Токсикология углерода

Природный углерод со­стоит из двух изотопов: ¹²С (98,892%) и ¹³С (1,108%). Имеют­ся радиоактивные изотопы ^9-11С, ^14-16С. Наиболь­шее токсикологическое значение имеет ¹⁴С: β-излучатель, Е_β = 0,156 МэВ, период полураспада - 5760 лет.

В природе ¹⁴С постоянно образуется в нижних слоях атмосфе­ры в результате воздействия нейтронов космического излучения на ядра атомов азота-14. Скорость образования составляет 2,5±0,5 ат/с на 1 см² земной поверхности, что по массе составляет 22,5 г/сут, а по активности 4ТБк. ¹⁴С посту­пает в организм человека в количестве около 100 Бк/сут. В те­ле человека ¹⁴С содержится (34-36) • 10² Бк.

Искусственными источниками образования углерода явля­ются: ядерные взрывы, ядерные реакторы промышленного, транспортного и энергетического назначения, а также отходы научно-исследовательских лабораторий. Максимальная кон­центрация «бомбового» ¹⁴С в атмосфере зарегистрирована в 1965 г, когда уровень его превышал естественный фон на 100%. В настоящее время основными источниками поступления ¹⁴С в окружающую среду являются предприятия ядерной энер­гетики.

В организм человека и животных ¹⁴С поступает в виде ор­ганических и неорганических соединений, входящих в состав пищи. Аэрогенный путь поступления ¹⁴С не представляет боль­шой опасности, так как углерод в крови образует нестойкие комплексы (бикарбонатные соединения) и мало задерживается в организме, составляя всего 1% количества углерода, поступающего с пищей.

Хорошо растворимые органические соединения ¹⁴С всасываются в организме до 90-100%. Распределение ¹⁴С в организме является равномерным. ¹⁴С, поступающий в организм в форме органических соединений, накапливается в тканях в больших количествах и медленнее выводится по сравнению с неорганическими соедине­ниями. Различные соединения ¹⁴С в организме окисляются до ¹⁴СО₂ и выводятся через легкие. Всего за одни сутки в виде ¹⁴СО₂ выводится 56% ¹⁴С, введенного в виде ¹⁴С-глюкозы, и 30% - при введении жиров. Из боль­шинства органов и тканей (кровь, печень, легкие, кожа, стенка кишечника) ¹⁴С выводится очень быстро. За 1 сут выделяется 80% ¹⁴С. Из жировой и кожной ткани ¹⁴С выводится медленно, с периодом полувыведения, равным 20 сут.

При хронических поступлениях ¹⁴С накопление его в орга­нах и тканях определяется содержанием в них стабильного уг­лерода. При многократном поступлении органических соедине­ний, меченных ¹⁴С, наступление равновесного состояния обу­словлено скоростью метаболических процессов, в которые включаются эти соединения. Быстрее выводится ¹⁴С из орга­нов с высоким уровнем метаболических процессов.

¹⁴С проникает во все органы и ткани организма, включается непосредственно в молекулы органических соединений. Он мо­жет неблагоприятно действовать в результате превращения атомов углерода в атомы азота (трансмутационный эффект). Это приводит к разрывам химических связей в ДНК, в результате чего возникают точковые мутации. Трансмутационный эффект ¹⁴С вызывает около 10% всех генетических и соматических повреждений.

¹⁴С, как и другие радионуклиды, формирует есте­ственный радиационный фон Земли. Эффективная эквивалент­ная доза облучения за счет ¹⁴С составляет 12 мкЗв/год. В ре­зультате ядерных взрывов в биосферу поступило 220 ПБк ¹⁴С и продолжает поступать с предприятий атомной промышленности. Облучение за счет ¹⁴С от ядерных взрывов достигло в 1963 г 7%, фона, в настоящее время меньше 1% фона.