Биологически значимые радионуклиды: цезий. Источники поступления, миграция во внешней среде, метаболизм, токсичность, неотложная помощь и профилактика.

Цезий (Cs) — щелочной металл первой группы Периодической системы Д. И. Менделеева. Относится к микроэлементам. В крайне незначительном количестве содержится во всех внешних средах. Человек получает цезий в основном с продуктами питания. Через органы дыхания поступает лишь 0,25 %. Среднее содержание цезия в организме взрослого человека составляет 0,0015 г при суточном поступлении около 10 мкг.

Из 23 изотопов цезия 22 — радиоактивные с массовыми числами 123-132 и 134-144. Радиоизотопы цезия образуются при делении ядер атомов тяжелых элементов (при ядерных взрывах и в ядерных реакторах) и с помощью ускорителей заряженных частиц.

Ядерные взрывы и крупные радиационные аварии на радиационных предприятиях стали основным источником радиоактивного загрязнения природной среды планеты. На долю СССР и США приходится примерно по 40 % от общего радиоактивного загрязнения, остальные 20 % — доля Англии, Франции и Китая Радиоактивные выпадения радиоизотопов цезия на сушу при испытаниях ядерного оружия и выбросы ядерных предприятий явились наиболее значимым источником загрязнения внешней среды и радиационного воздействия на человека.

Из радиоизотопов цезия наибольшее значение имеет ^l37Cs, характеризующийся большим выходом в реакциях деления и сроком жизни (Т1/2 = 30 лет), высокой миграционной способностью и токсичностью Он считается одним из наиболее значимых радионуклидов продуктов ядерного деления.

Источником загрязнения внешней среды ¹³⁷Cs, являются радиационные предприятия. В ядерных реакторах в процессе их эксплуатации накапливаются продукты деления урана и плутония, в том числе радиоактивный цезий, и трансурановые элементы (ТУЭ) в огромном количестве. На 1 МВт электрической мощности образуется 130 ТБк радиоцезия, а всего к концу столетия накопление нуклида в реакторах во всех странах мира достигнет около 900 ЭБк.

Известно, что при эксплуатации АЭС в нормальном режиме выбросы радионуклидов, в том числе радиоактивного цезия, незначительны. По данным дозиметрического контроля, концентрация радионуклидов в районах расположения АЭС лишь незначительно превышает концентрацию нуклида в контрольных районах. Источником загрязнения являются также радиохимические заводы (РХЗ) по переработке отработавших твэлов и хранилища радиоактивных отходов (РАО).

Авария на Чернобыльской АЭС (1986) явилась самой крупной за весь период развития ядерной энергетики. Из разрушенного ядерного реактора было выброшено огромное количество радионуклидов. На долю радиоактивного цезия пришлось 270 ПБк. Распространение радионуклидов приняло практически глобальный характер. На территории бывшего СССР выпало около 40 % инжектированного радиоцезия, который после распада радиоактивного йода (через 2—3 мес) стал критическим нуклидом. Особенностью Чернобыльской аварии является крайне неоднородный характер радиоактивного загрязнения, связанный с длительным выбросом радионуклидов (10 сут) и изменявшимися погодными условиями (выпадение осадков и изменения направления ветра).

Цезий, поступивший во внешнюю среду, интенсивно включается в процессы миграции, особенно в начальный период, чему способствует два обстоятельства. Во-первых, предшественниками 137Cs являются йод и ксенон, которые присутствуют в газовой фазе. Образовавшиеся микроаэрозоли абсорбируются более крупными частицами, образующимися при ядерных взрывах и медленно выпадающими на поверхность Земли. Процесс выпадения ускоряют атмосферные осадки и агрегация частиц с образованием более крупных. Период полуочищения стратосферы равен примерно 1 году. Во-вторых, при всех ядерных взрывах (кроме наземных на силикатных почвогрунтах и подземных) и аварийных выбросах ядерных предприятий выпавшие радионуклиды характеризуются хорошей растворимостью, что имеет принципиальное значение в процессах их миграции. При наземных взрывах на силикатных почвогрунтах и подземных взрывах радиоактивные частицы характеризуются слабой растворимостью. Содержание ¹³⁷Cs в атмосферных осадках в растворимой форме колеблется в широких пределах. Оно составляет 9,3-83,4 %, в среднем 49 %, что связано с условиями формирования радиоактивных частиц.

Радиоактивный цезий, выпавший на поверхность Земли, перемешивается под влиянием природных факторов в горизонтальном и вертикальном направлениях. Горизонтальная миграция обусловлена ветровой эрозией почв и атмосферными осадками, а вертикальная — фильтрационными токами воды, почвенной деятельностью животных и микроорганизмов, выносом из корнеобитаемого слоя растениями, сельскохозяйственной деятельностью человека и др. Нуклид в первые годы после выпадения находится в верхнем 5-10-сантиметровом слое. Удержанию нуклида способствуют мелкодисперсные фракции почвы и органические вещества, повышающие сорбционные свойства почвы.

Наиболее высокие показатели перехода цезия из почвы в растения отмечены на торфянисто-болотных почвах Украинско-Белорусского Полесья. Основным источником поступления радиоцезия человеку являются продукты питания животного и растительного происхождения. Радиоактивный цезий, поступающий животным с загрязненным кормом, в основном накапливается в мышечной ткани (до 80 %) и скелете (10 %). Остальное количество нуклида относительно равномерно распределяется по другим органам. При длительном поступлении нуклида равновесная концентрация у коров наступала к концу месяца, у коз — в течение 10 дней. Цезий в значительных количествах выводится с молоком лактирующих животных.

Радиоактивный цезий как основной дозообразующий радионуклид ПЯД, поступая во внешнюю среду, становится источником хронического внешнего и внутреннего облучения населения. В организм человека нуклид может поступать в основном через органы дыхания в период радиоактивных выпадений и перорально с загрязненными продуктами питания и водой. Радиоцезий в тех или иных количествах присутствует у всех жителей планеты. Всасывание, накопление в органах и тканях, выведение нуклида из организма определяются его физико-химическими характеристиками. Независимо от пути поступления всасывание растворимых форм нуклида достигает практически 100 %. Процессы всасывания протекают интенсивно. В крови радиоцезий регистрировали уже с первых минут его поступления в организм. Через неповрежденную кожу нуклид практически не всасывается (0,007 %). Через травмированные и ожоговые поверхности, раны всасывание в зависимости от характера травмы может быть значительным, однако этот путь поступления не имеет практического значения.

В обмене радиоактивного цезия много общего с обменом калия. Всосавшийся нуклид в основном накапливается в мышечной ткани (80 %), скелете (10 %), остальные 10 % относительно равномерно распределяются в других органах и тканях. Выводится цезий из организма в основном через почки и кишечник. Около 90 % цезия, поступившего человеку с пищей, выводится с мочой.

Радиоактивный цезий был основным дозообразующим нуклидом облучения населения при испытаниях ядерного оружия и радиационных авариях. Ожидаемая эффективная доза облучения населения земного шара в результате ядерных испытаний в атмосфере равна 540 мкЗв. Свой вклад в облучение вносят выбросы предприятий ядерной энергетики. В условиях нормальной эксплуатации выбросы радионуклидов незначительны. Иные ситуации складываются при авариях (аварии на Урале, ЧАЭС, в Уиндскейле и др.).

Радиоцезий, поступая в организм, распределяется относительно равномерно, что приводит к практически равномерному облучению органов и тканей. Радиоактивный цезий характеризуется достаточно высокой токсичностью, мало зависящей от пути поступления нуклида в организм.

Профилактику, оказание экстренной помощи и лечение поражений радиоактивным цезием проводят в соответствии со специально разработанными документами. В производственных условиях работа с источниками ионизирующих излучений регламентируется санитарными правилами и нормами радиационной безопасности с применением специальных мер защиты в соответствии с классом работ.

Неотложная медицинская помощь включает дезактивацию тела водой с мылом или специальными пастами («Защита-7», «Радгез-Д», паста-11), промывание глаз, полости рта, носоглотки водой или изотоническим натрия хлоридом. Проводят обильное промывание желудка, назначают рвотные средства (1 % раствор апоморфина — 0,5 мл под кожу), солевые слабительные (магний и натрия сульфат — 30 г на 200 мл воды). Высокоэффективным средством является специальный сорбент цезия — феррацин, связывающий цезий и препятствующий его всасыванию в кишечнике. Последовательность проведения защитных мероприятий определяется радиационной обстановкой. Замедление их в начальный период может привести к переоблучению и депонированию всосавшегося цезия. Недопустимо откладывать проведение экстренных мер до получения полных дозиметрических данных. Получение их позволяет уточнить и расширить объем помощи.

Применение феррацина показано для ускорения выведения из организма инкорпорированного цезия. Взрослым и подросткам старше 14 лет назначают по 1 г 3 раза в день, детям до 2 лет — по 0,1 г и старше — по 0,5 г. Препарат рекомендуется применять в течение 2—4 нед.

В регионах радиоактивного загрязнения население подвергается хроническому комбинированному облучению — внешнему и внутреннему. Радиоактивный цезий является основным дозообразующим нуклидом. С целью снижения доз облучения проводят комплексные меры защиты. Агромелиоративные и зооветеринарные меры защиты позволяют существенно снизить содержание радионуклидов в растениеводческой и животноводческой продукции. Весьма эффективным средством для получения «чистой» мясомолочной продукции является применение феррацина — введение его с комбикормом и скармливание животным 1 раз в сутки.

Таким образом, радиоактивный цезий является одним из основных дозообразующих радионуклидов продуктов деления урана и плутония. Нуклид характеризуется высокой миграционной способностью во внешней среде, включая пищевые цепочки. В организм человека он поступает в основном с продуктами питания, интенсивно всасывается и относительно равномерно распределяется в организме, вследствие чего облучение органов и тканей носит практически равномерный характер. Цезий характеризуется относительно высокой токсичностью.