БИОКИНЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ CS-137, SR-90 И ТУЭ В ОРГАНИЗМЕ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Накопление радионуклидов в организме млекопитающих определяется такими факторами, как величина их поступления с кормами и водой, абсорбция в желудочно-кишечном тракте, перераспределение в органах и тканях, биологическое выведение с продуктами жизнедеятельности.

Пути поступления радионуклидов в организм млекопитающих различны. Значительная часть поступает по пищевой цепочке, например, почва – растения (корм) – животные; вода – животные и др.

Процесс поступления радионуклидов в пищевые продукты количественно характеризуется коэффициентом перехода (КП). КП – отношение концентрации радионуклидов в пищевых продуктах (Бк/кг) к плотности загрязнения сельскохозяйственных угодий (Бк/м²).

У крупного рогатого скота, находящегося на пастбище в период радиоактивных выпадений, относительное поступление радионуклидов может составлять: через желудочно-кишечный тракт 1000, органы дыхания 1, кожу 0,001. Корова в течение суток на пастбище поедает траву с площади 100-300 м². При этом вместе с травой (частично с дерниной) потребляется большое количество радионуклидов. За пастбищный период коровы с травой поедают 600 кг земли, овцы – 75 кг [1].

Потребление воды не вносит существенного вклада в общее поступление радионуклидов в пищеварительную систему. У человека с питьевой водой поступает в среднем около 5% радионуклидов, у животных не более 2%.

Радионуклиды, попадая в организм животных с пищей, обладают различной степенью адсорбции в ЖКТ. Всасывание подразделяется на активное и пассивное. При активном всасывании радионуклиды избирательно проникают через клеточную мембрану подобно обычным макро- или микроэлементам, при пассивном – радионуклиды проникают за счет диффузии. Наиболее важное место активного всасывания – желудочно-кишечный тракт. У животных с однокамерным желудком скорость резорбции радионуклидов выше, чем у жвачных, имеющих многокамерный желудок. По скорости всасывания в желудочно-кишечном тракте радионуклиды располагаются в ряд: ¹³¹I >¹³⁷Cs >⁴⁵Са >^89,90Cr >⁶⁵Zr >⁶⁰Со >⁵⁹Fe >⁵⁴Мп >¹⁴⁰Ва >¹⁰⁶Ru >¹⁴⁴Се >⁹⁰Y >²³⁹Pu. Галогены, щелочные и щелочноземельные элементы всасываются в максимальных количествах (от 5 до 100%), а тяжелые и редкоземельные элементы (в результате образования в кишечнике слабо растворимых соединений с фосфатами и жирными кислотами) всасываются очень слабо (от 0,001 до 2,3%). Трансурановые и редкоземельные элементы в кишечнике образуют трудно растворимые соединения, в связи с этим степень всасывания их очень низкая.

Плохо растворимые радионуклиды (коэффициент всасывания менее 0,01) покидают кишечник в течение 1–4 дней, не успевая создать значительные дозы облучения (элементы третьей группы, частично четвертой, пятой, лантаноиды, актиноиды). Эти элементы способны образовывать коллоиды и трудно растворимые гидроксиды, которые препятствуют их всасыванию в желудочно-кишечном тракте. Зато та часть радионуклида, которая попала в организм, по типу коллоидальной адсорбции очень прочно удерживается в тканях.

Радионуклиды всасываются в разных отделах ЖКТ. В верхних отделах главным образом всасываются ³H, ¹⁸F, ²²Na, ⁹⁹Mo, ¹³¹I, ⁴⁵Ca, ⁵⁹Fe, ^{89, 90}Sr, ¹³⁷Cs. При этом большинство радионуклидов наиболее интенсивно всасываются в двенадцатиперстной, тощей, ободочной и подвздошной кишках, минимально – в желудке. Всосавшиеся в кровь радиоактивные изотопы участвуют в обмене веществ организма точно аналогично тому, как стабильные изотопы данного элемента. Чем больше масса животных, тем медленнее всасываются радионуклиды. Это объясняется тем, что у теплокровных животных с меньшей массой интенсивнее протекает обмен веществ для компенсации потери теплоты вследствие увеличения относительной поверхности тела. У растущих животных всасывание радионуклидов протекает более активно, чем у взрослых. Возраст организма – наиболее существенный фактор, изменяющий скорость всасывания радионуклидов в желудочно-кишечном тракте животных.

Поведение всосавшихся в кровь радионуклидов определяется:

• Биогенной значимостью для организма стабильных изотопов данных элементов; тропностью их к определенным тканям и органам. К примеру, кальций выполняет специфическую роль, всегда входит в состав почти всех тканей, проявляет большую тропность к костной системе, йод имеет высокую тропность к щитовидной железе;
• Физико-химическими свойствами радионуклидов – положением радионуклидов в периодической систеие Д.И. Менделеева, валентностью радиоизотопа и растворимостью, способностью образовывать коллоидные соединения в крови и тканях и другими факторами.

Элементы первой основной группы (Li, Na, К, Rb, Cs) полностью всасываются из кишечника, сравнительно равномерно распределяются по органам и выделяются преимущественно с мочой. Элементы второй основной группы (Са, Sr, Ba, Pa) хорошо всасываются из кишечника, избирательно откладываются в скелете, выделяются в несколько больших количествах с калом. Элементы третьей основной и четвертой побочной групп, в том числе легкие лантаноиды, актиноиды и трансурановые элементы, практически не всасываются из кишечника, откладываются в печени и в меньшей мере в скелете, выделяются преимущественно с калом. Элементы пятой и шестой основных групп периодической системы, за исключением Ро, сравнительно хорошо всасываются из кишечника и выводятся почти исключительно с мочой в течение первых суток, благодаря чему в органах обнаруживаются в сравнительно небольших количествах.

Главный накопитель цезия в организме млекопитающих – мышцы, сердце, печень. Около 80 % попавшего в организм цезия накапливается в мышцах, 8 % — в скелете, оставшиеся 12 % распределяются равномерно по другим тканям. ¹³⁷Cs принадлежит к группе радиоактивных веществ, равномерно распределяющихся по органам и тканям, по этой причине относится к средне опасным по радиотоксичности нуклидам. Он обладает хорошей способностью проникать в организм вместе с калием посредством пищевых цепочек [2, 3].

Стронций является химическим аналогом кальция, поэтому он наиболее эффективно откладывается в костной ткани. В мягких тканях задерживается менее 1 %. С возрастом отложение стронция-90 в скелете понижается, у самцов он накапливается больше, чем у самок, а в первые месяцы жизни детеныша отложение стронция-90 на два порядка выше, чем у взрослых особей. Изучение уровней содержания стронция-90 в ткани желудка, тонкой и толстой кишке у человека выявило достаточно высокие концентрации его в ткани желудка (3,49 мг\кг сухого вещества). Минимальная концентрация данного элемента зафиксирована в ткани толстого кишечника – 2,15 мг\кг сухого вещества. В ткани тонкого кишечника концентрация составила — 3,03 мг/кг сухого вещества [4].

Проникая в систему кровообращения, плутоний с большой вероятностью начнёт концентрироваться в тканях, содержащих железо: костном мозге, печени, селезёнке. Pu принадлежит к элементам со смешенным типом распределения, поскольку накапливается не только в костном скелете, но и в печени. Очень хорошо удерживается в костях и практически не удаляется из организма благодаря замедленности обменных процессов в костной ткани. По этой причине данный нуклид принадлежит к разряду наиболее токсичных [5-7].

Аккумулируясь в организме человека америций накапливается в основном в костях и дополнительно в надкостнице [8].

Проведенные исследования [9] по влиянию однократного и хронического поступления ²⁴¹Аm в организм мышей на распределение по органам и тканям, выявили наибольшее содержание америция в первые 12 часов после введения метки отмечалось в печени — 1,9±0,1 Бк/орган и почках — 1,6±0,1 Бк/орган. В дальнейшем наблюдается спад активности в почках, и на 48 час она составила 1,1±0,1 Бк/орган. Для печени пик активности приходится на 24-й час после начала эксперимента — 3,1±0,2 Бк/орган, что составляет 0,33% от общего введенного количества.

Мышечная ткань, сердце и легкие содержат незначительные количества изотопа — не более 0.4-0.9 Бк/орган Основная доля от введенной активности сконцентрирована в органах ЖКТ — порядка 80 %, что связано с прохождением перорально заданной метки по ЖКТ и сорбцией на его стенках. Высокие значения кратности накопления отмечены для костной ткани — 2,4*10^-3, почек — 1,2*10^-3 , печени — 1,7*10^-3 , наименьшие — для легких и сердца. Наибольшие значения активности ²⁴¹Аm на орган при хроническом поступлении отмечены для костной ткани и печени (0,61±0,07 Бк/кг и 0,48±0,05 Бк/кг).

Типы распределения радионуклидов в организме млекопитающих всех видов в принципе одинаковые, и они мало меняются с возрастом животных. У беременных самок радиоактивные изотопы проходят через плаценту и откладываются в тканях плода. Для молодых животных свойственно более интенсивное всасывание и депонирование радионуклидов в тканях. В связи с этим четче проявляется у некоторых радионуклидов неравномерность распределения по отдельным частям (участкам) органа. К примеру, у растущего молодняка поступающий в организм ⁹⁰Sr вначале в большом количестве откладывается в губчатых, а в последующем — в компактных частях костей. Неравномерность распределения радионуклидов в ткани может наблюдаться при воспалительных процессах. В очагах воспаления обычно отмечается повышенное, иногда в десятки раз, отложение их.

Попавшие в организм радиоактивные изотопы, так же как и стабильные изотопы элементов, выводятся в результате обмена из организма с калом, мочой, молоком и другими путями.

Цезий-137 выводится в основном через почки и кишечник. Биологический период полувыведения накопленного цезия-137 для человека принято считать равным 70 суткам [10]. В процессе выведения значительные количества цезия повторно всасываются в кровь в нижних отделах кишечника. Абсорбированный в организме ⁹⁰Sr выводится в основном с мочой, в меньшей степени с желчью. Биологический период полувыведения накопленного ⁹⁰Sr у человека около 20 лет. Период биологического полувыведения плутония и америция 80-100 лет при нахождении в костной ткани, концентрация его там практически постоянна. Период полувыведения из печени – 40 лет.

Убыль радиоактивных изотопов элемента из организма ускоряется вследствие радиоактивного распада. Следовательно, уменьшение радиоактивных изотопов в организме происходит по биологическим закономерностям и по закону радиоактивного распада.

Биологические эффекты действия радиации на животный мир изучены недостаточно. Известно, что очень высокие дозы приводят к гибели млекопитающих, меньшие – к заболеваниям, генетическим изменениям, половым расстройствам, неспособности к воспроизведению, выкидышам.

Защита млекопитающих от вредного воздействия радиации обеспечивается системой нормативов, основанных на современных знаниях и представлениях о характере биологического действия ионизирующего излучения.

Литература

1. Сельскохозяйственная радиоэкология / Р.М. Алексахин, А.В. Васильев, В.Г. Дикарев и др. – М.: Экология, 1992. – 400 с.
2. Моисеев А.А. Цезий-137. Окружающая среда – человек. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 121с.
3. Василенко И.Я. Радиоактивный цезий-137 // Природа, 1999, №3, с. 70-76.
4. Зайцев И.В., Танасова А.С. Особенности содержания макро – и микроэлементов в желудочно-кишечном тракте жителей Астраханской области. Юг России: экология, развитие. 2015;10(2):171-178.
5. Василенко И.Я. Токсикология продуктов ядерного деления. – М.: Медицина, 1999. – 200 с.
6. Булдаков Л.А. Радиоактивные вещества и человек.–М.: Энергоатомиздат, 1990 – 160 с.
7. Журавлев В.Ф. Токсикология радиоактивных веществ. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 336с.
8. Криволуцкий Д.А. Действие ионизирующей радиации на биогеоценоз. – М.: Гидрометеоиздат, 1977. – 320 с.
9. Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества: Справ. Изд./В.А. Баженов, Л.А. Булдаков, И.Я. Василенко и др.; — Л.: Химия, 1990. – 464 с.
10. Гулынин Александр Викторович. Миграция изотопов урана и америция-241 в цепи «почва-растение» и их накопление в организме животных : дис. … канд. биол. наук : 03.00.01 Москва, 2006 117 с.

---

© Ольга Шуранкова, научный сотрудник лаборатории радиоэкологии

e-mail: shurankova@list.ru