Вопрос 4. Основные типы радионуклидов, накапливающихся в организме человека, особенности их воздействия.

Попадание радиоактивных веществ внутрь организма человека происходит, как вы знаете, с вдыхание воздуха, употреблением воды, продуктами растительного и животного происхождения, т.е. по пищевым цепям. Назовем основные пути:

1. Растение (овощи, салаты, фрукты и т.д.) – человек;

2. Растение – животное – молоко – человек;

3. Растение – животное – мясо – человек;

4. Водоросли – рыба – человек

Вследствие очень большого выброса, длительного распада (Т_1/2=30 лет) и высокой биохимической активности радиоактивный цезий-134,-137 являются основным дозообразующим изотопом в настоящее время. γ-кванты цезия-137 и -134 формировали и формируют дозу внешнего облучения человека. Внутреннее облучение ими, а также электронами при β-распаде обусловлено поступлением цезия с пищей ( в загрязненных зонах) и вдыхаемой пылью. В организме человека цезий быстро проникает в кровь и равномерно распределяется по всем органам и тканям. Большинство этой радиоактивности попадает в мышцы. Большая концентрация в организме изотопов цезия обычно приводит к угнетению кроветворной, сердечно-сосудистой, эндокринной систем, а в дальнейшем – к развитию опухолей.

После аварии на Чернобыле содержание радиоактивности у жителей пострадавших республик резко изменилось. Только цезию-137, регистрируемому счетчиком излучений человека (СИЧ) у жителей Беларуси активность нередко достигает 10⁴-10⁷ Бк/кг веса. Норма 20 Бк/кг.

Цезий-137.

Это щелочной металл серебристо-белого цвета, мягкий, тягучий. В воздухе моментально воспламеняется. В природе входит в состав отдельных минералов. Хорошо сорбируется почвами (особенно черноземами). Бета- и гамма-излучатель (рис.6). Период полураспада составляет 30 лет. На территорию республики выпал в виде дисперсных частиц размером от 2 мкм до нескольких сотен мкм.

Рис. 6 Схема распада цезия-137

Цезий-137 закрепляется в бедных калием почвах, а в почвах богатых органикой хорошо усваивается корневой системой и легко передвигается в самих растениях. Цезия много в зерне, стеблях картофеля, в зелени и других растениях. В водной среде процессы миграции цезия идут интенсивнее, поэтому в рыбе он накапливается в значительных количествах.

В организм человека поступает через желудочно-кишечный тракт. Легко всасывается в желудочно-кишечном тракте (50%-80%) и свободно циркулирует в составе крови по всему телу. Основная часть цезия накапливается в мышцах (80%), в костях – (8%). Выводится из организма с мочой, калом и потом. Период биологического полувыведения из организма взрослого человека – до 3-х месяцев, у детей до 15 лет – 50 суток, до 5 лет – 20 суток.

Аналогичное накопление радионуклидов происходит и у животных, но у коров большая часть цезия переходит в молоко, у кур – в яйца. По химическим свойствам цезий-137 близок к калию и является его конкурентом (если в организме дефицит калия, усваивается цезий). При попадании в организм человека вызывает лейкемию, рак молочной железы, печени, подавление системы кроветворения, угнетение костного мозга, опухоли кожи и другие заболевания. При попадании на кожу цезий всасывается по кровеносным и лимфатическим капиллярам. Период биологического полувыведения его из кожи равен одним суткам.

Йод и теллур. В начальный период аварии в окружающей среде имелось огромное количество летучих и биохимически активных радиоизотопов йода и теллура. Йод легко присоединяется к любым белкам, попадая в организм с вдыхаемым воздухом и пищей (молоко, огородной зеленью и др.). Из легких и желудочно-кишечного тракта с кровью он переносится по всем органам и тканям. Но уже через несколько часов значительная его часть (40-45%) оказывается в щитовидной железе. В природе йода немного и в щитовидной железе не предусмотрен «ограничитель» на этот элемент: она захватывает то, что имеется. С радиоактивной струей выделилось около десятка радиоизотопов йода ¹³³I, ¹³⁵I, ¹³¹I с Т_1/2=8,05 суток, он является источником опасности не только в близлежащих республиках, но и во многих странах Центральной Европы. Период «йодной опасности» продолжается около 2 месяцев. Облучение получили многие тысячи людей.

Реальную опасность представлял и теллур-132. При распаде этот изотоп образует радиоактивный йод-132, который попадает в щитовидную железу.

Чтобы уменьшить опасность йодного облучения, надо до отказа «набить» железу сравнительно безвредным стабильным йодом-127. Из-за быстрого депонирования йода эта процедура через 6 часов после появления радиоактивности в воздухе эффективна всего на 50%, а через сутки практически бесполезна.

«Йодная профилактика» проводилась в Польше, ФРГ, Австрии и в ряде других стран сразу после поступления информации об аварии ( йодированный калий, йодированная соль, морская капуста, хурма богатая йодом). В зоне примыкающей к Чернобылю, она не проводилась или была поведена лишь на 6-10 сутки, что явилось причиной переоблучения. Облучение железы в дозе более 50 3в у взрослых может вызвать опухоль через 20-25 лет, у детей – через 10 лет после воздействия радиации. В настоящее время в зонах загрязнения уже наметился устойчивый рост патологии и раковых заболеваний щитовидной железы у детей Стронций 90

Высокотоксичный радиоактивный стронций-90 (Т_1/2=29 лет) поступает через кишечную стенку и избирательно накапливается в костной ткани, разрушая опорно-двигательный аппарат, и поражает костный мозг – регулятор системы кроветворения, что приводит к лейкозам.

Стронций-90 выпал в основном на юге Гомельской области. В биосферу его попало меньше, чем цезиевых изотопов, но он очень медленно выводится из организма. Общее содержание стронций-90 в организме при длительном поступлении с пищей постоянно растет, и его вклад в облучение становится все более весомым.

Стронций-90.Это серо-белый металл, легкий, ковкий, пластинный. Входит в состав минералов. Бета-излучатель. Период полураспада 29 лет (рис. 7). Входит в состав биологической ткани животных и растений. В растениях в основном накапливается в корневой системе. Его также много в зерне, листовых овощах.

Рис. 7 Схема распада стронция-90

Обладая хорошей растворимостью, стронций легко вымывается из почвы и попадает в водоемы, где активно накапливается гидробионтами.

Стронций-90 конкурирует с кальцием, поэтому у человека и животных избирательно накапливается в костях. Но некоторое накопление происходит в почках, слюнной и щитовидной железах, в легких, откладывается также на стенках сосудов, способствует интенсивному отложению солей. Больше стронция откладывается в молодых костях. Период биологического полувыведения – около 20 лет.

Процент всасывания стронция зависит от ряда факторов:

- возраста ( у детей процент всасывания выше);

- физиологического состояния организма ( период беременности, лактации);

- количества в организме витамина D (витамин ускоряет всасывание стронция);

- количества поступающего в организм кальция (чем больше поступает кальция, тем меньше всасывается стронция);

- пола (у мужчин всасывание идет активней);

У кур стронций переходит в скорлупу яиц, у коров значительная часть переходит в молоко. Стронций-90 вызывает различные онкологические и другие заболевания. Период биологического полувыведения – около 20 лет.

Плутоний-239

Изотопы плутония и урана являются источниками α-излучения и скапливаются в скелете. Попадая же в легкие с выдыхаемым воздухом, радионуклиды плутония способны «прожигать и омертвлять» окололежащие ткани.

Это металл серого цвета. Альфа-излучатель. Обладает также слабым гамма-излучением. Период полураспада – 24065 лет (рис.8). Особо опасен при попадании в органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и на поврежденную кожу. При дефиците кальция и стронция избирательно накапливается в костях, но при попадании в кровеносное русло 45% плутония задерживается в печени, откуда половина выводится только через 20 лет. Однако на практике уже через 2–3 месяца возникает цирроз печени. Плутоний также аккумулируется в скелете и в лимфатических узлах. Плутоний-239 подавляет систему кроветворения и иммунную систему. На территории республики плутоний-239 выпал только в Брагинском, Светлогорском и Рогачевском районах.

Рис. 8 Схема распада плутония-239

Тритий (Т_1/2=70 лет) и углерод-14 равномерно разносятся по всем органам и тканям и являются источниками β- излучения.

При распаде изотопов плутония-241 образуется америций-241 .

Америций-241.

Америций-241 является продуктом распада плутония-241 (рис.9), альфа- и гамма-излучатель. На территорию РБ плутония-241 выпало незначительное количество ( меньше чем плутония-239). Однако наряду с цезием-137 и стронцием-90 он будет представлять значительную угрозу здоровья людей.

Этот элемент опасен тем, что в отличие от других радионуклидов, обладает очень жестким гамма-излучением. Оно более опасно, чем рентгеновское излучение.

Кроме того, опасность америция-241 состоит в том, что он хорошо растворяется в воде. Это означает, что он будет активно поступать в организм человека с водой, растительной пищей, с животными продуктами. Учитывая, что америций-241 имеет большой период полураспада (432 года), он будет представлять опасность тысячи лет.

Америций-241 обладает ещё одним важным свойством. Для его цепной реакции требуется небольшая критическая масса, которая исчисляется микрограммами (в то время как для урана или плутония – килограммами). Микровзрывы особенно опасны и для биологического мира.

Рис. 9 Схема распада плутония-241 и америция-241

По своему воздействию на организм человека он аналогичен плутонию-239, но с более тяжелыми последствиями, связанными с микровзрывами.

Опасность америция-241 в том, что он поражает пищеварительную систему человек. ²⁴¹Am накапливается в основном в костях. Изгнать оттуда тяжелые α-частицы весьма трудно. Они вызывают у человека различные дефекты и опухоли. Вторая опасность америция в том, что в организм он попадает и ингаляционным путем и оседает в легких навсегда. Период полувыведения плутония-241 и америция-241 более 200 лет.

По данным Республиканского центра радиационного контроля и мониторинга окружающей среды Госкомгидромета, плутоний выпал преимущественно в близкой к ЧАЭС зоне. Имеются, правда, отдельные «пятна» плутония и на остальных территориях. Например, изотопы америция обнаружены в деревне Чудяны Чериковского района.

«Горячие частицы»

Наряду с аэрозолями отдельных радионуклидов в чернобыльском выбросе имелись и аэрозоли диспергированного ядерного топлива. Они были различной величины ( от 2 мкм до сотен микрометров), активности и радионуклидного состава. В настоящее время основное количество этих частиц ( до 70%) находится в верхнем односантиметровом слое почвы. Эти частицы представляют опасность для всего живого ввиду высокой концентрации в них радионуклидов с разными видами излучений.

При попадании таких частиц в организм человека последствия для здоровья могут быть крайне тяжелыми и зависеть от особенностей каждого типа радионуклида, содержащегося в «горячей» частицы.