Филов В.А. (ред.) Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества

Подождите немного. Документ загружается.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГРУПП РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ

избирательно задерживается в костной ткани, хлор и бром рас-

пределяются равномерно, а иод и астат избирательно накапли-

ваются в щитовидной железе. Элементы побочного периода после

поступления в кровь задерживаются длительно в скелете (марга-

нец) или в щитовидной железе (технеций и рений). Период полу-

выведения этих радионуклидов из критических органов изме-

ряется часами.

Таким образом, несмотря на гетерогенное распределение ра-

дионуклидов VIl группы их общими чертами является высокое

всасывание в легких и кишечнике (исключение марганец), быстрое

и полное выведение из организма преимущественно с мочой,

сродство всех их к щитовидной железе, правда менее выражен-

ное, чем у иода. Период полувыведения всех этих радионуклидов

составляет от 3,5 до 15 сут, за исключением фтора из скелета

(1450 сут), теллура и астата из щитовидной железы (100—

120 сут).

Поражение, вызванное радионуклидами VII группы, связано

прежде всего с патологией щитовидной железы; в меньшей сте-

пени повреждаются скелет и другие внутренние органы. При

достаточно больших количествах радионуклида может возник-

нуть поражение кроветворной ткапи.

Элементы VIII группы периодической системы в химическом

отношении различны; это правило распространяется и на их

радионуклиды. Три первых элемента железо, кобальт, никель —

металлы с переменной валентностью и способностью к окисли-

тельно-восстановительным процессам. Остальные — химически ме-

нее активны, но склонны к комплексообразованию.

Уровни всасывания радионуклидов VIII группы с увеличе-

нием массы радионуклида понижаются в 5—25 раз, а скорости

выведения из организма отличаются в 3000 раз. Эти различия

сказываются в конечном счете на накоплении радиационной дозы.

Общим для элементов VIlT группы является путь экскреции из

организма. При пероральном введении — это кишечник, а при

парентеральном — почки. Исключение составляют железо и ни-

кель, преимущественное удаление которых осуществляется че-

рез кишечник. Много общего и в распределении радионуклидов

в организме. Если для железа, никеля, кобальта на фоне сравни-

тельно равномерного распределения в отдаленном периоде выяв-

ляется тенденция к повышенной концентрации в скелете, особенно

у никеля, то для платиновых радионуклидов на фоне равномер-

ного распределения имеется определенный аффинитет к корко-

вому слою почек, где концентрация может быть в 5—30 раз выше,

чем в остальных тканях.

Такой тип распределения сказывается и на токсичности ра-

дионуклидов. Имеет место на фоне общей реакции избирательное

повреждение системы кроветворения при поражении железом и

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГРУПП РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ 22

никелем, а также почек при поражении радионуклидами плати-

новых металлов. Особенностью поражения при ингаляционном

поступлении труднорастворимых соединений радионуклидов

VIII группы становится лучевое поражение легких с исходом

в пневмосклероз и опухоли из-за аккумулирования больших ра-

диационных доз вследствие медленного удаления радионуклидов

из легочной ткани.

Среди средств борьбы с поражением радионуклидами упоми-

наются комплексоны и стимуляторы обмена веществ.

Радионуклиды благородных газов (РБГ) не вовлекаются в био-

логические процессы, но вследствие их достаточно высокой рас-

творимости в воде и жирах способны короткое время задержи-

ваться в организме. Общим в поведении РБГ в организме является

короткий период полувыведения радионуклидов, измеряемый се-

кундами и минутами, чрезвычайно низкая кратность накопления

и преимущественное облучение жировой ткани в условиях дли-

тельного вдыхания радионуклидов. При пребывании в атмосфере,

насыщенной РБГ, основному лучевому воздействию подвергаются

кожные покровы и легкие. Наиболее значимым в этом отношении

оказался самый тяжелый из РБГ — радон. Он обусловлен есте-

ственной радиоактивностью радия в ряде горных пород, почвы,

гранитов и т. д. Поэтому, чем ближе к поверхности земли, тем кон-

центрация радона в воздухе выше, особенно она высока при про-

чих равных условиях в подвальных помещениях. Лучевая на-

грузка на организм от самого радона не превышает 1 % дозы,

создаваемой его дочерними продуктами распада. При этом основ-

ная доза поглощается легочной тканью. Поэтому почти вся пато-

логия, встречающаяся при поражении радоном, связана с пора-

жением легких. В отдаленном периоде хронического облучения

легких радоном часто развивается на фоне пневмосклероза рак

легких.

РАДИАЦИОННО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Радиоактивное загрязнение внешней среды носит глобальный

характер. Основными источниками загрязнения являются ядер-

ные взрывы и выбросы радионуклидов предприятиями ядерной

энергетики. Прослеживается тенденция дальнейшего повышения

уровней загрязнения.

Дозы излучения и единицы их измерения. Эффект облучения

зависит от величины поглощенной дозы, ее мощности, объема

облученных тканей и органов, вида излучения. Снижение мощ-

ности дозы излучения уменьшает биологический эффект. Разли-

чия связаны с возможностью восстановления поврежденного

облучением организма. С увеличением мощности дозы значимость

восстановительных процессов снижается.

Поглощенная доза излучения измеряется энергией ионизирую-

щего излучения, переданного массе облучаемого вещества. Еди-

ница поглощенной дозы — грей (Гр), равный 1 джоулю, погло-

щенному в 1 кг вещества (1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад).

Эффект биологического действия излучений зависит также от

пространственного распределения поглощенной энергии, кото-

рая характеризуется линейной передачей энергии (ЛПЭ), что учи-

тывается при оценке различных видов излучения показателем

относительной биологической эффективности (ОБЭ). При этом

ОБЭ рентгеновского и у-излучения принимают равной 1.

Доза рентгеновского излучения (180 — 250 кэВ),

Qgg вызывающая данный эффект

Поглощенная доза любого другого вида излучения,

вызывающая такой же эффект

ОБЭ зависит не только от ЛПЭ излучений, но и ряда физи-

ческих и биологических факторов, например, от величины дозы,

кратности облучения и др. По предложению Международной ко-

миссии по радиологическим единицам, показатель ОБЭ для оценки

различных видов излучений используется только в радиобиоло-

гии. Для решения задач радиационной защиты предложен коэф-

фициент качества излучения k, зависящий от ЛПЭ [41 ]:

ЛПЭ,

кэ В/мкм

воды

<3,5 7,0 23

53 >175

k 1 2

5 10 20

РАДИАЦИОННО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

В области радиационной безопасности для оценки возмож-

ного ущерба здоровью человека при хроническом облучении вве-

дено понятие эквивалентной дозы И, которая равна произведению

поглощенной дозы D на средний коэффициент качества ионизи-

рующего излучения k в данном элементе объема биологической

ткани:

H = Dk.

Единица эквивалентной дозы — зиверт (Зв), равный 1 Дж/кг

(1 Зв = 100 бэр).

При определении эквивалентной дозы ионизирующего излу-

чения используют следующие значения коэффициента качества

[41 ]:

Вид излучения

Рентгеновское и у-излучение

Нейтроны с энергией 0,1— 10

Электроны, позитроны, Р-из-

10 МэВ

лучение

а-излучение с энергией

Протоны с энергией <10МэВ

10 <10 МэВ

Нейтроны с энергией <20 кэВ 3

Тяжелые ядра отдачи

Для оценки ущерба здоровью человека при неравномерном

облучении введено понятие эффективной эквивалентной дозы

эф

ф, применяемой при оценке возможных стохастических эффек-

тов — злокачественных новообразований;

^эфф = S W

где H

— среднее значение эквивалентной дозы в органе или ткани; W

— взве-

шенный коэффициент, равный отношению ущерба облучения органа или ткан»

к ущербу облучения всего тела при одинаковых эквивалентных дозах.

Значение коэффициентов W

для различных органов и тканей

приведены ниже:

Орган или ткань

Половые железы 0,25

Щитовидная железа

0,03

Молочные железы 0,15

Кость (поверхность)

0,03

Красный костный мозг

0,12 Остальные органы (ткани)

0,3

Легкие

0,12 Все тело 1,0

Для оценки ущерба от стохастических эффектов воздействий

ионизирующих излучений на персонал или население исполь-

зуют коллективную эквивалентную дозу S, равную произведению

индивидуальных эквивалентных доз на число лиц, подвергшихся

РАДИЛЦИОННО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

облучению. Единица коллективной эквивалентной дозы — чело-

веко-зиверт (чел.-Зв).

Биологическое действие ионизирующих излучений. Жизнь на

Земле возникла и развивалась на фоне ионизирующей радиации.

Поэтому биологическое действие ее не является каким-то новым

раздражителем в пределах естественного радиационного фона.

Радиационный фон Земли складывается из излучения, обуслов-

ленного космическим излучением, и излучения от рассеянных

в Земной коре, воздухе, воде, теле человека и других объектах

внешней среды природных радионуклидов. Основной вклад в дозу

облучения вносят

238

232

Th вместе с продуктами распада

урана и тория. В среднем доза фонового (внешнего и внутрен-

него) облучения человека составляет 1 мЗв/год. В отдельных

районах с высоким содержанием природных радионуклидов это

значение может достигать 10 мЗв и более. Считают, что часть

наследственных изменений и мутаций у животных и растений

связана с радиационным фоном.

В основе повреждающего действия ионизирующих излучений

лежит комплекс взаимосвязанных процессов. Ионизация и воз-

буждение атомов и молекул дают начало образованию высоко-

активных радикалов, вступающих в последующем в реакции с раз-

личными биологическими структурами клеток. В повреждающем

действии радиации важное значение имеют возможный разрыв

связей в молекулах за счет непосредственного действия радиации

и внутри- и межмолекулярной передачи энергии возбуждения.

Физико-химические процессы, протекающие на начальных эта-

пах, принято считать первичными — пусковыми. В последую-

щем развитие лучевого поражения проявляется в нарушении

обмена веществ с изменением соответствующих функций органов.

Малодифференцированные, молодые и растущие клетки наиболее

радиочувствительны.

Животные и растительные организмы характеризуются раз-

личной радиочувствительностью, причины которой до сих пор

полностью еще не выяснены. Как правило, наименее чувстви-

тельны одноклеточные растения, животные и бактерии, а наибо-

лее чувствительны — млекопитающие животные и человек. Раз-

личие в чувствительности к радиации имеет место у отдельных осо-

бей одного и того же вида. Она зависит от физиологического со-

стояния организма, условий его существования и индивидуаль-

ных особенностей. Более чувствительны к облучению новорожден-

ные и старые особи. Различного рода заболевания, воздействие

других вредных факторов отрицательно сказывается на течении

радиационных поражений.

Изменения, развивающиеся в органах и тканях облученного

организма, называют соматическими. Различают ранние сомати-

ческие эффекты, для которых характерна четкая дозовая зави-

РАДИЛЦИОННО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ 26

симость, и поздние — к которым относят повышение риска раз-

вития опухолей (лейкозов), укорочение продолжительности

жизни и разного рода нарушения функции органов. Специфи-

ческих новообразований, присущих только ионизирующей ра-

диации, нет. Существует тесная связь между дозой, выходом

опухолей и длительностью латентного периода. С уменьшением

дозы частота опухолей падает, а латентный период увеличивается.

В отдаленные сроки могут наблюдаться и генетические (вро-

жденные уродства, нарушения, передающиеся по наследству)

повреждения, которые наряду с опухолевыми эффектами являются

стохастическими. В основе генетических эффектов облучения

лежат повреждения клеточных структур, ведающих наследствен-

ностью -— половых яичников и семенников.

Промежуточное место между соматическими и генетическими

повреждениями занимают эмбриотоксические эффекты — по-

роки развития — последствия облучения плода. Плод весьма

чувствителен к облучению, особенно в период органогенеза (на

4—12 неделях беременности у человека). Особенно чувствитель-

ным является мозг плода (в этот период происходит формирова-

ние коры).

Эффект облучения, как было сказано, зависит от величины

поглощенной дозы и пространственно-временного распределения

ее в организме. Облучение может вызвать повреждения от незна-

чительных, не дающих клинической картины, до смертельных.

Однократное острое, пролонгированное, дробное, хроническое

облучение в дозе, отличной от нуля, по современным представ-

лениям, может увеличить риск отдаленных стохастических эффек-

тов — рака и генетических нарушений. Риск и ожидаемое число

смертей от опухолей и наследственных дефектов в результате

облучения [491:

Критический орган

Заболевание

Риск,

Число

Критический орган

Заболевание

IO"

Зв-»

случаев,

IO"

Зв-»

чел.-Зп

Все тело, красный кост- Лейкемия 0,2 20

ный мозг

Щитовидная железа Рак щитовидной желе-

;

; 0,05

Молочная железа

зы

Рак молочной железы 0,25 25

Скелет

Опухоли костной ткани 0,05 5

Легкие Опухоли легких 0,2 20

Все остальные органы и

Опухоли других орга- 0,5 50

ткани нов

Все органы и ткани

Все злокачественные 1,25 125

опухоли

Половые железы Наследственные дефек- 0,4 40

ты

Всего

1,65

165

РАДИЛЦИОННО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Оценка риска бластомогенных эффектов в значительной мере

основана на результатах обследования пострадавших при атом-

ных бомбардировках Хиросимы и Нагасаки. В ее основу, по пред-

ложению МКРЗ, НКДАР при ООН, МАГАТЭ, из соображений

осторожности в радиационной безопасности положена концеп-

ция беспорогового действия радиации и линейная зависимость

доза—эффект. Однако прямых доказательств справедливости та-

кого подхода нет. Не исключается, что порог бластомоген-

ного действия радиации и выход опухолей в области малых

доз имеет не прямолинейную зависимость, а более слож-

ную.

Острое облучение в дозе 0,25 Гр не приводит к заметным изме-

нениям в организме. При дозе 0,25—0,5 Гр наблюдаются изме-

нения показателей крови и другие незначительные нарушения.

Доза 0,5—1 Гр вызывает более значительные изменения показа-

телей крови (снижение числа лейкоцитов, тромбоцитов), измене-

ние показателей обмена, иммунитета, вегетативные нарушения.

Пороговой дозой, вызывающей острую лучевую болезнь, принято

считать 1 Гр.

В зависимости от дозы внешнего 7-облучения выделяют:

острую лучевую болезнь легкой степени — доза однократного

облучения 1—2 Гр;

острую лучевую болезнь средней степени тяжести — доза

однократного облучения 2—4 Гр;

острую болезнь тяжелой степени — доза однократного облу-

чения 4—10 Гр;

кишечную форму острой лучевой болезни — доза однократ-

ного облучения 10—100 Гр;

токсемическую форму острой лучевой болезни — доза одно-

кратного облучения свыше 100 Гр.

При поступлении в организм «молодых» продуктов (1—2 су-

точного возраста) ядерного деления радиационные поражения

легкой, средней и тяжелой степени можно ожидать от количеств

740—2220, 2220—4440 МБк и более. С увеличением возраста про-

дуктов токсичность их повышается в 2—4 раза. Радиационные по-

ражения кожи легкой, средней и тяжелой степени тяжести разви-

ваются при местном облучении соответственно в дозах 8—10,

10—20, 30 Гр и более.

Эффективность хронического облучения ниже острого и в этих

случаях клиническое проявление повреждений зависит от мощ-

ности дозы. Так, облучение персонала в дозе 0,05 Зв/год не позво-

ляет выявить повреждений с помощью современных методов

исследования. Хроническое облучение в течение нескольких лет

в дозе 0,1 Зв/год вызывает снижение неспецифической резистент-

ности организма, а доза 0,5 Зв может привести к развитию хро-

нической лучевой болезни.

РАДИЛЦИОННО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ 28

Биологическая оценка малых доз облучения встречает боль-

шие трудности, ибо их биологический эффект не носит специфи-

ческого характера и может вызываться другими вредными факто-

рами. Злокачественные новообразования и гинетические наруше-

ния также не специфичны и выявление их затруднено, так как

спонтанный рак и врожденная наследственная патология широко

распространены. Так, от спонтанного рака ежегодно умирает

1500—2000 человек в популяции 1 млн., а генетические нарушения

разной степени выраженности имеют 6—10 % новорожденных.

На таком фоне выявить воздействие радиации в малых дозах

чрезвычайно сложно, а часто практически бывает и невоз-

можно.

Гигиеническая регламентация облучения человека. Задачей

гигиенического нормирования является полное предупреждение

возможности возникновения нестохастических эффектов, имею-

щих порог облучения, и свести к приемлемому риску возникнове-

ние стохастических последствий облучения. Для последних при-

нято считать отсутствие порога.

В основу критериев радиационной безопасности человека по-

ложены сведения о биологическом действии радиации. Основные

принципы предусматривают:

непревышение установленного основного дозового предела;

исключение всякого необоснованного облучения;

снижение дозы излучения до возможного низкого уровня.

Дозовые пределы не включают дозу, полученную пациентом

при медицинском обследовании и лечении; дозу, обусловленную

естественным фоном облучения.

Нормами радиационной безопасности [411 в СССР установлены

следующие категории облучаемых лиц;

категория А — персонал;

категория Б — ограниченная часть населения (лица не

работающие непосредственно с источниками излучений, но по

условиям размещения или проживания могут подвергаться облу-

чению);

категория В — население области, края, республики,

страны.

Для категории А установлена предельно допустимая доза

(ПДД) — наибольшее значение индивидуальной эквивалентной

дозы за год, которое при равномерном воздействии в течение 50 лет

не вызывает в состоянии здоровья персонала неблагоприятных

изменений, обнаруживаемых современными методами. Для кате-

гории Б установлен предел дозы (ПД) — предельная эквивалент-

ная доза за год. ПДД и ПД являются основными дозовыми преде-

лами. Все другие нормативы (допустимые уровни) — являются

производными.

РАДИЛЦИОННО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

В зависимости от радиочувствительности установлены три

группы критических органов и тканей:

I группа — все тело, гонады, красный костный мозг;

IIrpynna — мышцы, щитовидная железа, жировая ткань,

печень, почки, селезенка, ЖКТ, легкие, хрусталики глаз и дру-

гие органы, за исключением тех, которые отностся к I и III груп-

пам;

III группа — кожный покров, костная ткань, кисти, пред-

плечья, голени и стопы.

Основные дозовые пределы (в мЗв/год) в зависимости от группы

критических органов и категории облучаемых лиц [41]:

Дозовые пределы суммарного

Группа критических органов и

Дозовые пределы суммарного

Группа

тканеа

внешнего и внутреннего облучения

тканеа

за календарный год

I 111

ПДД для категории А 50 150 300

ПД для категории Б 5 15 30

Примечание. MKP3 не рекомендует при этом каких-либо ограничений в рас-

пределении ПДД в течение года, за исключением облучения женщин детородного воз«

раста, для которых доза никогда не должна превышать 5 мЗв за календарный месяц.

Облучение в таких дозах, по данным многолетних наблюдений,

не таит в себе опасности развития ни острых, ни хронических за-

болеваний. Возможность риска развития бластомогенных эффек-

тов не превышает риска опасности в наиболее благоприятных

отраслях промышленности. Известно, что риск смерти, обусловлен-

ный средой обитания, составляет 1-IO"

человек в год. В промыш-

ленности он варьирует от IO*"

—10~

до IO"

—10"

(в среднем

5-10"

). Такой риск считается приемлемым, т. е. общество может

мириться с ним, учитывая пользу современной промышлен-

ности.

Помимо основных дозовых пределов в систему гигиенических

регламентов входят производные нормативы и контрольные

уровни. Нормативы расчитаны с учетом непревышения дозовых

пределов (ПДД и ПД). Расчет допустимого содержания радио-

нуклида в организме проводят с учетом его радиотоксичности и

непревышения ПДД в критическом органе. Контрольные уровни

должны обеспечивать такие низкие уровни облучения, какие

можно достичь при соблюдении основных дозовых пределов.

Для категории А (персонала) установлены!

РАДИАЦИОННО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

предельно допустимое годовое поступление ПДП радионуклида

через органы дыхания;

допустимое содержание ДС

радионуклида в критическом

органе;

допустимая мощность дозы ДМД

излучения;

допустимая плотность потока частиц ДППд;

допустимая объемная активность (концентрация) ДК

ра-

дионуклида в воздухе рабочей зоны;

допустимое загрязнение кожных покровов, спецодежды и ра-

бочих поверхностей ДЗ

Для категории В (ограниченной части населения) установлены:

предел годового поступления ПГП радионуклида через органы

дыхания и пищеварения;

допустимая объемная активность (концентрация) ДК

радио-

нуклида в атмосферном воздухе и воде;

допустимая мощность дозы ДМД

;

допустимая плотность потока частиц ДПП

;

допустимое загрязнение кожных покровоз, одежды и поверх-

ностей Д3

Численные значения допустимых уровней в полном объеме

приведены в [41 1: ДС

, ПДП, ДК

. ПГП и ДК

для основных

гигиеинческих радионуклидов представлены в настоящем спра-

вочнике.

Источники излучения, защита, хранение, аварии. Ядерные

взрывы, выбросы радионуклидов предприятиями ядерной энер-

гетики и широкое использование источников ионизирующих

излучений в различных отраслях промышленности, сельском хо-

зяйстве, медицине и научных исследованиях привели к глобаль-

ному повышению облучения населения Земли. К естественному

облучению прибавились антропогенные источники внешнего и

внутреннего облучения.

Максимум ядерных взрывов пришелся па период 1954—1959 гг.

1961

— 1962 гг. В 1963 г. СССР и США подписали договор об

ограничении ядерных испытаний, обязывающий не проводить

испытания в атмосфере, под водой и в космосе. С тех пор только

Франция и Китай провели серию испытаний. Подземные взрывы,

на которые не распространяется запрещение, обычно не сопро-

вождаются образованием радиоактивных осадков.

При ядерных взрывах в окружающую среду поступают радио-

нуклиды деления, наведенной активности и неразделившаяся

часть заряда (уран, плутоний). Наведенная активность возникает

при захвате нейтронов ядрами атомов элементов, находящихся

в конструкции изделия, воздухе, почве и воде. По характеру

излучения все радионуклиды деления и наведенной активности

относят к р- или р,'у-излучателям.