Ядерно-физические свойства

Основных радиоактивных изотопов стронция

Таблица 2

Почва → растения — начальное звено большинства пищевых цепочек экологического цикла переноса радиостронция из внешней среды человеку. В растения радионуклиды могут поступать в результате непосредственного загрязнения наземных их частей в момент выпадения, пылеобразования и поглощения из почвы через корневую систему. Задержка радиоаэрозолей определяется их дисперсностью и видовыми особенностями растений. Коэффициент задержки глобального радиостронция может достигать 25 %. Радиоактивные частицы с растений смываются дождем, сдуваются ветром и т.д. Время их удержания зависит от размера и вида растений. Для умеренного пояса оно составляет 1–5 недель, в среднем 2 недели. Осевший на растения радиостронций всасывается в результате активных биологических процессов. Интенсивность всасывания зависит от растворимости частиц и вида растений и может достигать нескольких процентов.

Усвоение радиостронция из почвы определяется его биологической доступностью и прежде всего растворимостью, агрохимическими свойствами почвы, видом растений. Особое значение имеет содержание в почве обменного кальция. При оценке уровней загрязнения используют отношение ⁹⁰Sr : Ca, выраженное в стронциевых единицах (1 СЕ =10 ÷ 12 Ки ⁹⁰Sr на 1г Ca). Накопление достигает 300 ÷ 1000 пКи на 1 мКи/м². В больших количествах стронций накапливается в бобовых, корнеплодах, и в меньшей мере (в 3–7 раз) в злаковых.

Животным радиоактивный стронций в основном поступает с кормом и в меньшей степени с водой (около 2 %). Переход нуклида зависит от его биологической доступности, видовых и возрастных особенностей животных и их физиологического состояния. У молодых животных всасываемость стронция выше. В возрасте нескольких дней она практически достигает 100 %, что связано с высокой проницаемостью стенок кишечника. С увеличением возраста всасываемость снижается. Так у взрослых животных крупного рогатого скота, овец, коз, свиней, кур всасываемость оценивается в 6÷16; 7÷10; 3÷14; 14; 50÷80 % соответственно. Максимальная концентрация нуклида в крови регистрировалась у коров, коз и свиней через 12–24; 12 и 6–12 ч. соответственно после поступления стронция в организм. В крови стронций циркулирует в некомплексной форме и лабильно связан с белками.

Стронций относится к типичным остеотропным радионуклидам. По величине отложения нуклида в скелете сельскохозяйственных животных можно расположить в ряд: крупный рогатый скот < козы < овцы < свиньи < куры. Из костной ткани стронций выводится медленно. У молодых животных нуклид выводится значительно быстрее, чем у взрослых.

Увеличение содержания кальция в корме ускоряет выведение. Помимо скелета наибольшая концентрация отмечена в печени и почках, минимальная — в мышцах и особенно в жире, где концентрация в 4–6 раз меньшая, чем в других мягких тканях.

В условиях хронического поступления стронция животным, что имеет практическое значение, кратность накопления (содержание нуклида в организме по сравнению с ежедневным поступлением) зависит от возраста животных и равна 10 ÷ 20. Содержание стронция в период равновесного состояния в 1кг мышц коров, овец, коз, свиней и кур достигает 4, 8, 20, 26 и 45 % суточного поступления. Содержание стронция при

хроническом поступлении у взрослых коров, овец, коз, свиней и кур составляло в скелете: 6; 950; 770; 220 и 16; мышцах: 3; 0.2; 0.4; 0.2 и 0.3; других органах: 0.4÷0.6; 0.3÷0.6; 0.2÷0.6; 0.2÷0.3 и 0.2÷0.8 % суточного поступления.

Ожидаемые дозы за счет

перорального поступления ⁹⁰Sr

Таблица 3

У лактирующих животных стронций в значительных количествах выводится с молоком. Суточное выведение у коров разной продуктивности достигает 0.2 ÷ 5 %, у коз 1.3 %, овец 1 ÷ 6 % в 1 литре от суточного поступления. Из глобальных выпадений содержание ⁹⁰Sr в молоке колеблется от 0.3÷0.8 % в 1л суточного поступления. Переход ⁹⁰Sr из корма в молоко коров оценивается в 0.1 % на 1л удоя, а при хроническом поступлении нуклида в 0.2 ÷ 0.3 % в 1 литре. Переход ⁹⁰Sr из рациона в яйцо не превышает 40 % суточного поступления радионуклида, а у низкопродуктивных кур может достигать 60 %. Содержание стронция в скорлупе достигает 96 %, в желтке и белке содержится соответственно 3.5 и 0.2 %.

Содержание стронция в гидробионтах зависит от концентрации нуклида в воде и степени ее минерализации. Так у рыб Балтийского моря содержание стронция в 5 раз больше, чем у рыб Атлантического океана. Коэффициент накопления достигает 10 ÷ 100, в основном стронций депонируется в скелете.

Радиоактивный стронций относится к остеотропным биологически опасным радионуклидам. Как чистый бета-излучатель основную опасность он представляет при поступлении в организм. В таблице 4 на с. 15 для сравнение приведена токсичность ⁸⁹Sr , ⁹⁰Sr и других биологически значимых α- и β-излучающих радионуклидов. Населению нуклид в основном поступает с загрязненными продуктами. Ингаляционный путь имеет меньшее значение. Не исключается поступление нуклида через раневые и ожоговые поверхности. Растворимые соединения стронция хорошо всасываются в кишечнике. Резорбция зависит от возраста человека, физиологического состояния, характера питания и особенно содержания в рационе кальция. Она колеблется от 10 до 60 %. В больших количествах стронций всасывается у детей. Для взрослого человека МКРЗ рекомендует величину всасывания равной 30 %. Радиостронций избирательно откладывается в костях, особенно у детей, подвергая кости и заключенный в них костный мозг постоянному облучению. В костях стронций накапливается неравномерно. В эпифизе и метафазе первоначальная концентрация нуклида примерно в 2.5 раза выше, чем в диафизе. В других органах и тканях стронций депонируется в значительно меньших количествах.

Выводится стронций из организма в основном через кишечник. Кинетику выведения можно описать суммой трех экспонент: 73, 10 и 17 % с периодом соответственно 3, 44 и 4000 суток. Быстро выводящиеся компонент отражает выведение нуклида из мягких тканей, медленно выводящий — из скелета.

Биологическое действие радиоактивного стронция многообразно и связано с распределением поступившего в организм нуклида и формируемых доз. При поступлении равных количеств ⁸⁹Sr и ⁹⁰Sr величины поглощенных доз и время их формирования различны, что связано с большим периодом полураспада ⁹⁰Sr и высокой β-энергией его дочернего нуклида ⁹⁰Y (Еβ = 2.26 МэВ). При поступлении ⁸⁹Sr доза формируется в течение сравнительно короткого времени, а при поступлении ⁹⁰Sr в течение многих лет. Дозовые коэффициенты Е для ⁸⁹Sr и ⁹⁰Sr равны соответственно для быстро выводящей фракции 1.0 ÷ 9 и 2.4 ÷ 9 Зв/Бк и для медленно выводящей — 7.5÷9 и 1.5÷7 Зв/Бк. Спустя 1 год доза от стронция ⁹⁰Sr в десять раз большая, а через 20 лет в 150 раз, чем от ⁸⁹Sr .

Биологическое действие радиоактивного стронция исследовали на многих видах животных. Практический интерес представляют опыты на собаках, поскольку радиочувствительность их примерно такая же, как и у человека. При поступлении в организм остроэффективных количеств развивалась картина острого лучевого поражения с типичными гематологическими нарушениями. Острые поражения у собак развивались при поступлении 3.7 ÷ 11.1 · 107

Бк/кг массы тела. При поступлении радиостронция в 100 раз меньших количествах наблюдали хроническое лучевое поражение с соответствующими гематологическими нарушениями, развитием лейкозов и костных опухолей в отдаленные сроки.

Особый практический интерес представляет хроническое поступление радиостронция животным. В опытах на собаках, получавших в течение 2–3 лет ежедневно ⁹⁰Sr в количествах 3.7 · 103Бк/кг массы тела развивалось хроническое поражение с индукцией лейкозов и остеосарком. При введении 7.4 · 10² Бк/кг ежедневно в течение 2–3.5 лет регистрировали увеличение в 3–5 раз числа доброкачественных и злокачественных опухолей, в том числе в эндокринных органах и молочных железах. У потомства отмечена пониженная жизнеспособность. Следует отметить трудоемкие исследования на крысах. Животные в течение всей жизни ежедневно получали ⁹⁰Sr в количестве 5, 4, 2, 1, 0.5; 0.05,

0.005, 0.0005, 0.00005 мк Ки на крысу. Начальные изменения костных структур к концу их жизни выявлены у животных, получавших ежедневно по 0.05 мк Ки стронция. Минимальное ежедневно вводимое количество, которое способствовало развитию сосудистых, воспалительных, дистрофических, новообразовательных процессов и снижало продолжительность жизни животных, составляло 0.5 мк Ки ⁹⁰Sr . Максимальная величина поглощенной дозы, приводящая к снижению числа ядросодержащих клеток в костном мозге, соответствовала 10 Гр, а минимальная бластомогенная доза — 40 Гр. Продолжительность жизни снижается при дозах свыше 40 Гр. Из приведенных данных следует, что у собак и крыс патологические нарушения регистрировались при достаточно больших дозах.

Радиоактивный стронций (⁸⁹Sr и ⁹⁰Sr) относится к биологически значимым радионуклидам и характеризуется высокой токсичностью. Его доля в глобальном радиоактивном загрязнении внешней среды и облучении населения значительна. Облучение носит хронический комбинированный характер. Дозы облучения в подавляющем большинстве случаев можно отнести к категории малых с низкой мощностью дозы. Об опасности облучения в таких дозах существуют противоречивые суждения. МКРЗ, НКДАР при ООН, НКРЗ РФ считают, что облучение в любой дозе отличной от нуля (даже при повреждении всего одной клетки) может в отдаленные сроки проявиться в форме стохастических эффектов — злокачественных новообразований и генетических нарушений. Численное значение их крайне мало. По мере увеличения тканевых доз повреждается все больше клеток и увеличивается вероятность появления

стохастических эффектов. Такой подход к оценке малых доз ионизирующих излучений остается лишь гипотезой. Прямые доказательства ее отсутствуют. Напротив, имеются данные, что и для стохастических эффектов существует порог, что соответствует общебиологическим законам природы. В организме в процессе эволюции выработались и генетически закрепились системы защиты, обеспечивающие гомеостаз организма. Вредное действие различных агентов, в том числе ионизирующих излучений, начинает проявляться после превышения порога. Для детерминированных эффектов порог установлен. Установление величины порога для стохастических эффектов имеет важное практическое значение, было и остается одной из наиболее актуальных проблем радиобиологии.