Токсикология радиоактивных веществ - Радий

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАДИЯ

Радий — щелочноземельный химический элемент II группы Периодической системы Д. И. Менделеева. Открыт в 1898 г. Марией Кюри-Складовской, атомная масса — 226,02, порядковый номер — 88. Радий — блестящий белый металл, быстро окисляется на воздухе, энергично разлагает воду. При 700 °C плавится и улетучивается. По своим химическим свойствам он близок к барию. Радий получают химическим выделением из руды его соли, предварительно сорбированной на барий, с последующим разделением радия и бария методом дробной кристаллизации. Радий встречается в виде растворимых и нерастворимых солей. К растворимым соединениям относятся: хлористая, бромистая соли, гидроксид радия, нерастворимые в воде соединения — это углекислые и сернокислые соли радия.
Прокаленная соль радия является чистым α-излучателем. При накоплении в ней продуктов распада препарат становится источником β- и α-излучепия, которое связано с изотопами RaB и RaC. Равновесная соль радия является мощным постоянным источником γ-излучения. Доза γ-излучения от препарата радия 3,7·10⁷ Бк, заключенного в фильтр 0,5-миллиметровой пластины, составляет 21,26-10·* Кл/кг в 1 ч па расстоянии 1 см. Радий и его соединения широко распространены в природе и являются одним из основных источников естественного радиоактивного фона.
По данным Харга естественное содержание радия в организме человека составляет 10¹⁰ г.

²²⁰Ra—долгоживущий естественный радиоактивный элемент с периодом полураспада 1620 лет. Он является родоначальником одного из радиоактивных семейств. В результате радиоактивного распада ²²⁰Ra испускает α-частицы и γ-кванты. Еа=4,329-4,77 МэВ, Еγ=0,19 МэВ. Пробег α-частиц Ra в воздухе составляет 3,39 см. В настоящее время известно несколько изотопов радия, от ²¹³Ra до ²³⁰Ra. Наибольшее токсикологическое значение имеют ²²⁰Ra, ²²⁸Ra, ²²⁴Ra и продукт распада радон (²²²Rn). 1 г ²²⁰Ra выделяет в сутки 1 мм³ Rn. Радий распадается до устойчивого изотопа свинца ²⁰⁶Pb.
Начало промышленного и медицинского использования радия относится к 1912—1915 гг. В это время работы с радием проводились без каких-либо мер защиты, растворы радия применялись в качестве лечебных препаратов для приема внутрь в дозе от 5 до 1000 мг. В настоящее время радий используется в промышленности для изготовления светящихся радиоактивных красок, радий-бериллиевых источников нейтронов, для γ-дефектоскопии металлов, радиотерапии в медицине, для получения радона в эмапоториях и т. п.

ПОСТУПЛЕНИЕ, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ВЫВЕДЕНИЕ РАДИЯ ИЗ ОРГАНИЗМА

Радий может поступать в организм через органы дыхания, ЖКТ и неповрежденную кожу. В производственных условиях, когда поступление Ra в организм происходит в основном ингаляционным путем, возможны поражения органов дыхания атрофического и склеротического характера.
Следует иметь в виду, что поражение органов дыхания является следствием комбинированного воздействия аэрозолей Ra и продуктов распада — Rn.
Наибольшую токсикологическую опасность представляет попадание Ra внутрь организма. Последнее возможно ингаляционным путем при загрязнении аэрозолями радия воздуха рабочих помещений. В ЖКТ радий может попадать с загрязненных рук при курении и приеме пиши.
Радий независимо от химической формы соединения при поступлении в организм депонируется в костной ткани. Все изотопы радия остеотропны. Несмотря на то, что Ra является щелочно-земельным элементом, распределение его в костной ткани совершенно различно по сравнению с распределением Са. Основное его количество откладывается в минеральной части кости [18]. Исследование микрораспределения Ra показало, что максимальное накопление наблюдается в метафизах и эпифизах кости.
Радий очень прочно фиксируется в костной ткани. Следы его определяются в костях на протяжении всей жизни животного. В период роста наибольшие количества радия определяются в ростковой зоне кости. Вследствие этого характер распределения радия в костях неравномерный [188].
Лойд и другие в разные сроки после введения ²²⁴Ra в количестве 3,7-10⁴ Бк/кг обследовали 6 молодых собак-биглей (средний возраст 21 мес). Обнаружили, что удержание радионуклида в скелете составляет от 37 до 60% (в среднем 48%), а удержание в мягких тканях уменьшается от 61% спустя 0,04 сут. до 6% на 7-е сут. В момент смерти у собак выявлено большее количество ²¹²Pb в красных клетках крови и в печени, чем в переходном равновесии с ²²⁴Ra для этих тканей. Имелось превышение количества ²¹²Bi по сравнению с ²²⁴Ra в почках и дефицит ²¹²Pb и ²¹²Bi по отношению к 224 Ra в тканях глаза и кости. Частичная утечка ²²⁰Rn, образуемого в костях при распаде ²²⁴Ra, составляет около 0,08%.
Введение 3,7-10⁴ Бк ²²⁴Ra на 1 кг массы тела собаки приводит к дозам: 0,4 Гр на скелет, 0,13 Гр в почках, 0,08 Гр в печени, 0,11 Гр на глаза, 0,008 Гр на гонады.
Морган и другие у 335 собак в возрасте  14 мес изучали клинические, рентгенологические и гистологические изменения в костях после внутривенного введения ²²⁶Ra активностью от 0,088 до 37-10“ Бк/кг. Радий вводили 2 раза в месяц в течение 4 мес. Из-за развития болевых симптомов у 42 собак ампутировали пораженные конечности через 9 мес после первых рентгенологических признаков поражения костей. При гистологическом исследовании у 31 собаки выявили остеосаркому, а у 11 — дистрофические изменения, обусловленные длительным воздействием ²²⁶Ra. Указанные поражения локализовались в трубчатых костях, за исключением малоберцовой. Нарушение процессов ремоделирования кортикального слоя приводит к развитию лучевой дистрофии и остеосаркомы, характерных для длительного воздействия ²²⁶Ra.
Б. М. Граевская и другие приводят данные по распределению и выведению RaBr2 из организма крыс. Животным однократно под кожу вводили раствор бромистого радия в дозе от 0,74 до 2590 кБк. Часть животных забивали через 24 ч, остальные крысы погибали в сроки от 9 до 28 сут. Через 24 ч в организме крысы определялось 54% введенного Ra. В скелете к этому сроку содержалось более 96% Ra, во всех других органах содержалось не более 4%. Через 2 сут. практически весь радий концентрируется в костях. Через 9 сут. следов радиоактивного вещества в мягких тканях не обнаружено.

Таблица 8.1. Относительная активность органов и тканей крысы, за исключением костей, после перорального введения  Ra в дозе 740 кБк [164]

• За единицу принята активность мышц.

Распределение радия в различных органах и тканях, за исключением костей, приведено в табл. 8.1.
Из таблицы видно, что толстая кишка с каловыми массами, кожа, загрязненная выделениями крысы, содержат наибольшее количество радия.
По данным Η. М. Боровниковой период полувыведения Ra из организма крыс характеризуется двумя экспонентами. Первый период полувыведения Т1=3 сут, второй период, более медленный, составляет Т2=20 сут. Наиболее интенсивное выведение радия из организма происходит в течение первых 5 сут.
В литературе имеются данные по распределению и выведению радия из организма человека.
Установлено, что глубина отложения Ra, Pu и Pb в костях человека приблизительно одинакова. Средние концентрации Pu выше в костях головы и туловища, чем в костях конечностей, главным образом из-за того, что кости головы и туловища имеют большую поверхность па единицу массы тела. Отложение Ra происходит неоднородно на поверхности внутренней оболочки костного мозга. Костные перегородки внутри височной кости содержат меньше радия, чем стенки височной кости [18].
Расчет тканевых доз, в Гр, на кость и на костный мозг по данным МКРЗ свидетельствует, что мощность дозы на эндостальные остеогенные ткани высока по сравнению со средней мощностью дозы на костный мозг. Поэтому больные, в организме которых содержалось значительное количество радия, погибали скорее от остеосаркомы или карциномы других органов, расположенных вблизи кости, чем от заболеваний костного мозга [121].
По данным Норриса и других через 20—28 лет после поступления радия в организм человека содержание его в тканях составляет около 0,6% поступившего количества. Резорбция радия из ЖКТ человека составляет от 9 до 35%. После перорального поступления радия в организм в течение первых 4— 5 сут. выводится от 35 до 90% введенного количества. На 10-е сут. выведение радия составляет десятые доли процента от оставшегося в организме количества. Всасывание радия при внутримышечном и подкожном введении через месяц после колотой раны пальца было в пределах 80—90%.
Тогей и другие исследовали выведение Ra у рабочих урановых заводов. Авторы показали, что Ra выводился из легких с биологическим периодом 120 сут, а его начальное содержание оценивалось в 180±30 Бк. При условии, что фактор удержания Rn равен 71%, ожидаемая доза облучения легких за 50 лет составит 0,16±0,04 Зв. Несмотря на то, что этот случай представляется редким, тем не менее возможно, что некоторые рабочие урановых заводов могут составлять группу, которая профессионально облучается Ra.
Представлены результаты гистологического исследования 35 костей бедра у 25 работавших с Ra в Нью-Джерси (США). Содержание ²²⁶Ra в организме, измеренное перед смертью, колебалось у них от уровня фона 0,0155 до 6,58· 10⁴ Бк. У 16 из 25 обнаружен некроз кости, причем у 10 из 11, у которых содержание ²²⁶Ra превышало уровень фона. Некроз кости обнаружен у всех четырех лиц с содержанием радия (2,13—6,58)X10⁴ Бк, у пяти из шести, имевших в организме (0,040— —0,15)-10⁴ Бк ²²⁶Ra и у одного с содержанием 0,018· 10⁴ Бк ²²⁶Ra. У 10 из 16 случаев с некрозом кости, так же как у пяти из девяти с отсутствием некроза, обнаружены злокачественные новообразования.
Поол и другие сравнивали морфологические изменения, которые возникали после отложения в скелете человека и собак ²²⁶Ra. Содержание ²²⁶Ra в организме людей (рисовальщицы светящихся циферблатов, люди, которым с медицинскими целями вводили ²²⁶Ra), составляло от 5,55 до 0,165· 10⁴ Бк. 38 собакам-биглям вводили 4, 14· 10⁴ Бк/кг ²²⁶Ra. Показано, что у людей и собак наблюдали аналогичные изменения в скелете: радиационные остеодистрофии и развитие остеосарком.
Шлютер и другие больным болезнью Бехтерева внутривенно вводили по 10,36· 10⁵ Бк в педелю ²²⁴RaCI2. Содержание радия в крови через 1 ч после инъекции составило 18,5·10 Бк. Выведение 224 Ra через ЖКТ возрастало до максимума с 5 до 50 ч и снижалось к 100 ч после инъекции.

В более поздние сроки, через год и более, радий выводится весьма медленно в количестве 0,0005% содержащегося в организме. Выведение Ra из организма происходит в основном с калом. С мочой выделяются незначительные количества (Эванс). Период полувыведения Ra из легких человека составляет 180 сут.
Выведение радия у людей с калом в 13—20 раз больше, чем с мочой. У собак радия выделяется с калом в 2,5 раза больше, чем с мочой.
Выведение радия с мочой значительно увеличивается при внутривенном введении ΑΚТГ [188].