ГЛАВА 12 ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОНУКЛИДНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ГЛАВА 12 ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОНУКЛИДНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

При загрязнении окружающей среды радиоактивными продуктами в результате испытаний ядерного оружия или в процессе поступления в окружающую среду радиоактивных отходов возникает дополнительное внешнее и внутреннее облучение населения свыше тех доз, которые обусловлены естественным радиационным фоном.

Дополнительное внешнее облучение может быть при накоплении радионуклидов на поверхности земли, при этом в основном доза облучения будет обусловлена γ-излучателями или прохождением над населенным районом радиоактивного облака.

Дополнительное внутреннее облучение возможно при попадании радионуклидов в организм при вдыхании загрязненного воздуха и алиментарным путем: при использовании загрязненных радионуклидами воды и пищевых продуктов. Общая схема миграции и путей поступления радиоактивных изотопов в организм человека представлена на схеме 2.

Значимость каждого из указанных на схеме путей поступления радионуклидов в организм неодинакова. Так, в случае неконтролируемого постоянного выброса в атмосферный воздух значительного количества радиоактивных отходов в виде аэрозолей на прилегающих к таким объектам территориях создаются такие условия, при которых для проживающего населения наибольшую потенциальную опасность будет представлять аэрогенный путь поступления изотопов в организм. При неконтролируемом постоянном сбросе жидких радиоактивных отходов с высокой удельной активностью

в открытые водоемы, используемые для целей водоснабжения, появляется потенциальная опасность попадания радиоактивных продуктов в организм с питьевой водой и т.д.

Схема 2. Миграция радионуклидов из окружающей среды в организм человека (по А.Н. Марею)

В настоящее время дополнительное облучения населения за счет искусственных радионуклидов, поступивших в окружающую среду, обусловлено истпытаниями ядерного оружия, проведенными до подписания договора об их запрещении. В результате испытаний к 1973 г. в биосферу было выброшено, по оценкам различных авторов, только одного 90Sr 0,6 ЭБк. Еще больше поступило 137Cs. Радиоактивность атмосферы Северного полушария за счет 14С при интенсивных истпытаниях возросла примерно на 50%. В период испытаний в зависимости от их интенсивности, зон и районов земного шара удельная активность приземного слоя воздуха по долгоживущим искусственным изотопам колебалась в пределах от 3,7?10-3 до 5,5?10-4 Бк/м3. Так, в районе Москвы в течение 1957-1959 гг. удельная активность воздуха в среднем находилась примерно на одном уровне - от 11,8?10-2 до 18?10-2 Бк/м3. В 1960 г. она уменьшалась в 5 раз по сравнению с предыдущим годом. В 1961 г. до возобновления испытаний средняя концентрация долгоживущих изотопов была равна 4,8?10-3 Бк/м3, а после возобновления истпытаний достигла 11,4?10-2 Бк/м3. Удельная активность атмосферного воздуха по 90Sr в период истпытаний варьировала от 14,8?10-6 до 4,1?10-4 Бк/м3. После прекращения испытаний ядерного оружия повседневно удельная активность воздуха снижалась. Так, в атмосферном воздухе 90Sr (10-6 Бк/м3) в 1991 г. составлял 2,4, в 1996 г. - 1,29.

В табл. 45 представлена плотность выпадений на поверхности земли в Москве (выпадения примерно соответствуют средним зна- чениям вьтадений в целом по Российской Федерации и СНГ, за исключением территорий, загрязненных выбросами ЧАЭС).

Таблица 45. Динамика содержания суммарной β-активности, 90Sr и 137Cs в атмосферном воздухе и выпадениях в Москве за период 1957-2007 гг.

Продолжение табл. 45

Окончание табл. 45

Примечание. В знаменателе - данные по Московской области. Погрешность радиометрических и спектрометрических измерений составляла ?30%, радиохимических - ?50%.

Почва. Выпадающие из атмосферы долгоживущие радионуклиды накапливались в поверхностных слоях почвы, очищение которой происходит достаточно медленно за счет радиоактивного распада и механического удаления, в том числе и за счет перехода в растительность. Максимальное содержание в почве отмечалось в 1966 г. и составляло 1,4 кБк/м2 90Sr и 2,2 кБк/м2 137Cs, а к настоящему времени оно составляет в среднем по России примерно 1 кБк/м2 и около 1,7 кБк/м2 соответственно.

Периоды механического полуочищения почвы варьируют в широких пределах, особенно для 137Cs, и определяются физикохимическими свойствами почвы, характером растительности, ги- дрологическим режимом, химической формой нахождения нуклида в почве и др. Балансовые расчеты, выполненные по средним для страны показателям ежегодных атмосферных выпадений и содержания в почве, показали, что очищение почвы от 90Sr происходит с полупериодом в 15 лет, а от 137Cs - 20 лет.

Вода. Поступление радионуклидов в водоемы происходит в результате как непосредственного оседания на зеркало водоема, так и в большей степени в результате смыва радиоактивных веществ с почвы водосборной территории талыми и дождевыми водами, интенсивность которого в значительной степени зависит от климатических условий, топографии местности, растительного покрова и т.п. За этот период происходит основное (до 80%) поступление радионуклидов в водоемы. Поэтому концентрация радионуклидов в поверхностных водах подвержена существенным годовым и сезонным колебаниям. В воде открытых водоемов средней полосы Северного полушария содержание 90Sr и 137Cs колеблется от единиц до нескольких десятков мБк/л. В настоящее время содержание 90Sr в реках и озерах на территории России, не затронутых Чернобыль- ской аварией, колеблется в пределах 5-10 мБк/л, в Московском регионе - 6 мБк/л 90Sr и 1 мБк/л 137Cs.

Из большого количества радиоактивных осколков, возникающих при ядерных взрывах и выпадающих в составе глобальных осадков, основную роль в возможном дополнительном внутреннем облучении играют 90Sr и 137Cs, с которыми можно сравнивать дозу за счет 14С. По данным НКДАР при ООН, 14С ныне может давать вклад в интегральную дозу облучения гонад до 20%, а костного мозга - до 10%.

Являясь аналогами по своим химическим свойствам, Са и К, 90Sr и 137Cs активно включаются в биологические циклы и поступают в организм человека по пищевым цепочкам:

•  атмосфера-почва-растение (через корневую систему)-молоко и мясные продукты-человек;

•  атмосфера-растения (задержка на листьях и поглощение листьями)-молоко и мясные продукты-человек;

•  атмосфера-растения-человек и т.д.

Общее поступление 14С в атмосферу в результате испытаний термоядерного оружия оценивают в 220 ПБк. Максимальная концентрация «оружейного» углерода была в 1965 г., превышавшая естественное содержание в 2 раза. В настоящее время она составляет 25% от естественного уровня.

Относительно короткий период полувыведения 137Cs из организма (около 100 дней) приводит к тому, что при его хроническом поступлении с рационом довольно быстро (практически через несколько периодов) устанавливается равновесие. В дальнейшем при постоянстве активности пищи 137Cs в организме не накапливается. Уменьшение активности рациона по этому изотопу способствует быстрому снижению активности тела человека. Напротив, при по- ступлении в организм 90Sr, имеющего значительный период по- лувыведения (примерно 1,8?105 дней), равновесия не возникает. В связи с этим при длительном сохранении постоянной активности рациона по этому изотопу происходят постепенное накопление в костной ткани и последующее присутствие его в организме практически на протяжении всей жизни человека. Следует отметить, что загрязненность пищевых продуктов в России, Велико- британии, Франции, США находится в одних и тех же пределах, характерных для Северного полушария, хотя по отдельным районам имеются значительные различия, связанные с климатическими и геохимическими особенностями.

Определение содержания 90Sr и 137Cs в пищевых продуктах в основном было выполнено в Институте биофизики Министер- ства здравоохранения СССР и радиологических подразделениях санэпидстанций страны, ныне центров Госпотребнадзора. Для наблюдения за адекватностью результатов, полученных в санитарно-эпидемиологических станциях, Институт биофизики и Ленинградский научно-исследовательский институт радиационной гигиены осуществляли систематические контрольные измерения.

Результаты исследований периодически публиковались в материалах Международного реферативного центра по радиоактивности ВОЗ, а также включались в сводные доклады НКДАР при ООН.

Содержание 90Sr и 137С в основных видах пищевых продуктов в среднем по СССР и России за 1963-2005 гг. приведены в табл.

46 и 47.

Таблица 46. Среднее содержание 90Sr в основных пищевых продуктах на территории СССР и России, Бк/кг, л (М?т)

Таблица 47. Среднее содержание 137Cs в основных пищевых продуктах на территории СССР и России, Бк/кг, л (М?т)

Окончание табл. 47

Из таблиц следует, что максимальные уровни загрязнения всех видов пищевых продуктов 90Sr и 137Cs приходились на 1963-1964 гг. Эта закономерность обусловлена тем, что наивысшие уровни радиоактивных выпадений приходились на 1963 г. Основная часть пищевых продуктов урожая 1963 г. потреблялась и отбиралась для исследования в 1964 г., вследствие чего пик загрязнения приходится как на 1963 г., так и на 1964 г.

В период с 1964 по 1968 г. происходил постепенный, но выраженный спад загрязнения большинства видов пищевых продуктов. Для 137Cs этот спад был более резким, чем для 90Sr. Так, загрязнение пшеничного хлеба 90Sr снизилась к 1969 г. по сравнению с 1963 г. в 5,8 раза, а загрязнение 137Cs - в 13,2 раза. Загрязненность молока 90Sr снизилась к 1969 г. по сравнению с 1964 г. в 3,7 раза, а загрязненность 137Cs - в 8 раз. Уровни выпадений 90Sr и 137Cs за тот же период (с 1963 г.) снизились примерно в 9 раз.

Динамика показателей загрязнения пищевых продуктов 137Cs и 90Sr в определенной мере согласуется с данными, характеризующими выпадения этих нуклидов. Однако содержание долгоживущих изотопов в пищевых продуктах снижался непропорционально уменьшению уровня выпадений. Это обусловлено тем, что загрязнение пищевых продуктов растительного происхождения происходит двумя путями: сорбцией изотопов из воздуха и их усвоением из почвы. При этом коэффициенты пропорциональ-

ности для воздушного пути поступления в 20-200 раз выше, чем для почвенного.

Коэффициент пропорциональности для почвы - количество 90Sr в беккерелях на 1 кг или 1 л пищевых продуктов или корма животных при содержании в почве 10 МБк 90Sr на 1 км2; например, для молока по 90Sr коэффициент пропорциональности почвенного пути загрязнения равен 0,1, воздушного (цепочка воздух-трава- корова-молоко) - 1,8; для хлеба по 137Cs коэффициент пропорциональности почвенного пути равен 0,23, воздушного - 13. Если при проведении испытаний и в ближайшие 2 года воздушный путь поступления играл ведущую роль, то в дальнейшем значение по- чвенного пути возрастало. Так, например, в 1962-1964 гг. на Южном Урале доля почвенного пути поступления 90Sr в пшеницу составляла всего около 2%, а в 1966 г. - 12%. В целом по стране доля 90Sr, поступающего из почвы в молоко, с 1963 по 1975 г. возросла с 11 до 63%, в картофель - с 56 до 93%, a 137Cs соответственно с 2 до 22 и с 9 до 62%.

Уровень 137Cs и 90Sr в мясе оленей наибольший. Наличие на Севере своеобразной цепочки ягель-олень обусловило в 1963 г. содержание 137Cs в оленине до 226 Бк/кг, в 1964 г. - 1640?300 Бк/кг. В последующие годы произошло снижение его уровня, которое в 1973 г. достигло 180?25 Бк/кг. Количество 90Sr в оленине составляло в 1963 г. 7,5?1,5 Бк/кг, в 1973 г. - 0,9?0,1 Бк/кг. Среди других пищевых продуктов, удельный вес которых в рационе населения сравнительно мал, чай и ароматическая зелень (укроп, петрушка, шпинат и др.) содержали указанные радиоактивные изотопы до

1000 Бк/кг.

Рационы людей разных возрастных групп существенно различаются по количественному составу и набору пищевых продуктов, входящих в рацион. На примере городского населения страны в табл. 48. приведено относительное потребление основных пищевых продуктов некоторыми контингентами населения. Для наглядности потребление компонентов рациона детьми в возрасте от 1 года до 3 лет принято за 1.

Материалы, характеризующие поступление 90Sr и 137С в организм городского и сельского жителя СССР и России, полученные на основе данных о структуре питания и среднего по стране за- грязнения продовольствия, представлены в табл. 49.

Таблица 48. Относительное потребление основных компонентов рациона населением разных возрастных групп

Примечание. * Без масла.

Таблица 49. Содержание 90Sr и 137Cs в пищевом рационе населения СССР и России в 1963-2006 гг. (в среднем на человека)

Из таблицы видно, что наибольшее количество обоих радионуклидов в рационе городского и сельского населения приходится на 1964 г. Это объясняется тем, что в 1964 г. потреблялось загрязненное продовольствие урожая 1963 г., когда отмечалось наибольшее загрязнение пищевого сырья после завершения массовых испытаний ядерного оружия в 1961-1962 гг. Кроме того, в 1964 г. вследствие неблагоприятных погодных условий и обусловленного ими недостаточного урожая зерновых в стране получили более широкое, чем обычно, распространение темные сорта хлеба, выпеченные из муки повышенного выхода и, следовательно, содер- жащей повышенные количества оболочечной части зерна вместе с сорбированными на ней радионуклидами. За 45 лет поступление 90Sr снизилось в 4-5 раз, 137Cs - в 7-11 раз. Более резкое снижение загрязнения рациона 137Cs объясняется главным образом тем, что он прочнее фиксируется почвой и труднее переходит из нее в растительность. Вследствие этого в годы, когда интенсивность глобальных выпадений резко снизилась, почти аналогично понизилось загрязнение продовольствия 137Cs. В то же время столь же резкого падения загрязнение продовольствия 90Sr не произошло, поскольку заметная часть этого нуклида продолжала поступать в продовольствие из почвы, где содержание 90Sr за десятилетие практически не изменилось. Отмеченные закономерности подтверждаются расчетными данными, представленными в табл. 49.

Данные табл. 49 позволяют отметить, что загрязнение рациона сельского населения в период интенсивных глобальных выпаде- ний была заметно выше такового городских жителей главным образом за счет более высокого потребления на селе хлебопродуктов и картофеля. В последние годы это различие сгладилось, что обусловлено двумя процессами. Во-первых, неадекватными по темпам изменениями в структуре питания. Например, потребление молока на душу населения в городах возрастало быстрее, чем в сельской местности, где оно и без того было относительно высоким. Во-вторых, разной была и динамика загрязнения отдельных видов продовольствия, что обусловлено неодинаковой значимостью для них воздушного и почвенного путей загрязнения. Так, если за 45 лет загрязнение картофеля 90Sr снизилось в 2-2,5 раза, а 137Cs - в 10-12 раз, то загрязнение хлебопродуктов снизилось соответственно в 7-8 и в 15-16 раз. За весь период наблюдения основную роль в качестве поставщиков 90Sr играли хлебопродукты и молоко,

несколько меньшую - картофель и овощи, а в последнее время - рыба. Поставщиками "Сs, кроме указанных продуктов, в течение всего периода наблюдений являлись также мясные продукты.

В ряде населенных пунктов и районов Советского Союза содержание 90Sr и 137Cs превышало средний показатель. Так, несколько большее поступление 90Sr с рационом было зафиксировано на Дальнем Востоке, в некоторых районах Закавказья, горных районах Средней Азии (вследствие повышенной плостности осадков). Своеобразные условия сложились на Крайнем Севере, где в результате специфической цепочки (лишайник-олень-человек) поступление 137Cs в организм пастухов-оленеводов существенно превышало среднюю величину. Количество 137Cs в суточном рационе в 1965 г. достигало 1700-2600 Бк/кг сухой массы. В 1973 г. концентрация 137Cs в рационе снизилась до 110-370, в 1983 г. - до 110 Бк/кг. Специфические природно-климатические условия в районе Белорусско-Украинского Полесья обусловили в 35-40 раз большее содержание 137Cs в рационе жителей этого района, чем центральных районов страны. Последнее можно объяснить слабой фиксацией 137Cs почвами и, как следствие, интенсивной его миграцией в растения через корневую систему. Главными поставщиками цезия в рацион населения в этом случае являлись молоко (до

70%) и картофель (10-27%).

При сравнении рациона питания в СССР с так называемым «западным типом» выявлены некоторые отличия в значении отдельных пищевых продуктов как главных поставщиков долгоживущих нуклидов. Так, в США основное количество 90Sr поступает с молоком. В связи с указанными обстоятельствами количество 90Sr, поступающее с рационом в организм жителей нашей страны, несколько превышало уровень поступления 90Sr в организм населения стран Западной Европы и США (в 1,5-2 раза).

Следует отметить, что содержание 90Sr (Бк/г Са ) в скелете жителей СССР и стран Западной Европы и США близко между собой (в 1963 г.: СССР - 0,06, США - 0,06, Дания - 0,03; в 1973 г.: СССР - 0,06, США - 0,05, Дания - 0,055; в 1979 г.: СССР - 59,2, США - 41,7, Дания - 41,7). Было установлено, что отношение между 90Sr и Са в костной ткани взрослого человека населения СССР и их содержанием в рационе в 1963-1966 гг. составляло 0,02, что примерно в 2 раза меньше, чем в США (0,04-0,05) и Дании (0,06). Причины этого явления можно объяснить тем, что, во-первых,

усвоение в организме 90Sr, попавшего на продукты непосредственно из воздуха, меньше, чем невоздушное. Последнее подтверждает и динамика отношения

в СССР и США, которое с 1963 по 1973 г. изменилось с 0,55 до 0,87 на фоне значительного уменьшения плотности глобальных выпадений; во-вторых, усвоение 90Sr из рациона в СССР тормозилось в связи с тем, что в темных сортах хлеба присутствуют соединения фитиновой кислоты, ограничивающей всасывание 90Sr и Са в желудочно-кишечном тракте.

Наибольшие концентрации 90Sr в костной ткани новорожденных и детей до 4 лет были обнаружены в 1963-1964 гг., когда уровень загрязнения молока был максимальным. У лиц юношеского возраста (15-20) и взрослых пиковые значения были позднее - в 1965 г., т.е. отмечалось «запаздывание», связанное с преимущественным употреблением хлебопродуктов урожая предыдущего года.

Динамика содержания 90Sr в костной ткани детей от 0 до 1 года, сохраняя общую тенденцию, присущую в тот или иной период всем возрастным группам, имеет некоторые особенности, обусловленные характером питания ребенка на первом году жизни. Установлено, что основным источником поступления 90Sr в костную ткань новорожденных служит рацион матери, причем среднее значение отношения 90Sr/Ca в скелете новорожденного к рациону матери в нашей стране было равно 0,05 (этот показатель в Англии оказался выше в 2,5 раза, в Дании - в 3,5, что объясняется теми же причинами национальных особенностей структуры питания населения, которые указаны выше). При переходе ребенка на искусственное вскармливание (в возрасте 6-8 мес) существенно возрастет содержание 90Sr в скелете. Подобное явление наблюдают также у младенцев Западной Европы, но в возрасте 4 мес. Ранний срок перевода ребенка с грудного вскармливания на искусственное питание, по-видимому, в 60-е годы являлся главной причиной более высокого содержания 90Sr у младенцев в ряде стран по сравнению с детьми Советского Союза (табл. 50).

Таблица 50. Содержание 90Sr в костной ткани детей грудного возраста (0-1 год) в некоторых странах по данным НКДАР при ООН (1988), Бк/г Са

Соответственно динамике поступления 90Sr в биосферу был сдвиг максимального уровня его накопления от группы годовалых детей (1963) до группы пятилетних детей (1967). В последующие годы концентрации 90Sr в костной ткани детей в возрасте 1-4 лет были идентичны и имели выраженную тенденцию к снижению (0,32 и 0,055 Бк/г Са - 1963 и 1973 гг. и 0,045 Бк/г Са - 1978 г.).

Содержание 90Sr в костной ткани взрослого населения в 1959- 1965 гг. было почти в 2 раза меньше, чем у новорожденных, в 3 раза меньше, чем у детей грудного возраста, и в 4 раза меньше, чем у детей младшей возрастной группы (1-4 года). Обнаруженные отличия обусловлены неодинаковой интенсивностью обмена 90Sr и Са в организме детей и взрослых. При постоянном поступлении 90Sr с рационом в организме вначале задерживается до 20% его, затем указанная величина уменьшается. Следует отметить, что обновление костной ткани у грудных детей на 100% происходит в течение года. Доля 90Sr, поступающего в организм взрослого с рационом и включающегося в состав скелета, в 5-7 раз меньше по сравнению с детьми (обмен - 2-4% в год).

С течением времени в связи с изменением содержания 90Sr в рационе и относительно медленным выведением 90Sr из организма взрослого в 1974-1978 гг. концентрация этого радионуклида в ко- стях взрослого стала выше, чем у новорожденных, и приблизилась к таковой его у детей первого года жизни. Наконец, следует отметить, что частота уровня накопления 90Sr в однотипных группах населе-

ния была логарифмически нормальной. При этом у 1% населения содержание радионуклида может превышать среднюю величину в 3 раза, а у 0,05% лиц, входящих в однотипную группу, - в 10 раз.

Поступающий с пищей 137Cs полностью усваивается в желудочнокишечном тракте. Примерно 80% его задерживается в мышечной ткани и примерно 10% быстро выводится из организма. Биологический период полувыведения 137Cs у новорожденных равен 10 сут, у детей - 50 сут и у взрослых - 100 сут. Содержание 137Cs в организме человека при прочих равных условиях увеличивается с возрастом, достигая максимума в 20-22 года, в старших возрастных группах его количество на единицу массы тела уменьшается. Концентрация 137Cs на 1 кг массы тела обычно примерно на 50% меньше у женщин, чем у мужчин (цезий по своим химическим свойствам является аналогом калия, а в теле мужчин больше калия).

Максимальный уровень 137Cs зафиксирован в организме коренных жителей Севера в 1964-1965 гг.: у оленеводов-мужчин - 0,18 МБк. В районе Белорусско-Украинского Полесья в 1967-1970 гг. содержание 137Cs в организме мужчин в среднем составляло 4,1 Бк, у женщин - 2,5 Бк, у детей 5-10 лет - 1,7 Бк.

В целом характер распределения численности населения по содержанию радионуклида в организме логарифмически нормальный. При этом превышение средних показателей у мужчин и женщин в 2 раза возможно в 3% случаев, а в 5 раз - менее чем в 1% случаев.

На основании материалов оценки содержания 90Sr и 137Cs в организме человека были рассчитаны суммарные дозы (внешне- го и внутреннего облучения). При расчете дозы внутреннего облучения для 90Sr считается, что 99% радионуклида накапливается в скелете и облучению подвергаются собственно костная ткань, костный мозг и эндотелиальные клетки. 137Cs накапливается в мягких тканях.

Средние суммарные дозы облучения населения СССР за счет радионуклидов глобальных выпадений в 1963 г. составляли 400 мкЗв, в 1964 г. - 117, в 1965 г. - 70, в 1967 г. - 36, в 1970 г. - 30 мкЗв.

В настоящее время доза облучения населения планеты от выпавших после ядерных испытаний радионуклидов составляет 5 мкЗв/год, а общая коллективная доза населения земного шара равна 32 000 чел.-Зв, т.е. менее 0,2% суммарной дозы (НКДАР при

ООН, 2008 г.).

Контрольные вопросы

1. Каковы возможные основные пути поступления радионуклидов в организм человека?

2. Каковы пищевые цепочки поступления 90Sr и 137Cs в организм человека?

3. Какие пищевые продукты питания по мере убывания в них 90Sr являются его поставщиками?

4. Какие пищевые продукты питания по мере убывания в них 137Cs являются его поставщиками?

5. В каких природно-климатических зонах поступление 90Sr и 137Cs в 1960-1970 гг. организм человека превышало среднероссийские показатели?

6. В какие годы содержание 90Sr в костной ткани новорожденных было максимальным?

7. В какие годы отмечалось максимальное содержание 137Cs в теле человека?

8. Каковы суммарные дозы облучения человека за счет глобальных выпадений, обусловленных испытаниями ядерного оружия, в настоящее время?

YAmedik.org