика растворения оксида, нитрата плутония и аэрозолей смешанного состава изучалась в трех разных по составу растворителях: в 2-х имитантах легочной жидкости – SUF и раствор Рингера, и фаголизосомном имитанте PSF (составы имитантов см. табл. 3.4), в статической in vitro системе (рис. 3.5).
Для исследований брали по 6 равных частей с каждого фильтра, на которых отбирались образцы аэрозолей с участков, где персонал контактиовал с аэрозолями диоксида плутония, нитрата плутония и смешанного состава, и анализировали по 2 части фильтра в трех различных растворителях. Части фильтров помещали между двух полупроницаемых мембран, скрепляли их тефлоновыми кольцами и погружали в стаканы с тремя разными растворами, каждый объемом 80 мл. В качестве полупроницаемых мембран использовали мембранные фильтры Владипор МФА-МА №2 с диаметром пор 0,15 -0, 25 мкм.
In vitro тесты проводили при температуре 37 °С, pH=7,4 в имитанте ультрафильтрата сыворотки SUF и в растворе Рингера, и при pH=4,0 в фаголизосомном имитанте PSF. Во избежание испарения SUF и для поддержания постоянного значения pH, пробы с SUF хранились в газопроточном термостате, который обеспечивал постоянную циркуляцию
5% смеси СО2 и сжатого воздуха. Смена всех растворов осуществлялась по следующей схеме: в первые сутки через час, 2 часа, 4 часа, 8 часов. Далее первые сутки, вторые сутки, 4 суток, 7 суток, 10 суток и затем еженедельно до 52 суток.
Методики in vitro тестов для SUF и PSF, были разработаны в Lovelace Inhalation
Toxicology Research Institute (г. Альбукерке, США); метод диализа в растворе Рингера - в
лаборатории внутренней дозиметрии ЮУрИБФ.
Содержание плутония в пробах диализата, мембран и фильтров определяли путем соосаждения его из азотнокислых растворов зольного остатка анализируемой пробы с фосфатом висмута и последующего измерения альфа-активности осадка, смешанного с порошкообразным сцинтиллятором. Результаты представляли в виде выраженной в процентах доли продиализированного плутония (содержание в диализате) от суммарного содержания в диализате и на фильтрах.
Результаты исследований динамики растворения исследуемых аэрозолей плутония в различных имитантах биологической жидкости представлены в таблицах 3.16–3.18 и на рисунках 3.9–3.11.
134
Таблица 3.16 – Параметры растворения аэрозолей диоксида плутония в трех растворителях
|
Фракция, |
Скорость |
Фракция, |
Скорость |
|
|
убывания |
убывания |
|||
|
способная к |
подвергаемая |
|||
|
быстро |
медленно |
|||
Растворитель |
быстрому |
медленному |
|||
растворимой |
растворимой |
||||
|
растворению |
растворению |
|||
|
фракции |
фракции |
|||
|
а1,% |
а2,% |
|||
|
l1 , сут-1 |
l2 , сут-1 |
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
SUF |
4,69 |
0,8940 |
95,20 |
0,0006 |
|
PSF |
1,73 |
0,2377 |
97,82 |
0,0005 |
|
Раствор Рингера |
0,34 |
2,1879 |
99,56 |
0,0003 |
|
|
|||||
Таблица 3.17 – Параметры растворения аэрозолей нитрата плутония |
|||||
|
в трех растворителях |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Фракция, |
Скорость |
Фракция, |
Скорость |
|
|
убывания |
убывания |
|||
|
способная к |
подвергаемая |
|||
|
быстро |
медленно |
|||
Растворитель |
быстрому |
медленному |
|||
растворимой |
растворимой |
||||
|
растворению |
растворению |
|||
|
фракции |
фракции |
|||
|
а1,% |
а2,% |
|||
|
l1 , сут-1 |
l2 , сут-1 |
|||
|
|
|
|||
SUF |
21,55 |
0,7977 |
76,59 |
0,0038 |
|
PSF |
7,37 |
3,1452 |
89,95 |
0,0036 |
|
Раствор Рингера |
2,53 |
4,5900 |
97,35 |
0,0011 |
|
|
|||||
Таблица 3.18 – Параметры растворения аэрозолей смешанного состава |
|||||
|
в трех растворителях |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Фракция, |
Скорость |
Фракция, |
Скорость |
|
|
убывания |
убывания |
|||
|
способная к |
подвергаемая |
|||
|
быстро |
медленно |
|||
Растворитель |
быстрому |
медленному |
|||
растворимой |
растворимой |
||||
|
растворению |
растворению |
|||
|
фракции |
фракции |
|||
|
а1,% |
а2,% |
|||
|
l1 , сут-1 |
l2 , сут-1 |
|||
|
|
|
|||
SUF |
15,86 |
0,2051 |
84,03 |
0,0014 |
|
PSF |
5,65 |
1,5828 |
93,28 |
0,0013 |
|
Раствор Рингера |
1,32 |
0,8556 |
98,36 |
0,0005 |
|
|
|
|
|
|
|
135
Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
Нерастворенная фракция, %
102
100
98
96
94
92
90
Оксид
SUF |
|
|
|
PSF |
|
|
|
Раствор Рингера |
|
|
|
0 |
20 |
40 |
60 |
|
Время, сутки |
|
|
Рисунок 3.9 – Динамика растворения аэрозолей, содержащих оксид плутония в различных имитантах биологической жидкости
Нерастворенная фракция, %
110
100
90
80
70
60
Нитрат
SUF |
|
|
|
PSF |
|
|
|
Раствор Рингера |
|
|
|
0 |
20 |
40 |
60 |
|
Время, сутки |
|
|
Рисунок 3.10 – Динамика растворения аэрозолей, содержащих нитрат плутония, в различных имитантах биологической жидкости
136
105
Аэрозоли смешанного состава
Нерастворенная фракция, %
100 |
|
|
|
|
95 |
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
85 |
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
75 |
SUF |
|
|
|
PSF |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Раствор Рингера |
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
0 |
20 |
40 |
60 |
Время, сутки
Рисунок 3.11 – Динамика растворения аэрозолей смешанного состава в различных имитантах биологической жидкости
Из таблиц 3.16–3.19 и рисунков 3.9–3.11 следует, что полученные параметры растворения согласуются со свойствами химических соединений, входящих в состав исследуемых промышленных аэрозолей. Причем скорость растворения в имитанте ультрафильтрата легочной сыворотки SUF выше для всех трех соединений. Тренды растворения изучаемых аэрозолей в имитантах биологических жидкостей с различной кислотностью соответствуют представлениям о поведении соединений плутония в условиях достаточно высокой (pH = 4,0) и низкой (pH = 7,4) концентрации водородных ионов. Полученные экспериментально значения параметров растворения соединений плутония в растворе Рингера близки к параметрам действующей модели ЮУрИБФ (рис. 3.12).
Согласно рекомендациям МКРЗ-66, в зависимости от типа химического соединения параметру fr приписывают значения от 0,001 до 0,1 (Таблица 3.19). Однако, как уже подчеркивалось, во всех случаях, когда это возможно, рекомендуется пользоваться результатами прямых наблюдений.
Параметры растворения нитрата плутония в имитанте легочной жидкости SUF очень близки к данным, опубликованным в 2002 году Stradling, G.N., Etherington G. [46, 60]. В этих работах представлены результаты исследования параметров абсорбции в кровь нитрата плутония Pu-237, ингалированного двум мужчинам-добровольцам (см. таб. 3.20).
137
Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
Рисунок 3.12 – Динамика растворения аэрозолей, содержащих различные соединения плутония, в растворе Рингера
Таблица 3.19 – Численные значения параметров растворения аэрозолей оксида, нитрата плутония и смешенного состава согласно дозиметрическим моделям ЮУрИБФ [2] и МКРЗ-66 [11]
|
Оксид |
Нитрат |
Аэрозоли смешан- |
||||
|
ного состава |
||||||
|
ЮУрИБФ МКРЗ |
ЮУрИБФ МКРЗ |
|||||
|
ЮУрИБФ МКРЗ |
||||||
|
(класс S) |
(класс М) |
|||||
|
(класс М) |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||
Доля быстрого |
0,003 |
0,001 |
0,03 |
0,1 |
0,01 |
– |
|
растворения, fr |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
Cкорость быстрого |
|
|
|
|
|
|
|
растворения, |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
– |
|
sr, сут-1 |
|
|
|
|
|
|
|
Cкорость медленного |
|
|
|
|
|
|
|
растворения, |
0,00025 |
0,0001 |
0,002 |
0,005 |
0,051 |
– |
|
ss, сут-1 |
|
|
|
|
|
|
|
Депо фиксации, fb |
0,22 |
0,0 |
0,035 |
0,0 |
0,077 |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В ряде работ Talbot et.al. [61, 62, 63] в экспериментах на животных было показано, что биокинетика Pu-237 соответствует долгоживущим изотопам плутония. Плутоний-237 распадается главным образом за счет захвата электронов с периодом полураспада 45 дней. Альфа-частицы выделяются только при 0,005% его распада. Так как этот нуклид может
138
быть получен с относительно небольшими количествами альфа-излучающих загрязняющих веществ, то 237Pu может быть использован для исследований биокинетики плутония у человека [64]. Вследствие высокой удельной активности Pu-237, были некоторые сомнения в том, что его метаболизм будет таким же, как у альфа-излучающих изотопов плутония, обычно встречающихся в ядерной промышленности. Сравнительный анализ биокинетики чистого Pu-237 и Pu-237, содержащего значительные количества альфа-излучаю- щего плутония, после введения крысам путем внутривенной инъекции в виде цитрата, показал, что распределение и выведение “чистого” и “нечистого” 237Pu были сходными, и в хорошем согласии с результатами ранее опубликованных исследований с использованием цитрата 239Pu и 241Pu, что подтверждает возможность использования 237Pu для изучения метаболизма Pu у человека.
Таблица 3.20 – Экспериментальные и модельные параметры абсорбции для нитрата плутония
|
Дни |
fr |
sr (сут-1) |
ss (сут-1) |
Волонтер 1 |
0 – 120 |
0,23 |
0,22 |
0,0032 |
Волонтер 2 |
0 – 120 |
0,21 |
0,40 |
0,0025 |
|
|
|
|
|
Крысы |
0 – 84 |
0,09 |
20 |
0,0055 |
Модель МКРЗ-66 Тип М |
– |
0,1 |
100 |
0,0050 |
|
|
|
|
|
Модель ЮУрИБФ |
– |
0,03 |
100 |
0,0020 |
Эксперимент Stradling, G.N. и Etherington G. заключался в следующем. Двум здоровым мужчинам ингалировали аэрозоли нитрата 237Pu/244Pu с размером частиц 1,1 мкм. Задержку в легких и других органах измеряли с помощью установки СИЧ в течение 120 дней после ингаляции [46, 60]. Одновременно измеряли содержание плутония в образцах мочи, кала и крови.
В таблице 3.20 представлены экспериментально полученные значения параметров абсорбции fr, ss, sr, для нитрата плутония при ингаляции 2-м волонтерам, эксперимента с крысами (Bailey et. al., 1999) [65], и значения по моделям МКРЗ-66 и ЮУрИБФ.
Сравнения скорости медленной абсорбции ss показали неплохую сходимость для всех приведенных значений.
Значения параметров быстрой фазы абсорбции в эксперименте с волонтерами fr = 0,23 и fr = 0,21 совпали с параметрами растворения аэрозолей нитрата плутония в имитанте легочной жидкости SUF а1 = 21,55%.
139
Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/