Особенности лучевых поражений при поступлении радиоактивных веществ внутрь

Основные пути поступления и выведения радиоактивных веществ.

Поступление радиоактивных веществ (РВ) внутрь сверх допустимого годового поступления (ДГП) в условиях профессионального контакта возможно при ремонте в активных зонах АЭС, при получении ядерного топлива, переработке руд, при использовании радионуклидов в технических, исследовательских, медицинских целях, при нарушении правил работы с РВ.

Поступление РВ внутрь из окружающей среды у населения возможно при аварийных ситуациях и производственных выбросах, разгерметизации радиоактивных источников, проникновении людей в места захоронения отходов, загрязнении воды и продуктов питания, в том числе и при ядерных взрывах, применении радионуклидов для лечения злокачественных новообразований.

В ряде ситуаций попадание радионуклидов внутрь сопровождается и внешним облучением, т.е. происходит сочетанное радиационное воздействие. Следует иметь в виду, что прямое действие внешних источников на организм прекращается с выходом из поля их действия. Внутреннее поступление опасно вследствие длительного поглощения тканями энергии при распаде РВ, радиочувствительности органов депонирования и требует большого внимания.

Формирование доз облучения организма и отдельных органов, распределение РВ зависят от многих факторов: количества поступившего радионуклида и энергии его излучения, путей поступления, дисперсности, растворимости, транспортабельности поступающих соединений радионуклида. Коэффициенты резорбции и депонирования, распределение радионуклидов в органах и субклеточных структурах, в межклеточном веществе, существенно различаются. Периоды полувыведения могут составлять от секунд до сотен лет.

Пути поступления РВ внутрь: ингаляционный, пероральный, перкутанный (через неповрежденную кожу), раневой (через поврежденную кожу или рану).

Существуют 4 основные стадии обмена радионуклидов в организме:

1. Образование первичного депо на месте поступления радионуклида (дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт, кожа, раны).

2. Всасывание с места поступления в кровь и лимфу.

3. Инкорпорация в критических органах.

4. Выведение различными путями, в том числе и с наличием рециркуляции в крови.

Ингаляционный путь имеет значение, если радионуклиды находятся во вдыхаемом воздухе в виде аэрозоля. Этот путь характерен для профессионалов и в меньшей степени важен для населения, так как концентрация радионуклида падает по мере удаления от очага, разбавляется воздушными массами. Всасывающая поверхность легких достигает 100 м², что больше поверхности желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и кожи.

На интенсивность поступления радионуклидов влияют физиологические факторы: частота дыхания, влажность воздуха, температура окружающей среды. Физическая работа увеличивает частоту дыхания. Часто поражается передняя часть носа, верхняя губа.

На поступление радионуклида внутрь и характер распределения в организме влияют несколько факторов. Один из них – дисперсность химических соединений радионуклида. Крупнодисперсные частицы (более 20 мкм в диаметре) оседают в верхних отделах дыхательных путей. Частицы размером менее 20 мкм оседают в бронхиальном дереве, ресничками перемещаются вверх и заглатываются. Частицы размером 0,01-1,0 мкм оседают на стенке альвеол, где нет ресничек, поэтому и нет их продвижения вверх.

Растворимость определяет транспортабельность веществ через клеточные мембраны. Радионуклид из альвеол может перейти в капилляры, если вещество водорастворимое, и накопиться в критических органах. Доза на легкие в этом случае небольшая. Если РВ малорастворимое или жирорастворимое, оно диффундирует в лимфатический капилляр и поступает в регионарные лимфоузлы легких, где фагоцитируется макрофагами. Практически нерастворимые вещества надолго задерживаются в альвеолах. Они фагоцитируются альвеолярными макрофагами, которые облучаются и гибнут, а частица захватывается новыми макрофагами. В итоге в течение 5-10 лет развивается пневмосклероз.

Таким образом, пути миграции радионуклидов включают носоглотку, бронхи, легкие, кровь, лимфатическую систему, ЖКТ.

При невозможности точной оценки распределения радионуклидов в организме Международной комиссией по радиационной защите (МКРЗ) предложено использовать легочную модель, которая предполагает, что 25% поступившего радионуклида выдыхается. Из оставшихся 75% треть остается в легких, и две трети при участии мерцательного эпителия поступают в ЖКТ с периодом полувыведения из легких, примерно 20 дней. Из общего числа частиц, поступивших в ЖКТ из легких, всасывается примерно 10-20% растворимых радионуклидов, менее 0,5% – слаборастворимых и менее 0,01% - нерастворимых. В легких из 25% накопленных радионуклидов 15% фагоцитируется с периодом полувыведения примерно 6 месяцев и удаляется через трахеобронхиальное дерево и ЖКТ. 10% поступает во внутреннюю среду организма с периодом полувыведения равным нескольким суткам. Модель следует использовать только при невозможности более точной оценки.

По скорости выведения из легких все радионуклиды подразделяются на 3 класса по времени биологического полувыведения: Д (дни), Н (недели), Г (годы). К классу Д относятся растворимые соединения элементов 1, 2 и частично 3-го периодов периодической системы элементов.

Пероральный путьчаще связан с поступлением радионуклидов вместе с загрязненными продуктами питания и более характерен для населения, проживающего на загрязненных территориях. В настоящее время воздух в окрестностях ЧАЭС везде чистый и может загрязняться только при сильных пыльных бурях. Все радионуклиды находятся в почве. Количество поступившего внутрь радионуклида зависит от его концентрации в продуктах.

В первые дни после аварии на ЧАЭС у населения не были изъяты загрязненные продукты, В Англии при аварии на АЭС хорошо заплатили за сдаваемое молоко, и крестьяне его сдали. После аварии на ЧАЭС молоко предложили выливать, но часто его никто не выливал. В итоге пострадали дети в результате йодного поражения щитовидной железы. Продукты, не соответствующие норме, обычно не выбрасываются. Из них можно получить чистый продукт в результате переработки.

Всасывание в ЖКТ зависит от формы соединения. Нерастворимые вещества выводятся преимущественно с калом. Нерастворимые радионуклиды основное облучение стенки кишечника вызывают в течение 30-48 часов, а затем выделяются. Растворимые соединения в основном всасываются в тонком кишечнике, в меньшей степени в желудке и толстой кишке. Коэффициент резорбции для соединений йода и цезия равен 1, для радия и стронция – 0,2-0,3, для полония и урана еще меньше. Альфа-излучатели чаще всасываются плохо, бета-излучатели всасываются хорошо.

Уровень всасывания определяется путем измерения радиоактивности мочи и кала. Если всасывание хорошее, радиоактивности много в моче, если плохое – в кале. Предотвращение поступления радионуклида внутрь достигается применением сорбентов. Происходит задержка радионуклида в ЖКТ и выведение с калом. Сорбенты мало эффективны при низких концентрациях радионуклидов.

Перкутанный путь поступления радионуклидов имеет значение для профессионалов, которые в процессе работы с РВ могут загрязнить руки. Хорошо всасываются через неповрежденную кожу соединения йода, окись трития, уранилфторид и уранилнитрат. Полученная доза зависит от площади загрязнения, активности РВ, экспозиции. Альфа-излучатели не вызывают ожогов кожи, бета-излучатели часто вызывают ожоги, гамма-излучатели – реже.

Раневой путь поступления радионуклидов происходит через механические и термические повреждения. Повреждение ускоряет поступление РВ, рану трудно дезактивировать. Нерастворимые РВ надолго задерживаются в ране. При аварии на ЧАЭС было много термических ожогов, при которых имеет место большая скорость поступления РВ в организм, и РВ плохо отмываются.

Распределение радионуклидов в организме.

Через кровь и лимфу осуществляется перенос радионуклидов в органы вторичного депонирования: печень, почки, мышцы. Хорошо растворимые вещества быстро распределяются через кровоток. Плохо растворимые вещества распределяются в течение лет. В основу подразделения на типы распределения положен принцип преимущественного содержания радионуклида в органе. Существует 4 типа распределения:

Равномерное распределение, при котором нет тропности к органам (цезий-137, рубидий-106, углерод-14, тритий и другие). Распределение считается равномерным, если более половины обнаруживаемого в организме радионуклида распределено равномерно. Это означает, что дозы облучения примерно одинаковы для всех органов. Самая чувствительная ткань кроветворная, поэтому основные биологические эффекты связаны с ее повреждением.

Остеотропное распределение характерно для плутония, америция, стронция, урана. Фиксация радионуклида происходит при участии нескольких механизмов. В минеральной фазе кости фиксируются аналоги кальция (стронций, уран) в виде соединений типа фосфата кальция. С органической частью кости (коллагеном) связывается плутоний. Связь с белками чрезвычайно прочная и не разрывается комплексонами. Биологические эффекты развиваются в течение нескольких лет в виде генерализованного, диффузного остеопороза, либо спустя 10 лет и более может возникнуть остеосаркома.

Ретикулоэндотелиальный тип распределения, характерен для радионуклидов лантаноидов и актиноидов (полоний), тропных к макрофагам, которых особенно много в печени, селезенке, костном мозге. Преобладает поражение этих органов. Описано развитие печеночной недостаточности после укола иглой, загрязненной полонием-210, с летальным исходом в течение 6 месяцев.

Распределение, свойственное микроэлементам, характерно для йода, меди, железа, цинка и других. Радиоактивные изотопы обмениваются по пути, характерному для этих микроэлементов. Цинк накапливается в поджелудочной железе и толстой кишке, железо – в эритроцитах и костном мозге, йод – в щитовидной железе. Захват радионуклида осуществляется чаще путем пассивной диффузии. Распределение заканчивается, когда концентрация в органе больше, чем в крови. Только для йода существует система активного захвата щитовидной железой, что позволило некоторым исследователям выделить щитовидный тип распределения.

Некоторые выделяют еще почечный тип распределения, характерный для урана-238, свинца-210, бериллия-7, а также для изотопов висмута, кадмия и мышьяка.