Инкорпорирование полония через дыхательные пути. Морфология почек под действием полония

Обновлено: 26.04.2024

Полоний — редкий элемент, один из наименее распространенных: содержание его в земной коре около 2 • 10~ 14 %. Природный полоний представлен практически одним нуклидом 2|0 Ро.

На Земле полоний встречается в очень малом количестве в минералах, содержащих уран и торий. В 1 т урана (при условии сохранения векового равновесия) содержится около 100 мкг полония. В изверженных кислых породах его содержится больше, чем в основных и ультраосновных. Другим источником полония может стать его предшественник по радиоактивному семейству — инертный газ 222 Яп. Радон, почти не вступая в химические реакции, просачивается из глубин земного шара к поверхности и попадает в воздух. Среди продуктов распада 222 Яп самыми долгоживущими, а значит, содержащимися в больших количествах, являются 2|0 РЬ х/ = 22,3 года) и 2|0 Ро(Г_и= 138,4 сут.):

222 Ш 1 -> 218 Ро -» 214 РЬ -» 2|4 В1 -» 214 Ро -> 210 РЬ -> 210 В1 -> 210 Ро

Содержание 210 Ро в атмосфере в средних широтах Северного полушария составляет 0,12 • 10 _3 Бк/м 3 . В атмосфере полоний быстро сорбируется частицами аэрозолей и с атмосферными осадками или в виде «сухих» выпадений поступает на земную поверхность. Концентрации 2|0 Ро в дожде и снеге выше, чем в атмосферном воздухе и колеблются в пределах 0,004—0,09 Бк/л.

Количество полония в приземном слое воздухе над сушей всегда выше, чем над океаном; в атмосфере умеренных широт выше, чем в экваториальной зоне и над полюсами. С увеличением высоты над уровнем моря содержание радионуклида уменьшается. Максимальная активность фиксируется в подземных водах урановых месторождений и на участках эманирующих тектонических зон.

Итак, присутствие полония в природной среде обусловлено не только распадом 238,235 и и 232 ТЬ, но и постоянным выпадением с аэрозольными частицами из атмосферы при распаде 222 Яп.

4.9.2.1. Полоний в почве и воде

Концентрация 2|0 Ро в почве колеблется в пределах 10—360 Бк/кг в зависимости от типа почвы. Максимальное его количество концентрируется в верхнем органогенном горизонте (0—5 см), что обусловлено преимущественным поступлением радионуклида в виде аэрозольных выпадений продуктов распада 222 Яп с атмосферными осадками и биогенным накоплением в верхнем горизонте. Резкое снижение содержания полония в нижележащих горизонтах свидетельствует о том, что гумусовый горизонт является мощным сорбционным органическим барьером, препятствующим попаданию «атмосферных» радионуклидов в глубь почвенного профиля (Бахур и др., 2009). Нарушение соотношения между материнским радионуклидом в цепочке распада 226 Яа и 2|0 Ро в сторону повышенной концентрации дочернего полония также подтверждает преимущественный путь поступления полония в почву из атмосферы.

210 Ро содержится в почвах в ультрамалых количествах, поэтому процессы его закрепления и распределения в компонентах почвы во многом зависят от присутствия стабильных носителей. Существуют некоторые аналогии в поведении в почвах полония, с одной стороны, с висмутом и свинцом, а с другой — с селеном и теллуром. Степень окисления 210 Ро в почвах +4, реже +2. Исключительно велика роль pH в формообразовательных процессах. При pH 6—7 и 10—11 210 Ро находится в почвах в форме коллоидов, при других pH — в растворимых формах. В кислых песчаных и органогенных почвах 210 Ро присутствует в растворимых формах. Характерной особенностью 210 Ро является его способность к образованию большого числа комплексных соединений, что может приводить к сорбции 2|0 Ро органическим веществом или илистой фракцией почвы, вместе с которыми он может мигрировать. Содержание прочносвязанных и связанных с оксидами соединений у 2|0 Ро в почвах составляет около 50%. Значительный вклад дают гумуссодержащие соединения (Алек-сахин и др., 1991).

В поверхностные и морские воды 210 Ро поступает с атмосферными осадками, выщелачивается из почв и пород либо образуется из материнского 226 Яа. Концентрации полония в воде крайне низки. Так, в морской воде содержится около 2 • 10 -17 г/л 2|0 Ро, а его активность составляет (3—4) • 10 _3 Бк/л.

Считают, что полоний находится в воде в основном в форме радиоколлоидов. Он интенсивно увлекается на дно взвесью и накапливается в донных отложениях. Причем в донных осадках 2|0 Ро всегда больше, чем его может образоваться из 226 Ия. Кроме того, максимально высокие концентрации 2|0 Ро находятся в самом верхнем слое донных отложений, а с глубиной его активность уменьшается. Это еще раз подтверждает, что значительная часть радионуклида поступает на поверхность водоема из атмосферы.

Подземные воды обычно не содержат избыточных количеств 210 Ро по отношению к 226 Яа или 222 Яп.

4.9.2.2. Полоний в растениях, животных и человеке

В растения 210 Ро может поступать двумя путями: из почвы через корни или из атмосферы в результате выпадения на надземные органы. В большинстве случаев преобладает аэральный путь поступления полония с атмосферными осадками, аэрозолями и пылью, на долю корневого поступления приходится менее 20% 210 Ро. Полоний накапливается преимущественно в наземных частях растений, главным образом, в нижней, более старой, части растений. В корневой системе полония существенно меньше.

Средняя активность 210 Ро в наземных растениях варьирует в пределах 0,4—600 Бк/кг сырой массы (Искра, Бахуров, 1981). Различное содержание полония в растениях часто связано с их разной сорбционной поверхностью. Так, листья чая способны накапливать 2|0 Ро до 30,5 Бк/кг сухой массы.

Максимальной способностью поглощать полоний обладают мхи и лишайники, для которых корневое питание играет незначительную роль. Высокая сорбционная емкость и длительный период жизни (до 300 лет) способствуют существенному накоплению в них полония. Так, активность 210 Ро у мхов и лишайников Финляндии и Аляски составляла 200—500 Бк на 1 кг сухой массы, для сравнения: у березы, ивы и клевера — только 8—12 Бк/кг.

Лишайники (ягель) — основное растение в рационе питания северных оленей (карибу), мясо которых, в свою очередь, является главным продуктом питания жителей Севера. Такая короткая радиоэкологическая цепочка «лишайник — северный олень — человек» приводит к концентрации радионуклида. Особенно высоко содержание полония в мясе оленей в весенний период. Летом, когда животные частично переходят на питание однолетними травами, содержание полония может снижаться более чем в пять раз. Содержание полония в организме у коренных жителей Севера — оленеводов в 10 раз и более превышает средние уровни его содержания у человека, что повышает дозу внутреннего облучения.

Полоний интенсивно накапливается морскими организмами, причем его накопление, скорее всего, связано с сорбционными процессами и определяется в целом площадью сорбционной поверхности. Так, у планктона величина коэффициента накопления достигает 50 000, у красной водоросли — 1000, а у коричневой водоросли — 100. 210 Ро концентрируется в рыбе и моллюсках, поэтому люди, потребляющие много рыбы и других даров моря, могут получить относительно высокие дозы облучения. Примерное содержание 210 Ро в морской рыбе составляет 0,74—3,7 Бк/кг, для сравнения: в мясе — 0,07—0,1 Бк/кг, хлебе и крупе — 0,04—0,08, в чае — 18,5—22,2 Бк/кг.

Техногенное поступление 210 Ро и его непосредственного предшественника 210 РЬ в окружающую среду связано в первую очередь с сжиганием углеводородного топлива, деятельностью уранодобывающих и перерабатывающих предприятий, производством фосфорных удобрений. Например, в золах углей удельная активность 2|0 Ро достигает 1700 Бк/кг, при фоновых значениях для горных пород и почв в среднем 10—50 Бк/кг. Концентрация 210 Ро в сырье и фосфорных удобрениях составляет: в апатите — 30 Бк/кг, в фосфорной пыли — 480, в нитроаммонийфосфате — 10 Бк/кг.

Известно, что при курении полоний попадает в организм курильщика. Как это может происходить? При выращивании табака в почву вносят много фосфатных удобрений, которые в зависимости от месторождения сырья могут содержать значительные количества радия. Радий в почве будет медленно превращаться в радон. Газообразный радон концентрируется в почве и в приповерхностном слое воздуха под воздушным «куполом», который образуют табачные листья. Дочерние продукты распадающегося радона, прежде всего 210 РЬ, сорбируются на поверхности листьев и проникают в них. Постепенно концентрация радиоактивного свинца достигает довольно высоких значений. При курении человек вдыхает с дымом мельчайшие твердые частицы, содержащие 210 РЬ, которые оседают в дыхательных путях, а затем переносятся в печень, селезенку и в костный мозг. Медленно распадаясь (период полураспада 210 РЬ — 22,3 года), 210 РЬ превращается в высокоактивный 210 Ро. Чем дольше человек курит, тем больше в его организме накапливается 2|0 РЬ и 210 Ро и тем выше риск возникновения раковых заболеваний.

Возможность попадания полония в листья табака и организм курильщика зависит от того, какие именно ископаемые были использованы для получения фосфатных удобрений и какова была технология их переработки.

Общее содержание 210 Ро в организме человека составляет в среднем 18,5 Бк, из них 11,8 Бк находится в костях, а 6,3 Бк — в мягких тканях. При этом указанное содержание 210 Ро в организме человека обусловлено в основном не поступлением этого элемента с пищей, а образованием в организме при распаде 2|0 РЬ. На долю поступления с пищей приходится -2,78 Бк, а около 85% общего содержания 210 Ро обусловлено распадом 2|0 РЬ (Калистратова и др., 2012). Особенно это касается полония, находящегося в костях. Он образуется в основном из своего предшественника — остеотропного элемента 21() РЬ. В мягкие ткани 210 Ро поступает из воздуха и пищи, преобладая в тканях печени и почек. Выводится полоний в основном с калом, в 10—20 раз больше, чем с мочой. Период полувыведения полония составляет около 50 дней.

4.9.2.3. Биологическая роль

Полоний — один из самых опасных радиоактивных элементов. Он не только обладает очень высокой радиоактивностью, но и является химически токсичным элементом.

Удельная активность 210 Ро равна 166 • 10 12 Бк/г, для сравнения удельная активность природной смеси изотопов калия — 31 Бк/г. Биологическое действие 210 Ро обусловлено a-излучением. Обладая низкой проникающей способностью (всего 3,8 см в воздухе), а-из-лучение опасно только при попадании радионуклида внутрь организма. Однако полоний нельзя брать руками, это может вызвать лучевое поражение кожи. Кроме того, полоний довольно легко проникает внутрь организма через кожные покровы. Он опасен и на расстоянии, превышающем длину пробега а-частиц, так как его соединения саморазогреваются и переходят в аэрозольное состояние. Поэтому работают с 2|0 Ро только в герметичных боксах.

Для населения допустимая объемная активность 2|0 Ро во вдыхаемом воздухе составляет всего 0,034 Бк/м 3 . Это значит, что за одну минуту в 1 м 3 должно распадаться не более двух его атомов. Это соответствует содержанию полония 2 • 10 -16 г на 1 м 3 воздуха. Полоний при вдыхании почти в 170 млн раз «токсичнее» синильной кислоты.

2|0 Ро является одним из наиболее биологически опасных из всей группы естественных радионуклидов и характеризуется весьма жесткими нормативами (по НРБ—99/2009). Например, при содержании полония в питьевой воде в количестве более 0,11 Бк/кг (уровень вмешательства, У В) уже необходимо проводить определенные защитные мероприятия. Это самый низкий уровень вмешательства среди всех радионуклидов. Предел годового поступления 2|0 Ро с водой и пищей составляет 110 Бк/год.

Токсикология радиоактивных веществ - Полоний

Полоний — химический элемент VI группы Периодической системы Д. И. Менделеева с атомной массой 209, порядковым номером 84. Открыт в 1898 г. Марией н Пьером Кюри. Название получил в честь родины Марии Кюри. В настоящее время известно более 30 изотопов полония. Наибольшее практическое значение имеет 210 Ро. Это а·, γ-излучатель. Энергия а-частиц— 5,3 МэВ, γ-квантов — 0,804 МэВ. Период полураспада — 138,3 сут. Претерпевая α-распад, 210 Ро превращается в стабильный изотоп свинца. Длина пробега α-частиц полония в воздухе 3,85 см, в тканях организма 30—40 мкм. 210 Ро обладает высокой плотностью ионизации. На 1 мм пути в воздухе а-частица 210 Ро образует 2510 пар ионов. В тканях плотность ионизации
еще выше, она достигает 3000—5000 пар ионов. Удельная активность 210 Ро очень высока. Так, 0,2 мг 210 Ро имеют радиоактивность 3,7 -10 10 Бк.
Полоний является тяжелым металлом с амфотерными свойствами. По своим химическим свойствам он близок к висмуту и теллуру. В щелочной, нейтральной и слабокислой средах он образует гидроксиды. Во внутренней среде организма легко образует коллоидные комплексы с белками, что в значительной степени определяет его биологическое действие. Полоний обладает выраженной способностью адсорбироваться на различных материалax, поверхностях, фильтрах.
Полоний применяется в различных областях науки и техники как источник энергии излучения. Он используется для изготовления/полоний-бериллиевых источников нейтронов, при создании малогабаритных источников питания, приборов и установок космического назначения. Тепловой блок автоматической станции «Луноход-1» с 210 Ро обеспечивал непрерывную работу в течение 11 мес [28].
Сейчас 210 Ро используется при изготовлении радиоизотопных тепловых источников и источников а- и нейтронного излучения, а также в активационном анализе.

7.2. ПОСТУПЛЕНИЕ, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ВЫВЕДЕНИЕ ПОЛОНИЯ ИЗ ОРГАНИЗМА

Другая часть полония перемещается со слизью с помощью мерцательного эпителия вверх по трахее, заглатывается и попадает в ЖКТ. Часть его всасывается в кровь, остальное количество выделяется с калом. Нерастворимые частицы 21(,Ро могут откладываться в бронхах, легочных лимфатических узлах, создавая мощные очаги концентрированного облучения.
В. П. Борисов и другие при ингаляции крысами 210 Ро показали, что 17% радионуклида депонируется в легких и 75% в ЖКТ. Максимум, всасывания и накопления нуклида в крови, внутренних органах и тканях наблюдается к 4—8 сут. после ингаляции. В ранние сроки (первые часы после ингаляции) для коллоидного рас/вора 210 Ро (pH=7) характерно низкое всасывание (суммарно около 1%). Для ионной (рН = 2) и закомплексованной форм в эти же сроки наблюдается повышение резорбции до 10—20%. Ингаляция аэрозолей оксатиола и тиатиола вызывала резкое увеличение накопления 210 Ро во внутренних органах за счет увеличения его всасывания из ЖКТ. Наиболее длительное время 210 Ро задерживается в легочной ткани, которая является критическим органом. Основной причиной гибели животных при острых и подострых ингаляционных поражениях 210 Ро являются радиационные пневмонии.
По данным Берке после внутривенного введения 210 Ро в организме задерживается его 42%, после ингаляции — 62%, после интратрахеального введения — 57%.
210 Ро может поступать в организм через неповрежденную кожу. Финк указывает, что резорбция 210 Ро через кожу лапок мышей составляет от 0,09 до 0,4%, через кожу человека около 2% в сутки.
В аварийных ситуациях и в чрезвычайной обстановке полоний может поступать в организм через ссадины, царапины, раны. В опытах на крысах установлено, что всасывание полония из кожных ран при нанесении (51,8—103,6) -10 4 Бк/г составляет около 10% в течение первых суток. Через колотые раны всасывается около 26%, через ссадины — 0,6%. В работе Л. А. Ильина приводятся данные по всасыванию 210 Ро через кожу мышей. Величина резорбции не превышает 0,01 % в сутки. Через кожу крыс после нанесения 3,7-10’ Бк/см 2 за 6 ч всасывается 0,0005—0,001%. За 1 сут. это значение возрастает до 0,22% нанесенного количества.
Полоний распределяется в организме относительно равномерно с преимущественным отложением в органах, богатых ретикулоэндотелиальной тканью. После поступления в организм в количестве 18,5·10s Бк/кг полоний быстро появляется в крови. Около 90% полония, содержащегося в крови находится в эритроцитах, связано с белковой частью гемоглобина — глобином. В больших количествах полоний накапливаются в лимфатических узлах, печени, селезенке и корковом слое почек. В надпочечниках он откладывается в ретикулярных клетках корковой зоны.

Таблица 7.1. Накопление и выведение 210 Ро из различных органов и тканей собак

В головном мозге полоний откладывается в небольшом количестве и локализуется в сером веществе. В костной ткани полоний депонируется в эндосте.
В значительных количествах 210 Ро содержится в слизистой оболочке и эпителии кишечника. 210 Ро обнаруживается в луковицах волос и волосяных влагалищах. Он откладывается в клетках эпителия роговицы, в слюнных и молочных железах. Наибольшие количества 210 Ро содержатся в почках, лимфатических узлах и печени (табл. 7.1).
Из таблицы видно, что максимальные количества 210 Ро содержатся в таких органах, как печень, мышцы, почки, кровь. Эффективный период полувыведения 210 Ро из различных органов и тканей составляет от 31 до 49 сут.
Значительные различия наблюдаются в содержании полония при экспериментальном и естественном поступлении в организм. При экспериментальном введении большая часть 210 Ро задерживается в печени, а при естественном поступлении — в скелете. Это связано, видимо, с тем, что большая часть естественного 210 Ро, содержащегося в скелете человека, образуется из 210Р, преимущественно откладывающегося в скелете.
Па характер распределения полония количество изотопа и путь поступления его в организм, а также вид животных не влияет. Общее содержание полония в органах для различных видов животных остается постоянным.
При ингаляционном поступлении до 30% радионуклидов задерживается в легких, трахее, бронхах. Остальное количество попадает в ЖКТ и распределяется в организме так же, как и при других путях введения.

Имеются указания ряда авторов о том, что при пероральном поступлении полония он больше концентрируется в эритроцитах и почках. Бернард приводит данные, что некурящий стандартный человек поглощает и выделяет ежедневно около 11,84·10- 2 Бк 210 Ро. Полоний депонируется преимущественно в тканях ретикулоэндотелиальной системы. Концентрация его в этих тканях в 10 раз выше, чем в других органах. Концентрация 210 Ро в мышцах и костях примерно в 10 раз меньше по сравнению со средней концентрацией во всех тканях.
Кохен и другие исследовали распределение 210 Ро в трахеобронхиальном дереве и паренхиме легких у курящих и некурящих людей. Подсчитано, что у курильщиков на поверхности альвеол накапливается приблизительно 18,5·10- 2 Бк, а на слизистой трахеи и бронхов приблизительно 1,11х10 7 Бк г10Ро.
Депонированный в организме полоний подвергается перераспределений. Эффективная скорость обмена полония обусловлена радиоактивным распадом и биологическим обменом. Биологические периоды полувыведения полония из различных органов очень близки, это свидетельствует о том, что скорости биологического обмена в различных органах мало различаются. Быстрее всех снижается концентрация полония в крови, более медленно в скелете.
Выведение полония из организма при любом пути поступления происходит через ЖКТ и почки. Полоний обнаруживается в слюне, желчи, желудочном соке, он выделяется через кожные железы. Большинство авторов считает, что основное количество полония выделяется из организма с калом. Кишечная стенка служит основным путем выделения полония. Выделяясь через почким, полоний откладывается в проксимальных отделах извитых канальцев.
По данным Б. Б. Мороза и других эффективный период полувыведения 210 Ро из организма различных животных колеблется от 32 до 42 сут. Несколько быстрее он выводится из организма кроликов — на 9—16 сут.
Представляют интерес данные по выведению полония из организма человека. В работе Джексона и других Анализируется 36 случаев поступления полония в организм человека. Средний эффективный период полувыведения равен 37 сут. Это соответствует биологическому периоду полувыведения, равному 50 сут. По данным А. К. Гуськовой период полувыведения 210 Ро с калом у человека равен 37±6 сут, с мочой — 35,7± ±4 сут. Средний эффективный период полувыведения составляет 37,6±6 сут. Несколько иные данные приводятся по выведению 210 Ро у детей. Тэф с калом составляет 44,3±2,3; с мочой 32,7± 1,4 сут. При этом эффективный период полувыведения полония из крови равен 32,2± 1,4 сут. (З. И. Калмыкова).
Выведение полония из организма начинается с первых минут после поступления в организм. Наиболее интенсивно он выделяется в первые дни. В более поздние сроки выведение полония из организма устанавливается на низком и относительно постоянном уровне.

Раздел 3. Биологическое действие ионизирующих излучений

Ю.А. Александров
Основы радиационной экологии
Учебное пособие. - Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2007. - 268 с.

3.6. Радиационные поражения человека

3.6.2. Биологическое действие инкорпорированных радионуклидов

У многих радионуклидов существенная в биологическом отношении активность содержится в очень малом количестве вещества. Так, масса 50 мкКи полония-210 (доза, при поступлении которой в организм человека можно ожидать развития глубоких нарушений функций печени и почек) составляет всего 12´10 -9 г, а 1 мКи стронция-90 (ЛД _50/30 для крыс) содержится в 8 мкг этого изотопа. Даже труднорастворимые соединения радионуклидов в столь малых количествах часто оказываются в растворе в виде ионов, что значительно облегчает их проникновение через биологические барьеры, всасывание и распространение по организму.

3.6.2.1. Пути поступления радиоактивных веществ в организм

Во внутреннюю среду РВ могут попасть ингаляционно, через стенки желудочно-кишечного тракта, через травматические и ожоговые повреждения, через неповрежденную кожу. Всосавшиеся РВ через лимфу и кровь могут попасть в ткани и органы, фиксироваться в них, проникнуть внутрь клеток и связаться с внутриклеточными структурами.

Знание пути поступления радионуклида в организм весьма важно в практическом отношении. У ряда РВ характер всасывания, распределение по органам и тканям, выведение и биологическое действие существенно зависят от пути поступления.

Ингаляционное поступление радиоактивных веществ. Общая поверхность альвеол составляет около 100 м 2 , что приблизительно в 50 раз превышает поверхность кожи, и при контакте, особенно профессиональном, с аэрозолями РВ, радиоактивными газами и парами ингаляционный путь заражения является основным.

Радионуклиды, попавшие в органы дыхания, в различной степени могут задерживаться в легких и верхних дыхательных путях. На количество РВ, остающееся в органах дыхания после выдоха, влияют прежде всего аэродинамические свойства аэрозоля, зависящие от размера, плотности, формы частиц, от их влажности, гигроскопичности, растворимости и химической природы. В легких откладываются преимущественно частицы диаметром от 0,01 до 1 мкм. Имеют значение 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.

Метаболизм радионуклидов, оставшихся после выдоха в органах дыхания, определяется следующими основными процессами:

- ретроградным выносом частиц со слизью в результате деятельности мерцательного эпителия в глотку с последующим их заглатыванием (отчасти, отхаркиванием);

- резорбцией РВ в кровь через альвеолярные мембраны с последующим отложением в органах или выведением. Резорбции подвергаются преимущественно растворимые частицы. В зависимости от их растворимости время резорбции может составлять от нескольких десятков минут до нескольких дней и даже более. Степень резорбции одного и того же радионуклида сильно зависит от химической формулы соединения, в состав которого он входит;

- фагоцитозом макрофагами нерастворимых частиц и коллоидных форм радионуклидов. Часть захвативших радионуклиды фагоцитов ретроградно удаляется в глотку и заглатывается или отхаркивается. Другая часть транспортируется лимфой и откладывается в бронхо-легочных узлах. Наибольшее практическое значение этот вид отложения имеет при ингаляционном поступлении нерастворимых или слабо растворимых соединений плутония, тория, цезия.

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 суток. Еще прочнее фиксация РВ в бронхо-легочных лимфатических узлах, куда они попадают с фагоцитами.

При оценке опасности ингаляционного поступления РВ учитывают лучевую нагрузку на легкие, эпителий бронхов, регионарные лимфатические узлы, на стенку желудочно-кишечного тракта, последствия резорбции, а в случае ингаляции гамма излучающих радионуклидов определенное значение может иметь и облучение других органов грудной полости.

При поступлении радионуклидов через органы дыхания их химические соединения подразделяются на три ингаляционных класса в зависимости от длительности эффективного периода полувыведения (Т_эфф.) из легких. К классу «М» (медленный) отнесены соединения с Т_эфф. более 100 сут., к классу «П» (промежуточный) - с Т_эфф. от 10 до 100 сут. и к классу «Б» (быстрый) - с Т_эфф. менее 10 суток.

Поступление радиоактивных веществ через желудочно-кишечный тракт. Желудочно-кишечный тракт - второй основной путь поступления РВ в организм. Оно может произойти как непосредственно после их попадания во внешнюю среду, так и после прохождения по биологическим цепочкам. Поражающее действие при алиментарном поступлении радиоактивных веществ связано как с лучевой нагрузкой на стенку пищеварительного тракта, так и с всасыванием РВ в кровь и лимфу.

Продвижение радионуклидов по желудочно-кишечному тракту не имеет каких-то особенностей по сравнению с нерадиоактивными веществами, содержащимися в пище. Резорбция РВ зависит от химических свойств вещества (главным образом, растворимости), физиологического состояния желудочно-кишечного тракта (рН среды, моторная функция), состава пищевого рациона. Молоко, например, способствует усилению всасывания радиоактивного стронция. Резорбция радионуклидов снижается при увеличении содержания в пище стабильных изотопов этих же элементов и наоборот.

Преимущественно через ЖКТ поступают и всасываются щелочные элементы - K, Ca, Na, Rb, Cs, I, и в меньшей степени - щелочно-земельные элементы - Sr (40-60%), Co (30%), Mg (10%), Zn (10%), Ba (5%). Трансурановые элементы и редкоземельные металлы в желудочно-кишечном тракте образую труднорастворимые соединения и поэтому степень их всасывания очень низкая - Po - 6%, Ru - 3%, U -
3-6%, Pu - 0,01%, Zr - 0,01%.

Всасывание хорошо растворимых радионуклидов происходит в основном в тонкой кишке. Значительно меньше РВ всасывается в желудке. Всасывание в толстой кишке практического значения не имеет. Наиболее интенсивно и полно резорбируются растворимые радионуклиды, находящиеся в ионной форме. Радионуклиды щелочных металлов и галоидов после попадания в желудочно-кишечный тракт практически полностью всасываются в кровь. Изотопы редкоземельных элементов, плутония, трансурановых элементов вследствие склонности их солей к гидролизу и образованию труднорастворимых и нерастворимых соединений всасываются в кишке в пределах нескольких сотых-деся-титысячных долей процента от поступившего количества. Всосавшиеся радионуклиды могут повторно и неоднократно (с желчью, кишечными соками) поступать в желудочно-кишечный тракт и дополнительно
облучать его слизистую оболочку.

Все сказанное относится и к радиоактивным продуктам, вторично попавшим в желудочно-кишечный тракт после ингаляционного
поступления.

Нерастворимые и мало растворимые гамма-излучатели облучают кишечник и другие органы брюшной полости, а бета-излучатели - только слизистую оболочку кишки, в основном до выведения радионуклидов с калом, в течение примерно 30 часов. Однако в криптах кишечника РВ могут задерживаться в течение длительного времени, формируя
высокие локальные дозы.

При нормировании поступления радионуклидов в организм с водой и пищей, так же как и при нормировании ингаляционного поступления, исходят из той предпосылки, чтобы при достижении предела годового поступления (ПГП) величина дозы, накопленной за год, равнялась величине соответствующего годового предела дозы.

Поступление радиоактивных веществ через неповрежденные кожные покровы, раневые и ожоговые поверхности. Большинство радиоактивных веществ практически не проникают через неповрежденную кожу. Исключение составляют окись трития, йод, нитрат и фторид уранила, а также полоний. Коэффициенты резорбции в этих случаях
составляют сотые и тысячные доли единицы.

Проникновение РВ через кожу зависит от площади загрязненного участка, от физико-химических свойств соединения, в состав которого они входят, растворимости в воде и липидах, рН среды, от физиологического состояния кожи. Всасывание радионуклидов повышается при повышении температуры среды вследствие расширения кровеносных и лимфатических сосудов, раскрытия сальных и потовых желез.

Требует особого внимания радиоактивное загрязнение ран в производственных и лабораторных условиях. Основную опасность в случае производственного заражения представляет резорбция высокотоксичных радионуклидов (например, полоний), которая у растворимых РВ может достигать десятков процентов от общего количества, поступившего в рану. Большие количества РВ могут поступить не только через колотые или резаные раны, но и через небольшие царапины и ссадины. Всасывание через них щелочных, щелочноземельных элементов и галоидов в 100-200 раз превышает резорбцию через неповрежденную кожу; это всасывание с поверхности раны трудно растворимых РВ (чаще всего относится и к продуктам ядерного взрыва) происходит медленнее и в значительно меньшем количестве, но все же в сотни раз интенсивнее, чем через интактную кожу. С поверхности ожогов I-II степеней продукты ядерного взрыва всасываются всего в 2-10 раз быстрее.
Проявление общего действия резорбированных продуктов ядерного взрыва с раневых и ожоговых поверхностей мало вероятно. Лишь в редких случаях возможно поступление через раны значительных количеств редкоземельных элементов.

Резорбция плохо растворимых соединений РВ в основном происходит по лимфатическим путям, в результате чего радионуклиды накапливаются в лимфатических узлах. Оттуда некоторая часть радионуклидов с фагоцитами поступает в органы ретикулоэндотелиальной системы. Последствия резорбции чаше всего связаны с избирательной тропностью тех или иных изотопов к отдельным органам (новообразования, лейкозы, другие системные заболевания крови).

В месте нахождения радионуклида в плохо растворимой форме могут возникнуть опухоли (чаще остеогенные саркомы). Имеет значение и воздействие ионизирующего излучения на течение раневого процесса. При поступлении в рану большого количества плохо резорбирующихся радионуклидов под влиянием облучения в клетках тканей раневой поверхности развиваются дегенеративные и некротические процессы, снижается способность клеток к размножению. В ранах часто развиваются гнойные, иногда анаэробные процессы. Медленно отторгаются некротизированные ткани, замедляется регенерация.

3.6.2.2. Метаболизм радиоактивных веществ, всосавшихся в кровь

В крови радионуклиды могут находиться в свободном состоянии или в составе различного рода химических соединений и комплексов. Значительная часть радионуклидов связывается протеинами. Часть радионуклидов, попавших в кровь, выводится из организма, другая часть проникает в органы и депонируется в них. Знание характера распределения, особенностей обмена и депонирования РВ, возможного их перераспределения со временем необходимо для предсказания преимущественного поражения того или другого органа, дозы облучения этого критического органа, клинических проявлений и исхода поражения.

Понятия концентрация и содержание радионуклида в органе не являются синонимами. Под концентрацией понимают удельную активность радионуклида, выражаемую в Бк/г, а содержание - это абсолютное значение активности в целом органе. Концентрация РВ в органе после однократного поступления постепенно снижается, что зависит от радиоактивного распада изотопа и его биологического выведения.

Суммарная константа уменьшения концентрации изотопа в органе (Т_эфф.) представляет собой сумму констант радиоактивного распада и биологического выведения. При расчетах чаще пользуются понятием эффективного периода полувыведения - Т_эфф. Он связан с периодом полураспада и периодом биологического полувыведения:

При длительном поступлении РВ в организме или в отдельном органе ежедневно накапливается определенная доля поступившего за эти сутки количества. Показателем этого накопления служит величина, называемая «кратностью накопления». Эта величина показывает, во сколько раз содержание радионуклида превышает величину его ежедневного поступления. Так, если к концу поступления РВ в организме содержится 150% от величины суточного поступления, кратность накопления составит 1,5.

Бывает, что после одноразового сравнительно массивного радиоактивного заражения поступление РВ в организм не прекращается полностью, а продолжается длительное время, но в меньших количествах. В этих случаях могут преобладать (в зависимости от уровня поступления) либо процессы депонирования в органе, либо процессы выведения из него.

3.6.2.3. Выведение радиоактивных веществ из организма

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 РВ экскретируются с калом и мочой. С калом преимущественно выводятся РВ, поступившие алиментарным путем, а также и 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.

Динамика выведения РВ из организма описывается теми же формулами, которые приводились в предыдущем разделе при характеристике скорости уменьшения концентрации радионуклидов в отдельных органах. По содержанию РВ в выделениях можно судить о количестве их в организме как на момент определения, так и на момент поступления.

Таким образом, в обмене поступивших в организм радионуклидов можно выделить четыре основные стадии:

- образование на месте поступления первичного депо (кожа, раны, слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, верхних дыхательных путей);

- всасывание с мест поступления в кровь или лимфу;

- депонирование в критическом органе (образование вторичных
депо);

- выведение различными путями, в том числе и с явлениями
рециркуляции.

Продолжительность названных стадий существенно различается для различных радионуклидов и их соединений, а также для разных путей поступления РВ в организм.

Указанные положения должны учитываться при оценке клинической картины поражения и планировании лечебно-профилактических мероприятий. Особенности пространственного и временного распределения дозы определяют характер течения поражения отдельными радионуклидами, различающийся как по особенностям проявления, так и по срокам формирования эффектов. В зависимости от этого меняются и конкретные диагностические, и лечебные мероприятия в различные сроки с момента заражения, и прогностическая оценка данных радиометрических определений.

3.6.2.4. Биологическое действие радиоактивных веществ

При внутреннем радиоактивном заражении (инкорпорации радионуклидов) количество поступивших в организм радионуклидов чаще всего не может создать в течение короткого времени дозы, достаточно высокой для развития острого лучевого поражения. В этих случаях более характерно развитие хронической лучевой болезни.

При внутреннем радиоактивном заражении концепция критического органа представляется сложнее, чем при общем внешнем облучении. В этом случае прежде всего имеют значение особенности распределения радионуклидов по органам и тканям (тропность радионуклидов). Важным фактором являются значения пороговых повреждающих доз для разных тканей. По способности преимущественно накапливаться в тех или иных органах выделяют следующие основные группы радиоактивных элементов (табл. 42).

Таблица 42 - Типы распределения радиоактивных элементов в организме

Элементы 1 группы периодической системы:
Н, Li, Na, К, Rb, Cs, Ru, Cl, Br и др.

Влияние полония на организм человека

Среди всех существующих интоксикаций отравление полонием - одно из самых страшных. Оно характеризуется тяжелыми симптомами и приводит к необратимым последствиям. Являясь радиоактивным элементом, полоний поражает человека вплоть до смертельного исхода. Благо, отравится им не так уж легко. И все же узнать о том, где мы можем сталкиваться с этим опасным веществом, будет не только интересно, но и поучительно.

Определение металла - полоний

Полоний - это радиоактивный химический элемент в виде мягкого металла серебристого цвета. В мизерных количествах полоний встречается в природе. В микроскопических дозах изотопы полония содержаться в некоторых продуктах питания, например, смородине и клубнике. На растения они попадают из почвы или воздуха. Толика полония присутствует в морской воде, а поэтому и в морской рыбе.

Искусственно полоний производится в атомных реакторах с помощью облучения изотопов висмута. В малом количестве его используют в промышленности. Он настолько опасен для жизни, что работают с этим материалом только в специальных герметичных боксах, предварительно облачившись в защитные костюмы. Ни в коем случае нельзя допускать его контакт с телом. Попав в организм даже в очень маленьких дозах (менее одного грамма), он необратимо разрушает внутренние органы и ткани, поражает все системы жизнедеятельности. Полоний в 4 триллиона раз токсичнее синильной кислоты.

В большей степени вредоносными для человеческого здоровья являются излучаемые полонием альфа-частицы. Они и становятся причиной разрушения органов и образования злокачественных опухолей.

Этот редкий химический элемент был открыт еще в 1898 году семейной четой Кюри и назван в честь родины супруги семейства - Польши. Женщина получила за открытие Нобелевскую премию.

Использование полония в промышленности

В промышленной деятельности обычно используют с так называемым полонием-210, период полураспада которого самый короткий - 138 дней и 9 часов. В основном его используют, чтобы снять статическое напряжение. Кроме того, полоний применяют в космонавтике и машиностроении, в создании нейтронных источников и радиоактивного оружия. Также предпринимают попытки лечить рак полонием, который способен убивать метастазы.

Серебристый металл применяли на космических кораблях, чтобы обогревать аппаратуру. Для этого его нужно немного, а по количеству производимой энергии он обходит другие атомные источники.

Как отличный антистатик полоний используют в пульверизаторах для покраски автомобилей. Подача воздуха происходит через ионизатор с полонием. Раньше вещество использовали, чтобы уменьшить напряжение возникновения искры в автомобильных свечах зажигания.

Из-за угрозы ядерного терроризма полоний должен жестко контролироваться в любой стране.

Истории отравления организма человека полонием

История приводит в доказательство опасности полония некоторые известные смертельные случаи при отравлении организма человека. Дочь первооткрывателей вещества Ирен Кюри умерла от лейкемии. Считается, что она получила отравление радиоактивным полонием, работая с ним в лаборатории. Через время это привело к болезни и смерти.

В наше время громкое отравление полонием случилось в 2006 году, когда в Лондоне серебристый порошок подсыпали в чай критику Москвы, бывшему работнику КГБ, Александру Литвиненко. Чтобы диагностировать попадание элемента в организм, врачам понадобилось несколько недель. Все признаки указывали на то, что Литвиненко получил радиационное поражение. Но так как счетчик, который замеряет подобные заражения, не мог обнаружить вещество, ученые склонялись к мнению, что больной поражен радиоактивным таллием. Полоний нелегко определить в организме, медицинская практика сталкивается с подобными случаями крайне редко.

Ученые случайно обнаружили вещество в организме Литвиненко, хотя для того, чтобы понять причину болезни, были запущены мощные средства. В тот день, когда ученые наконец-то выявили причину отравления, Литвиненко умер. Его болезнь развивалась в течение месяца и привила к смертельному исходу, несмотря на то, что за его жизнь боролись опытные британские специалисты.

Существует версия, по которой смерть палестинского лидера Ясира Арафата в 2004 году наступила вследствие отравления полонием.

Важно! Получить отравление полонием в быту сложно. Это редкое вещество строго контролируется государством.

Хотя полонию не существует противоядия, убить им не так и просто. Доступ к этому редкому серебристому порошку имеют немногие, так как объекты, на которых производится полоний, жестко контролируются правительством. А попасть случайно в организм с едой или любым другим способом в смертельных дозах он не может.

Вред курения для организма человека из-за полония в табаке

Полоний накапливается в табаке, листья которого содержат радиоактивные частички, которые не удаляются во время обработки - это одна из причин вреда курения. В 2008 году ученые Стэндфордского университета и клиники Майо в Рочестере провели исследования в данной области. Их выводы относительно накопления полония в табаке красноречивы: «Производители табака обнаружили этот элемент более 40 лет назад, попытки изъять его были безуспешны».

При активном курении полоний скапливается в организме очень медленно. Его действие не будет заметным быстро. Но через определенный промежуток времени этот радиоактивный элемент способен вызвать рак легких.

Хуже всего, что производители сигарет, знают о проблеме, но пытаются скрыть ее от потребителей. Много лет они пытались избавиться от проблемы, используя разные технологии обработки сырья и даже генную инженерию. Но их попытки оказались безуспешными. Не помогают в данном вопросе и сигаретные фильтры.

Ученые предлагают размещать информацию о присутствии полония в табаке на сигаретных пачках. Но пока их энтузиазм не находит отклика у производителей.

Причины раковых заболеваний организма человека из-за полония

Американские исследователи в 1991 году провели обследование работников одного из ядерных предприятий США, которые проработали там с 1944 по 1972 год; ученые обнаружили, что многие из них заболели на рак почек и легких - одной из основных причин онкологий считают именно полоний. Строгие меры безопасности не были способны оградить здоровье работников полностью.

В лабораториях, где проводятся работы с опасным веществом, нельзя хранить ни воду, ни еду, ни косметику. Более того, то, что люди едят и пьют, нельзя ставить на полки, на которых хоть раз держали полоний. Малейший контакт с серебристым порошком может привести к непоправимым последствиям.

Опыты, которые проводились на лабораторных крысах, показали, что полоний приводит к образованиям опухолей толстого кишечника, почек, семенников и других органов. Кроме того, он вызывает изменения в крови и цирроз печени.

Симптомы отравления организма человека полонием

Полоний становится жизненно опасным, попадая в организм человека, указываю на симптомы тяжелого отравления. Это может случиться через дыхательные пути, если надышаться полонием. Заражение способно произойти через рану на теле. Самым надежным способом отравления считается попадания полония в пищевод, то есть с едой или напитками.

Признаки отравления таким редкостным ядом на самом деле не уникальны. Это одна из причин, почему диагностировать отравление полонием очень сложно. Попадая в организм, он начинает медленно, но уверенно разрушать его. Частички элемента оседают в костном мозге, коже, почках, печени и селезенке. Достаточно 0,1-0,2 мкг, чтобы запустить машину смерти в человеке. Данная доза способна убить за месяц-два. Если увеличить дозу, смерть наступит быстрее.

Если количество вещества, попавшего в организм, небольшое, у больного наблюдаются следующие признаки:

боль в животе,
тошнота,
рвота,
диарея,
запор,
повышение артериального давления,
учащенное сердцебиение,
усталость, вплоть до апатии,
онемение пальцев на руках и ногах,
помутнение сознания и бред,
нарушение зрения.

О тяжелом отравлении говорят такие симптомы:

организм стареет на глазах,
обостряются хронические заболевания,
кожа и ногти становятся тонкими,
выпадают волосы,
изменения в двигательной моторике,
кровавый стул,
иммунитет перестает функционировать,
судороги,
психозы,
начинаются перебои в работе печени и почек,
распухает горло,
происходит частичная или полная слепота,
образовываются опухоли в разных местах.

Тяжелая симптоматика возникает при дальнейшем развитии лучевой болезни. Поражаются все внутренние системы: пищеварительная, кроветворная, сердечная, нервная. Наиболее губительно полоний действует на печень, почки и костный мозг. Поэтому функционирование этих органов отказывает в первую очередь.

Важно! Из-за сложности обнаружения полония в организме, установить правильный диагноз медикам тяжело.

Полоний сложно обнаружить в крови. Чтобы понять причину болезни, медикам необходимо сделать большое количество анализов. Так как симптомы отравления подобны признакам отравлений другими тяжелыми металлами, выдвинуть версию интоксикации именно полонием непросто.

Если вовремя не определить причину болезни, летальный исход наступает необратимо. Зная причину заболевания, врачи могут только облегчить страдания и продлить жизнь.

Первая помощь при отравлении организма человека полонием

При отравлении организма человека полонием, необходимо срочно оказать первую помощь:

Уже в больнице врачи будут регулярно промывать больному желудок, бороться за работу печени и почек с помощью всевозможных препаратов. Оказать более ощутимую помощь могут решительные методы: пересадка костного мозга и переливание крови.

Заключение

Радиоактивный полоний является одним из самых сильных ядов в мире. Работая с ним, важно соблюдать все меры предосторожности. Необходимо использовать специальные костюмы, не прикасаться к веществу, ни в коем случае не хранить рядом напитки или еду. Заражение полонием очень болезненно и смертельно для человека. Квалифицированная помощь может облегчить состояние, но вылечить полностью не способна.

Курение - как медленный процесс накопления ядовитого вещества в организме - также является опасным. Об этом следует не забывать активным курильщикам. Приложить усилия для того, чтобы бросить вредную привычку, на самом деле жизненно важно. Берегите себя!

Разгадана загадка полония

Полоний вызывает у физиков интерес не только из-за своей радиоактивности и связанных с нею космическими приложениями, но и благодаря своей необычной структуре. Это единственный химический элемент, который при низкой температуре предпочитает образовывать кристаллы простой кубической упаковки (известны и другие кристаллы с простой кубической структурой, например, NaCl, но они получаются как минимум из двух элементов). Его химические гомологи (то есть элементы-близнецы, которые находятся в периодической таблице над полонием и имеют ту же валентную электронную оболочку) — теллур и селен — такой особенностью не обладают; их кристаллы образуют гораздо менее симметричную (тригональную) упаковку.

Причина такого исключительного положения полония среди других элементов долгое время оставалась неясной. Экспериментальные методы в этом случае помогают мало, поскольку из-за своей высокой радиоактивности первоначально чистый образец полония быстро «засоряется» продуктами распада, которые мешают распознать «устройство» чистого полония.

С помощью теоретических расчетов тоже долго не удавалось объяснить структуру кристалла полония и его отличие от гомологов. Конечно, зная устройство электронной оболочки элемента, можно в принципе предсказать и структурные свойства составленного из него простого вещества, но для тяжелых многоэлектронных атомов эта задача оказывается очень трудоемкой.

Однако методы расчета электронных структур улучшаются, компьютеры становятся быстрее, и это в конце концов приводит к лучшему пониманию свойств вещества. Физики и химики из Института физики материалов в чешском городе Брно, которые уже несколько лет интересуются структурой полония, опубликовали недавно результаты своих исследований, дающие ключ к этой загадке. Их работа D. Legut, M. Friak, M. Sob, Phys. Rev. Lett. 99, 016402 была направлена в редакцию 26 октября 2006 года и опубликована 6 июля 2007 года.

Вооружившись целым набором методов расчета электронных структур твердых тел, разработанных в последние годы (в том числе и самими авторами), чехи рассчитали предпочитаемые кристаллические решетки при низких температурах для полония и его гомологов. Выяснилось, что ключевую роль в предпочтении полония играют релятивистские эффекты в динамике электронов. Из-за большого заряда ядра электроны в полонии притягиваются сильнее и потому движутся в среднем со скоростями, более близкими к скорости света, чем в селене и теллуре. Это сказывается на энергии того или иного расположения атомов, а значит и на предпочтениях кристаллической решетки. Авторам даже удалось найти среди разнообразных релятивистских поправок именно те, которые обеспечивают кубическую решетку полония.

Конечно, этот переход от релятивистских поправок в уравнениях к кубической решетке нельзя назвать интуитивно понятным. Очень хотелось бы найти более простой и прозрачный критерий, на основании которого данный элемент выбирает ту или иную решетку. Но по-видимому, для тяжелых атомов эта мечта несбыточна, и в этой ситуации приходится довольствоваться тем, что сложные расчеты из первых принципов хорошо описывают наш мир.

Авторы, кстати, не ограничились только описанием имеющихся данных. Повторив вычисления для слегка сжатого или слегка растянутого кристалла полония, они предсказали то, как он должен реагировать на механическое воздействие. Была, например, обнаружена чрезвычайно большая (даже для кубических кристаллов) анизотропия упругости — при растяжении вдоль диагонали кубической решетки кристалл оказался гораздо более податливым, чем при растяжении вдоль других направлений. Кроме того, они предсказали интересную перестройку кристаллической решетки при давлении в несколько десятков тысяч атмосфер. Авторы надеются, что эти предсказания можно будет проверить в эксперименте в ближайшее время.

Любопытно отметить, что, рассказывая во введении о присутствии полония в природе, авторы говорят: «Несмотря на то, что полоний встречается так редко, он влияет на наши жизни через воздух, почву и растения, такие как табак, грибы и даже чай». При этом они ссылаются на результаты опубликованных в научной литературе исследований, в том числе и на занятную статью сирийских исследователей M. S. Al-Masri et al., J. Rad. Nucl. Chem., 260, 27 (2004). В этой статье говорится о том, что следы полония были найдены в 34 сортах чая и 9 сортах мате, купленных на местном сирийском рынке, и даже вычисляется средняя годовая доза облучения, получаемая типичным сирийцем через чай.

Источник: D. Legut, M. Friak, M. Sob, Why Is Polonium Simple Cubic and So Highly Anisotropic? // Physical Review Letters, 99, 016402 (6 июля 2007 года).

Читайте также: