Поведение радионуклидов топливных частиц в организме - патология органов дыхания у ликвидаторов аварии на чаэс
Аэрозольные частицы диспергированного ядерного топлива — так называемые &ldquo-топливные частицы&rdquo- явились редкой формой радиоактивного загрязнения воздуха. Подобные частицы со сложным радионуклидным составом и необычными физико-химическими свойствами до Чернобыльской аварии наблюдались при испытаниях ядерного оружия в атмосфере, и их радиобиологические свойства не были достаточно хорошо изучены.
Как показали исследования выщелачивания радионуклидов из этих частиц, радиоактивные продукты деления (изотопы I, Те, Cs, Ru, Sr и др.) и трансурановые радионуклиды (изотопы Pu, Cm, Am, Np), которые содержатся в этих частицах, прочно связаны с матрицей диоксида урана. Благодаря такой связи поведение радионуклидов из топливных частиц и в окружающей среде, и в человеческом организме является коллективным (Кутьков В. А., 1992). Будучи связанными, радионуклиды покидают эти частицы только после химического разрушения ее кристаллического субстрата — матрицы диоксида урана. Поэтому если топливный маркер обнаружен в каком-нибудь образце, взятом из окружающей среды или из барьерного органа (например, легких), то все остальные топливные радионуклиды также должны присутствовать в этом образце в соотношениях, близких к изотопным соотношениям в топливе разрушенного четвертого блока ЧАЭС с учетом распада радионуклидов за время, прошедшее после аварии. Это главное свойство топливных частиц позволяет корректно восстанавливать поступление в организм человека всех радионуклидов, образовавшихся в реакторе и связанных с топливной матрицей.
Очевидно, что в эксперименте in vitro невозможно смоделировать все процессы взаимодействия аэрозольных частиц с внутрилегочной средой, однако полученные результаты подтверждают гипотезу о равнопрочной связи между урановой матрицей и различными по природе радиоактивными продуктами деления. Это заставило нас разработать специальную модель для описания поведения радионуклидов &ldquo-горячих&rdquo- топливных частиц в органах дыхания человека.
Поведение в органах дыхания радионуклида, находящегося в аэрозольных частицах, обусловлено двумя факторами: дисперсностью частиц, влияющей на количество активности, осажденной в различных отделах органов дыхания, и транспортабельностью вдыхаемых соединений радионуклида, определяющей скорость прохождения радионуклида через барьер &ldquo-воздух — легочный интерстиций — внутренняя среда организма (кровь)&rdquo-. Величина второго фактора ранжируется согласно трем ингаляционным классам, рекомендованным Международной комиссией по радиологической защите — МКРЗ (ICRP, 1994). К типу &ldquo-Б&rdquo- абсорбции в легких (быстро растворимые соединения) рекомендовано относить соединения радионуклидов, которые проникают из легких в кровь с биологическим полупериодом менее 10 суток, к типу &ldquo-М&rdquo- (медленно растворимые соединения) — соединения, обладающие биологическим полупериодом, превышающим 100 суток. Остальные соединения относятся к типу &ldquo-П&rdquo- (соединения с промежуточной скоростью растворения). Для правильной оценки доз внутреннего облучения от смеси радионуклидов, находящихся в воздухе (например, при прохождении облака ядерного взрыва), необходимо определить для каждого радионуклида принадлежность его химического состояния в аэрозоле к определенному типу Б, П или М, а также дисперсные характеристики этого аэрозоля. При этом информация, полученная о свойствах любого радионуклида, бесполезна для других компонентов смеси, поскольку радионуклиды в такой смеси, как правило, независимы и могут находиться в разных частицах.
Связанные матрицей радионуклида топливных частиц при попадании в организм человека проявляют черты коллективного поведения только в барьерных органах — органах дыхания, желудочно-кишечного тракта и коже, где связи, удерживающие вместе радионуклиды, разрушаются после происходящей в этих органах химической деструкции топливной матрицы. Химическая деструкция аэрозольных частиц в барьерных органах является основным процессом, приводящим к проникновению радионуклидов в кровь, после чего они ведут себя независимо.
По аналогии с диоксидом и окисью-закисью урана, которые по показателю транспортабельности в органах дыхания отнесены МКРЗ к типу М при ингаляции, к тому же типу следует отнести и все радионуклиды, поступающие в органы дыхания связанными топливной матрицей.
Таким образом, можно предложить следующую модель поведения в организме радионуклидов, связанных топливной матрицей.
- Состав радионуклидов в топливных частицах в момент их образования соответствовал составу &ldquo-эффективного топлива&rdquo-, приведенного в табл. 1.
- Под влиянием топливной матрицы поведение радионуклидов топливных частиц в барьерных органах носит коллективный характер. Радионуклиды топливных частиц могут поступать в кровь только после химической деструкции топливной частицы.
- Находящиеся в составе топливных частиц радионуклиды ведут себя в барьерных органах подобно оксидам урана: при ингаляционном поступлении они ведут себя в легких как элементы, находящиеся в соединениях, относящихся к типу М абсорбции в легких- величина коэффициента всасывания в желудочно-кишечном тракте для всех радионуклидов в составе топливных частиц не превышает величины 0,002, рекомендованной для оксидов урана (ICRP, 1979).
- Распределение и удержание во внутренних органах радионуклидов, поступивших в кровь после деструкции топливных частиц, носит индивидуальный характер и определяется только химическими свойствами этих радионуклидов.
Развитие этой модели в работах В. А. Кутькова с соавт. (1993—1996 гг.) позволило достоверно оценить размеры аэрозольных частиц топлива, которые попали в органы дыхания свидетелей аварии на Чернобыльской АЭС в ранней стадии ее развития. Коллективный характер поведения радионуклидов в барьерных органах, связанных топливной матрицей, сделал возможным использование для оценки аэродисперсных характеристик ингалированного аэрозоля информации о поведении в системе &ldquo-органы дыхания — остальные органы тела&rdquo- любого из топливных радионуклидов, поскольку все радионуклиды находятся в одних и тех же частицах. Это явление получило экспериментальное подтверждение при исследовании особенностей распределения Pu в теле свидетелей аварии и кинетики выведения Cs из их организма (Кутьков В. А., Муравьев Ю. Б., 1994), а также диализа проб, взятых из различных помещений &ldquo-Саркофага&rdquo- (Кутьков В. А. и др., 1993). Будучи связанными, радионуклиды покидают частицу топлива только после химического разрушения ее кристаллического субстрата — матрицы диоксида урана. Это свойство является главной особенностью, отличающей аэрозоль топливных частиц от простой смеси аэрозольных частиц, несущих различные радионуклиды. Поэтому если топливный маркер (изотопы тугоплавких металлов — Zr, Nb, Се, Pu, которые в условиях Чернобыльской аварии не встречались в составе других аэрозолей) обнаружен в каком-нибудь образце, взятом из окружающей среды или из барьерного органа тела человека (например, легких), то все остальные топливные радионуклиды также должны присутствовать в этом образце в соотношениях, близких к изотопным соотношениям в топливе разрушенного четвертого блока ЧАЭС с учетом распада радионуклидов за время, прошедшее после аварии.
Обнаруженное свойство топливных частиц позволило корректно восстанавливать поступление в организм человека всех радионуклидов, образовавшихся в реакторе и связанных с топливной матрицей, а также определить параметры аэрозоля топливных частиц. Исследование аномально медленного выведения 137Cs из тела свидетелей аварии показало, что наиболее вероятной причиной такого явления было ингаляционное поступление 137Cs, связанного в топливных частицах с АМАД, равным 16± 2 мкм. Анализ результатов посмертного исследования распределения альфа- излучающих изотопов плутония в органах и тканях свидетелей аварии показал, что АМАД ингалированных топливных частиц равнялся 12±2 мкм. Исследование распределения альфа-излучающих изотопов плутония в организме жителей Гомельской области Республики Беларусь также показало, что частицы топлива, поступавшие в организм этих людей в апреле-мае 1986 г., имели АМАД равный 12±3 мкм.
