Автор: Пользователь скрыл имя, 09 Марта 2012 в 20:51, курс лекций
Вопросы о радиации в целом, как понятии, и действии ее на окружающую среду, включая биологические объекты, в том числе человека, находятся в последние два десятилетия в центре внимания мировой общественности. К сожалению, достоверная информация часто не доходит до населения, поэтому существует много разноречивых высказываний, домыслов, слухов. Мы с вами постепенно должны разобраться, что на самом деле представляет радиация, полезна ли она, вредна, можно ли без нее обходиться.
Введение.
1. Предмет и задачи «Ветеринарной радиологии».
2. История открытия радиоактивности и становление радиологии как науки.
3. Авария на Чернобыльской АЭС и ее экологические последствия.
Природный уран состоит из смеси трех радиоактивных изотопов: 234U (Т½ - 2,33·105 лет, α- и γ-излучатель, содержится в смеси радиоизотопов 0,006%), 235U (Т½ - 7,1·108 лет, α- и γ-излучатель, содержится – 0.71%), 238U (Т½ - 4,5·109 лет, α- и γ-излучатель, содержится – 99,28%). 235U и 238U являются родоначальниками двух радиоактивных семейств.
Наиболее важен в радиологическом и токсическом отношениях 238U. Группа А по токсичности. Накапливается при поступлении в организм преиму-щественно в костях (в отдаленные сроки до 90%). Выделяется с калом и мочой. При длительном поступлении в организм развивается хроническая лучевая болезнь. Поражаются почки, развиваются остеосаркомы, злокачественные опухоли печени, почек, легких.
6. Поступление радионуклидов в организм, их распределение и выведение
Пути поступления радионуклидов в организм людей и животных
Пути поступления радионуклидов в организм человека различны. Значительная часть поступает по пищевой цепочке: почва – растения –животные - продукция животноводства – человек. Существуют и другие пищевые цепочки: растительные продукты – человек; вода – рыба - человек и др.
В организм животных радиоактивные вещества поступают по кормовым цепочкам. 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).
Продукты животноводства как важнейшие инградиенты питания относятся к основным источникам радионуклидов для человека. Молоко, мясо, продукты их переработки, яйца служат основными поставщиками в организм человеку с рационом 137Cs (на 60-80%), 90Sr (на 40-60%).
В тех рационах, где низкая удельная масса продуктов животноводства в питании человека на первый план в качестве источников радионуклидов выходят продукты растительного происхождения.
Радионуклиды вначале попадают в кровь, а затем разносятся по всему телу или преимущественно в критические органы. В некоторых случаях критическими органами становятся желудочно-кишечный тракт, его отдельные участки, а также легкие.
Радионуклиды могут поступать в организм человека и животных через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожу, или повреждения кожи различного характера. Однако потенциальный вклад каждого из названных путей далеко не одинаков. Причем существенные отличия имеются у человека и животных. У людей наиболее опасный путь поступления радионуклидов в организм через органы дыхания или ингаляционный, хотя с вдыхаемым воздухом поступает приблизительно 1% радионуклидов. Этому способствует большая дыхательная поверхность альвеол, площадь которых 100 м2 (в 50 раз больше, чем поверхность кожи). Кроме того, усвоение и отложение в организме нуклидов, попадающих через органы дыхания, как правило, выше, чем при желудочно-кишечном поступлении. Радионуклиды, попавшие в легкие, быстро и хорошо всасываются и почти полностью остаются в организме, а при желудочно-кишечном поступлении в организме остается около 10%.
У крупного рогатого скота, находящегося на пастбище в период радиоактивных выпадений, 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.
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%.
При одной и той же плотности загрязнения территории радионуклидами размеры их поступления в организм сельскохозяйственных животных зависят от видов производимых кормов и рационов животных. При плотности загрязнения территории 37 кБк/м2 загрязнение кормов 90Sr на порядок выше, чем 137Cs. Отличается и накопление радионуклидов в рационе на 1 кормовую единицу. Так, если принять загрязнение зерна овса за 1, то содержание 90Sr в пшенице и картофеле составит соответственно 0,6 и 0,8,
в люцерне – 27,5 и клевере – 41,2. Такая же картина отмечается по накоплению 137Cs в кормах. При составлении рационов следует учитывать, что корма наряду с радионуклидами искусственного происхождения имеют фоновые концентрации их, в частности по 40К.
Повышенная опасность радионуклидов, попавших внутрь организма, обусловлена несколькими причинами. Одна из них связана с избирательным накоплением их в отдельных, так называемых критических органах и способностью отдавать энергию небольшому объему ткани. Например, 25 - 30% и более радиоактивного йода депонируется в щитовидной железе. Другая причина – значительная продолжительность облучения до момента выведения радионуклида из органа или уменьшение активности вследствие радиоактивного распада нуклида. Период полувыведения 137Cs составляет 60 суток, 90Sr - 50 лет. Третья причина – рост опасности воздействия высокоионизирующих альфа- и бета-излучений, которые при внешнем облучении за счет небольшой проникающей способности наименее опасны.
Наиболее важными критериями опасности радионуклидов являются величина их всасывания, кратность накопления в том или ином органе, скорость выведения из организма.
В желудочно-кишечном тракте одновременно протекают сложные процессы: перемешивание корма с пищеварительными соками, всасывание питательных веществ в кровь (абсорбция), выделение (экскреция), и повтор-ная абсорбция (реабсорбция) питательных и минеральных веществ (например, почками). Слизистая оболочка всех отделов желудочно-кишечного тракта обладает способностью абсорбировать радионуклиды. Роль каждого отдела пищеварительного тракта в усвоении радионуклидов неодинакова. В ротовой полости и пищеводе из-за малой продолжительности нахождения радионуклиды практически не усваиваются. Мало всасываются радионуклиды и в желудке. У жвачных животных в рубце в основном происходит всасывание радиоизотопов йода, натрия и молибдена. Главным местом всасывания радионуклидов является кишечник, прежде всего подвздошная кишка. Если сравнить интенсивность всасывания радионуклидов в кишечнике, то образуется ряд: двенадцатиперстная – тощая – ободочная – подвздошная кишки. Всасывание в кишечнике зависит и от самого радионуклида. На всасывание оказывает влияние, наряду с РН среды, валентность элемента, его способность к окислению и восстановлению, способность образовывать коллоидные и комплексные соединения, то есть физико-химические свойства радионуклида. Радиоактивные вещества, которые в желудочно-кишечном тракте всасываются в количестве менее одного процента очень быстро экскретируются с калом и покидают организм в течение 1-4 суток, не успевая создавать значительные дозы облучения.
В период нахождения радиоактивных веществ в пищеварительном тракте идет облучение кишечника. Альфа- и бета-частицы облучают только стенку кишечника, а гамма-кванты достигают других органов, расположенных в брюшной и грудной полостях и облучают их.
Часть радионуклидов, поступивших в кровяное русло, выделяется с пищеварительными соками или переносится путем диффузии через слизистую оболочку в просвет желудочно-кишечного тракта.
На величину всасывания радионуклидов оказывает влияние возраст животного (у молодняка лучше), вид (с однокамерными желудками лучше, чем жвачные), а также тип кормления и состав рациона (повышенное поступление кальция тормозит всасывание стронция, а ускоряет его всасывание витамин Д и лактоза).
Радионуклиды, которые хорошо растворяются, легко всасываются в кровяное русло, а затем, в процессе обмена веществ, откладываются в органах и системах организма или выводятся. Нерастворимые или плохо растворимые радионуклиды, осевшие в верхних дыхательных путях, удаляются со слизью, а те которые попали в легкие или захватываются фагоцитами и удаляются, или мигрируют в лимфатические узлы, где могут находиться годами. Часть радионуклидов при дыхании удаляется с выдыхаемым воздухом.
Поступление радионуклидов в организм через кожу и раневую поверхность
Путь поступления радионуклидов в организм через кожу и раневую поверхность считается наименее изученным. Однако радиационные повреждения внутренних органов не отличаются по характеру от наблюдаемых при поступлении радионуклидов через через желудочно-кишечный тракт и легкие. Радионуклиды, проникающие через кожные покровы, создают опасность облучения кожи и внутренних органов, куда они доставляются кровотоком. При этом существенное значение имеют температура и влажность окружающей среды. Проницаемость кожи резко увеличивается при воздействии химических веществ. После поверхностного загрязнения кожи радиоактивные вещества проникают в микротрещины, ссадины, потовые и сальные железы или волосяные фолликулы кожи, где они могут оставаться значительное время. Кроме этого радионуклиды проникают в собственно кожу, достигают кровеносных и лимфатических сосудов. Достаточно быстро и активно проникают в кожу радиоизотопы йода и молибдена, редкоземельных элементов.
Скорость очищения кожи происходит с периодом полувыведения 13 часов. Дезактивация кожи при ее загрязнении у животных должна рассматриваться как средство, препятствующее накоплению радионуклидов во внутренних органах.
Существенно ускоряется всасывание радионуклидов при наколах кожи, резаных или рваных ранах. Всасывание из колотых ран всегда выше, чем из открытых кожно-мышечных ран, а минимальное всасывание наблюдается через ссадины.
Распределение радионуклидов в организме
Распределение радионуклидов в организме человека и животных носит неоднородный характер. По характеру распределения все радионуклиды подразделяются на шесть групп:
1. Равномерный (Na, Li, K, Cs, Cl, Br и др.);
2. Скелетный (Mg, Ca, Sr, Ra, Ba, U, P и др.);
3. Ретикуло-эндотелиальный (актиний, кадмий, лантан, медь);
4. Почечный (германий, кадмий, уран, таллий и др.);
5. Щитовидный (йод, теллур, рений и др.);
6. Печеночный (лантан, церий, плутоний, торий, марганец).
Распределение считается равномерным, когда более половины обнаруженного в организме радионуклида распределено в нем равномерно. Скелетным считается распределение, когда более половины радиоактивного вещества сосредоточено в скелете и т.д. В ряде случаев типы распределения условны, так для ряда элементов они могут меняться.
В процессе транспорта радионуклиды задерживаются в тех тканях, в составе которых имеются стабильные элементы, аналогичные им по химическим свойствам. Орган, в котором происходит избирательная концентрация радионуклида и вследствие чего он подвергается наибольшему облучению и повреждению называется критическим. Для изотопов йода критическим органом является щитовидная железа (коэффициент накопления 131I щитовидной железой по сравнению с другими органами примерно в 100 раз больше). Для таких радиоактивных изотопов как стронций, кальций и радий критический орган – кости.
Кроме макрораспределения необходимо учитывать и микрораспределе-ние радионуклидов в организме. Методом авторадиографии было установ-лено, что остеотропные элементы стронций и радий накапливаются преимущественно в растущих участках трубных костей – метафизах и эпифизах, образуя так называемые «горячие» пятна. Следствием больших неоднородностей микрораспределения радионуклидов в тканях являются такие патологические процессы как цирроз печени, очаги склероза в легких и изменения в костной ткани, в том числе остеосаркомы.
Выведение радионуклидов из организма
После поступления радиоактивных веществ в организм практически сразу начинается их выведение (примерно через 30 мин). Радиоактивные продукты деления выводятся из организма в основном через желудочно-кишечный тракт. Большая часть радиоактивных веществ из организма животных выводится с калом за 2-4 дня, что создает определенную опасность для животноводов и обслуживающего персонала. Это характерно для абсолютного большинства радионуклидов. За 7 дней с калом выводится до 90%, с мочой - 9%, с молоком менее 1% радионуклидов. Вначале радиоак-тивные вещества выводятся более интенсивно, а затем медленнее. Радиоизотопы йода выводятся в основном через почки. Кроме этих двух путей из организма радионуклиды могут выделяться через органы дыхания, через потовые железы, со слюной, желчью, и с продукцией – молоком, яйцами и др.
Размеры выведения радионуклидов из организма после длительного поступления у каждого вида животных постоянные. Суточное выведение цезия-137 с калом и мочой у кроликов составляет 3-5%, у овец – 2-5% (у человека – 0,6-1%), от общего количества находящегося в организме. В процессе метаболизма часть радионуклидов переходит в продукцию животноводства. Это определяется физико-химическими свойствами радионуклидов. А также видовыми особенностями животных. У коров с молоком с суточным удоем выводится от 0,4 до 2,2% радиоактивных веществ. Это может в свою очередь быть использовано для оценки размеров содержания радионуклидов в организме.
Время пребывания радионуклидов в организме определяется периодом полураспада и скоростью процессов их выведения. Для количественного описания скорости выведения вводится понятие биологического периода полувыведения.
Биологический период полувыведения – время, за которое из организма выводится половина находящихся в нем атомов рассматриваемого радиоактивного элемента. Биологический период полувыведения для различных радионуклидов изменяется в очень широких пределах: от нескольких часов (инертные газы) и практически до бесконечности (плутоний).
Кроме биологического периода полувыведения различают эффективный период полувыведения. Эффективный период полувыведения – время, в течение которого активность радионуклида или его части в организме уменьшается в два раза за счет биологического выведения и радиоактивного распада нуклида. Он определяется по формуле:
Тэ = Тб · Т½ : (Тб + Т½),
где Тэ - эффективный период полувыведения; Тб - биологический период полувыведения; Т½ - период полувыведения.
Для йода-131 эффективный период полувыведения составляет 6,4 суток: Тэ = 32 · 8,04 : (32 + 8,04) = 6,4 (сут).