Радиобиология
|
Скачать 1.73 Mb.
|
|
Тема 6. Основы радиоэкологии Предмет и задачи радиоэкологии. Источники и пути поступления радионуклидов во внешнюю среду. Физико-химическое состояние радионуклидов в почве, воде, кормах, органах и тканях животных. Радиоактивные осадки (первичные, вторичные и глобальные). Миграция радионуклидов по биологическим цепочкам: почва - растения - животное - продукция животноводства и растениеводства - человек. Переход радионуклидов в животноводческую продукцию. Особенности накопления радионуклидов в продукции рыбоводства, пчеловодства, звероводства и промысловых животных. Радиоэкология - это наука, изучающая распределение радионуклидов в биосфере, особенности жизнедеятельности организмов растений и животных в условиях с повышенной относительно фоновой радиоактивности. Радиоактивные источники (радионуклиды) по происхождению делятся на естественные (природные) и искусственные. Естественные радионуклиды появились с момента зарождения планеты Земля, в недрах которой они представлены радиоактивными семействами U-238 (T½ = 4,5 млрд. лет), U-235 (T½ = 704 млн. лет) и Th-232 (T½ = 14 млрд. лет). Во Вселенной радионуклиды космогенного характера в недрах звезд, Солнца представлены легкими по массе изотопами. Искусственные радионуклиды появились в биосфере в результате испытаний и применения атомного оружия, аварий на АЭС и предприятий, использующих радиоактивные источники (металлургическая промышленность, производство ракетного топлива и т.д.). Следствием этого явилось образование радиоактивного облака, по ходу движения которого выпадали радиоактивные осадки, оставляя за собой радиоактивный след. В нем преобладают долгоживущие нестабильные изотопы. Первичные радиоактивные осадки состоят из тяжелых крупных частиц (конгломератов), оседающих с пылью или дождем на расстоянии до нескольких сотен километров. Вторичные осадки состоят из более мелких образований радионуклидов, которые поднимаются на несколько километров в средние слои атмосферы и относятся воздушными потоками на сотни и тысячи километров от места взрыва. Глобальные (поздние) осадки состоят из пылевидных частиц, которые поднимаются в верхние слои атмосферы и с потоками воздуха циркулируют в течение 5 - 6 лет, выпадая в любой точке планеты. Следовательно, радиоактивное загрязнение носит при этом не локальный, а глобальный характер. Загрязнение водоемов и почвы дает начало распространению радионуклидов по пищевой (биологической) цепи. Пищевая цепь - это распространение вещества и энергии между звеньями биогеоценоза, представляющими различные трофические уровни. На миграцию радионуклидов по «пищевым» цепям влияют физико-химические свойства радионуклидов в почве, содержание в ней стабильных изотопов (химических аналогов), свойства самой почвы, коэффициенты накопления, биологические особенности растений и агротехника возделывания культур. Особенность перехода радионуклидов между звеньями «пищевой» цепи определяет соответствующий коэффициент дискриминации (от лат. discriminatio - «различение») или различимости. Для Sr-90 и Cs-137 он рассчитывается по формулам:   Для более полной характеристики радиационной ситуации на территории хозяйства, в котором проводится отбор проб, обязательно рассчитывают коэффициент дискриминации. Он показывает передвижение, распространение и аккумулирование (накопление) радионуклидов во всех звеньях биологической цепи. В «пищевых» цепях, переходя от звена к звену, радионуклиды количественно изменяются, что можно рассчитать по выше приведенным формулам. Отношение содержания Sr90 к Са в биологических объектах получила название стронциевой единицы (с.е.). 1 с.е. = 10-12 Ки Sr90 на 1 г Ca. Аналогично этому было введено понятие цезиевой единицы (ц.е.) - единицы содержания радиоизотопа Cs137 в биологических объектах, соответствующей содержанию 1 мкКи Cs137 на 1 г калия, входящего в состав данного объекта: 1 ц.е. = 10-6 Ки Cs137 на 1 г К. При наличии дискриминации радиостронция или радиоцезия в пользу соответственно кальция или калия этот коэффициент меньше единицы. Если же он больше единицы, это свидетельствует об интенсивном депонировании радионуклидов в каждом последующем звене «пищевой» цепи. Это может быть следствием радиоактивного загрязнения окружающей среды, когда идет выброс радионуклидов из почвы с земной массой накопления их. В обычных условиях это происходит при дефиците химически родственных элементов, выступающих в качестве конкурентов кальция и калия. Стронций и кальций, цезий и калий являются химически родственными и в биологических средах ведут себя сходным образом. Однако, при миграции по звеньям «пищевой» цепи «почва…-…человек» оба элемента аккумулируются в разной степени: в большей - стабильные изотопы. Это, по-видимому, связано с тем, что в обменных процессах, в первую очередь, принимают участие необходимые для организма стабильные изотопы, а при их недостатке в процесс вступают их радиоактивные изотопы-аналоги. В этом проявляется принцип конкурентности. Критерием допустимой и, как полагают, безопасной для человека концентрации искусственных радионуклидов в продуктах растительного и животного происхождения и в питьевой воде, служат допустимые пределы СанПиН («Санитарные правила и нормы»). Расчеты предельно допустимых концентраций (ПДК) для продуктивных животных должны исходить из ПДК для человека как потребителя продуктов животного происхождения. Причем радионуклиды, поступающие в организм животных с кормом, могут не оказывать влияния на их продуктивность. Животные легко переносят большие дозовые нагрузки I131, Sr90 и Cs137, чем человек. Однако мясомолочная продукция от таких животных не может быть использована, так как имеет концентрацию радионуклидов, превышающих ПДК для человека. Тема 7. Радиотоксикология Радиотоксикология, ее предмет и задачи. Радиотоксикологическая характеристика наиболее опасных в биологическом отношении радионуклидов. Пути поступления и типы распределения радионуклидов в организме. Понятие «критического» органа. Периоды биологического и эффективного полувыведения радионуклидов. Пути выведения радионуклидов из организма. Способы, ограничивающие поступление и ускоряющие выведение радионуклидов из организма с.-х. животных при их хроническом поступлении. Токсичность радионуклида и факторы, его определяющие. Радиотоксикология - наука, изучающая пути поступления радионуклидов в организм, их распределения в органах и тканях, депонирование в «критических» органах и пути выведения из организма. Она изучает биологические эффекты при внутреннем облучении, разрабатывает приемы и способы ускоренного выведения радионуклидов из организма. Пути поступления радионуклидов: алиментарный, аэрогенный и кожный. Если принять загрязнение организма через кожу за одну условную единицу, то при аэрогенном оно будет в тысячу, а при алиментарном - в миллион раз больше! При поступлении с кормом и водой в пищеварительный тракт водорастворимые изотопы (I131, Cs137, Sr90) легко всасываются в начальных отделах желудочно-кишечного тракта и через 15-20 минут их можно зарегистрировать в крови. Тип распределения радионуклидов, поступивших в кровь, зависит от их валентности. Являясь, по сути, нестабильными изотопами, они участвуют в обменных процессах так же, как и их изотопные и неизотопные химические аналоги, то есть элементы, обладающие той же валентностью (см. приложение 1). В радиохимии различают изотопный и неизотопный аналоги. В первом случае - это стабильный изотоп данного элемента, химические свойства которого тождественны с его радионуклидом. Например, стабильный изотоп иттрий- 89 является аналогом нестабильного изотопа иттрий- 90. Во втором случае аналогом служит стабильный изотоп химического аналога элемента, к которому принадлежит данный радионуклид. Например, стабильный изотоп кальций-40 является носителем радиоизотопа стронций-90, а стабильный изотоп калий-39 - носителем нестабильного изотопа цезий-137. Депонирование радионуклида в том или ином органе определяется участием их стабильного химического аналога в метаболизме в органе. «Критический» орган (ткань) – орган (ткань), в котором наиболее всего аккумулируется определенный радионуклид ввиду его высокой тропности (от греч. tropos – «направление»), то есть его предпочитаемости данным органом (тканью) и, следовательно, испытывающий наибольшую лучевую нагрузку. По тропности к определенным органам и тканям радионуклиды распределяются на следующие группы: 1). диффузные (равномерные) – одновалентные радиоизотопы; 2). остеотропные («костные») – двухвалентные радионуклиды; 3). ретикулоэндотелиальные и гепатотропные («печеночные») – трех-, четырехвалентные радиоизотопы; 4). нефротропные («почечные») – пяти-, шестивалентные радионуклиды; 5). тиреотропные - все изотопы йода. В таблице 13 приведены данные о максимальном накоплении радиоактивных изотопов ряда элементов в организме человека. Таблица 13 – «Критические» органы и ткани человека для радиоактивных изотопов ряда элементов*
*Относящаяся к данному органу доля полной дозы, полученной всем телом человека. Для некоторых радионуклидов нет четко выраженной тропности их распределения и депонирования. Так, изотопы цинка, цирко- кония и иттрия могут депонироваться не только в костях, но и мягких тканях, включая скелетные мышцы. Поэтому группу остеотропных радионуклидов подразделяют на чисто остеотропные (стронций, барий, радий) и преимущественно остеотропные (иттрий, цинк, церий). Время, в течение которого организм выводит половину однократно поступившего радионуклида, называется периодом биологического полувыведения. Суммируясь с независимым от него периодом полураспада, оно составляет величину периода эффективного полувыведения. Это время, в течение которого из организма выводится половина депонированного в нем радионуклида. Пути выведения радионуклидов: для легкорастворимых, быстро всасывающихся из ЖКТ в кровь и участвующих в обмене веществ – через почки. Труднорастворимые задерживаются в петлях толстого кишечника и выводятся в основном с калом. Моча и кал при этом становятся радиоактивными. Кроме этого радионуклиды выводятся через кожу, лёгкие и с животноводческой продукцией (молоко, яйцо, шерсть, мех, пух, перо). Способы, ограничивающие поступление радионуклидов с кормом и ускоряющие выведение из организма, основаны на принципе конкурентности. Добавка в корма препаратов, содержащих стабильные химические аналоги радионуклидов, препятствует их участию в обменных процессах органа и ускоряет выведение из организма. Для Sr-90+2 – это препараты Ca+2, а для Cs-137+ – препараты K+. В процессе эволюции сложилось так, что приоритетное участие в обменных процессах имеют стабильные изотопы или естественные радионуклиды, на фоне которых зарождается жизнь, а затем - только искусственные. Под токсичностью радионуклида, как источника внутреннего облучения, понимают его поражающее действие на организм. Радионуклиды по их токсичности классифицируют на следующие группы с учетом степени выраженности их биологического действия: Группа А – радионуклиды с особо высокой степенью радиотоксичности: Po210, Ra226, Th230 и др. Группа Б – радионуклиды с высокой степенью радиотоксичности: I131, Sr90, Th234, U235. Группа В – радионуклиды со средней степенью радиотоксичности: P32, S35, Cl36, Ca45, Sr89, Cs137, Fe59 и др. Группа Г – радионуклиды с наименьшей степенью радиотоксичности: С14, Cr57, Fe55, Cu64, Hg197 и др. Группа Д – в эту группу входит H3 (тритий) и его химические соединения (окись трития и сверхтяжелая вода). Поражающее действие (токсичность) радионуклида зависит от следующих факторов: – физических: мощности дозы, периода полураспада (пространственно-временные характеристики), вида лучей (альфа, бета, гамма) и их энергии, ионизирующей и проникающей способности, схемы радиоактивного распада, а также физико-химического состо- яния соединения, в состав которого входит радионуклид; – биологических: типа распределения в организме, «критического» органа или ткани, пути и скорости полувыведения из организма. Организм людей и высших животных является последним звеном распространения радионуклидов по «пищевым» цепям в биосфере. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||