Занятия / тема 3_1

Указанные особенности Полесского региона имеют принципиальное значение и определяют высокие уровни накопления радионуклидов в местных продуктах питания и высокие дозовые нагрузки на организм проживающего там населения. Наглядным примером является Лельчицкий район Гомельской области, на территории которого встречаются почвы, разные по составу и по плотности загрязнения цезием-137.

3.5. Сравнительная характеристика основных путей поступления радионуклидов в организм человека

Особую опасность представляет попадание радиоактивных веществ внутрь организма человека. Концентрация их в том или ином органе тела человека может во много раз превысить таковую в окружающей среде. Поведение радионуклидов в организме — пути и способы поступления, распределения по органам и системам (включая избирательное накопление), скорость и пути выведения — обусловлены их химическими свойствами.

Существует три основных пути поступления радиоактивных изотопов в организм:

1.ингаляционный путь — при вдыхании загрязненного радиоактивными аэрозолями воздуха;

2.пероральный—черезжелудочно-кишечныйтрактсводойипищей;

3.через кожу — поврежденную и неповрежденную.

Общая поверхность альвеол составляет около 100 м2, что приблизительно в 50 раз повышает поверхность кожи, и при контакте с аэрозолями радиационных веществ, радиоактивными газами и парами ингаляционный путь заражения является основным. На количество радиоактивных веществ, остающееся в органах дыхания после выдоха, влияют аэродинамические свойства аэрозоля (откладываются в легких, преимущественно, частицы диаметром от 0,01 до 1 мкм) 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.

При ингаляции в легких остаются до 75 % радионуклидов, из них более половины реснитчатым эпителием выводится из бронхов, заглатываются и попадают в желудочно-кишечный тракт. Остальное количество попавших в легкие радиационных веществ частично фагоцитируются, поступают в региональные лимфатические узлы, а часть из них проникает через альвеолы в кровь.

Второй основной путь поступления радиоактивных веществ в организм

— пероральный. Поступление через органы ЖКТ может произойти с радионуклидами 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 их всасыванием в кровь и лимфу.

11

Продвижение радионуклидов по ЖКТ не имеет каких-то особенностей по сравнению с нерадиоактивными веществами, содержащимися в пище. Всасывание хорошо растворимых радионуклидов происходит в основном в тонкой кишке, значительно меньше радиоактивные вещества всасываются в желудке. Наиболее интенсивно и полно резорбируются растворимые радионуклиды щелочных металлов и галоидов, а изотопы редкоземельных элементов, плутония, трансурановых элементов всасываются в кишке в пределах нескольких сотен-десятитысячных долей процента от поступившего количества. Всосавшиеся радионуклиды могут повторно и неоднократно поступать в ЖКТ с желчью и кишечными соками и дополнительно облучать его слизистую оболочку.

Большинство радиоактивных веществ практически не проникают через неповрежденную кожу. Исключение составляют окись трития, йод, нитрат и фторид уранила, а также полоний, но коэффициенты резорбции в этих случаях составляют сотые и тысячные доли единиц.

Гораздо большее практическое значение имеет всасывание радиоактивных веществ через раневые и ожоговые поверхности. Основную опасность представляет резорбция высокотоксичных радионуклидов (например, полония).

Таким образом, при сравнении основных (перорального и ингаляционного) путей поступления растворимых и нерастворимых радионуклидов в организм человека можно сделать следующие выводы:

1.Ингаляционный путь поступления радионуклидов наиболее опасен для организма из-за большого объема легочной вентиляции.

2.Ингаляционным путем в альвеолярные отделы легких могут поступать радионуклиды различной растворимости, пероральным путем в организм поступают преимущественно хорошо растворимые радионуклиды.

3.Определяющий фактор для ингаляционного пути поступления радионуклидов в альвеолярные отделы легких — диаметр вдыхаемых частиц (чем он меньше, тем больше их проникает в альвеолярные отделы легких). Для перорального пути поступления радионуклидов диаметр поглощенных частиц принципиального значения не имеет.

4.При ингаляционном пути поступления радионуклидов в альвеолярные отделы легкихихсудьбаразличнавзависимостиотрастворимости:

а) растворимыерадионуклидыхорошоибыстровсасываютсявкровоток; б)труднорастворимые радионуклиды, образующие гидрооксиды и

коллоиды, отлагаются в верхних дыхательных путях, на слизистой трахеи, бронхов, откуда с помощью мерцательного эпителия переводятся в глотку, а затем и в желудок;

в) часть труднорастворимых радионуклидов, образующих гидрооксиды и коллоиды, фагоцитируются и неравномерно распределяются в легочной ткани; затем они медленно поступают через лимфатические сосуды в лимфатические узлы легкого, трахеи и средостения, затем еще медленнее — в кровеносные сосуды.

При пероральном пути поступления радионуклидов в ЖКТ:

12

а) растворимые радионуклиды хорошо и быстро всасываются в кровоток; чем лучше всасывание радионуклидов, тем в большей степени они поступают и в легкие и тем легче выводятся из организма;

б)труднорастворимые радионуклиды, образующие коллоиды и гидрооксиды, покидают кишечник в течение 1 4 дней, не успевая создать значительные дозы облучения;

в) часть труднорастворимых радионуклидов, которая попала в организм, по типу коллоидальной адсорбции очень прочно удерживается в тканях и период биологического полувыведения из организма для таких радионуклидов составляет десятки лет;

5. Общая величина труднорастворимых радиоактивных веществ, поступающих в организм через легкие, гораздо выше, чем через кишечник, т.к. время контакта в легких существенно больше.

3.6. Общие закономерности распределения радионуклидов в организме человека.Типыраспределениярадионуклидовворганизмечеловека

Большая часть попавших в организм ингаляционным, пероральным, перкутанным путем или через раневые (ожоговые) поверхности радиоактивных веществ в дальнейшем всасываются в кровь, где значительная часть радионуклидов связываются протеинами. По способности всасываться из легких и кишечника радиоактивные вещества подразделяются на четыре группы:

1.обладающие высокой степенью резорбции: 75 100 % (131I,137Cs);

2.обладающие значительной резорбцией: для легких 25 50 %, для ЖКТ 10 30 % (90Sr, 226Ra);

3.с умеренной (1 10 %) резорбцией в кишечнике и значительным (25 30 %) всасыванием в лёгких (210Po, 234U);

4.практически не всасывающиеся в кишечнике и хорошо (20 25 %) резорбируемые в легких (239Pu).

Часть радионуклидов, попавших в кровь, выводятся из организма, другая часть проникают в органы и депонируется в них. Резорбция плохо растворимых соединений радиоактивных веществ происходит в основном по лимфатическим путям, в результате чего радионуклиды накапливаются в лимфатических узлах, и, в меньшей степени, органах ретикулоэндотелиальной системы. Последствия резорбции радионуклидов связаны с избирательной тропностью тех или иных изотопов к отдельным органам и тканям, вследствие чего возникают новообразования, лейкозы, системные заболевания и др.

По способности преимущественно накапливаться в тех или иных органах выделяют следующие группы радиоактивных веществ (соответственно и типы распределения радионуклидов):

― радионуклиды, избирательно откладывающиеся в костях

(«остеотропные»): изотопы щелочно-земельных элементов (радий, стронций, барий, кальций), а также некоторые соединения плутония и тория. Изменения в кроветворной и костной системах. В начальные сроки после массивных

13

поступлений патологический процесс может напоминать ОЛД от внешнего облучения. На более поздние сроки обнаруживаются костные опухоли, лейкозы;

―радионуклиды, избирательно накапливающиеся в органах богатых элементами ретикулоэндотельальной системы («гепатотропные»):

изотопы редкоземельных элементов (лантан, церий, прометий, празеодим), а также актиний, торий и некоторые соединения плутония. При их поступлении наблюдается поражение печени, проксимальных отделов кишки. В более поздние сроки наблюдаются циррозы, опухоли печени. Могут появиться также опухоли скелета, желез внутренней секреции и опухоли другой локализации;

―радионуклиды, относительно равномерно распределяющиеся по организму: изотопы щелочных металлов (цезия, калия, натрия, рубидия), водорода, углерода, азота, а также полоний. При их поступлении поражения носят диффузный характер: развивается атрофия лимфоидной ткани, в том числе селезенки, атрофия семенников, нарушение функций мышц (при поступлении радиоактивного цезия). В поздние сроки опухоли мягких тканей;

―радионуклиды с избирательным накоплением в отдельных органах:

йод-131 — в щитовидной железе, железо-59 — в эритроцитах, цинк-65 — в поджелудочной железе, молибден-99 — в радужной оболочке глаза;

―плохо резорбирующиеся радионуклиды, которые являются причиной возникновения местных процессов, локализующихся в зависимости от путей поступления радиоактивных веществ.

Попавшие в организм радиоактивные вещества могут выводится через почки, ЖКТ (в том числе с желчью), легкие, а также со слюной, молоком, потом. В большинстве случаев основные количества радиоактивных веществ экскретируются с калом и мочой.

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

―образование на месте поступления первичного депо (кожа, раны, слизистые оболочки ЖКТ, верхние дыхательные пути);

―всасывание с мест поступления в кровь или лимфу;

―депонированиевкритическоморгане(образованиевторичныхдепо);

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

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

Радиотоксичность — свойство радиоактивных изотопов вызывать большие или меньшие патологические изменения при попадании их в организм. Радиотоксичность обусловлена рядом факторов: 1) видом радиоактивного превращения; 2) средней энергией одного акта распада; 3) схемой радиоактивного распада; 4) путями поступления радионуклида в организм; 5) типом распределения радионуклида в организме; 6) временем пребывания радионуклида в организме; 7) продолжительностью времени поступления в тело человека.

14

Доза облучения человека, обусловленная чернобыльскими радионуклидами, состоит из дозы внешнего облучения от выпавших на поверхность земли и на окружающие здания и сооружения радионуклидов гамма — излучателей и дозы внутреннего облучения, сформированной от попавших в организм радионуклидов, с воздухом, продуктами питания и питьевой водой и через кожу. В настоящее время основными дозообразующими радионуклидами являются Cs-137 (доза внешнего облучения), Cs-137и Sr-90 (доза внутреннего облучения, сформированная загрязнёнными продуктами питания) изотопы плутония и Аm-241, поступающие через органы дыхания.

Для оценки среднегрупповых доз используют расчётные методы. Доза внешнего облучения определяется через плотность загрязнения территории Cs-

экспериментально, мЗв·м2/ Бк

σ — плотность загрязнения территории Cs-137, Бк/м2

Доза внутреннего облучения оценивается по средним показателям рациона различных групп населения и уровню загрязнения продуктов питания при помощи выражения:

Hвну — среднегрупповая доза внутреннего облучения, Зв

Kдоз—дозовыйкоэффициент,являющийсясправочнойвеличиной,Зв/Бк Miмасса потреблённого i-го продукта, кг

Ауд.i — удельная активность i-го продукта, Бк/кг

При поступлении радионуклидов в организм человека его активность снижается по закону радиоактивного распада и ввиду выведения радионуклидов из организма вследствие обменных процессов. Для определения скорости выведения используется т.н. эффективный период полувыведения.

Эффективный период полувыведения (Тэфф) — время, в течение которого активность изотопа в организме уменьшается вдвое. Эффективный период рассчитывается по следующей формуле:

Т1/2 — период полураспада; Тб — период биологического полувыведения.

15

Группа основных дозообразующих радионуклидов, выброшенных при аварии на ЧАЭС, и их характеристика:

а) углерод-14 (С-14):

―бета-излучатель, Т1/2 — 5730 лет, период биологического полувыведения около 200 дней, эффективный период 0,53 года;

―попадает в окружающую среду в результате испытаний ядерного оружия, как космогенный радионуклид, с выбросами АЭС;

―его соединения растворимы, в организм поступает через ЖКТ по пищевым цепочкам;

―характерен равномерный тип распределения;

―вызывает трансмутационный эффект: встраиваясь в азотистые основания нуклеиновых кислот, при распаде превращается в стабильный азот14, что вызывает изменение структуры азотистых оснований, в результате чего меняется смысл генетического кода; эти изменения не поддаются репарации, их доля составляет 10% от всех мутаций;

б) цезий-137 (Cs-137):

―бета- и гамма-излучатель, Т1/2 — 30 лет, период биологического полувыведения для взрослых — 100 дней, у детей до 15 лет — 50 дней, до 5 лет

—20 дней, эффективный период для взрослых — 0,26 года, для детей до 15 лет

—0,13 года, для детей до 5 лет — 0,05 года;

―очень летучий, поэтому загрязнил обширные территории в РБ и в мире в целом;

―хорошо сорбируется и удерживается чернозёмами, в песчаных почвах очень подвижен, т.е. коэффициент перехода его в растения высокий; в водной среде процессы миграции и накопления цезия идут интенсивнее, поэтому в рыбе накапливается в значительных количествах;

―соединения хорошо растворимы, в организм поступает через ЖКТ (чаще с молоком, мясом, овощами); по химическим свойствам похож на калий;

―характерен равномерный тип распределения;

в) стронций-90 (Sr-90):

―бета-излучатель, Т1/2 — 29 лет, период биологического полувыведения

—около 20 лет, эффективный период — 11,8 лет;

―менее летуч, чем цезий-137, загрязнил меньшую территорию;

―плохо фиксируется почвами; имея хорошую растворимость, легко вымывается из почвы и попадает в водоёмы, где активно накапливается гидробионтами;

―по химическим свойствам близок к кальцию, поэтому накапливается в зонах роста костей (особая опасность для детей); процент всасывания зависит от ряда факторов:

возраста ― у детей процент всасывания выше;

физиологического состояния организма ― выше в период беременности, лактации;

приема витамина D ― ускоряет всасывание стронция;

количества поступающего в организм Ca ― недостаток ускоряет всасывание стронция;

17

пола ― у мужчин всасывание происходит активнее;

―в организм поступает через ЖКТ, чаще с цельным молоком, костными бульонами, злаковыми, рыбой;

―особенности действия на организм:

вызывает нарушения в процессе развития плода и новорожденного (общие аномалии — асфиксия, дистрофия, отеки и частные аномалии - подкожная гематома, пороки сердца и костей);

в хронических эффективных дозах оказывает влияние на состояние функции печени и почек, нейроэндокринную систему, иммунную реактивность, сперматогенез и овогенез;

в отдаленные сроки после поражения вызывает опухоли костей и лейкозы;

при комбинированном действии с иодом-131 влияет на репродуктивную функцию, кроветворную систему, продолжительность жизни;

при комбинированном действии с плутонием-239 увеличивает частоту остеосарком, лейкозов, сокращает продолжительность жизни.

Конечный продукт распада — радиоактивный иттрий-90, тоже бета-

излучатель, но с коротким периодом полураспада — 64 часа и высокой энергией излучения, избирательно накапливается в гонадах, создавая значительную дозу облучения.

г) тритий (Н-3):

― мягкий бета-излучатель, Т1/2 — более 12 лет, период биологического полувыведения — 10 суток для свободного трития, 450 суток — для связанного (летом уменьшается из-за усиленного водного обмена), эффективный период для свободного трития — 0,03 года, для связанного — 1,12 года;

― образуется в верхних слоях атмосферы как космогенный радионуклид

ипри термоядерных реакциях;

―соединения растворимы, в организм поступает через ЖКТ, частично через легкие;

―характерен равномерный тип распределения;

д) плутоний-239 (Рu-239):

―трансурановый элемент, смешанный α- и γ-излучатель, Т1/2 — 24000 лет, период биологического полувыведения - 197 лет, эффективный период —

195,4 года;

―попадает в атмосферу при аварийных выбросах предприятий, перерабатывающих ядерное горючее, при эксплуатации АЭС, при испытании ядерного оружия;

―не имеет стабильных аналогов;

―после аварии на ЧАЭС осел в основном в 30-км зоне и Гомельской

области;

―соединения плохорастворимы, поступает в организм в основном ингаляционно, создавая значительную нагрузку на лёгкие за счёт альфаизлучения;

18

―характерен скелетный тип распределения, частично — ретикулоэндотелиальный (лимфоузлы, печень); у детей 1-ого года жизни всасываемость плутония в 10 раз выше, чем у взрослых;

―тропен к органическому матриксу кости, с течением времени плутоний перемещается в неорганическую часть кости и «замуровывается»; некоторое количество егозахватываетсямакрофагамиипереходитвкостныймозг;

―особенности действия на организм:

при остром лучевом поражении: резкое сокращение продолжительности жизни, падение массы тела, развитие геморрагического синдрома, угнетение костномозгового кроветворения, некробиотические изменения внутренних органов;

при подостром лучевом поражении: сочетание атрофических, дегенеративных и репаративных процессов; существенное сокращение продолжительности жизни, изменения со стороны сосудистой системы, умеренное угнетение костно-мозгового кроветворения, атрофические и дегенеративные изменения внутренних органов, пнемосклероз;

при действии доз от 0,04 до 20 Гр — опухоли легких;

―по данным экспериментов, характер действия молока для плутония239 напоминает действие эффективного комплексообразователя;

е) америций-241 (Аm-241):

―трансурановый элемент, альфа-излучатель, Т1/2 — 433 года, период биологическогополувыведения194года,эффективныйпериод—133,97года;

―дочерний продукт распада плутония-241; в настоящее время и в ближайшие десятилетия будет представлять серьезную угрозу для здоровья населения (наряду с цезием-137 и стронцием-90);

―стабильные изотопы не известны, дочерний продукт распада плутония-241;

―поступает в организм ингаляционно, химические соединения америция быстро перемещаются из легких в кровь (от нескольких дней до нескольких недель), затем накапливается в скелетной ткани, частично в печени, почках, селезёнке;

―обладает большой растворимость и большой миграционной способностью;

―особенности действия на организм:

при остром лучевом поражении: ранняя аплазия костно-мозгового кроветворения, геморрагический синдром, некробиотические изменения в паренхиматозных органах, резкое сокращение продолжительности жизни;

при подостром лучевом поражении: гипоплазия костно-мозгового кроветворения, некротические и склеротические изменения органов депонирования, существенное уменьшение продолжительности жизни, пневмосклероз, цирроз печени;

опухоли легких и остеосаркомы; ж)"горячиечастицы"―аэрозольдиспергированногоядерноготоплива:

19

―после аварии разнеслись атмосферным воздухом на значительные расстояния, основная масса их сосредоточилась в зоне отчуждения и Гомельской области;

―основное количество активных частиц (до 70 %) находится в верхнем (1 см) слое почвы; до нескольких сотен активных частиц содержится в 10 м3 воздуха в районе Мозыря, Гомеля, Бреста;

―в организм в первые месяцы после аварии попадали прямым аэрозольным путём, в настоящее время характерно ингаляционное поступление при вторичном загрязнении воздуха пылью с объектов окружающей среды; возможен и алиментарный путь поступления;

―представляют опасность для всего живого ввиду высокой концентрации в них радионуклидов с разными видами излучений;

з) цирконий-95 (Zr-95); и) рутений-106 (Ru-106); к) церий-144 (Сe-144); л) йод-131 (I-131).

Трансурановые элементы — химические радиоактивные элементы, расположенные в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева после урана-238, то есть с атомным номером (Z) более 92. Получены трансурановые элементы путем бомбардирования тяжелых ядер (урана, тория или протактиния) нейтронами. При работе ядерного реактора с топливом уран-238 с обогащением ураном-235 в реакторе образуются радиоизотопы нептуния и плутония.

3.8. Международная шкала ядерных событий

Международная шкала ядерных событий (англ. INES, сокр. International Nuclear Event Scale) разработана Международным агентством по атомной энергии в 1988 году и с 1990 года использовалась в целях единообразия оценки чрезвычайных случаев, связанных с аварийными радиационными выбросами в окружающую среду на атомных станциях, а позднее стала применяться ко всем установкам, связанным с гражданской атомной промышленностью. МАГАТЭ рекомендует оповещать страны-участники в 24-часовой срок обо всех авариях выше 2 уровня опасности, когда имеются хотя бы незначительные выбросы радиации за пределы производственной площадки, а также в случаях событий 0 и 1 уровней, если того требует общественный интерес за пределами страны, в которой они произошли. Такой подход позволяет оперативно и согласованно оповещать общественность о значимости с точки зрения безопасности событий на ядерных установках, о которых поступают сообщения. Информация передаётся в СМИ странами-участниками и самим МАГАТЭ.

Шкала применима к любому событию, связанному с перевозкой, хранением и использованием радиоактивных материалов и источников излучения и охватывает широкий спектр практической деятельности, включая радиографию, использование источников излучения в больницах, на любых гражданских ядерных установках и т. д. Она также включает утрату и хищения источников излучения и обнаружение бесхозных источников.

20