ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛОНИЯ
Полоний — химический элемент VI группы Периодической системы Д. И. Менделеева с атомной массой 209, порядковым номером 84. Открыт в 1898 г. Марией н Пьером Кюри. Название получил в честь родины Марии Кюри. В настоящее время известно более 30 изотопов полония. Наибольшее практическое значение имеет 210Ро. Это а·, γ-излучатель. Энергия а-частиц— 5,3 МэВ, γ-квантов — 0,804 МэВ. Период полураспада — 138,3 сут. Претерпевая α-распад, 210Ро превращается в стабильный изотоп свинца. Длина пробега α-частиц полония в воздухе 3,85 см, в тканях организма 30—40 мкм. 210 Ро обладает высокой плотностью ионизации. На 1 мм пути в воздухе а-частица 210Ро образует 2510 пар ионов. В тканях плотность ионизации
еще выше, она достигает 3000—5000 пар ионов. Удельная активность 210Ро очень высока. Так, 0,2 мг 210 Ро имеют радиоактивность 3,7 -1010 Бк.
Полоний является тяжелым металлом с амфотерными свойствами. По своим химическим свойствам он близок к висмуту и теллуру. В щелочной, нейтральной и слабокислой средах он образует гидроксиды. Во внутренней среде организма легко образует коллоидные комплексы с белками, что в значительной степени определяет его биологическое действие. Полоний обладает выраженной способностью адсорбироваться на различных материалax, поверхностях, фильтрах.
Полоний применяется в различных областях науки и техники как источник энергии излучения. Он используется для изготовления/полоний-бериллиевых источников нейтронов, при создании малогабаритных источников питания, приборов и установок космического назначения. Тепловой блок автоматической станции «Луноход-1» с 210 Ро обеспечивал непрерывную работу в течение 11 мес [28].
Сейчас 210Ро используется при изготовлении радиоизотопных тепловых источников и источников а- и нейтронного излучения, а также в активационном анализе.
7.2. ПОСТУПЛЕНИЕ, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ВЫВЕДЕНИЕ ПОЛОНИЯ ИЗ ОРГАНИЗМА
Полоний, как и другие радионуклиды, может поступать в организм через органы дыхания, ЖКТ и кожу. 210Ро образуется в результате нейтронной активации стабильного свинца и висмута при взрывах ядерного оружия или в ядерных реакторах. Выпадая на землю или образуясь в результате распада некоторых радионуклидов, 210Ро по различным звеньям пищевых цепочек (вода, почва, растения, животные), может поступать в организм человека. По данным ряда авторов человек в среднем вдыхает с воздухом от 0,026 до 0,22-10-2 Бк/сут 210Ро [73]. Источником поступления 210 Ро в организм человека являются также продукты моря, выхлопные газы автомобилей.
В последнее время появились сообщения о том, что 210Ро накапливается в значительных количествах в долгоживущих лишайниках Крайнего Севера, поступает в организм с оленьим мясом, которое употребляют в пищу эскимосы и лопари. В организм эскимосов ежесуточно поступает до 3,7 Бк 2Ро. Полоний может поступать в организм человека при курении табака. Расчеты показывают, что при ежедневном употреблении 20 сигарет в организме откладывается до 7,4· 10-2 Бк 210 Ро. За 25 лет при выкуривании двух пачек сигарет в сутки поглощенная доза в легких составит 0,011 Зв.
210Ро как α-излучатель представляет большую опасность при попадании внутрь организма. Всасывание 210Ро из желудка при однократном поступлении в количестве 0,185· 10* Бк/г составляет 1—3%, по данным МКРЗ — 6%. Резорбция 210Ро у крыс при внутривенном введении и внутрижелудочно по данным Стеннарда не превышает 4,5—5% для самок и самцов. Скорость резорбции растворимого цитрата полония из кишечника примерно в 10 раз выше всасывания коллоидального полония. При длительном поступлении 210Ро через рот резорбция его может увеличиваться вследствие нарушения барьерной функции кишечника, обусловленной систематическим облучением его α-частицами. Важное значение при поступлении 210Ро в организм имеют органы дыхания. Величина задержки аэрозолей полония в легких зависит от дисперсности частиц.
В литературе имеются противоречивые данные о степени задержки аэрозолей полония в дыхательных путях. Так, Морган считает, что в легких может откладываться до 15% аэрозолей полония, по мнению Финка — 30%, а по данным Б. Н. Тарусова от 20 до 90% в зависимости от дисперсности частиц. При дисперсности частиц 0,7 мкм (69%) в органах дыхания может задерживаться от 45 до 60% аэрозолей [91]. В работе Берке и других приведены данные по накоплению 210Ро у крыс при ингаляции его в концентрации 11,7· 10"2 Бк/мл в течение 5 ч. Было установлено, что около 53% проингалированного количества откладывается в организме. Средний геометрический диаметр аэрозоля составляет 0,098 мкм. Несколько меньшие количества 210Ро задерживаются при многократной ингаляции. При ингаляции крысами 210Ро в течение 10 сут. во всем организме содержалось 33,5% проингалированного количества. В голове, трахее, желудочно-кишечном тракте содержалось 11,5%, а в легких, крови и других органах — 22%. Авторы показали, что суточная задержка 210Ро в организме при хронической ингаляции составляет 22—26%.
Близкие результаты были получены Казареттом при однократной ингаляции 210Ро. Так, при поступлении аэрозоля 210Ро на хлористом натрии с диаметром 0,046 мкм в концентрации 37· 105 Бк, мл в организме задерживается 33% проингалированного количества.
Смит в опытах на собаках при 20—30-минутной ингаляции 210Ро нa аэрозоле NaCI диаметром 0,04 мкм и концентрации 10—30’ мг/м” показал, что в легких откладывается от 48,2 до 77,3% проингалированного количества. Депонированный в легких полоний всасывается в кровь и разносится по всему организму.
Другая часть полония перемещается со слизью с помощью мерцательного эпителия вверх по трахее, заглатывается и попадает в ЖКТ. Часть его всасывается в кровь, остальное количество выделяется с калом. Нерастворимые частицы 21(,Ро могут откладываться в бронхах, легочных лимфатических узлах, создавая мощные очаги концентрированного облучения.
В. П. Борисов и другие при ингаляции крысами 210Ро показали, что 17% радионуклида депонируется в легких и 75% в ЖКТ. Максимум, всасывания и накопления нуклида в крови, внутренних органах и тканях наблюдается к 4—8 сут. после ингаляции. В ранние сроки (первые часы после ингаляции) для коллоидного рас/вора 210Ро (pH=7) характерно низкое всасывание (суммарно около 1%). Для ионной (рН = 2) и закомплексованной форм в эти же сроки наблюдается повышение резорбции до 10—20%. Ингаляция аэрозолей оксатиола и тиатиола вызывала резкое увеличение накопления 210Ро во внутренних органах за счет увеличения его всасывания из ЖКТ. Наиболее длительное время 210Ро задерживается в легочной ткани, которая является критическим органом. Основной причиной гибели животных при острых и подострых ингаляционных поражениях 210Ро являются радиационные пневмонии.
По данным Берке после внутривенного введения 210Ро в организме задерживается его 42%, после ингаляции — 62%, после интратрахеального введения — 57%.
210Ро может поступать в организм через неповрежденную кожу. Финк указывает, что резорбция 210Ро через кожу лапок мышей составляет от 0,09 до 0,4%, через кожу человека около 2% в сутки.
В аварийных ситуациях и в чрезвычайной обстановке полоний может поступать в организм через ссадины, царапины, раны. В опытах на крысах установлено, что всасывание полония из кожных ран при нанесении (51,8—103,6) -104 Бк/г составляет около 10% в течение первых суток. Через колотые раны всасывается около 26%, через ссадины — 0,6%. В работе Л. А. Ильина приводятся данные по всасыванию 210Ро через кожу мышей. Величина резорбции не превышает 0,01 % в сутки. Через кожу крыс после нанесения 3,7-10’ Бк/см2 за 6 ч всасывается 0,0005—0,001%. За 1 сут. это значение возрастает до 0,22% нанесенного количества.
Полоний распределяется в организме относительно равномерно с преимущественным отложением в органах, богатых ретикулоэндотелиальной тканью. После поступления в организм в количестве 18,5·10s Бк/кг полоний быстро появляется в крови. Около 90% полония, содержащегося в крови находится в эритроцитах, связано с белковой частью гемоглобина — глобином. В больших количествах полоний накапливаются в лимфатических узлах, печени, селезенке и корковом слое почек. В надпочечниках он откладывается в ретикулярных клетках корковой зоны.
Таблица 7.1. Накопление и выведение 210Ро из различных органов и тканей собак
В головном мозге полоний откладывается в небольшом количестве и локализуется в сером веществе. В костной ткани полоний депонируется в эндосте.
В значительных количествах 210Ро содержится в слизистой оболочке и эпителии кишечника. 210Ро обнаруживается в луковицах волос и волосяных влагалищах. Он откладывается в клетках эпителия роговицы, в слюнных и молочных железах. Наибольшие количества 210Ро содержатся в почках, лимфатических узлах и печени (табл. 7.1).
Из таблицы видно, что максимальные количества 210Ро содержатся в таких органах, как печень, мышцы, почки, кровь. Эффективный период полувыведения 210Ро из различных органов и тканей составляет от 31 до 49 сут.
Значительные различия наблюдаются в содержании полония при экспериментальном и естественном поступлении в организм. При экспериментальном введении большая часть 210Ро задерживается в печени, а при естественном поступлении — в скелете. Это связано, видимо, с тем, что большая часть естественного 210Ро, содержащегося в скелете человека, образуется из 210Р, преимущественно откладывающегося в скелете.
Па характер распределения полония количество изотопа и путь поступления его в организм, а также вид животных не влияет. Общее содержание полония в органах для различных видов животных остается постоянным.
При ингаляционном поступлении до 30% радионуклидов задерживается в легких, трахее, бронхах. Остальное количество попадает в ЖКТ и распределяется в организме так же, как и при других путях введения.
Имеются указания ряда авторов о том, что при пероральном поступлении полония он больше концентрируется в эритроцитах и почках. Бернард приводит данные, что некурящий стандартный человек поглощает и выделяет ежедневно около 11,84·10-2 Бк 210Ро. Полоний депонируется преимущественно в тканях ретикулоэндотелиальной системы. Концентрация его в этих тканях в 10 раз выше, чем в других органах. Концентрация 210Ро в мышцах и костях примерно в 10 раз меньше по сравнению со средней концентрацией во всех тканях.
Кохен и другие исследовали распределение 210Ро в трахеобронхиальном дереве и паренхиме легких у курящих и некурящих людей. Подсчитано, что у курильщиков на поверхности альвеол накапливается приблизительно 18,5·10-2 Бк, а на слизистой трахеи и бронхов приблизительно 1,11х107 Бк г10Ро.
Депонированный в организме полоний подвергается перераспределений. Эффективная скорость обмена полония обусловлена радиоактивным распадом и биологическим обменом. Биологические периоды полувыведения полония из различных органов очень близки, это свидетельствует о том, что скорости биологического обмена в различных органах мало различаются. Быстрее всех снижается концентрация полония в крови, более медленно в скелете.
Выведение полония из организма при любом пути поступления происходит через ЖКТ и почки. Полоний обнаруживается в слюне, желчи, желудочном соке, он выделяется через кожные железы. Большинство авторов считает, что основное количество полония выделяется из организма с калом. Кишечная стенка служит основным путем выделения полония. Выделяясь через почким, полоний откладывается в проксимальных отделах извитых канальцев.
По данным Б. Б. Мороза и других эффективный период полувыведения 210Ро из организма различных животных колеблется от 32 до 42 сут. Несколько быстрее он выводится из организма кроликов — на 9—16 сут.
Представляют интерес данные по выведению полония из организма человека. В работе Джексона и других Анализируется 36 случаев поступления полония в организм человека. Средний эффективный период полувыведения равен 37 сут. Это соответствует биологическому периоду полувыведения, равному 50 сут. По данным А. К. Гуськовой период полувыведения 210Ро с калом у человека равен 37±6 сут, с мочой — 35,7± ±4 сут. Средний эффективный период полувыведения составляет 37,6±6 сут. Несколько иные данные приводятся по выведению 210Ро у детей. Тэф с калом составляет 44,3±2,3; с мочой 32,7± 1,4 сут. При этом эффективный период полувыведения полония из крови равен 32,2± 1,4 сут. (З. И. Калмыкова).
Выведение полония из организма начинается с первых минут после поступления в организм. Наиболее интенсивно он выделяется в первые дни. В более поздние сроки выведение полония из организма устанавливается на низком и относительно постоянном уровне.
