Радиоизотопы цезия и йода

Введение

Авария на Чернобыльской АЭС показала, насколько серьёзную угрозу для жизни и здоровья населения страны да и для всей планеты представляет подобная чрезвычайная ситуация. Одним из её тяжёлых последствий явился значительный рост больных раком щитовидной железы особенно среди детей. Причиной послужило избирательное накопление изотопов радиоактивного йода в ткани щитовидной железы. Из-за высоких уровней загрязнения этими изотопами некоторых территорий специалисты МАГАТЭ характеризовали первую неделю после Чернобыльской аварии как "период йодного удара".

Радиоактивные изотопы йода могут поступать в организм через органы пищеварения, дыхания, раневые и ожоговые поверхности.

В ранний период после аварии опасность представляет ингаляционное поступление в организм радиоактивных изотопов йода, при котором они быстрее, чем при пероральном (через рот) поступлении, проникают в кровь и уже в течение первых суток накапливаются в щитовидной железе в максимальном количестве. Избирательная и быстрая концентрация радиоизотопов йода в щитовидной железе обусловливает относительно высокие дозы облучения самой железы и организма.

Но большее влияние имеет поступление радиоактивного йода с молоком от животных, выпасаемых на загрязнённых пастбищах, а также с загрязнёнными овощами и фруктами.

Согласно опубликованным данным в 2000 году реакторами АЭС всех стран мира в атмосферу было выброшено около 22,2 х 1019 Бк 137Сs. Выброс 137Сs осуществляется не только в атмосферу, но и в океаны с атомных подводных лодок, танкеров, ледоколов, оснащенных ядерно-энергетическими установками. Суммарная активность продуктов деления, образовавшихся в ядерном реакторе атомной подводной лодки мощностью 60 МВт при его непрерывной работе в течение одного года, достигает более 3,7 х 1017 Вк, в том числе 137Сs — приблизительно 24 х 1014 Бк. Естественно, что при крупных авариях, происшедших с двумя атомными подводными лодками США («Третер» в 1963 году и «Скорпион» в 1967), большая часть радиоактивных веществ, включая 137Сs, могла поступить в воду и явиться источником длительного загрязнения.

По своим химическим свойствам цезий близок к рубидию и калию — элементам 1 группы. Радиоизотопы цезия применяются в химических исследованиях, в гаммадефектоскопии, в радиационной технологии, в радиобиологических экспериментах. 137Сs используется как источник -излучения для контактной и дистанционной лучевой терапии, а также для радиационной стерилизации. Изотопы цезия при любом пути поступления в организм хорошо всасываются.

19. В чем заключаются особенности накопления и выведения радиоизотопов йода?

Накопление радиоизотопов йода зависит от возраста. Так, у детей вследствие малых размеров железы и её повышенной функциональной активности поглощённые дозы в ней формируются в несколько раз более высокие, чем у взрослых.

У новорождённых и детей первого года жизни на единицу поступившей активности поглощённые дозы в 25 раз выше, чем у взрослого человека. Особую опасность для новорождённых представляет ингаляционное поступление радиоактивного йода в связи с большей частотой дыхания у них и меньшей массой щитовидной железы.

Поглощение радиоактивного йода щитовидной железой беременной женщины на 3550% выше, чем не беременной. Поступивший радиоактивный йод с высокой скоростью переходит из организма матери к плоду через плацентарный барьер. Накопление радиоактивного йода в щитовидной железе плода начинается с 12-13 недели беременности и составляет до 50 - 60% от количества, поступившего в организм беременной. Критический возраст для накопления радиоактивного йода в щитовидной железе плода 5 - 7 месяцев беременности.

У кормящей женщины в течение 24 часов в молоко переходит 1/4 часть поступившего радионуклида йода. Лактация является одним из механизмов выведения радиоактивного йода из организма женщины и фактором дополнительной опасности для ребёнка.

Радиочувствительность щитовидной железы относительно невелика у взрослых людей, минимальна у пожилых и наиболее высока у детей младенческого возраста (от 0 до 3 лет).

В условиях йодного дефицита щитовидная железа обладает повышенной радиочувствительностью. Радиационные поражения её при этом протекают более тяжело и проявляются в более ранние сроки.

Основными последствиями облучения щитовидной железы являются такие детерминированные эффекты, как гипотиреоз (снижение функции железы) и острый тиреоидит, а также стохастические эффекты рак щитовидной железы и доброкачественные узлы.

Спустя более чем 20 лет после аварии, проблема рака щитовидной железы остаётся одной из главных. В период 2025 лет после облучения возможен максимальный рост числа заболевших, после чего наступает спад.

По мнению специалистов, число заболевших раком щитовидной железы могло быть существенно уменьшено при проведении своевременной йодной профилактики применения препаратов стабильного йода в достаточно больших дозах. Этот метод фармакологической защиты щитовидной железы заключается в торможении или временном прекращении её функции образования гормонов до начала поступления радиоактивного йода. Возникающая при этом блокада железы препятствует накоплению в ней радиоактивного йода и дальнейшего его участия в синтезе тиреоидных гормонов.

Наибольший защитный эффект достигается при использовании препаратов стабильного йода за 68 часов до инкорпорации радиоактивного йода. Однако эффективность метода в определённой мере сохраняется даже после задержки его начала: через 2 часа степень защиты составляет 80%, через 8 часов 40%; через 24 часа около 7%. Таким образом, опоздание в проведении йодной профилактики больше чем на 6 часов после выпадения радиоактивных осадков резко снижает её эффективность, а через сутки она сомнительна по своей целесообразности.

Йодная профилактика должна использоваться для уменьшения последствий не только ингаляционного, но и поступления радиоактивного йода с пищей, водой и особенно молоком и молочными продуктами, загрязнёнными радионуклидами. Тем более что риск облучения от употребления таких продуктов и воды может сохраняться в течение нескольких суток (до 2-3 недель).

Риск негативных последствий от блокады щитовидной железы различен в разных возрастных группах населения, как и риск развития у них радиационно индуцированной патологии щитовидной железы. Поэтому в рекомендациях по йодной профилактике учитывается каждая группа населения в отдельности.

У детей и подростков фармакологическая защита щитовидной железы является наиболее эффективной. Это связано с предотвращением высоких доз облучения по сравнению со старшими возрастными группами. Тем самым предупреждается развитие патологии щитовидной железы, радиочувствительность которой выше, чем у взрослых. Особое значение это имеет для снижения вероятности развития рака, латентный период которого у молодых короче, а повышенный риск заболевания выше в связи с большей продолжительностью жизни.

Учитывая важную роль щитовидной железы и её повышенную радиочувствительность в период беременности, защита этого органа беременной женщины и плода относится к первоочередным задачам при проведении противоаварийных мер. Но в связи с опасностью для плода продолжительной блокады щитовидной железы количество приёмов препаратов стабильного йода беременной женщиной должно быть минимально необходимым. При назначении беременным стабильного йода в поздние сроки беременности (вторая половина) обязательным является контроль функции щитовидной железы у новорождённого.

У кормящих матерей приём препаратов стабильного йода и блокада функции щитовидной железы увеличивает переход радиоактивного йода в молоко и фактически не защищает щитовидную железу ребенка. В связи с этим следует исключить грудное вскармливание в первые 36 часов после поступления радиоактивного йода в организм матери.

У новорождённых высокий риск последствий от блокады щитовидной железы сохраняется в течение 57 дней после рождения. Дозировки препаратов стабильного йода должны быть минимальными и соответствовать массе щитовидной железы. Обязательным должен быть контроль её функции.

Последствия йодной профилактики различаются в зависимости от возраста. У детей до 2 лет в связи с интенсивным развитием головного мозга при блокаде щитовидной железы возможен риск задержки интеллектуального и физического развития.

У детей в возрасте от 3 до 12 лет последствия относительно невелики и проявляются главным образом в виде задержки физического развития, которая прекращается с восстановлением функции щитовидной железы. После этого рост и развитие достигают нормальных значений.

У взрослых репродуктивного возраста (моложе 45 лет) риск тяжёлых радиационных поражений щитовидной железы (рак, гипотиреоз) невелик. Возможность серьёзных побочных эффектов от однократного приёма блокирующих доз стабильного йода, особенно у мужчин, незначительна.

У лиц старше 45 лет риск радиационно индуцированного рака щитовидной железы практически равен нулю, но возрастает риск последствий фармакологической блокады щитовидной железы в связи с ростом её патологии в пожилом возрасте. Для этой группы населения проведение йодной профилактики показано только при угрозе поступления высоких доз радиоактивного йода.

В нашей стране в качестве препарата стабильного йода предложен йодистый калий. Его своевременный приём обеспечивает снижение дозы облучения щитовидной железы на 97 - 99% и в десятки раз всего организма. Разработаны стабилизированные таблетки йодистого калия в дозировках, учитывающих возрастные потребности: 0,125 г для взрослых и детей старше 2 лет; 0,04 г для детей до 2 лет. Срок хранения таблеток 4 года.

В случае возникновения серьёзной аварийной ситуации на радиационно опасных объектах и угрозы загрязнения внешней среды радиоактивными изотопами йода персоналу рекомендован незамедлительный приём одной профилактической дозы таблетки йодида калия 0,125 г. Для населения угрожаемого района это правило действует только после официального объявления о необходимости проведения йодной профилактики.

В начальный период аварии, когда основную опасность представляет ингаляционное поступление радиоактивного йода, достаточно однократного приёма йодистого калия, поскольку защитный эффект сохраняется в течение одних суток. В случае сохранения угрозы ингаляционного поступления в организм радиоизотопов йода для отдельных групп населения допустимы повторные приёмы таблеток йодида калия наряду с применением других мер защиты: использования средств индивидуальной защиты, укрытий и др.

Риск облучения от радиоактивного йода, поступающего с продуктами питания (молоком), значительно уменьшает введение ограничительных мер на потребление сельскохозяйственной продукции и соответствующей организации санитарно-эпидемиологического контроля.

В настоящее время нет убедительных данных, подтверждающих безопасность длительного приёма больших доз йодида калия, в связи с чем рекомендуют его однократное применение. В случаях необходимости многократного приёма препаратов стабильного йода дозировка должна быть дифференцированной для разных групп населения. В таблице представлены рекомендуемые дозы для разных возрастных групп и продолжительность приёма йодистого калия с профилактическими целями.

20. В чем заключаются особенности накопления и выведения радиоизотопов цезия?

Изотопы цезия, являясь продуктами деления урана, включаются в биологический круговорот и свободно мигрируют по различным биологическим цепочкам. В настоящее время 137Сs обнаруживается в организме различных животных и человека. Следует отметить, что стабильный цезий входит в состав организма человека и животных в количествах от 0,002 до 0,6 мкг на 1 г мягкой ткани.

Всасывание 137Сs в ЖКТ животных и человека составляет 100%. В отдельных участках ЖКТ всасывание 137Сs происходит с различной скоростью. По данным ученых через час после введения всасывается по отношению к введенной дозе: в желудке всасывается 7% 137Сs, в двенадцатиперстной кишке—77%, в тощей—76%, в подвздошной—78%, в слепой—13%, в поперечно-ободочной кишке—39%.

Через дыхательные пути в организм человека поступление 137Сs составляет 0,25% величины, поступающей с пищевым рационом. После перорального поступления цезия значительные количества всосавшегося радионуклида секретируются в кишечник, затем реабсорбируются в нисходящих отделах кишечника. Степень реабсорбции цезия может существенно различаться у разных видов животных. Поступив в кровь, он сравнительно равномерно распределяется по органам и тканям. Путь поступления и вид животного не влияют на характер распределения изотопа.

Л. А. Булдаков, Г. К. Королев считают, что изотопы цезия больше всего накапливаются в мышцах. По данным Ю. И. Москалева после внутривенного введения 137Сs быстро покидает кровяное русло. В первые 10 - 30 мин максимальная концентрация его регистрируется в почках (7-10% в 1 грамме ткани). Затем происходит перераспределение его, и основные количества — до 52,2% — задерживаются в мышечной ткани.

Проводили исследования по распределению 137Сs в организме свиней. Свиньям скармливали 137Сs с пищей однократно или повторно в течение 7 суток в суммарных дозах 2,9 или 1,6 кБк. На 1, 7, 14, 28 и 60 суток после введения изотопа животных забивали и исследовали содержание 137Сs в мышечной ткани. Содержание активности в мышечной ткани животных, получавших 137Сs в дозе 2,967 кБк, было почти в 2 раза выше, чем у животных, получавших 137Сs в дозе 1,609 кБк. Уменьшение радиоактивности в мышечной ткани было наиболее выражено в первые 14 суток при обеих дозах радионуклида. Выведение 137Сs из организма свиней осуществлялось главным образом с мочой. Скорости выведения 137Сs при однократном и повторных введениях существенно различались. Период полувыведения изотопа при однократном введении составлял 5 суток, а при повторных— 14 суток.

В организме северных оленей, после однократного введения, 137Сs распределятся таким образом. В мышцах накапливается 100%, в почках - 79, сердце - б7, селезенке - 60, легких - 55, печени - 48 %.

В опытах на собаках, проведенных в 1968 году, было установлено, что при однократным внутри-венным введением 137Сs в количестве 3,5 – 14 х 107 Бк/кг изучал распределение по органам. Показано, что наибольшие количества 137Сs через 19—81 суток содержатся в скелетных мышцах, печени, почках. Важно отметить, что введенная доза 137Сs и пол животных не влияют на распределение нуклида по органам и тканям.

Определение 137Сs в организме человека проводят по измерению гамма-излучения от тела и бета-, гамма-излучению от выделений (моча, кал). Для этой цели используют бета-гамма-радиометры и счетчик излучений человека (СИЧ). По отдельным пикам спектра, соответствующим различным гамма-излучателям, можно определить их активность в организме. С целью профилактики радиационных поражений 137Сs все работы с жидкими и твердыми соединениями рекомендуется проводить в герметичных боксах. Для предупреждения попадания цезия и его соединений внутрь организма необходимо использовать средства индивидуальной защиты и соблюдать правила личной гигиены.

На рабочем месте без разрешения санэпидемслужбы могут находиться открытые препараты цезия с активностью 0,37— 3,7 мБк (10—100 мкКи).

Неотложная помощь при поражении изотопами 137Сs заключается в дезактивации рук и лица водой с мылом, моющими порошками «Эра», «Астра». Необходимо провести промывание носоглотки и ротовой полости водой или физиологическим раствором.

Для ускорения выведения цезия из организма рекомендуют применять в качестве сорбентов: ферроцин, 1,0: 100 мл воды, или бентонит, 20,0: 200 мл воды, с последующим вызыванием рвоты (1 % -ный апоморфин — 0,5 мл под кожу), или обильное промывание желудка водой. После очистки желудка повторное назначение курса лечения ферроцином (1,0 г 2—3 раза в сутки в течение 15—20 суток). В тяжелых случаях гемодиализ (применение аппарата «Искусственная почка»). Всемерное повышение водносолевого обмена. Назначение ацетата калия, 30,0: :200,0, по 1 столовой ложке 5 раз в день. Калиевая диета (изюм, курага) Внутривенное введение лимоннокислого натрия 10% -ного – 2 - З мл. Мочегонные с водной нагрузкой. Внутрь димедрол 0,05 г, антибиотики.

Допустимое поступление 137Сs в организм человека не должно превышать 7,4 х 102 Бк/сутки. Допустимое годовое поступление 137Сs в организм персонала через органы дыхания составляет 13,3 х 104 Бк/год. Допустимая концентрация 137Сs в воздухе рабочих помещений 5,18 х 10-1 Бк/л, в воде — 5,5 х 102 Бк/л, в атмосферном воздухе 18 х 10-3 Бк/л.

Выпавший, после аварии на ЧАЭС, на почву 137Сs прочно удерживается в верхнем гумусированном слое. Со временем происходят его физико-химические превращения, осуществляется миграция по почвенному профилю, накопление растительностью. Для цезия характерно поглощение минеральной частью почв. Элемент внедряется в кристаллические решетки глинистых минералов, прочно связываясь там самой тонкодисперсной частью почвы. Наиболее интенсивно цезий поглощается вермикулитом, флогопитом, гидрофлогопитом, асканитом, гумбрином. Сорбция цезия почвенным поглощающим комплексом после его выпадения в почву осуществляется в первое время крупнодисперсными частицами, смещаясь затем в сторону поглощения мелкодисперсной фракцией. За семь лет доля цезия, фиксированного минеральной частью почвы, увеличилась в серых лесных почвах в 2,5 раза, дерново-подзолистых -4,5 раза, в черноземных - 7 раз и может достигать 80-95% валового содержания элемента в почве. Прочно связывается цезий почвенной органикой, образуя, в частности, гуматы и фульваты. Последние характеризуются значительно большей подвижностью. Увеличивают подвижность металла водорастворимые органические вещества, образующиеся при разложении растительности. При миграции цезия в глубь почвенного горизонта выделяют два типа массопереноса - быстрый (обусловленный передвижением металла вместе с тонкодисперсными частицами) и медленный (обусловленный передвижением водорастворимых форм). В суглинистых разностях дерново-подзолистых почв наблюдается только медленный перенос, в супесчаных и песчаных - и медленный, и быстрый с преобладанием последнего. В среднем доля быстрого переноса составляет 15% всех мигрирующих форм цезия.

Н. В. Тимофеевым-Ресовским с соавторами 137Сs выделен в отдельную группу изотопов по характеру поведения в системе почва - раствор - в группу, обладающую признаками обменного и необменного поведения. Наиболее важным фактором миграции цезия в системе почва - раствор является изменение его собственной концентрации (он по-разному мигрирует в почвах-грунтах в зависимости от того, в каком количестве находится в них: поведение цезия в системе необменное при микроконцентрациях и обменное в области макроконцентраций).

В силу незначительной гидролизации сорбция 137Сs слабо зависит от рН почвенного раствора.

Отмечено накопление 137Сs в пойменных почвах, обусловленное дополнительным привнесением с механическими взвесями во время паводков. В пойменных почвах 137Сs, как правило, задерживается в верхнем 5-сантиметровом слое. Однако в тех случаях, когда поверхностные горизонты пойменных почв представлены слоями легкого механического состава с низким содержанием гумуса, 137Сs выщелачивается из этих горизонтов и задерживается в нижележащих. Миграционная способность 137Сs повышена и в некоторых торфяных почвах, где он энергично поступает в растения. Японские исследователи отмечают факты проникновения 137Сs в породы (невыветрелые базальты) на глубину 3-5 см.

Цезий хорошо поглощается растительностью, коэффициент накопления элемента в урожае сельскохозяйственных культур может достигать 100%; накопление идет в основном в надземной фитомассе (до 60% поглощенного элемента). На супесчаных почвах 137Сs в 7 раз более доступен для растений, чем 137Сs. Интенсивное вовлечение элемента в биологический круговорот обусловлено кислотностью полесских ландшафтов, благоприятствующих физиологическому накоплению металла организмами, подвижностью металла, а также его аналогией с калием – биохимически активным элементом, дефицит которого в полесских ландшафтах ярко выражен, но который жизненно необходим растениям.

Заключение

Йодная профилактика это защитное действие, направленное, главным образом, против внутреннего облучения изотопами радиоактивного йода населения и персонала. Это не относится к исправлению дефицита йода в продуктах питания. Наличие последнего существенно увеличивает поглощение радиоактивного йода щитовидной железой. В условиях эндемического йодного дефицита применение йодированных продуктов имеет существенное значение не только для профилактики заболеваний щитовидной железы, связанных с этим дефицитом, но и для предупреждения повышенной чувствительности к поражению её радиоактивным йодом.

Применение больших доз йодистого калия помимо блокады функции щитовидной железы может сопровождаться побочными эффектами токсического характера. Это проявляется реакциями со стороны желудочно-кишечного тракта (рвота, боли в области желудка, диарея), появлением высыпаний на кожных покровах, головной болью, одышкой, а также аллергическими реакциями (отёк Квинке).

После аварии на ЧАЭС во внешнюю среду поступило 1.0 МКи цезия-137. В настоящее время это основной дозообразующий радионуклид на территориях, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС. От его содержания и поведения во внешней среде зависит пригодность загрязненных территорий для полноценной жизни.

Почвы Украинско-Белорусского Полесья имеют специфическую особенность — цезий-137 плохо фиксируется ими и, как следствие, он легко поступает в растения через корневую систему. Поэтому еще в доаварийные времена содержание этого радионуклида в выращенной здесь продукции было в 35-40 раз выше, чем в центральных районах страны. После аварии на ЧАЭС людей пришлось отселять из наиболее пострадавших районов вовсе не из-за опасно высокого радиационного фона — там стало невозможным ведение сельского хозяйства.

Список литературы

1. Богданова Т.И., Козырецкий В.Г., Тронько Н.Д. Патология щитовидной железы у детей. Атлас. — К: Чернобыльинтеринформю, 2000. — 160с.

2. Губанова С.Г. Рак щитовидной железы у детей. Клинико морфологическое исследование: Автореферат диссертации к.м.н. – Москва. 1999 – 24с.

3. Дроздовский Б.Я. Гарбузов П.И. Ядерная медицина – современные технологии в лечении. Потребности, проблемы и перспективы. // Материалы I Евразийского конгресса по ядерной медицине. — М 2001, с

4. Журавлев В.Ф. Токсикология радиоактивных веществ. – 2-е, изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1999. – 336 с.

5. Чернобыль не отпускает… (к 50-летию радиоэкологических исследований в Республике Коми). – Сыктывкар, 2009 – 120 с.

15