Допустимые пределы внутреннего облучения

Допустимые пределы внутреннего облучения

Под внутренним облучением понимают воздействие на организм ионизирующих излучений радионуклидов, находящихся внутри организма. Такой вид облучения возможен при вдыхании, заглатывании радиоактивных изотопов и проникновении их в организм через кожный покров.

Особенность действия радионуклидов на организм по сравнению с любыми фармакологическими препаратами или промыш- ленными ядами заключается в том, что поражающим началом при их попадании внутрь в большинстве случаев является ионизирующее излучение, а не химическая активность радионуклидов и их соединений. Это обусловлено ничтожно малой массой радионуклидных веществ при соответствующей высокой активности. Так, например, лечебная доза радиоактивного йода - 131I, вводимого в организм для разрушения злокачественной опухоли щитовидной железы, может составлять 370 МБк. При выражении указанной ве-

личины в массовых единицах оказывается, что 370 МБк 131I соответствует массе 0,081 мкг; в то же время средняя суточная потребность в йоде взрослого человека составляет 150 мкг. Особое место в этом отношении занимают 87Rb, 115In, 144Nd, 147Sm, 187Яе, 238U, для которых химическая токсичность выдвигается на первое место. В то же время от химических свойств большинства радиоактивных изотопов или их соединений зависят характер распределения их по органам и системам и скорость выведения из организма. Следовательно, от химических свойств радионуклидов зависят тропность и сроки воздействия ионизирующего излучения.

Одним из наиболее известных фактов тяжелых последствий внутреннего переоблучения является высокая смертность от рака легких среди горняков копей по добыче свинцовых руд в Иоахимстали (ныне г. Яхимов в Чехии) и Шнееберге. Повышенная смертность рудокопов от специфического легочного заболевания, получившего еще в XVI в. название «горная болезнь», привлекла внимание врачей. В 1879 г. было установлено, что это рак.

Смертность от рака легких среди рудокопов этих районов была во много раз выше по сравнению с населением в целом. В то же время опухоли другой локализации у рудокопов встречались с той же частотой, что и среди контрольной группы.

Исследования по оценке условий труда в шахтах указанных районов позволили установить, что в воздухе свинцовых рудников имелись высокие концентрации радона и его дочерних продуктов. За 17 лет работы рудокопов (средний срок развития у них рака) ткани легких получали дозу не менее 10 Зв.

Другой случай внутреннего переоблучения, известный под названием «катастрофы в Нью-Джерси» (США), связан с производ- ством светящихся циферблатов. Свойство сернистого цинка давать вспышку света при торможении в нем α-частиц было использовано для получения светосоставов постоянного действия. В качестве примеси к сернистому цинку добавляли радий или мезоторий от 5 до 300 мг на 1 г сернистого цинка. Краски с указанным составом в 20-е годы ХХ в. получили широкое распространение в приборо- строении. Работницы соответствующих предприятий при нанесении штрихов на циферблаты часто заостряли кончики кисточек губами. При этом они заглатывали ничтожно малые количества радия. На протяжении ряда лет происходило постепенное накопление его в организме. Через 3 года от начала работы у отдельных

работниц развивалась анемия, возникала болезненность лицевых костей черепа с последующим разрушением верхней и нижней челюстей. Часть работниц погибли от инфекционных осложнений. У оставшихся в живых наблюдалось кистозное перерождение костной ткани челюстей с развитием злокачественных опухолей. Средний срок возникновения злокачественных новообразований при этом составил 15 лет. К 1926 г. (за десятилетний период) из числа красивших циферблаты погибла 41 работница. Установлено, что накопление радия в организме погибших составляло от 1,4 до 180 мкг, а суммарная доза, приводившая к перерождению облучаемых тканей, во всех случаях - не менее 10 Зв.

Указанные материалы послужили основой для проведения исследований, касающихся оценки последствий, связанных с приемом внутрь водных растворов радия пациентами, страдающими сильными ревматическими болями (растворы радия в 20-е годы использовались для лечебных целей, так как исключительная опасность его при приеме внутрь была неизвестна). Среди паци- ентов, принимавших растворы радия, были выявлены практически здоровые люди, хотя в отдельных случаях содержание радия в организме достигало 3,7-7,4 кБк. Такому отложению радия в скелете соответствовала мощность дозы 50-100 мЗв/сут при 25-летнем облучении.

На основании материалов указанных исследований Национальное бюро стандартов США впервые разработало рекомен- дации о недопустимости накопления в организме в течение всей жизни человека более 1 мкг радия, считая, что вероятность возникновения злокачественных новообразований при превышении этой величины резко возрастает. Одновременно было предложено принять в качестве допустимого содержания радия в организме (с учетом произвольного коэффициента запаса 10) величину 0,1 мкг.

При оценке допустимого содержания в организме других радионуклидов было предложено исходить из допустимого уровня радия. В последующем допустимое содержание радия стало использоваться для расчетов допустимых в организме количеств остеотропных нуклидов.

В настоящее время рассчитывают не предельно допустимое содержание, а предел годового поступления, исходя из дозового предела внутреннего облучения.

Предел годового поступления радионуклидов в организм зависит от степени опасности радиоактивных элементов при попадании внутрь и определяется их радиотоксичностью.

Радиотоксичность - свойство радиоактивных изотопов вызывать большие или меньшие патологические изменения при попадании их в организм.

Радиотоксичность изотопов зависит от ряда показателей, главными из которых являются следующие:

•  вид радиоактивного превращения;

•  средняя энергия одного акта распада;

•  схема радиоактивного распада;

•  пути поступления радионуклида в организм;

•  распределение радионуклидов по органам и системам;

•  время пребывания радионуклида в организме;

•  продолжительность времени поступления радионуклида в тело человека.

Рассмотрим значение каждого из перечисленных выше показателей:

1. Степень радиотоксичности в значительной мере обусловлена видом радиоактивного превращения. При α-распаде поглощенная доза, выраженная в эквивалентной дозе (с учетом взвешивающих коэффициентов), при одной и той же активности в органе или ткани будет в 20 раз больше по сравнению с поглощенной дозой при β-распаде. Следовательно, лучевое поражение ткани или органа, облучаемых α-частицами, будет более выраженным, т.е. α-излучатель по сравнению с β-излучателем более радиотоксичен.

2. Уровень средней энергии одного акта распада влияет на величину создаваемой дозы. Так, например, поглощенная доза от 14С с энергией одного акта распада 0,053 МэВ будет намного меньше по сравнению с дозой, создаваемой при распаде 32Р, средняя энергия β-излучения которого составляет 0,68 МэВ.

3. В том случае, когда изотоп при радиоактивном превращении дает начало новому радиоактивному веществу (например, Rn - RаА - RаВ - ...), суммарная поглощенная доза может значительно превышать величину поглощенной дозы, соответствующей одному, первому акту распада цепочки. Это, естественно, повышает радиотоксичность элемента.

4. Как указывалось выше, существуют 3 различных пути поступления радионуклидов в организм: при вдыхании воздуха, за-

грязненного радионуклидами, через желудочно-кишечный тракт и кожу. Наиболее опасен первый путь. Это обусловлено двумя причинами: во-первых, большим объемом легочной вентиляции (объем воздуха, вдыхаемого профессиональными работниками за часы работы, принимается равным 2,5?106 л/год; объем воздуха, вдыхаемого взрослым человеком из населения, принимается равным 7,3?106 л/год, а потребляемое количество воды, входящей в состав пищевых продуктов или поступающей в виде жидкости, - 800 л/год); во-вторых, более высокими значениями коэффициентов усвоения, характеризующих долю отложившихся в организме радионуклидов по отношению к общей поступившей внутрь активности.

Пылевые частицы, на которых сорбированы радиоактивные изотопы, при вдыхании воздуха через верхние дыхательные пути частично оседают в полости рта и носоглотке. Отсюда пыль поступает в пищеварительный тракт. Остальные частицы проникают в легкие.

При всасывании радионуклидов из желудочно-кишечного тракта имеет значение коэффициент резорбции, характеризующий долю вещества, попадающего из желудочно-кишечного тракта в кровь. В зависимости от природы изотопа и химической формы попадающего в организм соединения коэффициент резорбции изменяется в широких пределах: от сотых долей процента (для циркония, ниобия, редкоземельных элементов, актинидов) до нескольких процентов (висмут - 1%, барий - 5%, полоний - 6%), десятков процентов (щелочноземельные элементы, галогены).

Резорбция через неповрежденную кожу в 200-300 раз меньше, чем через желудочно-кишечный тракт, и, как правило, не играет существенной роли. Исключение составляет изотоп водорода - тритий, легко проникающий в кровь через кожу даже при обычных условиях.

При попадании радионуклидов в организм любым путем они уже через несколько минут обнаруживаются в крови. Если поступление радионуклидов было однократным, то концентрация их в крови вначале возрастает максимально, а затем в течение 15-20 сут снижается. Концентрация в крови долгоживущих изотопов в дальнейшем может удерживаться практически на одном уровне в течение длительного времени вследствие обратного вымывания от- ложившихся веществ. В этом случае концентрация радионуклидов

в крови (за редким исключением) обычно меньше удельной активности отдельных тканей.

5. По характеру распределения (тропности) в организме человека радионуклиды можно условно разделить на три группы:

•  скапливающиеся преимущественно в скелете (остеотропные изотопы): кальций, стронций, барий, радий, иттрий, цирконий и цитраты плутония;

•  концентрирующиеся в печени (до 60%; из остального количества в скелете отлагается до 25%): церий, лантан, прометий, нитрат плутония;

•  равномерно распределяющиеся по органам и системам: тритий, углерод, инертные газы и цезий; с тенденцией к некоторому накоплению в мышцах: калий, рубидий, цезий; с тенденцией к накоплению в ретикулоэндотелиальной системе- селезенке, лимфатических узлах, надпочечниках: ниобий, рутений. Особое место занимает радиоактивный йод. Он селективно накапливается в щитовидной железе, причем удельная активность ткани щитовидной железы может превышать таковую других органов в 100-200 раз.

6. Время пребывания радионуклида в организме по существу определяется длительностью облучения тканей, в которых локализован изотоп. Это время зависит, во-первых, от периода полураспада изотопа (Тф) и, во-вторых, от скорости его выведения из организма, которая характеризуется периодом полувыведения (Тб), т.е. временем, в течение которого из организма выводится половина введенного радионуклида. Для количественной характеристики скорости исчезновения радиоактивного вещества из организма (а она зависит от скорости распада и выведения) используется производный показатель - эффективный период (ТЭФФ) - время, в течение которого активность изотопа в организме уменьшается вдвое. Эффективный период рассчитывают по формуле:

Эффективный период для различных радиоактивных изотопов характеризуется широким разнообразием: от нескольких часов (например, для 24Na, 64Cu) и дней (для 13111, 32Р, 35S) до десятков и

сотен лет (для 226Ra, 90S). Естественно, чем больше эффективный период у изотопа, тем выше степень его радиотоксичности, так как суммарная доза при прочих равных условиях возрастает с увеличением Тэфф.

7. Сроки поступления радионуклидов в организм имеют значение при оценке степени радиотоксичности в связи с тем, что во многих случаях коэффициенты усвоения изотопов очень малы. Поэтому даже несчастный случай заглатывания радионуклида может окончиться благополучно. При хроническом поступлении изотопа в организм возможно накопление опасного (или даже смертельного) количества излучателя, как это было в упоминавшемся выше случае использования красок с постоянным светосоставом.

Сложное сочетание этих факторов, определяемое физическими и химическими свойствами радионуклидов, приводит к большому разнообразию величин, характеризующих допустимое содержание радиоактивных веществ в организме, годовые пределы годового поступления радионуклидов с воздухом и водой.

Предел годового поступления (ПГП) - поступление данного радионуклида в организм условного человека, которое приводит к облучению в ожидаемой дозе, равной соответствующему пределу годовой эффективной (или эквивалентной) дозы.

При подсчете вклада в общее (внешнее и внутреннее) облучение от поступления в организм радионуклидов берут сумму произведений поступлений каждого элемента за год на его дозовый коэффициент.

Годовая эффективная доза облучения равна сумме эффективной дозы внешнего облучения, накопленной за календарный год, и ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения, обусловленной поступлением в организм радионуклидов за этот же период.

Интервал времени для определения величины ожидаемой эффективной дозы устанавливается равным 50 лет для лиц из персо- нала и 70 лет для лиц из населения.

Допустимая среднегодовая объемная активность (ДОА) - отношение ПГП радионуклида к объему (V) воздуха и массе воды (М), с которыми радионуклид поступает в организм человека в течение календарного года.

YAmedik.org