Глава 3. Радиационные эффекты у человека

3.4. Биологическое действие инкорпорированных радионуклидов

3.4.1. Пути поступления и кинетика инкорпорированных радионуклидов

Радионуклиды могут поступать в окружающую среду и быть причиной поражения человека в результате аварий ядерных энергетических установок, при несоблюдении правил работы с радиоактивными веществами (РВ), разгерметизации похищенных или найденных радиоактивных источников, проникновении людей в места захоронения радиоактивных отходов, случайном или преднамеренном приеме радиоактивных веществ внутрь.

При заражении местности и приземного слоя воздуха продуктами ядерного деления, даже во время выпадения РВ из облака ядерного взрыва, относительное значение ингаляционного заражения значительно меньше, чем внешнего облучения. При алиментарном поступлении продуктов ядерного деления (продуктов ядерного взрыва) возможно возникновение поражений от внутреннего заражения различной степени тяжести.

Внутреннее заражение продуктами аварийных выбросов может представлять значительно большую опасность, чем при воздействии продуктов ядерного взрыва. При прохождении факела выброса велика доля газообразной составляющей, в том числе радиоактивных благородных газов, а также мелкодисперсного аэрозоля твердых компонентов. По этой причине ингаляционным путем в легкие может попасть существенно больше радиоактивных продуктов, чем если бы они были в составе более крупных частиц (как, например, в случае ингаляции продуктов наземного ядерного взрыва). Кроме того, продукты аварийных выбросов значительно легче проникают через респираторы и противогазы.

При сочетании внешнего облучения и внутреннего радиоактивного заражения обычно преобладает действие внешнего облучения. Особенно это касается острых эффектов. Однако следует учитывать, что воздействие внутреннего облучения может быть длительным, в течение всего времени, пока радионуклид сохраняется в организме, тогда как действие внешнего облучения прекращается с выходом человека из зоны заражения.

Во внутренние среды организма РВ могут попасть ингаляционно, через стенки желудочно-кишечного тракта, травматические и ожоговые повреждения, неповрежденную кожу. Основными путями поступления радионуклидов являются ингаляционный (от вдыхания загрязненного РВ воздуха) и пероральный, вследствие потребления загрязненных радионуклидами продуктов питания и воды. Значительно реже РВ проникают в организм через раны, через неповрежденную кожу радионуклиды практически не поступают.

Общая поверхность альвеол составляет около 100 м², что приблизительно в 50 раз превышает поверхность кожи, и при контакте с аэрозолями РВ, радиоактивными газами и парами ингаляционный путь заражения является основным. На количество РВ, остающееся в органах дыхания после выдоха, влияют аэродинамические свойства аэрозоля (откладываются в легких, преимущественно, частицы диаметром от 0,01 до 1 мкм) и анатомо-физиологические особенности дыхательной системы, в частности, соотношение размеров альвеолярных и бронхиальных поверхностей, минутный объем легких, частота дыхания, скорость движения воздуха по дыхательным путям.

Для расчета дозовых нагрузок на органы дыхания при ингаляции РВ, если отсутствуют данные прямых определений, может быть использована модель, разработанная МКРЗ. Принимается, что 25 % попавших в органы дыхания частиц выдыхается. Если оставшиеся после выдоха РВ принять за 100 %, то ретроградному выносу подвергается 50 % из них: эффективный период полувыведения по этому пути (Тэфф.) составляет 20 сут. На долю резорбции растворимых частиц приходится 25 % (Тэфф. = 1 ч). Радионуклиды, захваченные макрофагами и ретроградно вынесенные в глотку, составляют 15 % (Тэфф. = 6 мес). Около 10 % радионуклидов, захваченных фагоцитами, перемещаются через альвеолярную мембрану с периодом полувыведения около нескольких дней. Небольшая часть РВ задерживается в паренхиме легких, эпителиальных клетках: период полувыведения из них составляет около 600 сут. Еще прочнее фиксация РВ в бронхолегочных лимфатических узлах, куда они попадают с фагоцитами. Если иметь в виду продукты наземных или подземных ядерных взрывов, в основном прочно связанны с крупными частицами носителей, доля радионуклидов, удаляемых из органов дыхания и поступающих в желудочно-кишечный тракт, выше: до 80–90 % таких РВ при ингаляционном поступлении уже через несколько часов оказываются в желудке.

При ингаляции в легких остаются до 75 % радионуклидов, из них более половины реснитчатым эпителием выводятся из бронхов, заглатываются и попадают в желудочно-кишечный тракт. Остальное количество попавших в легкие РВ частично фагоцитируются, поступают в региональные легочные лимфатические узлы, а часть из них проникает через альвеолы в кровь.

Второй основной путь поступления РВ в организм – пероральный. Поступление через органы желудочно-кишечного тракта может произойти с радионуклидами как непосредственно после их попадания во внешнюю среду, так и после прохождения по биологическим цепочкам. Поражающее действие при алиментарном поступлении РВ связано как с лучевой нагрузкой на стенку пищеварительного тракта, так и с их всасыванием в кровь и лимфу.

Продвижение радионуклидов по желудочно-кишечному тракту не имеет каких-то особенностей по сравнению с нерадиоактивными веществами, содержащимися в пище. Всасывание хорошо растворимых радионуклидов происходит в основном в тонкой кишке, значительно меньше РВ всасывается в желудке, а всасывание в толстой кишке практического значения не имеет. Наиболее интенсивно и полно резорбируются растворимые радионуклиды щелочных металлов и галоидов, а изотопы редкоземельных элементов, плутония, трансурановых элементов всасываются в кишке в пределах нескольких сотых–десятитысячных долей процента от поступившего количества. Всосавшиеся радионуклиды могут повторно и неоднократно поступать в желудочно-кишечный тракт с желчью и кишечными соками и дополнительно облучать его слизистую оболочку. Все сказанное полностью относится и к РВ, вторично попавшим в желудочно-кишечный тракт после ингаляционного поступления.

Нерастворимые и малорастворимые γ-излучатели облучают кишечник и другие органы брюшной полости, а β-излучатели – только слизистую оболочку кишки, в основном до выведения их с калом, в течение, примерно, 30 ч. Однако в криптах кишечника РВ могут задерживаться в течение длительного времени, формируя высокие локальные дозы.

Еще один из возможных путей поступления РВ в организм человека – перкутанный. Большинство радиоактивных веществ практически не проникают через неповрежденную кожу. Исключение составляют окись трития, йод, нитрат и фторид уранила, а также полоний, но коэффициенты резорбции в этих случаях составляют сотые и тысячные доли единицы.

Гораздо большее практическое значение имеет всасывание РВ через раневые и ожоговые поверхности. Основную опасность представляет резорбция высокотоксичных радионуклидов (например полония), которая у растворимых РВ может достигать десятков процентов от общего количества, поступившего в рану. Опасные количества РВ могут поступить не только через колотые или резаные раны, но и через небольшие царапины и ссадины. Всасывание через них щелочных, щелочно-земельных элементов и галоидов в 100–200 раз превышает резорбцию через неповрежденную кожу. Всасывание с поверхности ран труднорастворимых РВ (в том числе продуктов ядерного взрыва) происходит медленнее и в значительно меньшем количестве, но все же в сотни раз интенсивнее, чем через неповрежденную кожу.

Большая часть попавших в организм ингаляционным, пероральным, перкутанным путем или через раневые (ожоговые) поверхности РВ в дальнейшем всасываются в кровь, где значительная часть радионуклидов связываются протеинами. По способности всасываться из легких и кишечника радиоактивные вещества подразделяются на четыре группы:

1. обладающие высокой степенью резорбции: 75–100 % (¹³¹I, ¹³⁷Cs);
2. обладающие значительной резорбцией: для легких 25–50 %, для желудочно-кишечного тракта 10–30 % (⁹⁰Sr, ²²⁶Ra);
3. с умеренной (1–10 %) резорбцией в кишечнике и значительным (25– 30 %) всасыванием в легких (²¹⁰Po, ²³⁴U);
4. практически не всасывающиеся в кишечнике и хорошо (20–25 %) резорбируемые в легких (²³⁹Pu).

Часть радионуклидов, попавших в кровь, выводятся из организма, другая часть проникают в органы и депонируются в них. Резорбция плохо растворимых соединений РВ происходит в основном по лимфатическим путям, в результате чего радионуклиды накапливаются в лимфатических узлах и, в меньшей степени, органах ретикулоэндотелиальной системы. Последствия резорбции радионуклидов связаны с избирательной тропностью тех или иных изотопов к отдельным органам и тканям, вследствие чего возникают новообразования, лейкозы, системные заболевания и т.п.

По способности преимущественно накапливаться в тех или иных органах выделяют следующие основные группы радиоактивных веществ:

• радионуклиды, избирательно откладывающиеся в костях («остеотропные»): изотопы щелочно-земельных элементов (радий, стронций, барий, кальций), а также некоторые соединения плутония и тория. Поражения, развивающиеся при поступлении в организм остеотропных радионуклидов, характеризуются изменениями, прежде всего, в кроветворной и костной системах. В начальные сроки после массивных поступлений патологический процесс может напоминать острую лучевую болезнь от внешнего облучения. На более поздние сроки, в том числе и после инкорпорации сравнительно небольших активностей, обнаруживаются костные опухоли, лейкозы;
• радионуклиды, избирательно накапливающиеся в органах, богатых элементами ретикулоэндотелиальной системы («гепатотропные»): изотопы редкоземельных элементов (лантан, церий, прометий, празеодим), а также актиний, торий и некоторые соединения плутония. При их поступлении наблюдаются поражения печени, проксимальных отделов кишки (эти элементы, выделяясь с желчью, реабсорбируются в кишечнике и поэтому могут неоднократно контактировать со слизистой оболочки тонкой кишки). В более поздние сроки наблюдаются циррозы, опухоли печени. Могут проявиться также опухоли скелета, желез внутренней секреции и опухоли другой локализации;
• радионуклиды, относительно равномерно распределяющиеся по организму: изотопы щелочных металлов (цезия, калия, натрия, рубидия), водорода, углерода, азота, а также полоний. При их поступлении поражения носят диффузный характер: развивается атрофия лимфоидной ткани, в том числе селезенки, атрофия семенников, нарушения функции мышц (при поступлении радиоактивного цезия). В поздние сроки наблюдаются опухоли мягких тканей: молочных желез, кишечника, почек и т.п.;
• радионуклиды с избирательным накоплением в отдельных органах: ¹³¹I – в щитовидной железе, ⁵⁹Fe – в эритроцитах, ⁶⁵Zn – в поджелудочной железе, Mo – в радужной оболочке глаза. Наибольшее практическое значение имеют радиоактивные изотопы йода, избирательно накапливающиеся в щитовидной железе. При их поступлении в большом количестве сначала наблюдается стимуляция, а позже угнетение функции щитовидной железы, в поздние сроки развиваются опухоли этого органа;
• плохо резорбирующиеся радионуклиды, которые являются причиной возникновения местных процессов, локализующихся в зависимости от путей поступления РВ.

Попавшие в организм РВ могут выводиться через почки, желудочно-кишечный тракт (в том числе с желчью), легкие, а также со слюной, молоком, потом. В большинстве случаев основные количества радиоактивных веществ экскретируются с калом и мочой.

С калом преимущественно выводятся РВ, поступившие алиментарным путем, а также при ингаляционном заражении и вторичном заглатывании частиц, вынесенных ретроградно в глотку. Некоторые растворимые радионуклиды могут выделяться с желчью и другими пищеварительными соками, и также выводиться с калом. В желудочно-кишечном тракте процессы экскреции РВ постоянно сопровождаются процессами их реабсорбции. При выведении радионуклидов преимущественно с мочой высокая доза облучения может быть получена почками. Выведение с выдыхаемым воздухом имеет существенное значение для трития, паров окиси трития, радона и торона, образующихся при распаде поступивших в организм радия и тория.