Токсикология радиоактивных элементов. Факторы влияния на токсичность радионуклидов.

Токсикология радиоактивных элементов (радиотоксикология)составляет специальную отрасль знаний, предметом которой является:

-изучение путей поступления в организм, закономерностей распределения в нем и включение в молекулярные структуры тканей(инкорпорирование), особенностей накопления (депонирование) радиоактивных изотопов в различных органах и выведение их из организма.

-исследование биологического действия инкорпорированных радиоактивных изотопов.

-разработка методов и средств предотвращения резорбции радиоактивных изотопов и ускоряющих их выведение из организма.

Токсичность радионуклидов зависит от:

1)Вида и энергии излучения, периода полураспада;

2)Физико-химических свойств веществ, в составе которого радионуклид попадает в организм;

3)Типа распределения по тканям и органам;

4)Скорости выведения из организма.

Вид и энергия излучения. Энергия излучения имеет прямую связь с поражающим действием радиоактивного изотопа: чем она больше, тем сильнее поражение.

Вид излучения является одной из главных характеристик, определяющих токсичность радиоизотопа.

Степень биологического действия различных видов излучений зависит от их линейной передачи энергии (ЛПЭ). Величина ЛПЭ частицей или квантом веществу обуславливает их линейную плотность ионизации (удельную ионизацию). У тяжелыхчастиц (альфа -частицы, протоны) плотность ионизации очень высокая, у легких (бета -частицы, гамма-лучи) - низкая, т. е. тем выше энергия и короче пробег, тем больше у нее ЛПЭ.

Как правило, излучения, имеющие высокую ЛПЭ, обладают большей биологической эффективностью, Данный феномен свидетельствует о том, что степень действия различных видов излучения зависит не только от общего количества поглощающей энергии, но и от геометрии распределения ее в органах, тканях и клетках.

Для выражения различий биологического действия излучений с неодинаковыми значениями ЛПЭ принят коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ). Значения его взяты относительно рентгеновых лучей и зависят от излучаемого объекта и признака, Например, при общем облучении организма для быстрых нейтронов коэффициент ОБЭ равен 10, а при местном облучении половых желез- 35.

Период полураспада радионуклида является важной характеристикой его биологической активности. Наибольшую опасность для млекопитающих и птиц представляют изотопы с периодом полураспада от нескольких дней до нескольких десятков лет.

Это объясняется тем, что при коротком периоде полураспада, измеряемом секундами-минутами, основная масса радионуклида распадается, не достигнув тканей организма, и следовательно, не создает опасную концентрацию, например ²¹⁰Ро (полоний) или ²²⁰ Ра (протактиний); период полураспада их составляет 3*10⁷с. Это же можно сказать о изотопах йода-134,136,140, являющихся продуктами деления тяжелых ядер; период полураспада их равен нескольким секундам- минутам.

Радионуклиды с большим периодом полураспада (десятки тысяч лет и более) в естественных условиях, также не смогут создать эффект дозы, которая привела бы к развитию лучевого заболевания. Например, ²³³U имеет период полураспада 4,5 10⁹ лет. К тому же если учесть, что в земной коре его находится 0,0001%, а в организме еще меньше, то получается, что в естественных условиях он не вызовет у животных лучевой болезни.

Однако в некоторых случаях токсичность коротко или долгоживущих радионуклидов может усиливаться дочерними радионуклидами.

Физико-химические вещества в составе которых радионуклид попадает в организм. При внутреннем поступлении радионуклидов в организм их биологическое действие во многом будет определяться агрегатным состоянием вещества. Наибольшее действие оказывают те радионуклиды, которые легко образуют газ и водорастворимые соединения. Они интенсивно и в большом количестве всасываются в кровь, быстро распространяются по всему организму или концентрируются в соответствующих органах.

Биологическое действие малорастворимых или нерастворимых радионуклидов определяются степенью дисперсности аэрозоля или порошка, в форме которого вещество поступает в организм. Нерастворимые радиоактивные частицы, попадая в легкие, на слизистые оболочки, в желудочно-кишечный тракт с кормом или водой могут адсорбироваться эпителиальными клетками или клетками ретикулоэндотелиальной системы или задерживаться в желудке, кишечнике или длительное время облучать ткани, вызывая выраженное местное радиационное поражение.

На степень биологического действия радионуклидов при внутреннем поступлении, большое влияние оказывает наличие нерадиоактивных изотопов этого элемента или химического элемента аналога в данном веществе. Например, элементы-аналоги кальций и стронций принадлежат ко второй группе элементов.

В радиохимии для предотвращения потерь радиоактивного изотопа в химических реакциях специально добавляют весовые количества нерадиоактивных соединений этого элемента или его химического аналога. Эти добавки принято называть носителями; в первом случае они называются изотопными, во втором - неизотопными. При одновременном поступлении в организм радионуклида и его носителя всасывание и отложение их в тканях идет в прямо пропорциональном отношении к поступившему количеству.

На основании указанной закономерности предложены методы защиты отдельных органов от лучевого поражения радионуклидами. Например, полноценные по кальцию рационы(кальций неизотопный носитель стронция) значительно уменьшает инкорпорацию радиоизотопов стронция в костной ткани.