Биологичесиое действие йонизируюицих излучений

Закономерности поступления и выделения радиоактивных веществ 135

Роль носителя и его количество значительно сказываются на поведении невесомых количеств радиоактивного вещества. Соответствующее количество стабильного изотопа в виде носителя может изменить физико-химическое состояние невесомых изотопов и повлиять на распределение невесомого и весомого компонента в органах животного. Это отчетливо видно из следующих данных по распределению весомого и невесомого иттрия в органах крыс на второй день после внутривенного введения 10 мккюри изотопа.

§2. ПУТИ ПОСТУПЛЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМ

Радиоактивные вещества могут попадать в организм различными путями. Основными являются система органов дыхания, желудочно-кищечный тракт, кожа и кровеносная система. Степень повреждения организма в значительной мере зависит от входных ворот для радиоактивных веществ.

При рассмотрении вопроса о проникании радиоактивных веществ в организм большое значение придается их растворимости. Малорастворимые радиоактивные вещества будут, конечно, хуже всасываться в желудочно-кишечном тракте, чем растворимые. Однако нельзя забывать, что малорастворимые соединения хотя и немного, но все же всасываются. Поскольку радиоактивные вещества действуют в ничтожно малых количествах, то даже небольшое количество всосавшегося вещества может оказаться эффективным. Достаточно сослаться на радий, сернокислая соль которого, считающаяся очень малорастворимой в воде, не должна была бы, казалось, действовать при попадании в желудочно-кишечный тракт. А в действительности поражение возникает, что и неудивительно, если иметь в виду, что предельно допустимое поступление радия для кости равно 0,1 мккюри, что соответствует примерно 10~ мгио весу и меньше растворимости RaS04, равной 2,\ \0-мг на 100 мл при 20°.

Не следует забывать и о том, что при длительном применении плохо всасывающихся в желудочно-кишечном тракте веществ могут наблюдаться тяжелые повреждения самого желу-

дочно-кишечного тракта, в том числе и развитие в нем злокачественных опухолей. Сказанное о желудочно-кишечном тракте может быть отнесено и к неповрежденной коже, через которую, хотя и проникают малые количества находящихся на ней радиоактивных веществ, но и их иногда достаточно для воздействия.

Говоря о путях поступления радиоактивных веществ в организм, нельзя недооценивать так называемую наведенную активность, например создаваемые под влиянием нейтронного облучения радиоактивные изотопы из элементов, входящих в состав организма.

По степени опасности и тяжести вызываемых повреждений на первом месте стоит проникновение радиоактивных веществ в кровь, на втором - проникновение под кожу, на третьем - поступление через рот. Скорость выведения этих веществ из организма также зависит от путей поступления и располагается в той же последовательности, что и для степени опасности повреждения, а именно: быстрее всего выводятся вещества при внутривенном попадании, затем при кожном и на последнем месте при введении через рот. Указанная зависимость степени токсичности от пути поступления справедлива лишь для радиоактивных изотопов, плохо всасывающихся из желудочно-кишечного тракта. Токсичность полностью всасывающихся веществ не зависит от пути поступления.

§ 3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ

Радиоактивные вещества по-разному задерживаются в различных органах. В редких случаях наблюдается равномерное распределение. Гораздо чаще определенные вещества преимущественно накапливаются в тех или иных органах. Этим в значительной мере предопределяется место и характер поражения при попадании веществ в организм. В настоящее время можно считать доказанным, что при введении в организм радиоактивных веществ злокачественные опухоли, например, возникают преимущественно в тех тканях и органах, где избирательно оседает это вещество. Например Са, Sг, Sr°, Ва * , Ra, Рц239 оседают в основном в костях и даже названы поэтому костелюбами . Вызываемые ими опухоли также возникаю! преимущественно в костях. Механизм избирательного отложения радиоактивных изотопов далеко не всегда ясен, но в некоторых случаях знание тонких различий химических и физико-химических свойств элементов, изучение их взаимодействия с разнообразными химическими соединениями, входящими в состав тканевых структур, позволяет выяснить причины их сне-

пифического поведения. Установлено, например, что радиоактивные изотопы щелочноземельных элементов, включаясь в минеральный обмен, оседают в кристаллических структурах костной ткани. Участие радиоактивного кальция в построении костных кристаллов- абсолютно законо.мерное явление, поскольку кальций является основной составной частью костной ткани Включение радиоактивных изотопов - стронция, бария - в эти же кристаллы, даже при большой их химической близости к кальцию, требует объяснений. Оно было найдено в примерном равенстве координационных чисел и ионных радиусов ионов стронция, бария и радия, что и обусловливает возможность их кристаллизации в одной и той же кристаллической решетке (изоморфизм). Раскрыты также причины особенностей поведения некоторых редкоземельных и тяжелых элементов, связанные с гидролизом солей этих элементов и с рассмотренными выше данными по растворимости и адсорбции.

Избирательное отложение радиоактивных изотопов в тех или иных органах вовсе не означает, что в этих органах создаются какие-то стабильные скопления. Со временем эти вещества перераспределяются в зависимости от их химических и физических особенностей. Знание всех особенностей распределения крайне важно для понимания поражения отдельных органов и систем, для определения доз и предупреждения и лечения уже возникающих поражений.

Имеются интересные материалы по особенностям распределения радиоактивных изотопов в организме животных. Одни элементы (Са, Sr, Ва, Ra, Y, Zr) обладают выраженной остеот-ропностью, т, е, откладываются в костях, другие (Се, La, Ргп, Рг, Am, Cm) избирательно откладываются в печени, третьи - в мышцах (К, Cs, РЬ), четвертые распределяются сравнительно равномерно с тенденцией к накоплению в ретикулоэндотелн-альной ткани селезенки, костного мозга, надпочечниках и лимфатических узлах (Nb, Ru, Те, Ро).

По скорости удаления из кровяного русла элементы располагаются в следующем порядке: Cs>Ba, Sr, Ra>Ce, La>Nb, Ru, Pu, Теллур, ниобий, рутений, плутоний и полоний длительно циркулируют в крови, в соответствии с более медленным удалением из крови трех- и четырехвалентные катионы медленнее накапливаются и выделяются из скелета, почек и ряда дру гих органов по сравнению с одно- и двухвалентными.

Ю, и, .Москалев. Особенности распределения и биологического действия радиоактивны.ч изотопов. Тезисы докладов на Всесоюзной научно-технической конференции по применению радиоактивных и стабильных изотопов и излучений в народном хозяйстве и пауке, Биология, медицина и сельское хозяйство, 1957, стр, 120 121.

В пределах отдельных групп периодической системы Менделеева распределение элементов в организме имеет много общего. Элементы первой основной группы (Li, Na, К, Rb, Cs) полностью резорбируются из кишечника, сравнительно равномерно распределяются по органам, относительно быстро выделяются с мочой. Элементы второй группы (Са, Sr, Ra, Ва) хорошо 1всасываются из кишечника, избирательно откладываются в скелете, в несколько больших количествах выделяются с калом. Элементы третьей основной и четвертой побочной групп, в том числе легкие лантаниды. легкие актиниды и трансурановые, практически не всасываются из кишечника, избирательно откладываются в печени и в меньшей мере в скелете, выделяются почти исключительно с кало.м. Элементы пятой и шестой основных групп, за исключением полония, сравнительно хороши всасываются из кишечника и выводятся почти исключительно с мочой (70-80%) в течение первых суток, благодаря чему в ор- ганах обнаруживаются в сравнительно небольших количествах. Между основными физико-химическими свойствами элементов или их соединений и типом распределения существует отчетливая зависимость. Элементы, образующие в воде растворимые соединения основного характера, следуют в зависимости от валентности либо равномерному (Li, Na, К, Rb, Cs), либо скелетному (Be, Са, Sr, Ва, Ra) типам распределения. Трех-и четырехвалентные катионы, образующие в воде. практически нерастворимые гидроокиси основного характера, подвергающиеся в нейтральной среде организма гидролизу с образованием радиоколлоидов, за редким исключением (Y, тяжелые лантаниды), следуют печеночному типу распределения. 5-, 6- и 7-валентные ионы (амфотеры или кислоты) обладают либо равномерным (CI, Fe, Вг, J, Nb, Те, Ро), либо почечным (Sb, As, S, Se, U+) типом распределения. Распределение гидролизуемых элементов зависит от весовой дозы и рН исходного раствора.

Переход этих элементов от молекулярно-дисперсного состояния к коллоидальному (иттрий, бериллий, церий) сопровождается изменением типа распределения от скелетного к почечному . При этом понижается отложение элемента в скелете и почках и увеличивается в печени и селезенке. Закономерности раапределения гидролизуемых элементов указывают на Heoi6xo-димость считаться с избирательной сорбционной способностью определенных тканевых структур. Частицы мелких раз.меров преимущественно захватываются скелетом, костным мозгом, частицы больших размеров захватываются ретикуло-эндотелиаль-ными клетками печени и селезенки. Комплексоны (этилендиа-минтетрауксусная кислота, гексаметилфосфат) изменяют тип распределения гидролизуемых элементов: склетный или печеночный тип распределения Се, La, Y и Pu становится почеч-

ным . Комплексоны, весовая доза и рН исходного раствора не изменяют типа распределенния элементов, хорошо паствопимых в воде (Rb, Cs. Са, Ва, Sr).

Изложенные особенности распределения радиоактивных изотопов суммированы в табл. 9.

Таблица 9

Типы распределения элементов в зависимости от валентности, весовой дозы, исходного физико-химического состояния (по Ю. И. Москалеву)

§ 4. ПОНЯТИЕ КРИТИЧЕСКОГО ОРГАНА

Связь между преимущественным накоплением радиоактивных веществ в том или ином органе и его преимущественным и наибольшим поражением привела к созданию очень важного понятия о так называемом критическо1М органе. Эта связь однако, не столь однозначна, как казалось вначале. В настоящее вре.мя Критическим принято считать тот орган, изменения которого под влиянием радиоактивных веществ приводят к наибольшим нарушениям жизнедеятельности всего организма. Это большей частью тот же орган, который сам сильно повреждается, но это не всегда совпадает, поскольку не все органы одинаково важны для жизнедеятельности организма. Это чаще всего тот орган, в который проникает наибольшее количество радиоактивного изотопа, но и это не обязательно, так как органы различаются по своей чувствительности. Известно, что в тканях головного мозга окапливаются сравнительно небольшие количества радиоактивного вещества. Однако современные данные показывают, что несмотря на незначительное накопление радиоактивных веществ в коре головного мозга, ее состояние меняется и это изменение может сильно отразиться на всем организме. Оно может вызываться как тем небольшим количеством радиоактивного изотопа, которое проникло в центральную нервную систему, так и воздействием на нее раздражений, поступающих из наиболее пораженного органа и выводящих ее из равновесия. Результат в обоих случаях будет один и тот же, но причины будут различными и критические органы, согласно основному определению, будут также разными.

Критический орган зависит также от того, каким путем и через сколько времени после воздействия радиоактивное вещество попадает в организм. Для нерастворимых соединений обычно сам дыхательный или желудочно-кишечный тракт являются критическим органом; но если вещество попадает через рану, то она и будет критическим органом. Для растворимых форм того же радиоактивного вещества желудочно-кишечный и дыхательный тракты будут критическими органами только в первый день после воздействия. В последующий период ими могут стать почки и печень. При хроническом воздействии наиболее частым критическим органом является костный скелет. При этой последней форме воздействия критическим органом чаще всего является тот, в котором наибольшая концентрация вещества и наибольший период биологического полувыведения. Под периодом биологического полувыведения имеется в виду время, в течение которого из организма выводится половина осевшего в нем вещества. При равномерном распределении радиоактивного вещества фактически весь организм становится критическим органом.