Влияние на развитие поражения активности инкорпорированных радионуклидов и продолжительности их пребывания в организме

Характер патологического процесса при внутреннем заражении РВ существенно зависит от количества поступившей активности и времени пребывания ее в организме. Темп накопления поглощенной дозы определяется как режимом поступления радионуклида (однократное, длительное), так и периодом эффективного полувыведения.

Основная доля суммарной дозы облучения от таких сравнительно короткоживущих нуклидов как ¹³¹I, ³²P, ¹⁹⁸Au накапливается за сравнительно короткий срок, что определяет в случае попадания в организм поражающих количеств острый или подострый характер патологического процесса. При поступлении ²²⁶Ra, ²³⁹Pu, и других радиоактивных элементов, характеризующихся очень длительными периодами полураспада и медленным выведением из организма имеет место длительное облучение с постоянной мощностью дозы и, соответственно, хроническое течение.

Если инкорпорация радионуклидов произошла в количествах, обеспечивающих накопление в течение короткого срока (несколько дней) среднетканевой дозы, эквивалентной 1 Гр гамма облучения и выше развивается острое лучевое поражение. При этом в значительной степени утрачивается специфичность действия различных радионуклидов, и поражение во многих чертах напоминает острую лучевую болезнь от внешнего облучения.

Более вероятны ситуации, в которых количество инкорпорированного РВ не может обеспечить накопление достаточно высокой дозы в течение короткого времени и следствием внутреннего радиоактивного заражения является развитие хронической лучевой болезни или злокачественного новообразования.

Последствия поступления в организм отдельных радионуклидов

Патологические процессы, развивающиеся в результате инкорпорации различных радионуклидов, отличаются большим своеобразием, зависящим от ряда факторов, из которых главными являются вид испускаемого излучения, особенности кинетики в организме, скорости распада и выведения, органотропность. Ниже будут приведены примеры, характеризующие специфику действия отдельных радионуклидов, имеющих наибольшую биологическую значимость при загрязнении внешней среды продуктами ядерных взрывов и аварий ядерных энергетических установок- радиоактивных цезия, стронция, йода, плутония.

Цезий -137, 134

¹³⁷Cs - смешанный b,g- излучатель с периодом полураспада около 30 лет. Максимальная энергия b-частиц составляет 0,51 МэВ; энергия g-квантов- 0,662 МэВ. Основное количество ¹³⁷Cs поступает в организм человека с пищей, до 25%- через органы дыхания.

Большинство солей цезия хорошо растворимы, и поэтому всасывание их из легких и желудочно-кишечного тракта осуществляется быстро и практически полностью. Распределение в организме ¹³⁷Сs сравнительно равномерное. До 50 % этого радионуклида концентрируется в мышечной ткани, причем, чем интенсивнее работает мышца, тем больше в ней откладывается радиоцезия. Наибольшее содержание ¹³⁷Cs обнаруживается в миокарде. В более поздние сроки довольно большое количество ¹³⁷Cs 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 кишечник цезий в значительной мере подвергается реабсорбции. Эффективный период полувыведения ¹³⁷Csу человека составляет от 50 до 150, в среднем, 110 сут.

При длительном поступлении ¹³⁷Cs в организм происходит его накопление. Через плаценту радиоактивный цезий легко проникает в организм плода. У лактирующих животных около 10 % ¹³⁷Cs поступает в молоко.

Характер распределения радиоцезия в организме во многом определяет клиническую симптоматику при его поступлении. При достижении определенной дозы вначале обнаруживаются общие реакции со стороны системы крови, нервной системы. Позже присоединяются нарушения функций критических органов: мышц, печени. Они проявляются нарушениями некоторых ферментных систем в клетках этих органов, изменениями ЭКГ, электромиограммы,

При одновременном поступлении в организм цезия и калия калий накапливается в 3 раза быстрее и может вытеснять цезий. В связи с этим при лечении поражений радиоактивным цезием рекомендуется и с успехом применяется метод изотопного разбавления. Повышение содержания калия в пище и интенсификация водного обмена способствуют выведению цезия из организма.

Изотопы цезия включаются в биологический круговорот и свободно мигрируют по биологическим цепочкам. Сейчас (как следствие ядерных испытаний и радиационных аварий) ¹³⁷Сs повсеместно обнаруживают в организмах разных животных и у человека.

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

Изотоп ¹³⁴Сs имеет период полураспада около 2 лет, что и определяет его меньшую опасность по сравнению с ¹³⁷Сs. Мощность дозы от ¹³⁴Сs на зараженной территории снижается значительно быстрее. По проявлениям биологического действия оба изотопа существенно не различаются.

Стронций-90

⁹⁰Sr- b-излучатель с периодом полураспада 28,6 лет. Энергия испускаемых при его распаде b-частиц составляет 0,54 МэВ. В результате распада ⁹⁰Sr образуется ⁹⁰Y, тоже b-излучатель с максимальной энергией b-частиц 2,18 МэВ. Период полураспада ⁹⁰Y составляет 64,2 ч.

Выпадающие на поверхность Земли изотопы стронция мигрируют по биологическим цепочкам и, в конце концов, могут поступить в организм человека.

Степень и скорость всасывания радиостронция из желудочно-кишечного тракта зависит от того, в состав какого химического соединения он входит, от возраста человека и функционального состояния организма, от состава пищевого рациона. Так, у лиц молодого возраста стронций всасывается быстрее и полнее. Увеличение содержания в диете солей кальция снижает всасываемость соединений стронция. При потреблении 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.

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

В ранние сроки после поступления ⁹⁰Sr в большом количестве наблюдаются изменения в органах, через которые он поступает или выводится: слизистые рта, верхних дыхательных путей, кишечник. Позднее нарушаются функции печени. При ингаляционном поступлении мало растворимых соединений стронция 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.

В процессе реакции кроветворной ткани на радиостронций в течение длительного времени морфологический состав крови меняется мало. Лишь при поступлении больших количеств развивается и прогрессирует цитопения. Тяжелых случаеав поражения 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 радиостронция и подостром течении болезни постепенно развивается анемия, наблюдается угнетение спермато- и овогенеза, нарушения иммунитета, функции печени и почек, нейроэндокринной системы, сокращается продолжительность жизни.

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 ⁹⁰Sr определяет длительное сохранение высоких уровней загрязнения территорий и объектов среды после загрязнения этим радионуклидом.

Среди продуктов ядерного деления присутствует и ⁸⁹Sr, который также является b-излучателем; энергия b-частиц у него составляет 1,5 МэВ. Однако период полураспада ⁸⁹Sr короче - 53 сут, поэтому степень радиоактивного загрязнения объектов в этом случае снижается гораздо быстрее.

Йод-131

¹³¹I- b- g-излучатель с периодом полураспада 8,05 сут. Энергия b-частиц составляет 0,25-0,812 МэВ, энергия g- квантов - 0,08-0,722 МэВ. Соединения йода хорошо растворимы, и при алиментарном поступлении практически полностью всасываются в кровь. Большая часть йода всасывается и при ингаляционном поступлении.

30 % поступившего в кровь йода откладывается в щитовидной железе и выводится из нее с биологическим периодом полувыведения 120 сут. Эффективный период полувыведения из щитовидной железы равен 7,5 сут. Остальные 70% всосавшегося йода равномерно распределяются по остальным органам и тканям. Биологический период полувыведения этой фракции составляет 12 сут; эффективный- 4,8 сут. 10 % от этой органически связанной формы йода выводится с калом. Основное же количество радиоактивного йода выводится с мочой. Незначительное количество - через легкие, а также с потом, слюной, молоком.

У взрослого человека при алиментарном поступлении 1 мкКи ¹³¹I ожидаемая эквивалентная доза облучения щитовидной железы составляет 1,8 бэр (4,8.10-7 Зв/Бк). При ингаляционном поступлении соотношение составляет 1,1 бэр/мкКи (2,9.10^-7 Зв/Бк). Доза облучения щитовидной железы детей и подростков при поступлении такого же количества ¹³¹I больше из-за меньшей массы щитовидной железы. После однократного поступления ¹³¹I доза облучения щитовидной железы накапливается очень быстро: 50% дозы за 7,5 дней, а 90%- уже за 25.

Биологическую активность ¹³¹I характеризуют следующие экспериментальные данные.

У крыс при однократном введении в желудок СД_50/120 ¹³¹I составила 88,8 Бк/г. При введении изотопа в дозе в 10 раз меньшей наблюдали развитие деструктивных процессов в щитовидной и паращитовидной железах, реактивные изменения в гипофизе. Развивалось расстройство функций половых желез, нарушался эстральный 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. В отдаленные сроки после введения радиоактивного йода у животных развивались опухоли щитовидной, паращитовидной и молочной желез.

Пороговой дозой для развития гипотиреоза у человека называют 45 Гр. Эта доза соответствует результату однократного поступления в организм примерно 3 мКи ¹³¹I. Наибольшая опасность при поступлении в организм радиоактивного йода связана с возможностью возникновения рака щитовидной железы. Коэффициент риска его развития после радиационного воздействия составляет 5.10^-4Зв^-1.

Плутоний-239

²³⁹Pu - трансурановый элемент, обладающий высокой радиотоксичностью. Это смешанный a- и g- излучатель. Энергия a- частиц составляет 5,5 МэВ, а g- квантов - 0,01-0,4 МэВ. Период полураспада ²³⁹Pu -24360 лет.

Среди продуктов, участвующих в формировании зон радиоактивного заражения после ядерных взрывов или аварий ЯЭУ 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.

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

Внешнее облучение ²³⁹Pu 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 ЖКТ 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.

Всасывание плутония через кожу зависит от ее состояния. Наличие ссадин и царапин, воздействие растворителей, 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 его количество - в других органах и тканях и выводится с экскретами в ранние сроки после поступления.

Доля плутония, отложившегося в гонадах у мужчин, составляет, примерно, 3,5.10^-4 у мужчин и 1.10^-4 у женщин.

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

В экспериментах после энтерального введения больших количеств плутония в клинической картине преобладали проявления поражения функций кроветворения и кровообращения. Животные погибали в течение 2-3 недель 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 ²³⁹Pu крысам 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 поступлении плутония через органы дыхания 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 и при введении в легкие и меньших количеств плутония, однако, в этих случаях процесс протекал медленнее. Для поздних сроков характерно возникновение опухолей легких.

Время накопления дозы медленное - 50% дозы в скелете и печени реализуются в течение 27-100 лет. Прижизненное определение плутония в организме возможно с помощью СИЧ или по активности проб мочи.