Реферат: Навчальний посібник Затверджено рішенням Центральної методичної ради здму протокол №9 від 21. 05. 2009 Запоріжжя 2009

Міністерство охорони здоров'я України

Запорізький державний медичний університет

Запорізька обласна санітарно-епідеміологічна станція


Севальнєв А.І., Костенецький М.І.,

Торгун В.П., Куцак А.В.





РАДОН:

радіаційна безпека

і методи захисту


Навчальний посібник


Затверджено рішенням

Центральної методичної

ради ЗДМУ

Протокол № 9 від 21.05.2009


Запоріжжя – 2009

УДК 614.87 (075.80)

ББК 51.26

Р15


Севальнєв А.І., Костенецький М.І., Торгун В.П., Куцак А.В.


Навчальний посібник – Запоріжжя, 2009 - 88 с.


В посібнику викладаються фізичні, хімічні, токсикологічні властивості радону, шляхи його розповсюдження у природі. Питання нормування радону висвітленні в історичному аспекті.

Описана біологічна дія радону на організм людини та віддалені наслідки радонового опромінення; роль радону-222 в сумарній дозі опромінення населення (радон в повітрі житлових приміщень, радіоактивність будівельних матеріалів, природні радіонукліди в питній воді); засоби вимірювання радону, радіаційна безпека і методи захисту.

Представлені шляхи зменшення впливу радону на здоров'я населення.

Посібник створено з урахуванням вимог Норм радіаційної безпеки України (НРБУ-97) та Основних санітарних правил забезпечення радіаційної безпеки України (ДСП 6.177-2005-09-02).

Навчальний посібник розрахований для використання студентами вищих медичних закладів III-IV ступеню акредитації при вивченні курсу «Радіаційна гігієна», а також може бути використаний лікарями з радіаційної гігієни при здійсненні державного санітарного нагляду.


^ Таблиць – 17 Малюнків - 7 Бібліографія – 57


Рецензенти:


Кочін І.В. – зав. кафедрою медицини катастроф Запорізької медичної академії післядипломної освіти, академік Української міжнародної академії оригінальних ідей, професор, доктор медичних наук


^ Мурашко В.О. – доцент кафедри радіології Національної медичної академії післядипломної освіти ім. П.Л. Шупіка, кандидат медичних наук


ЗМІСТ





Прийняті скорочення -------------------------------

4




Передмова --------------------------------------------

5

1.

Характеристика радону ----------------------------

6
2.
Загальні питання токсикології радіоактивних речовин ------------------------------------------------


9
3.
Радобіологічна та токсикологічна дія радону -

24

4.

Джерела надходження радону в навколишнє середовище -------------------------------------------


31

4.1.

Радон в грунті та грунтовому повітрі -----------

31

4.2.

Радон у воді -------------------------------------------

36

4.3.

Радон у приміщеннях -------------------------------

43

5.

Нормування радону ---------------------------------

53

6.

Оцінка доз опромінення від радону та віддалені наслідки ----------------------------------


62

7.

Методи і засоби вимірювання радону ----------

65

8.

Принципи проведення захисних заходів ------

69

9.

Шляхи зменшення впливу радону на здоров'я населення ---------------------------


73




Додаток 1 ---------------------------------------------

79




Додаток 2 ---------------------------------------------

81




Бібліографія ------------------------------------------

83



Прийняті скороченнЯ


ДПР

-

дочірні продукти розпаду

НКДАР

-

Науковий Комітет з дії атомної радіації

МКРЗ

-

Міжнародна Комісія з радіологічного захисту

МКРР

-

Міжнародна Комісія з захисту від рентгену і радію

ОА

-

об'ємна активність

ЕРОА

-

еквівалентна рівноважна об'ємна активність

КЄС

-

Комісія Європейського Союзу

НРБУ-97

-

Норми радіаційної безпеки України

ВООЗ

-

Всесвітня організація охорони здоров'я

ПРН

-

природні радіонукліди

РБ

-

радіаційна безпека

ДОА

-

допустима середньорічна об'ємна активність

ГДК

-

гранично допустимі концентрації

ЕРК

-

еквівалентна рівноважна концентрація

IARC

-

Міжнародне агентство з вивчення ракових захворювань

ТД

-

трековий детектор

ЕЕД

-

ефективна еквівалентна доза

МАГАТЕ

-

Міжнародне агенство з атомної енергії

МХ

-

метрологічні характеристики



ПЕРЕДМОВА


В останні роки, особливо після Чорнобильської катастрофи, суспільство стало приділяти більше уваги радіації та її впливу на організм людини. Наслідки Чорнобильської катастрофи активно обговорюються науковою громадськістю. Цьому питанню присвячуються багаточисельні наукові конференції та семінари.

В той же час відомо, що найбільш вагомий внесок в дозу опромінення людини дає природна радіація. За даними Наукового комітету ООН з дії атомної радіації (НКДАР) за останні роки середньосвітова річна доза опромінення людини за рахунок природної компоненти з урахуванням техногенно-підсиленого фону зросла в 2 рази і зараз досягає 2,5 мЗв на рік. В Україні за останніми дослідженнями науковців вона складає 3,38 мЗв і перевищує в декілька разів дозу опромінення населення за рахунок Чорнобильської компоненти.

При цьому слід зазначити, що механізм дії та віддалені наслідки від цих обох компонент опромінення однакові і таким чином більш вагомі від природної радіації.

В загальній дозі опромінення населення природними чинниками провідну роль грає радон та продукти його розпаду, які відповідають приблизно за 3/4 річної індивідуальної дози опромінення людини за рахунок природної компоненти.

Основними негативними наслідками опромінення радоном та продуктами його розпаду є захворювання на рак легенів, а також несприятливі генетичні ефекти та патологічні зміни в системі кровотворення.

За данними Міжнародної комісії з радіологічного захисту величина відносного ризику додаткового захворювання на рак легенів при спостереженні за 320 тис. гірників уранових копалень дорівнює трьом, що значно вище величини ризику від усіх видів раку, встановленого в прижиттєвих дослідженнях жертв атомних бомбардувань в Хіросімі та Нагасакі.

Опромінення за рахунок радону можливе і в інших галузях гірничої промисловості. Відповідно до світових даних, абсолютна кількість випадків раку легенів серед робітників не уранової гірничо-видобувної промисловості потенційно може бути досить високою. Крім того радон є обов’язково присутнім в повітрі житлових приміщень, особливо на перших поверхах будівель.

Дослідження Наукового центру радіаційної медицини АМН України прогнозують в Україні 8,5-9,0 тисяч летальних випадків від раку легенів за рахунок радону в повітрі приміщень.

Усе вище наведене дозволяє стверджувати, що питаня обмеження опромінення радоном є одним з найважливіших у практиці радіаційного захисту населення. Водночас слід зазначити, що ця проблема має не тільки радіаційно-гігієнічне але і соціально-суспільне значення.

1. Характеристика радону


Радон – це радіоактивний газ, що є дочірнім продуктом розпаду радію з атомною масою 222, порядковим номером 86. 222 Rn - α-випромінювач, Еα = 5,48 МеВ, період напіврозпаду 3,82 діб.

Відкриття радону – результат ранніх робіт з вивчення радіоактивності. У 1899 р. американський фізик Р.Б. Оуенс виявив, що при розпаді торію Th (лат. Thorium) утворюється якась радіоактивна субстанція, яку можна видалити з розчинів, що містять Th, потоком повітря. Цю субстанцію Е. Резерфорд назвав еманацією (від лат. emano – витікаю). У 1899 р. Е.Резерфорд, який працював тоді в Канаді, довів, що відкрита Оуенсом еманація торію - радіоактивний газ. У тому ж році Е. Дорн в Германії і А. Деб'єрн у Франції повідомили, що і при розпаді радію утворюється еманація (еманація радію - радон). У 1903 році була відкрита і еманація актинію - актинон (природні ізотопи радону і в даний час часто називають еманаціями).

У випадку з радоном учені практично вперше зіткнулися з існуванням у одного елемента декількох різновидів атомів, які пізніше і були названі ізотопами.

Радон не має стабільних ізотопів. Найбільш стійкий 222Rn (T1/2=3,8235 діб), що входить в природну радіоактивну родину урану-238 (родина урану-радію), є безпосереднім продуктом розпаду радію-226. Іноді назву «радон» відносять саме до цього ізотопу. До родини торію-232 входить 220Rn (T1/2=55,6 с), іноді його називають торон (Tn). До родини урану-235 (урану-актинію) входить 219Rn (T1/2=3,96 с), який називають актинон (An). В одну з побічних гілок (коефіцієнт розгалуження 2×10-7) родини урану-радію входить також дуже короткоіснуючий (T1/2=35 мс) радон-218. Цими чотирма нуклідами вичерпується список природних ізотопів радону.

Штучно, за допомогою ядерних реакцій, отримано понад 20 ізотопів радону з масовими числами між 201 і 222.

Для синтезу нейтронодефіцитних ізотопів радону з масовими числами 206–212 в Об'єднаному інституті ядерних досліджень (м. Дубна) створена спеціальна газохроматографічна установка, що дозволяє за півгодини отримувати суму цих ізотопів в радіохімічно чистому вигляді.

Для отримання радону (його ізотопу 222Rn) через водний розчин солі радію пропускають струмінь газу (азоту, аргону і т.п.). Газ, який пройшов через розчин, містить майже 10-5 % радону. Для витягнення радону використовують або його здатність добре сорбуватися на пористих тілах, або спеціальні хімічні методи. Доступна кількість чистого радону не перевищує 1 мм3. Газ добре проникає крізь полімерні плівки, легко адсорбується активованим вугіллям і сілікогелем.

Радон при кімнатній температурі є одним з найважчих газів. Найбільш стабільний ізотоп (222Rn) входить до складу радіоактивних рядів 238U, 235U і 232Th.

У природі радону дуже мало, його можна віднести до найменш поширених на нашій планеті хімічних елементів.

Рівноважний вміст радону в земній корі складає 7×10-16 % за масою. Вміст його в земній корі завглибшки до 1,6 км близько 115 т. Утворюючись в радіоактивних рудах і мінералах, радон поступово надходить на поверхню землі, в гідросферу і в атмосферу. Середня концентрація радону в атмосфері близько 6×10-17% (за масою); у морській воді – до 1∙10-15 Kи∙л-1.

За нормальних умов радон - газ без кольору, запаху і смаку, один літр якого має масу 10 г; tkип – 61,8°C, tпл – 71°C. Щільність при 0°C біля 9,9 г/л.

На зовнішній електронній оболонці атому радону знаходиться 8 електронів, саме тому хімічно радон досить інертний. Внаслідок хімічної інертності радон відносно легко покидає кристалічну решітку «батьківського» мінералу і потрапляє в підземні води, природні гази і повітря.

Концентрація радону в повітрі залежить насамперед від геологічних особливостів ґрунтів (граніти, в яких багато урану, є активними джерелами радону, в той же час над поверхнею морів радону мало), а також від погоди (під час дощу мікротріщини, по яких радон поступає з ґрунту, заповнюються водою; сніговий покрив також перешкоджає доступу радону в повітря).

Радон є сильно токсичним, що пов'язано з його радіоактивними властивостями. При розпаді радону утворюються нелеткі радіоактивні продукти (ізотопи полонію (Po), вісмуту (Bi) і свинцю (Рb)), які важко виводяться з організму. Важливе токсикологічне значення має довгоіснуючий дочірній продукт розпаду радону - 210Po.

Власна радіоактивність радону викликає його флуоресценцію. Газоподібний і рідкий радон флуоресценує блакитним світлом; у твердого радону при охолоджуванні до азотних температур колір флуоресценції стає спочатку жовтим, потім червоно-оранжевим.

Шляхами надходження радону в організм є органи дихання і неушкоджена шкіра. Радон розчиняється в крові, воді та інших рідинах організму. Значно краще радон розчиняється в жирах. Виключно висока розчинність радону в жирах обумовлює ефективне поглинання його жировими тканинами тварин і людини під час надходження до організму. Унаслідок значного вмісту жиру в організмі людини «розчинність» радону в людському тілі вища, ніж у воді. При динамічній рівновазі вміст радону в 1см3 людського тіла складає 0,45 від вмісту радону в 1 см3 повітря.

Радон міститься в атмосферному повітрі, повітрі ґрунту і природних водах. Значні кількості радону містяться в уранових копальнях. В стані радіоактивної рівноваги 1г Ra відповідає 3,7•1010 Бк Rn. Це така кількість радону, в якій відбувається 3,7•1010 розп/с, займає об'єм 0,66 мм3, важить 6,5 мкг. В порівнянні з іншими радіоактивними газами – тороном і актиноном радон має значно більший період напіврозпаду. Розпадаючись, радон дає початок послідовному ряду твердих радіоактивних речовин, що випускають α-, β-частки і γ-кванти. Радіаційна небезпека при дії радону на організм пов'язана з його дочірніми продуктами, особливо групи його короткоживучих ізотопів від RаA до RaC1.

Співвідношення концентрацій вільного Rn і продуктів його розпаду RаA, RаB, RаC в повітрі шахт складає:1:0,5; 0,2:0,1 при вентиляції 3-5 об'єм•год-1. У житлових приміщеннях відповідно величини для RаA, RаB, RаC складають 0,7-0,9, 0,6-0,8 і 0,4-0,6. RаA і RаB мають більш інтенсивне β-випромінювання, а RаB, RaС і RaC1 інтенсивніше α-випромінювання в порівнянні з іншими продуктами розпаду. Значна частина продуктів розпаду радону затримується в легенях. При співвідношенні Rn і його продуктів розпаду 1:0,61; 0,29:0,21 і вільній фракції RаA, рівній 4%, доза опромінення бронхіального дерева продуктами розпаду, що осідають в ньому, складає 0,0036 Гр за 1 місяць роботи. У бронхах затримуються 50% вільних і 8% фіксованих на частках пилу атомів продуктів розпаду, в паренхімі 0 і 50% відповідно. В цілому поглинена доза за 1міс складає для RаA 0,002-0,0012; RаB 0,002-0,001; RаC 0,002-0,0016 Гр. Найбільш тяжким наслідком інгаляцій продуктів розпаду Rn є рак легенів.


^ 2. ЗАГАЛЬНІ ПИТАННЯ ТОКСИКОЛОГІЇ

РАДІОЛОГІЧНИХ РЕЧОВИН


Визначення шляхів проникнення радіонуклідів в організм має важливе практичне значення. Для деяких радіоактивних речовин шлях введення істотно впливає на характер всмоктування, розподілення, виведення і біологічну дію. Радіоактивні речовини можуть надходити в організм через органи дихання, травний тракт, шкіру. Найбільш вірогідним джерелом можливого надходження радіоактивних речовин в організм людини є повітря, забруднене радіоактивними газами і аерозолями, а також продукти харчування.

З повітрям в організм людини можуть надходити гази, пари і зважені в повітрі рідкі та тверді частки.

Дисперсні системи, що є суспензією твердих і рідких часток в повітрі або в іншому газоподібному середовищі, називаються аерозолями. За розміром часток аерозолі умовно розділяють на пил, туман і дим.

За своїм походженням аерозолі підрозділяють на дисперсні, що утворюються при подрібненні радіоактивних речовин, і конденсаційні, які виникають унаслідок конденсації при випаровуванні речовин.

За фізико-хімічними властивостями аерозолі розділяють на заряджені (уні- і біполярні) і незаряджені. За однорідністю розмірів їх частини ділять на монодисперсні і полідисперсні.

По мірі проникнення в легеневі альвеоли розрізняють респірабельну фракцію, 5-10 мкм і нижче, і нереспірабельну більше 15-20 мкм.

«Доля» аерозолів, що відклалися в легенях, багато в чому залежить від фізико-хімічних властивостей речовини. Добре розчинні сполуки радіоактивних речовин швидко всмоктуються в дихальні шляхи і надходять в кров'яне русло. На відміну від розчинних аерозольних часток, нерозчинні в значній кількості осідають на стінках органів дихання, потім видаляються з легенів за допомогою слизу і вій миготливого епітелію бронхів.

Для оцінки кількісної затримки і відкладення пилових часток в легенях застосовують коефіцієнт відкладення, що є відношенням кількості часток, які відклалися в дихальних органах, до вмісту їх у повітрі, що вдихається.






Мал. 1. Схема відкладення аерозольних часток в дихальному тракті.

Мал. 2. Дихальний тракт: носоглотка, трахеобронхіальний і пульмональний відділи легенів:

a, b, c, d, e, f, g, h, I – долі переносу активності з легенів в кров, ШКТ і лімфатичні вузли.


На мал. 1 показана залежність між розміром часток і їх відкладенням у верхньому і нижньому відділах органів дихання.

Мілкодисперсні аерозолі з діаметром часток 0,1-0,001 мкм в значних кількостях затримуються в альвеолах, більші (1-10 мкм) – в трахеї і легенях, а аерозолі з діаметром часток більше 10 мкм – в носоглотці.

При інгаляційному надходжені радіоактивні аерозолі всмоктуються не лише легенями, але і шлунково-кишковим трактом (ШКТ). Залежно від розміру аерозольних часток, їх розчинності величина всмоктування в легенях або ШКТ змінюється. Аерозольні частки діаметром 10 мкм і більше майже повністю затримуються в носоглотці і надходять не в легені, а в ШКТ. Так, близько 50% всіх радіоактивних аерозолей в найближчу годину надходить в шлунок і кишечник, тому при інгаляції важко розчинних радіоактивних речовин визначаючим є їх всмоктування з ШКТ.

Легенева динаміка «метаболізму» аерозолів показана на мал. 2. Видно, що значна кількість аерозолів може надходити з носоглотки і трахеобронхіального відділу легенів в ШКТ. Не дивлячись на те, що легені відіграють меншу роль в процесі всмоктування важко розчинних радіоактивних речовин, інгаляційний шлях надходження для розчинних радіонуклідів вважається одним з основних і найбільш небезпечних.

Надходження радіоактивних речовин в ШКТ може відбуватися з їжею і водою. Шлях надходження радіоактивних речовин в ШКТ і їх просування в основному такий як і звичайних хімічних речовин, що містяться в харчових продуктах.

Для кількісної оцінки всмоктування радіоактивної речовини з ШКТ в кров і лімфу в токсикології використовують величину, що зветься коефіцієнтом резорбції всмоктування. Це – доля радіонукліда, виявлена в організмі за певний час спостереження по відношенню до вихідної кількості.

За значенням коефіцієнта всмоктування всі радіонукліди підрозділяються на чотири групи: що володіють високою мірою резорбції в легенях і ШКТ (75-100%); із значною резорбцією в легенях (25-50%) і в ШКТ (10-30%); з помірною резорбцією в кишечнику (1-10%) і значним всмоктуванням в легенях (25-30%); що практично не всмоктуються в кишечнику (0,1-0,00001%) і добре резорбуються з легенів (20-25%) (табл. 1).


Таблиця 1


РЕЗОРБЦІЯ РАДІОАКТиВНиХ РЕЧОВиН З ЛЕГЕНІВ І

^ шКТ ПО ВІДНОШЕННЮ ДО ВВЕДЕНОЇ КІЛЬКОСТІ


Група

Радіонуклід

Коефіцієнт резорбції, %

Легені

ШКТ

I

3H(HTO), 24 Na, 35 S, 40 K, 82 Br,

86 Rb, 131 I, 137 Cs, 222 Rn

75-100

75-100

II

45Ca, 60 Co, 89 Sr, 90 Sr, 127 Te, 226 Ra

25-50

10-30

III

54Mn, 59 Fe, 65 Zn, 76 As, 106 Ru,

111 Ag, 19 Au, 207 Bi ?10 Po, 238 U

25-30

1-10

IV

7Ве, 91 I, 140 La, 144 Ce, 147 Pm, 143 Pr, 231 Ра, 234 Th, 238 Np, 239 Pu, 241 Am, 142 Cm, 252 Cf

20-25

0,1-0,00001




Примітка:*- дані по резорбції значно варіюють залежно від

дисперсності часток і вигляду сполуки, у складі

якої радіонуклід потрапляє в організм.


Збудження нервової системи сприяє підвищенню всмоктування радіонуклідів в організмі, гальмування значно уповільнює цей процес. Частина радіоактивних речовин після всмоктування в кров і лімфу розноситься по організму, а кількість радіонуклідів, що залишилася, через деякий час видаляється з кишечника. За час проходження по ШКТ радіоактивні речовини опромінюють стінку кишечника на всьому її протязі. Таким чином, під час надходження радіоактивних речовин через рот окремі ділянки ШКТ можуть отримувати значну дозу опромінення, і в деяких випадках ШКТ стає критичним органом.

На всмоктування радіонуклідів через шкіру істотно впливає зовнішня температура. При підвищенні температури відбувається розширення кровоносних судин шкіри, розкриття сальних і потових залоз, що сприяє всмоктуванню радіонуклідів. Під час надходження радіоактивних речовин, що знаходяться в повітрі, при всмоктуванні через шкіру важливе значення має тиск пари і відкладення речовини на поверхні шкіри. Проникнення радіоактивних речовин через шкіру залежить від фізико-хімічних властивостей речовини, pH середовища, розчинності у воді, жирах і фізіологічного стану шкіри.

Для кількісної оцінки величини надходження радіонуклідів через шкіру використовують термін «коефіцієнт всмоктування». Це кількість активності, що виявлена в організмі за певний час спостереження, по відношенню до вихідної кількості, нанесеної на шкіру. Значення коефіцієнтів всмоктування різних радіонуклідів під час надходження їх через неушкоджену шкіру приведені в табл. 2. Видно, що надходження радіонуклідів в організм залежить від хімічного складу сполуки, що наноситься на шкіру.

Ці дані показують, що проникність шкіри людини і різних видів тварин для одного і того ж нукліда не однакова. При порівнянні даних (див. табл. 1, 2) за величиною надходження радіоактивних речовин через органи дихання і ШКТ видно, що через шкіру вони проникають в значно менших кількостях.

Під час надходження радіоактивних речовин через шкіру відбувається опромінення як самої шкіри, так і внутрішніх органів. Найбільш чутливим до дії радіонуклідів є базальний шар шкіри, де знаходяться росткові клітини епідермісу.

Окрім розглянутих шляхів надходження радіоактивні речовини можуть проникати в організм через кон'юнктиву очей. Резорбція радіонуклідів при різних шляхах надходження неоднакова. Найшвидше радіоактивні речовини резорбуються при внутрішньочеревному, внутрішньом’язовому введенні, значно повільніше – при підшкірному.


Таблиця 2


Надходження деяких радіонуклідів через непошкоджену шкіру


Радіонуклід


Коефіцієнт всмоктуванн %

Тривалість дії, год.

Об'єкт дослід-ження

Тритій (НТО)


Na2H32PO4

45 CaCl2

65 ZnCl2

89 SrCl2

90SrCl2

Na299MoO4

106RuCl3

110AgNO3

Na131I

Na131I

132TeCl4

137CsCl

140BaCl2

144Ce(NO3)3

144CeCl2

204TlNO3

210Po(NO3)2

239Pu(NO3)4

239Pu(NO3)4

239Pu(NO3)4

239Pu(C6H5O8)4

241Am(NO3)4

0,7 (зима)

2,6 (весна)

3,2 (літо)

2,0 (осінь)

0,75

0,6

1,2

0,89

0,68

2,8

0,5

0,06

0,72

0,42

0,14

0,62

0,39

0,68

0,32

0,3

3,8

0,1-0,3

0,017

0,15

0,14

0,0062

4

4

4

4

1

1

24

24

6

24

6

1

6

24

24

6

6

4

6

24

3

120

6

336

6

6

Щур

–⁄⁄–

–⁄⁄–

–⁄⁄–

Миша

–⁄⁄–

–⁄⁄–

Щур

–⁄⁄–

–⁄⁄–

–⁄⁄–

Миша

Щур

Порося

Щур

Порося

Щур

Миша

Щур

–⁄⁄–

Порося

Щур

Порося

Кролик

Порося

–⁄⁄–


Експериментальними дослідженнями встановлено, що радіоактивні речовини можуть надходити через плаценту в організм плоду, що розвивається. У значних кількостях проникають через плаценту тритій, 131 I, 59 Fe, 137 Cs, 32 P та ін. Радіонукліди можуть надходити з молоком годуючих самок до потомства. З молоком добре виділяються: тритій, 131 I, 90 Sr та ін.

Надійшовши в організм, радіоактивні речовини всмоктуються в кров і лімфу і розносяться по різних органах і тканинах. Знання закономірностей розподілу, особливостей обміну і депонування радіонуклідів, їх перерозподіл в організмі має виключно важливе значення, оскільки дає уявлення про переважне променеве ураження тих або інших органів, дозволяє зрозуміти механізм дії радіонукліда, встановити критичний орган, оцінити величину опромінення критичного органу і дати висновок про прогноз променевого ураження.

У вітчизняній і іноземній літературі є багато робіт з вивчення особливостей обміну і закономірностей розподілу радіонуклідів в організмі. Проте вивчення питань розподілу не можна вважати завершеним, оскільки метаболізм радіонуклідів в організмі є динамічним процесом, обумовленим фізико-хімічними і фізіологічними чинниками.

При оцінці величини депонування слід розрізняти «концентрацію» і «вміст» радіонукліда в органах і тканинах. Концентрація характеризує питому активність масової долі органу. Одиницею вимірювання є одне ядерне перетворення в секунду, або беккерель (Бк). Крім того концентрація може бути виражена у відсотках введеної кількості. Вміст – це абсолютна активність в цілому органі. Такий процес щоденного накопичення радіонукліда в організмі характеризує кратність накопичення, тобто величину, що показує, в скільки разів вміст радіонукліда в організмі перевищує введену дозу. Так, якщо до кінця спостереження в організмі міститься 150% добового надходження, то кратність накопичення дорівнюватиме 1,5.

Орган з переважним накопиченням радіонукліда, що наражається на найбільшу небезпеку унаслідок значного опромінення, називається критичним органом.

Всі радіонукліди за характером свого розподілу умовно поділяються на чотири групи:

остеотропні – 32 P, 45 Ca, 90 Sr, 90 Y, 95 Zr, 140 Ba, 226 Ra, 238 U, 239 Pu (цитрат);

що переважно накопичуються в органах з ретикулоендотеліальною тканиною – 140 La, 144 Ce, 147 Pm, 227Th, 239 Pu (нітрат);

що специфічно беруть участь в обміні речовин і вибірково накопичуються в окремих органах і тканинах: 131 I в щитовидній залозі, 59 Fe в еритроцитах, 65 Zn в підшлунковій залозі; 99 Мо у райдужній оболонці ока;

що рівномірно розподіляються по всіх органах і тканинах: 3 H, 40 K, 86 Rb, 95 Nb, 106 Ru, 137 Cs.

Розподіл радіонуклідів в організмі обумовлений їх хімічними властивостями, здатністю утворювати колоїди і легко гидролізуватися. Крупні колоїдні частки затримуються в печінці, мілкодисперсні накопичуються в кістковій тканині. Величина і швидкість депонування деяких радіонуклідів залежать від віку, статі, дози сполуки, що вводиться, і складу харчового раціону. У молодому, зростаючому організмі внаслідок великої інтенсивності обміну речовин радіонукліди відкладаються в більшій кількості, ніж в дорослому.

При хронічному надходженні радіонукліда в організм спостерігається поступове накопичення ізотопів в органах і тканинах. Розподіл радіонуклідів усередині одного і того ж органу може бути нерівномірним.

Встановлено, що 90 Sr і 226 Ra при однократному введенні в організм концентруються в певних ділянках скелету, а саме: в зоні росту трубчастих кісток – метафізах і епіфізах. При інгаляції 239 Pu нерівномірно розподіляється в тканині легенів. Навколо бронхів спостерігаються осередкові скупчення 239 Pu, такі ж скупчення виявлені в лімфатичних вузлах середостіння, в стінці альвеол і альвеолярних макрофагах. При введенні 131 I також спостерігається нерівномірний розподіл його в мікроструктурних елементах щитовидної залози.

Мікророзподіл радіонуклідів має важливе значення в тканинній дозиметрії при оцінці потужності тканинної дози, а також до певної міри може допомогти в з'ясуванні патогенезу променевого ураження окремих органів і систем. Органи з підвищеним вмістом радіонуклідів отримуватимуть велику дозу опромінення, що може позначитися на важкості променевого ураження. Накопичення радіонукліда в зоні росту кісткової тканини призводить до утворення «гарячих плям», де кількість їх може перевищувати в 5-20 разів вміст нукліда в найближчих тканинах.

Рекомендації МКРЗ пропонують враховувати чинник нерівномірного розподілу при розрахунку дози опромінення, збільшуючи значення ефективної енергії в п'ять разів для остеотропних ά і β-опромінювачів, за винятком 226 Ra. Це пов'язано з тим, що більшість остеотропних радіонуклідів розподіляються в кістках дуже нерівномірно, більше, ніж 226 Ra, і здатні викликати значні біологічні пошкодження. В табл. 3 приведені дані розподілу деяких радіонуклідів в організмі людини.

Таблиця 3


РОЗПОДІЛ ДЕЯКИХ РАДІОНУКЛІДІВ в

ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНи


Радіо-нуклід

Орган або тканина


Частка нукліда, що міститься в

критичному органі

90 Sr


Кістки

Інші тканини




0,99

0,01

131 I


Щитовидна залоза

Кістки

Нирки

Печінка




0,2

0,13

0,02

0,06

137 Cs


М'язи

Кістки

Нирки

Печінка

Селезінка




0,79

0,08

0,006

0,09

0,007

210 Po


Кістки

Нирки

Печінка

Селезінка




0,08

0,13

0,22

0,07

226 Ra


Кістки

Нирки




0,99

0,00002

238 U


Кістки

Нирки




0,85

0,065

239 Pu


Кістки

Нирки

Печінка




0,9

0,01

0,07

Процеси виведення радіонуклідів з організму протікають з різними швидкостями і залежать від багатьох чинників, а також від функціонального стану видільних систем. Найбільша кількість радіоактивних речовин виділяється через ШКТ, особливо радіонукліди, які погано всмоктуються в травному тракті: трансуранові елементи, лантаноїди. Розчинні сполуки радіонуклідів, а також тритій, 137Cs добре виділяються через нирки. Величина і швидкість виведення радіоактивних речовин з організму залежить від їх фізико-хімічних властивостей. Швидко виводяться з організму газоподібні 3H, 222Rn, 133Xe, 85Kr. Основна кількість радіоактивних газів виділяється через легені і шкіру. Тривало затримуються в органах і тканинах ізотопи елементів з великою атомною масою, а також радіонукліди, що знаходяться в організмі в колоїдному стані (210Po, 226Ra і 238U). Відносно швидко виводяться з організму 24Na, 137Cs, 131I та ін. Радіонукліди, створюючи колоїдні комплекси з білками, надходять в печінку і виділяються з жовчю в кишечник.

Одним з основних органів виділення радіоактивних речовин з організму є нирки. Більшість розчинних радіонуклідів виділяються через нирки протягом першої доби. Радіоактивні аерозолі, а також продукти розпаду Ra, Th, Rn можуть виділятися з організму через органи дихання.

Процеси екскреції радіоактивних речовин з легенів, кишечника, нирок нерозривно пов'язані з явищами реабсорбції. Величина реабсорбції радіонуклідів при виділенні з організму може бути різною, тому ці дані необхідно враховувати при оцінці величини депонування радіонуклідів. Зменшення вмісту радіоактивної речовини в організмі може відбуватися не лише унаслідок його виведення, але і завдяки радіоактивному розпаду, що особливо характерно для короткоживучих радіонуклідів: 131I, 24Na, 32P та ін. Біологічне виведення і радіоактивний розпад – це два незалежних процеси. Час, протягом якого з організму виділяється половина радіонукліда, що однократно надійшла, називають біологічним періодом напіввиведення (Тб). Фактичний же склад радіоактивного ізотопу в організмі вимірюється ефективним періодом напіввиведення (Теф). Це час, протягом якого організм звільняється від половини речовини, що депонує в ньому, як шляхом біологічного виведення, так і унаслідок радіоактивного розпаду. Для довгоживучих радіонуклідів ефективний період напіввиведення в основному визначається біологічним виведенням.

Виведення радіоактивних речовин з організму є складним процесом, оскільки кожен орган має своє значення Теф (табл. 4).


Таблиця 4


^ ЕФЕКТИВНІ ПЕРІОДИ НАПІВВИВЕДЕННЯ ДЕЯКИХ

РАДІОНУКЛІДІВ З ОРГАНІЗМУ (доба)


Орган

Тритій

90Sr

137Cs

210Po

226Ra

235U

239Pu

Все тіло

10

5700

40

25

900

100

6,4∙104

М'язи

-

-

138

-

-

-

-

Кістки

-

6400

138

-

1600

300

7,2∙104

Легені

-

-

138

30

-

365

-

Нирки

-

-

-

46

10

15

-

Печінка

-

-

-

-

-

15

3,0∙104

Селезінка

-

-

-

42

-

-





При аналізі процесу виведення радіоактивних речовин з організму розрізняють фракції ізотопу, що виводяться швидко і повільно. Так, наприклад, при відкладенні 90Sr в кістковій тканині розрізняють дві фракції – змінну і фіксовану в кістках. Перша відкладається на поверхні кісткових структур і швидко виводиться. Друга, фіксована фракція, депонується в компактній речовині і повільно виводиться з кісток. При тривалому потраплянні в організм не фіксована фракція 90Sr в скелеті постійно наростає, а швидкість виведення уповільнюється.

Виведення з організму органічно пов'язаних сполук з клітинами і тканинами відбувається значно повільніше, ніж швидко обмінних, не пов'язаних із структурними елементами. Так, час виведення оксиду тритію з водної фази органів щурів складає 3 доби, а виведення органічно зв'язаного тритію відбувається за 64-100 діб.

Радіонукліди мають різну біологічну ефективність. За своєю біологічною дією радіоактивні речовини розрізняються між собою залежно від виду, енергії випромінювання, періоду напіврозпаду, величини всмоктування, накопичення і швидкості виведення з організму. Найбільший біологічний ефект при попаданні всередину організму визначається від дії ά-випромінювачів у зв'язку з високою їх щільністю іонізації в тканинах. Деякі дослідники вважають, що біологічна ефективність ά-активних речовин в 10 разів більша, ніж ефективність β- випромінювачів. Трохи меншу небезпеку для організму представляють β- і γ- випромінювачі.

Біологічну дію іонізуючого випромінювання в організмі умовно розділяють на три рівні: фізико-хімічний, клітинний і органний або системний рівень. В табл. 5 показано розвиток змін в організмі, що виникають при дії іонізуючого випромінювання.

Фізико-хімічний*- РРМ - робочий рівень за місяць (1 РРМ = 6,3∙105 Бк∙м-3 год).

Біологічна дія Rn і його дочірніх продуктів на організм людини вивчалася на підставі аналізу захворюваності серед робітників копалень з підвищеним рівнем природної радіоактивності повітря (О.С. Андрєєва).

Дослідженнями ряду авторів було встановлено, що при добуванні уранових руд основним джерелом радіаційної небезпеки для працюючих є радон і його дочірні продукти. Захворюваність серед працівників копалень відмічалася при концентрації радону і його дочірніх продуктів в повітрі 10,7-20,3 Бк∙л-1. При вдиханні повітря, що містить радон, останній у вигляді вільних атомів або пов'язаний з аерозольними частками дочірніх продуктів, осідає в органах дихання і накопичується в організмі. Так, при вдиханні повітря, що містить 3,7 Бк∙л-1 Rn в рівновазі з короткоживучими дочірніми продуктами, вже через 30-60 хв. в органах дихання людини накопичується активність до 3,7∙103 Бк. Максимальна затримка дочірніх продуктів радону в органах дихання людини складає від 70 до 75 %.

Зовнішнє β- і γ-випромінювання гірських покладів, довгоживучі ізотопи урану і радію мали другорядне значення і вклад їх в загальну дозу опромінення організму був порівняно невеликим.

Вперше підвищена захворюваність і смертність від високих концентрацій радону і продуктів його розпаду в повітрі була зареєстрована в копальнях Шнеєберга. Із 600-700 працюючих щорік вмирало 28-32 людини, багато з них гинули від злоякісних новоутворень легенів. У 1921-1925 рр. з 13 гірників в 9 був на розтині виявлений рак легенів. До 1938 року загальна кількість зареєстрованих випадків раку легенів у гірників Шнеєберга склала 300. Висока захворюваність раком легенів була відмічена також у гірників копальні Яхимова. З 89 робітників, що померли в період з 1929 по 1938 р., рак легенів був виявлений у 41 людини.

Разом з утворенням злоякісних пухлин в легенях, радон і продукти його розпаду викликають розвиток радіаційного пневмосклерозу.

Про розвиток фіброзних змін в легенях у гірників уранових копалень США свідчать клінічні спостереження. Не дивлячись на те, що основне значення в розвитку пневмосклерозу належить копальневому пилу, додаткове опромінення легенів радоном і продуктами його розпа