Основные пути проникновения, распределения и выведения радионуклидов.

Пути поступления радиоактивных веществ в организм: пероральный, ингаляционный, перкутанный (через неповрежденную кожу), раневой (через поврежденную кожу или рану).

Пероральный путь поступления чаще связан с поступлением радионуклидов вместе с загрязненными продуктами питания и характерен для населения, проживающего на загрязненных территориях. Все радионуклиды находятся в почве. Количество поступившего внутрь радионуклида зависит от его концентрации в продуктах.

Всасывание радионуклидов в ЖКТ включает следующие этапы:

– переход в клетки кишечника;

– метаболизм в клетках;

– переход из клеток в кровь и лимфу.

Различают пассивную диффузию через клеточные мембраны и активный транспорт. Активное перемещение осуществляется против электрохимического градиента.

Ингаляционный путь имеет значение, если радионуклиды находятся во вдыхаемом воздухе в виде аэрозоля. Этот путь характерен для профессионалов и в меньшей степени важен для населения, т. к. концентрация радионуклида падает по мере удаления от очага, разбавляется воздушными массами. Ингаляционный путь поступления очень опасен, учитывая большой объем вдыхаемого воздуха (до 50 м²/сутки) и большую площадь поверхности дыхательных путей. Всасывающая поверхность легких достигает 70-100 м², что больше поверхности желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и кожи.

На интенсивность поступления радионуклидов влияют физиологические факторы: частота дыхания, влажность воздуха, температура окружающей среды. Физическая работа увеличивает частоту дыхания. Часто поражаются передняя часть носа, верхняя губа.

Перкутанный путь поступления радионуклидов имеет значение для профессионалов, которые в процессе работы с радиоактивными веществами могут загрязнить руки. Радиоактивное загрязнение кожных покровов может произойти также при выпадении радионуклидов из облака, при переносе с загрязненной местности, одежды, оборудования. Считается, что перенос с загрязненной поверхности на кожные покровы составляет не более 10%, и в несколько раз больше - на одежду. Радионуклиды, апплицированные на кожных покровах, становятся источниками контактного облучения, возможна и резорбция их в организм.

Проницаемость кожи для радионуклидов зависит от их агрегатного состояния, способности к гидролизу и комплексообразованию, от кислотности и состояния барьера. Количество радионуклидов, поступивших в организм, при прочих равных условиях, определяется плотностью и площадью загрязнения, временем нахождения нуклидов на коже. Радионуклиды проникают через клетки и межклеточные пространства, а также через придатки кожи: потовые, сальные железы и волосяные фолликулы. Чем выше растворимость нуклидов в водно-липидных системах, тем сильнее их всасывание.

Раневой путь поступления радионуклидов происходит через механические и термические повреждения. Повреждение резко ускоряет поступление радионуклидов, рану трудно дезактивировать. Всасывание нуклидов через поврежденную кожу возрастает в следующем порядке: ожоги термические < ожоги химические < ссадины < раны рваные < раны резаные < раны колотые. Всасывание через ожоговые поверхности замедляется в результате образования демаркационного барьера, защищающего организм от токсических веществ поврежденных тканей. Повышенное всасывание нуклидов из колотых ран связано с большим сохранением функции кровеносных и лимфатических сосудов в области травмы.

Радиоактивные изотопы щелочных, щелочноземельных элементов, галогенов, фосфора и других элементов в ионной форме характеризуются высокой всасываемостью. Их резорбция в форме растворимых солей из колотых ран достигает 100%. В значительно меньших количествах резорбируются изотопы редкоземельных элементов (La и лантаноиды, Y, Sc), полония и трансурановых элементов. Высокую опасность представляет поступление через поврежденную кожу α -излучающих элементов, когда возникает необходимость принятия мер по ускорению их выведения. Нерастворимые нуклиды надолго задерживаются в ране. Местное облучение может отрицательно сказаться на течении репаративных процессов.

Распределение радионуклидов в организме. Через кровь и лимфу осуществляется перенос радионуклидов в органы вторичного депонирования: печень, почки, мышцы. Хорошо растворимые вещества быстро распределяются через кровоток. Плохо растворимые вещества распределяются в течение нескольких лет. Радионуклиды в процессе метаболизма поступают в те же органы и ткани, что и стабильные нуклиды.

В основу подразделения на типы распределения положен принцип преимущественного содержания радионуклида в органах и тканях. Выделяют следующие основные типа распределения: равномерный, скелетный, ретикулоэндотелиальный. Возможно также избирательное депонирование в отдельных органах. Знание типов распределения радионуклидов необходимо для оценки характера облучения организма.

При равномерном распределении нет тропности к органам. Распределение считается равномерным, если более половины обнаруживаемого в организме радионуклида распределено равномерно. Это означает, что дозы облучения примерно одинаковы для всех органов. Одна из самых чувствительных тканей - кроветворная, поэтому основные биологические эффекты связаны с ее повреждением. Существует определенная связь между валентностью и типом распределения. Одновалентные катионы (Li, Na, К, Rb, Cs, H и другие), а также углерод равномерно распределяются в организме.

Скелетный (остеотропный) тип распределения характерен для двухвалентных катионов (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra). По степени накопления в костной ткани щелочноземельные элементы можно расположить в следующий ряд: Ca> Sr> Ba> Ra.

В скелете депонируются и многие другие радионуклиды: редкоземельные элементы, расположенные в III группе периодической системы: скандий, иттрий, лантан и следующие за ним 14 элементов лантаноидов, а также актиний и актиноиды (U, Pu, Am и др.), элементы IV группы (Pb, Sn, Zr), элементы V группы (V, Bi, Nb). Перечисленные элементы накапливаются и в печени, т.е. для них характерен печеночно-скелетный тип распределения.

Ретикулоэндотелиальный тип распределения, характерен для радионуклидов, тропных к макрофагам, которых особенно много в печени, селезенке, лимфатических узлах, костном мозге. Трехвалентные катионы (включая лантаноиды и актиноиды) и четырехвалентные (Hf) распределяются по ретикулоэндотелиальному типу с преобладанием поражения выше перечисленных органов. Пяти-, шести-, семивалентные элементы распределяются либо относительно равномерно, либо накапливаются в печени, селезенке, почках. Описано развитие печеночной недостаточности после укола иглой, загрязненной полонием-210, с летальным исходом в течение 6 месяцев.

Распределение с избирательным накоплением в отдельных органах, характерно для йода, молибдена, железа, цинка, меди и некоторых других нуклидов. Радиоактивные изотопы обмениваются по пути, характерному для этих элементов. Цинк накапливается в поджелудочной железе и толстой кишке, железо - в костном мозге и эритроцитах, йод - в щитовидной железе, молибден - в радужной оболочке глаза.

Распределение заканчивается, когда концентрация в органе становится больше, чем в крови. Захват радионуклида осуществляется чаще путем пассивной диффузии. Только для йода существует система активного захвата щитовидной железой, что позволило некоторым исследователям выделить щитовидный тип распределения. Некоторые выделяют еще почечный тип распределения, характерный для урана-238, свинца-210, бериллия-7, а также для изотопов висмута, кадмия и мышьяка.

Выведение радионуклидов из организма. Выведение из организма зависит от формы химического соединения радионуклида, распределения, функционального состояния организма, возраста и, в конечном счете, от скорости обмена в организме.

Наиболее быстро выводятся нуклиды, которые находятся в несвязанном состоянии в крови и межклеточной жидкости. Медленнее выводятся нуклиды, находящиеся в связанном с макромолекулами состоянии, включая поверхностную адсорбцию. Еще более медленно выводятся нуклиды, ставшие в процессе обмена структурными компонентами клетки.

Выведение начинается сразу после поступления в организм и осуществляется с мочой, калом, выдыхаемым воздухом, потом и другими экскретами (материнское молоко, желчь, желудочный и кишечный соки). Пути выведения радионуклидов в определенной мере зависят от путей их поступления в организм. Основные пути выведения - почки и кишечник. До 80% нуклидов выводится почками, часть радиоактивных веществ выводится пищеварительными и потовыми железами, с грудным молоком, т.е. с помощью дополнительных органов выделения. Почками выводятся нуклиды, которые в крови находятся в свободном состоянии и способны к ультрафильтрации.

На скорость выведения почками влияют их функция, особенности регуляции водно-солевого обмена, уровень реабсорбции нуклидов почечными канальцами. Например, стронций выводится лучше, чем кальций, т.к. кальций в большем количестве реабсорбируется в почечных канальцах.

Через ЖКТ выводятся не резорбированные в нем радионуклиды. В значительном количестве, особенно в первые дни после поступления, радионуклиды поступают в просвет ЖКТ с секретом пищеварительных желез. В желудок выводятся такие нуклиды, как Сl, I, Вr; в кишечник – Sr, Ba, Са, К, Cs. С желчью выводятся нуклиды, главным образом, депонирующиеся в печени (La, Са, Pr, Nd, Pm). Поступившие в кишечник нуклиды могут повторно всасываться.

Газообразные нуклиды, в основном, выводятся легкими.

Припрочих равных условиях на скорость выведения нуклидов влияет функциональное состояние организма и возраст. С увеличением возраста нуклиды выводятся медленнее. В период беременности наблюдается деминерализация костной ткани и усиливается выведение остеотропных нуклидов преимущественно из трабекулярной части кости.

По скорости различают быстро выводимые и медленно выводимые радионуклиды. Если выделение с мочой - основной путь, почки могут получить высокую дозу облучения. Для быстро выводимых радионуклидов не надо стимулировать диурез, чтобы уменьшить лучевую нагрузку на почки. Например, уран надо даже задерживать введением бикарбоната натрия.

12. Особенности лучевых поражений при поступлении радиоактивных веществ внутрь организма.

При поступлении радионуклидов внутреннее облучение по сравнению с внешним характеризуется рядом особенностей:

1. Вследствие различной органотропности нуклидов облучение характеризуется неравномерностью. Поглощенные дозы жесткого b-облучения в отдельных органах различаются в 100-1000 раз. Кроме того, радионуклиды неравномерно распределяются в самих органах из-за неоднородности строения органов. Альфа-излучающие нуклиды облучают, в основном, клетки, в которых находится источник, так как пробег a-частиц не превышает 30 мкм. Примерно то же происходит при депонировании нуклидов с мягким b-излучением. Гамма-облучение имеет более равномерный характер из-за высокой проникающей способности. Наиболее интенсивному облучению подвергаются органы, через которые нуклиды поступили в организм (органы дыхания и пищеварения) и органы основного депонирования, что определяет течение заболевания.

2. Опасность внутреннего облучения от a- и b-излучающих нуклидов при поступлении их в организм резко возрастает по сравнению с их внешним облучением.

3. Внутреннее облучение носит протяженный характер, и накопленная доза непрерывно возрастает, пока радионуклиды не выделятся из организма или же произойдет их распад. При поступлении в организм «молодых» продуктов ядерного деления в большинстве органов основная часть дозы формируется в ближайшие недели. Только в скелете формирование дозы растянуто на более длительное время. При растянутом во времени облучении низкой мощности повреждающее действие уменьшается, что связывают с процессами репарации. МКРЗ и НКДАР приняли, что эффективность протяженного облучения, по крайней мере, в 3 раза ниже эффективности острого облучения.

4. Параллельное течение процессов повреждения и восстановления в течение всего времени нахождения нуклидов в организме. На первом этапе превалируют процессы повреждения, на втором - восстановления. Динамика процессов зависит от количества поступивших внутрь радионуклидов и функционального состояния организма.