Радиоактивное загрязнение продовольственного сырья и пищевых продуктов

Радиоактивное излучение и его воздействие на человека стали в последние десятилетия для многих регионов планеты одним из основных токсикантов окружающей среды.

Радиоактивные вещества обладают радиоактивностью только, пока в них происходят ядерные превращения. По истечении опре­деленного времени они становятся нерадиоактивными, превраща­ясь в стабильные изотопы. Для оценки продолжительности жизни радионуклида введено понятие - период полураспада - время, в течение которого радиоактивность вещества (или число радиоак­тивных ядер) в среднем уменьшается вдвое. Период полураспада различных радионуклидов колеблется в широких пределах - от до­лей секунды до многих миллионов лет.

Периоды полураспада некоторых радионуклидов, внесших зна­чительный вклад в облучение населения и загрязнение террито­рии после чернобыльской катастрофы приведены ниже: йод-133 - 20,8 час; йод-131 - 8,05 сут; цезий-144 - 284 сут; рутений-106 -1 год; цезий-134 - 2,1 года; цезий-137 - 30 лет; стронций-90 - 28 лет; плутоний-239 - 20 000 лет.

Принято считать, что вещество становится нерадиоактивным по истечении 10 периодов полураспада.

Как известно, атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В состав ядра входят положительно заряженные протоны и нейтральные нейтроны, которые вместе называются нуклонами. Протоны и нейтроны имеют приблизительно одинаковую массу, которая в 1840 раз превышает массу электрона, поэтому масса атома определяется в основном массой нуклонов. Количество нуклонов в ядре характеризуется массовым числом А.

Нуклиды - разновидности атомов с определенным массовым числом и атомным номером. Например, нуклид стронция - 90/38 Sг, где делимое - массовое число, делитель - атомный номер.

Изотопы - атомы одного и того же элемента, имеющие разные массовые числа.

Радиоактивность - самопроизвольный распад атомных ядер некоторых элементов, приводящий к изменению их атомного номера и массового числа. Радиоактивный распад не может быть оста­новлен или ускорен, он осуществляется со строго определенной скоростью, измеряемой периодом полураспада - временем, в те­чение которого распадается половина всех атомов. Распад радио­активных элементов сопровождается потоками ионизирующих из­лучений, каждый из которых характеризуется своими физико-хими­ческими свойствами.

Ионизация. Описанные выше ионизирующие излучения обла­дают способностью проходить через различные вещества живой и неживой природы, возбуждая при этом их атомы и молекулы. Та­кое возбуждение заканчивается вырыванием отдельных электро­нов из электронных оболочек нейтрального атома, который пре­вращается в положительно заряженный ион. Так происходит пер­вичная ионизация объекта воздействия излучений. Освобожден­ные электроны, обладая определенной энергией, взаимодейству­ют со встречными атомами и молекулами, создавая новые ионы, происходит вторичная ионизация.

До середины XX века природные источники ионизирующих из­лучений были единственными в облучении человека, создавая ес­тественный радиационный фон (ЕРФ).

Основным дозообразующим компонентом ЕРФ является зем­ное излучение от естественных радионуклидов, существующих на протяжении всей истории Земли. От этих источников человек под­вергается воздействию как внешнего (в результате излучения ра­дионуклидов, находящихся в окружающей среде), так и внутрен­него облучения (за счет радионуклидов, попадающих внутрь орга­низма с воздухом, водой и продуктами питания). Большинство ис­следователей считают, что наибольшее значение имеют источни­ки внутреннего облучения, которые обусловливают, по данным разных авторов, примерно от 50 до 68 % естественного радиаци­онного фона.

Основное значение во внутреннем облучении имеют поступа­ющие с воздухом, водой и продуктами питания радионуклиды се­мейств урана-238 и тория-232, их многочисленные дочерние про­дукты, а также изотоп калия - калий-40. На долю семейства урана (56 %), калия - 40 (25 %) и се­мейства тория (16 %).

Основным источником природных радиоактивных элементов, поступающих в организм человека, являются пищевые продукты.

Удельная активность изотопов свинца ²¹⁰Рв и полония ²¹⁰Ро в растительной пище составляет от 0,02 до 0,37 Бк/кг.

Особенно высокая активность ²¹⁰Рв и ²¹⁰Ро обнаружена в чае (до 30,5 Бк/кг). В продуктах животного происхождения (молоке) удель­ная активность ²¹⁰Рв колеблется в пределах от 0,013 до 0,18 Бк/кг, а ²¹⁰Ро - от 0,13 до 3,3 Бк/кг.

Таким образом, суммарная радиоактивность растений в 10 раз выше, чем тканей животных.

Различают поверхностное (воздушное) и струк­турное загрязнение пищевых продуктов радионуклидами.

При поверхностном загрязнении радиоактивные вещества, пе­рено-симые воздушной средой, оседают на поверхности продук­тов, частично проникая внутрь растительной ткани. Более эффек­тивно радиоактивные вещества удерживаются на растениях с вор­систым покровом и с разветвленной наземной частью, в складках листьев и соцветиях. При этом задерживаются не только раство­римые формы радиоактивных соединений, но и нерастворимые. Однако поверхностное загрязнение относительно легко удаляет­ся даже через несколько недель.

Структурное загрязнение радионуклидами обусловлено физи­ко-хими-ческими свойствами радиоактивных веществ, составом почвы, физиологическими особенностями растений. Радионукли­ды, выпавшие на поверхности почвы, на протяжении многих лет остаются в ее верхнем слое, постоянно на несколько сантиметров в год, мигрируя в более глубокие слои. Это в дальнейшем приво­дит к их накоплению в большинстве растений с хорошо развитой и глубокой корневой системой.

В зависимости от распределения в тканях организма различа­ют:

· остеотропные радионуклиды - накапливающиеся преимуще­ственно в костях - радиоизотопы стронция, кальция, бария, радия, иттрия, циркония, плутония;

· концентрирующиеся в печени (до 60 %) и частично в костях (до 25 %) - церий, лантан, прометий;

· равно­мерно распределяющиеся в тканях организма - тритий, углерод, железо, полоний;

· накапливающиеся в мышцах - калий, рубидий, цезий; селезенке и лимфатических узлах - ниобий, рутений.

Ра­диоизотопы йода избирательно накапливаются в щитовидной же­лезе, где их концентрация может быть в 100-200 раз выше, чем в других органах и тканях.

Механизм воздействия ионизирующего излучения на биологи­ческие объекты, в том числе и на человека, подразделяют на не­сколько этапов.

На первом - физико-химическом - этапе, который продолжает­ся тысячные и миллионные доли секунды, в результате поглоще­ния большого количества энергии излучения образуются ионизи­рованные, активные в химическом отношении атомы и молекулы. Обладая высокой химической активностью, они реаги­руют с ферментами и тканевыми белками, окисляя или восстанав­ливая их, что приводит к разрушению молекул белка, изменению ферментных систем, расстройству тканевого дыхания - глубоко­му нарушению биохимических и обменных процессов в органах и тканях и накоплению токсичных для организма соединений.

Следующий, второй этап связан с воздействием ионизирую­щего излучения на клетки организма и продолжается от несколь­ких секунд до нескольких часов. Поражаются различные структур­ные элементы ядер клеток, в первую очередь, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

Происходит повреждение хромосом, которые являются ответ­ственными за передачу наследственной информации. При этом возникают хромосомные аберрации - поломки, перестройка и фрагментация хромосом, обусловливающие отдаленные онкогенные и генетические последствия.

Третий этап характеризуется воздействием излучения на орга­низм в целом. Его первые проявления могут возникать уже через несколько минут (в зависимости от полученной дозы), усиливать­ся в течение нескольких месяцев и реализовываться через многие годы.

Чувствительность различных органов и тканей человека к иони­зирующему излучению неодинакова. Для одних тканей и клеток ха­рактерна большая радиочувствительность, для других - наоборот, большая радиоустойчивость. Наиболее чувствительны к облуче­нию кроветворная ткань, незрелые форменные элементы крови, лимфоциты, железистый аппарат кишок, половые железы, эпите­лий кожи и хрусталик глаза; менее чувствительны - хрящевая и фиб­розная ткани, паренхима внутренних органов, мышцы и нервные клетки.

Поражающее действие ионизирующего излучения зависит от целого ряда факторов. Во-первых, оно носит строго количествен­ный характер, т.е. зависит от дозы. Во-вторых, существенную роль играет и характеристика мощности дозы радиационного воздействия: одно и то же количество энергии излучения, поглощенное клеткой, вызывает тем большее повреждение биологических структур, чем короче срок облучения. Большие дозы воздействия, растянутые во времени, вызывают существенно меньшие повреж­дения, чем те же дозы, поглощенные за короткий срок.

Таким образом, эффект облучения зависит от величины погло­щенной дозы и временного распределения ее в организме. Облу­чение может вызвать повреждения от незначительных, не дающих клинической картины, до смертельных. Однократное острое, а так­же пролонгированное, дробное или хроническое облучение в дозе, увеличивает риск отдаленных эффектов - рака и генетических на­рушений.

Опасность внутреннего облучения обусловлена попаданием и накоплением радионуклидов в организме через продукты питания. Биологические эффекты воздействия таких радиоактивных ве­ществ аналогичны внешнему облучению.

Биологическое действие радиоактивных веществ различных химических классов избирательно.