Поведінка радіонуклідів паливних частинок в організмі - патологія органів дихання у ліквідаторів аварії на чаес

Аерозольні частинки диспергированного ядерного палива - так звані &ldquo-паливні частинки&rdquo- з`явилися на рідкісну форму радіоактивного забруднення повітря. Подібні частинки зі складним радіонуклідних складом і незвичайними фізико-хімічними властивостями до Чорнобильської аварії спостерігалися при випробуваннях ядерної зброї в атмосфері, і їх радіобіологічні властивості не були достатньо добре вивчені.
Як показали дослідження вилуговування радіонуклідів із цих частинок, радіоактивні продукти поділу (ізотопи I, Ті, Cs, Ru, Sr та ін.) І трансуранові радіонукліди (ізотопи Pu, Cm, Am, Np), які містяться в цих частинках, міцно пов`язані з матрицею діоксиду урану. Завдяки такій зв`язку поведінку радіонуклідів з паливних частинок і в навколишньому середовищі, і в людському організмі є колективним (Кутьков В. А., 1992). Будучи пов`язаними, радіонукліди залишають ці частинки тільки після хімічного руйнування її кристалічного субстрату - матриці діоксиду урану. Тому якщо паливний маркер виявлений в якомусь зразку, взятому з навколишнього середовища або з бар`єрного органу (наприклад, легенів), то всі інші паливні радіонукліди також повинні бути присутніми в цьому зразку в співвідношеннях, близьких до ізотопним співвідношенням в паливі зруйнованого четвертого блоку ЧАЕС з урахуванням розпаду радіонуклідів за час, що минув після аварії. Це головна властивість паливних частинок дозволяє коректно відновлювати надходження в організм людини всіх радіонуклідів, що утворилися в реакторі і пов`язаних з паливною матрицею.
Очевидно, що в експерименті in vitro неможливо змоделювати всі процеси взаємодії аерозольних часток з внутрілегочной середовищем, проте отримані результати підтверджують гіпотезу про равнопрочной зв`язку між уранової матрицею і різними за своєю природою радіоактивними продуктами ділення. Це змусило нас розробити спеціальну модель для опису поведінки радіонуклідів &ldquo-гарячих&rdquo- паливних частинок в органах дихання людини.
Поведінка в органах дихання радіонукліда, що знаходиться в аерозольних частинках, обумовлено двома факторами: дисперсністю частинок, що впливає на кількість активності, обложеної в різних відділах органів дихання, і транспортабельністю вдихається з`єднань радіонукліда, що визначає швидкість проходження радіонукліда через бар`єр &ldquo-повітря - легеневий інтерстицій - внутрішнє середовище організму (кров)&rdquo-. Величина другого чинника ранжируется згідно трьом інгаляційним класам, рекомендованим Міжнародною комісією з радіологічного захисту - МКРЗ (ICRP, 1994). До типу &ldquo-Б&rdquo- абсорбції в легенях (швидко розчинні сполуки) рекомендовано відносити з`єднання радіонуклідів, які проникають з легких в кров з біологічним напівперіодом менше 10 діб, до типу &ldquo-М&rdquo- (повільно розчинні сполуки) - сполуки, які мають біологічним напівперіодом, що перевищує 100 діб. Решта сполуки відносяться до типу &ldquo-П&rdquo- (з`єднання з проміжною швидкістю розчинення). Для правильної оцінки доз внутрішнього опромінення від суміші радіонуклідів, що знаходяться в повітрі (наприклад, при проходженні хмари ядерного вибуху), необхідно визначити для кожного радіонукліда приналежність його хімічного стану в аерозолі до певного типу Б, П або М, а також дисперсні характеристики цього аерозолю. При цьому інформація, отримана про властивості будь-якого радіонукліда, марна для інших компонентів суміші, оскільки радіонукліди в такій суміші, як правило, є незалежними і можуть перебувати в різних частках.
Пов`язані матрицею радіонукліда паливних частинок при попаданні в організм людини виявляють риси колективної поведінки тільки в бар`єрних органах - органах дихання, шлунково-кишкового тракту і шкірі, де зв`язку, які утримують разом радіонукліди, руйнуються після відбувається в цих органах хімічної деструкції паливної матриці. Хімічна деструкція аерозольних часток в бар`єрних органах є основним процесом, що призводить до проникнення радіонуклідів в кров, після чого вони поводяться незалежно.
За аналогією з діоксидом і окисом-закисом урану, які за показником транспортабельности в органах дихання віднесені МКРЗ до типу М при інгаляції, до того ж типу слід віднести і всі радіонукліди, що надходять до органів дихання пов`язаними паливної матрицею.
Таким чином, можна запропонувати наступну модель поведінки в організмі радіонуклідів, пов`язаних паливної матрицею.

1. Склад радіонуклідів в паливних частинках в момент їх утворення відповідав складу &ldquo-ефективного палива&rdquo-, наведеного в табл. 1.
2. Під впливом паливної матриці поведінку радіонуклідів паливних частинок в бар`єрних органах носить колективний характер. Радіонукліди паливних частинок можуть надходити в кров тільки після хімічної деструкції паливної частки.
3. Знаходяться в складі паливних частинок радіонукліди поводяться в бар`єрних органах подібно оксидів урану: при інгаляційному надходженні вони поводяться в легких як елементи, що знаходяться в з`єднаннях, що відносяться до типу М абсорбції в легких- величина коефіцієнта всмоктування в шлунково-кишковому тракті для всіх радіонуклідів в складі паливних частинок не перевищує величини 0,002, рекомендованої для оксидів урану (ICRP, 1979).
4. Розподіл і утримання у внутрішніх органах радіонуклідів, що надійшли в кров після деструкції паливних частинок, носить індивідуальний характер і визначається тільки хімічними властивостями цих радіонуклідів.

Розвиток цієї моделі в роботах В. А. Кутькова з співавт. (1993-1996 рр.) Дозволило достовірно оцінити розміри аерозольних часток палива, які потрапили в органи дихання свідків аварії на Чорнобильській АЕС в ранній стадії її розвитку. Колективний характер поведінки радіонуклідів в бар`єрних органах, пов`язаних паливної матрицею, уможливив використання для оцінки аеродисперсних характеристик інгалірованних аерозолю інформації про поведінку в системі &ldquo-органи дихання - інші органи тіла&rdquo- будь-якого з паливних радіонуклідів, оскільки всі радіонукліди знаходяться в одних і тих же частках. Це явище отримало експериментальне підтвердження при дослідженні особливостей розподілу Pu в тілі свідків аварії та кінетики виведення Cs з їх організму (Кутьков В. А., Муравйов Ю. Б., 1994), а також діалізу проб, узятих з різних приміщень &ldquo-Саркофагу&rdquo- (Кутьков В. А. та ін., 1993). Будучи пов`язаними, радіонукліди залишають частку палива тільки після хімічного руйнування її кристалічного субстрату - матриці діоксиду урану. Ця властивість є головною особливістю, що відрізняє аерозоль паливних частинок від простої суміші аерозольних часток, що несуть різні радіонукліди. Тому якщо паливний маркер (ізотопи тугоплавких металів - Zr, Nb, Се, Pu, які в умовах Чорнобильської аварії не зустрічалися в складі інших аерозолів) виявлений в якомусь зразку, взятому з навколишнього середовища або з бар`єрного органу тіла людини (наприклад, легенів ), то всі інші паливні радіонукліди також повинні бути присутніми в цьому зразку в співвідношеннях, близьких до ізотопним співвідношенням в паливі зруйнованого четвертого блоку ЧАЕС з урахуванням розпаду радіонуклідів за час, що минув після аварії.
Виявлене властивість паливних частинок дозволило коректно відновлювати надходження в організм людини всіх радіонуклідів, що утворилися в реакторі і пов`язаних з паливною матрицею, а також визначити параметри аерозолю паливних частинок. Дослідження аномально повільного виведення 137Cs з тіла свідків аварії показало, що найбільш імовірною причиною такого явища було інгаляційне надходження 137Cs, пов`язаного в паливних частинках з АМАД, рівним 16 ± 2 мкм. Аналіз результатів посмертного дослідження розподілу альфа- випромінюючих ізотопів плутонію в органах і тканинах свідків аварії показав, що АМАД інгалірованних паливних частинок дорівнював 12 ± 2 мкм. Дослідження розподілу альфа-випромінюючих ізотопів плутонію в організмі жителів Гомельської області Республіки Білорусь також показало, що частинки палива, які надходили в організм цих людей в квітні-травні 1986 р мали АМАД рівний 12 ± 3 мкм.