Токсикология радиоактивных веществ - Радон

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАДОНА

Радон — радиоактивный газ, дочерний продукт распада радия с атомной массой 222, порядковым номером 86. ²²²Rn α-излучатель, Еа=5,48 МэВ, период полураспада 3,82 сут. Пути поступления в организм: органы дыхания и неповрежденная кожа. Радон легко растворяется в крови, воде и других жидкостях организма. Значительно лучше радон растворяется в жиpax. Так, при температуре 37°C в 1 г оливкового масла радон растворяется в 125 раз большем количестве, чем в таком же количестве воды. Исключительно высокая растворимость радона в жирах обусловливает эффективное поглощение его жировыми тканями животных и человека при поступлении в организм. Вследствие значительного содержания жира в организме человека «растворимость» радона в человеческом теле выше, чем в воде. При динамическом равновесии содержание радона в 1 см³ человеческого тела составляет 0,45 от содержания радона в 1 см³ воздуха [100].
Радон содержится в атмосферном воздухе, воздухе почвы и природных водах. Значительные количества радона содержатся в урановых рудниках. В состоянии радиоактивного равновесия 1 г Ra соответствует 3,7-10¹⁰ Бк Rn. Это такое количество радона, в котором происходит 3,7-10¹⁰  расп/с, занимает объем 0,66 мм³, весит 6,5 мкг. По сравнению с другими радиоактивными газами — тороном и актиномом радон имеет значительно больший период полураспада. Распадаясь, радон дает начало последовательному ряду твердых радиоактивных веществ, испускающих α-, β-частицы и γ-кванты. Радиационная опасность при воздействии радона на организм связана с его дочерними продуктами, особенно группы его короткоживущих изотопов от RaA до RaC1. Важное токсикологическое значение имеет долгоживущий дочерний продукт распада радона — ²¹⁰Ро.
Соотношение концентраций свободного Rn и продуктов его распада RaA, RaB и RaC в воздухе шахт составляет: 1:0,5; 0,2: 0,1 при вентиляции 3—5 объем-ч. В жилых помещениях соответственно величины для RaA, RaB и RaC составляют 0,7— 0,9, 0,6—0,8 и 0,4—0,6. RaA и RaB обладают более интенсивным β-излучением, a RaB, RaC и RaC1 — более интенсивным α-излучением по сравнению с другими продуктами распада. Энергия излучения инкорпорированных продуктов распада при работе на шахте в течение 1 мес (170 ч) составляет 2,65Х10¹⁰ МэВ, соответствуя 74-101 Бк Rn, находящегося в равновесии с его продуктами распада. Значительная часть продуктов распада Rn задерживается в легких. При соотношении Rn и его продуктов распада 1:0,61; 0,29:0,21 и свободной фракции RaA, равной 4%, доза облучения бронхиального дерева оседающими в нем продуктами распада составляет 0,0036 Гр за 1 мес работы. В бронхах задерживается 50% свободных и 8% фиксированных па частицах пыли атомов продуктов распада, в паренхиме 0 и 50% соответственно В целом поглощенная лоза за 1 мес составляет для RaA 0,002—0,0012; для RaB 0,002—0.001; для RaC 0,002—0,0016 Гр. Наиболее тяжелым последствием ингаляций продуктов распада Rn является рак легкого [65].

По данным Карбгле из действующей типичной открытой шахты до 15,8- 10,а Бк радона выходит ежегодно. Средний удельный поток Rn из незакрытых отвалов равен 9,25— 27,75 Бк. Концентрация Rn над обнаженными хвостохранилищами равна 18.5—37-10 2 Бк/л.
Содержание радона и продуктов его распада в воздухе внутренних помещений обусловливает значительный вклад в радиационную нагрузку человека, даже в условиях нормальной радиоактивности в окружающей среде. В течение нескольких лет проведены измерения в 1000 различных жилых помещениях в г. Зальцбурге (Австрия). Результаты измерений показали, что в 70% концентрация радиоактивности в воздухе внутри помещений не выше 22 Бк/м³ (глобальная концентрация равна 37 Бк/м³). На основе измеренных концентраций радиоактивности в воздухе проведены расчеты дозы в легких для 729 человек с учетом индивидуальных различий в возрасте, поле и образе жизни. Средняя доза в результате ингаляции радона и продуктов распада составляет  14,35 мЗв/год. В отдельных случаях ее значение достигало 215,05 мЗв/год. Рассчитано возникновение 5—12 случаев рака легкого в год на 105 населения в результате воздействия радона и продуктов деления. Так как в Зальцбурге частота рака легкого составляет 34,4-10-⁵ год-1, то можно считать, что 15—35% наблюдаемого числа случаев рака легкого индуцируется радоном и продуктами деления (Рол и др.).

ТОКСИЧНОСTb РАДОНА

Цель ранних исследований на животных — изучить острые формы поражения, вызванные вдыханием радона. Первое исследование Е. С. Лондона по изучению токсического эффекта радона на лягушек и мышей было проведено в 1904 г. Гибель лягушек и мышей наступала в ранние сроки после ингаляции радона. Причиной гибели являлось поражение дыхательного аппарата эманацией Ra.
Мышам вводили внутривенно по 0,4 мл раствора ²²⁴Ra в концентрации 13,8-10⁴ Бк/мл. Животных забивали через 1, 2, 4, 8, 12, 24, 48, 96 и 192 ч после введения радионуклида. Установлено, что задержка ²²⁰Rn в кости достигает постоянного уровня 48% для эпифизов и 52% для тела бедренной кости между вторыми и восьмыми сутками. Следовательно, значительная часть радона может вымываться из костей, выходить в кровь и из-за высокой скорости кровотока у мышей достигать легких [138].
В работе [158] приведены данные по изучению токсичности радона на мышах. Животные в течение 26 сут. вдыхали радон в концентрации 3,7х10 Бк в 1 см³. Гибель мышей наступала  в сроки от 22 до 30 сут. У мышей па вскрытии обнаружено истощение, бледность и атрофия внутренних органов и лимфатической ткани, гиалиновая и жировая дегенерация почек и печени. Продолжительное вдыхание радона (161 сут) в концентрации 3,7 Бк/см³ не вызывало гибели мышей. Животные прибавляли в весе и давали потомство. Менее токсичным радон считают немецкие авторы. При однократной ингаляции мышам радона в концентрации 5,92· 10² Бк/см³ гибель животных наступала в сроки от 35 до 119 сут. Вдыхание радона в концентрации 40,3 Бк/см³ не вызывает гибели животных [164].
Вдыхание радона, очищенного от продуктов распада, при концентрации 8, 14· 10⁴ Бк/л вызывает гибель мышей в течение различного периода времени. Одночасовое воздействие радона при концентрации 27,75·10⁷ Бк/л вызывает 50%-ную гибель мышей в течение 30 сут. [158]. Однократная ингаляция радона в концентрации 12,32· 10⁷ Бк/л в течение 5 мин вызывает 100%-ную гибель мышей к 40 сут. У животных развивается токсическая пневмония, выраженные изменения со стороны крови (снижение гемоглобина, лейкоцитоз, перед гибелью животных— лимфопения). У погибших животных на вскрытии гиперемия органов, геморрагические изъязвления в кишечнике. В костном мозгу обширные очаги некрозов. В селезенке и лимфатических узлах уменьшение количества фолликулов вплоть до полного их исчезновения. Сравнивая токсичность радона для мышей и кроликов, можно видеть, что мыши более чувствительны, чем кролики. Так, из  14 кроликов, затравленных радоном при 3-часовой экспозиции и концентрации (1,036—1,36)Х10⁷ Бк/л, половина животных пала к 23 сут, а все остальные прожили до 90 сут, в то время как мыши все погибли на 15-е сут. Согласно данным автора выведение радона из организма происходит в первые 4—6 ч после ингаляции через легкие и кожу.
При троекратной одночасовой ингаляции радона в концентрации 29,6-10⁴ Бк/л у крыс снижается масса. Наблюдаются колебания в количестве эритроцитов и особенно ретикулоцитов. В белой крови отмечается увеличение числа лейкоцитов до 21—26 тыс. Лейкоцитоз в основном обусловлен увеличением абсолютного числа лимфоцитов. В результате воздействия радона у животных снижается сопротивляемость организма, что способствует развитию вторичных инфекций. Ингаляционная затравка крыс радоном в концентрации 29,6-10s Бк/л и экспозиции 4 ч приводит к тяжелым патологическим изменениям, у животных развивается отек легких, очаговая эмфизема, поражение бронхов. В отдаленные сроки отмечена резкая метаплазия бронхиального эпителия, развитие новообразований [65].

Н. С. Шубина приводит данные об изменениях красной крови у кроликов после ингаляции радона. После анемизации кроликов они подвергались воздействию радона в течение 25 сут. по 30 мин ежедневно. Вторая группа кроликов находилась в среде радона непрерывно в течение такого же срока. Было установлено, что регенерация красной крови у животных первой группы происходила несколько ускоренными сроками. У второй группы регенерации крови не отмечено. Количество эритроцитов никогда не доходило до исходного уровня. Автор это явление объясняет усиленным гемолизом эритроцитов.
В литературе имеются исследования по изучению влияния внутривенного введения радона кроликам. М. И. Неменов показал, что однократное введение радона в дозе (48,1—55,5)X10⁸ Бк является абсолютно смертельным для кроликов. Введение радона в дозе (74— 111)·10⁷ Бк вызывает снижение количества лейкоцитов в основном за счет лимфоцитов. Изменений количественного состава красной крови не отмечено. Повторные введения такого количества радона в сроки от 1 до 3-х сут. приводили кроликов к смертельному исходу. Однократное введение радона кроликам в дозе (49,9—74)-10⁸ Бк вызывало гибель животных в сроки от 1,5 до 7 сут. Наблюдалось быстрое ухудшение состояния, через 6—8 ч выделение прозрачной слизи из носа. Животные теряли в весе, становились вялыми, отказывались от пищи, перед гибелью развивался паралич задних конечностей. На вскрытии гиперемия внутренних органов, геморрагии и изъязвления в кишечнике. Обширные очаги некроза в костном мозге, уменьшение количества фолликулов в селезенке и лимфатических узлах.
В работе А. А. Канаревской и других приводятся данные о хроническом воздействии радона после однократного подкожного введения собакам в дозе (3,7—33,3) · 10⁷ Бк. У животных наблюдали угнетение эритро- и лейкопоэза с последующим частичным восстановлением кроветворной функции. Отмечено образование компенсаторных очагов кроветворения в диафизах трубчатых костей. Нарушения костномозгового кроветворения в грудине появляются раньше, чем в костном мозге позвонков, ребер и других костей. У части собак после подкожного введения радона развивается резко выраженная анемия, отмечается нарушение лейкопоэза и тромбопоэза.
Дочерние продукты ²²²Rn вызывают у крыс рак легкого, гистологически похожий на рак легкого у человека. Крыс-самцов в возрасте 3 мес подвергали ингаляции ²²²Rn с кумулятивной дозой 20 и 40 РУМ в течение 1 ч 2 раза в неделю. Концентрация ²²²Rn в ингаляционных камерах была 111 Бк/л. Контрольные крысы подвергались воздействию ²²²Rn, обычно присутствующему в закрытых помещениях и равному 2 РУМ в течение всей продолжительности жизни. Сокращения продолжительности жизни у крыс не наблюдали. Частота рака легкого составляла для контроля 0,83%, для дозы 20 РУМ — 2,21% и для дозы 40 РУМ —3,82%. У опытных крыс срок возникновения опухолей был короче, чем у контрольных. Коэффициент риска оценен равным приблизительно 700-706 на РУМ. Доза 20 РУМ рассматривается авторами как удваивающая доза для индуцирования рака легкого [59].
Значительный интерес представляет изучение отдаленных эффектов поражения радоном и его дочерними продуктами [65]. В литературе имеются сведения о продолжительной ингаляции радоном белых мышей. Концентрация радона в воздухе камеры составляла (0,3—5,92) · 10² Бк/см³. Животные жили до 161—453 сут. Начиная с 83-х сут. животные постепенно теряли в весе. К 200-м сут. потеря веса составляла около 20%, ухудшалось общее состояние, наблюдались изменения в белой крови. У погибших животных обнаружена атипичность бронхиального эпителия, в десяти случаях отмечены аденомы и в одном случае аденокарцинома легких.
Оригинальные экспериментальные данные приводятся в работе Н. Раевского и других, когда авторы помещали животных в шахту на рабочие места горняков. Из 88 погибших за два года мышей у 18 обнаружены опухоли: рак и аденома легких, аденома щитовидной железы, генерализованный лимфаденоз. Причиной возникновения отдаленных эффектов автор считает a-излучение радона.
Результаты изучения отдаленных эффектов при комбинированном действии кварцевой пыли и радона приведены в работе [65]. Крысам мелкодисперсная кварцевая пыль вводилась однократно в трахею в количестве 50 мг, затем они подвергались ингаляционному воздействию радона в концентрации 29,6Х10⁴ Бк/л при трехкратной одночасовой экспозиции. У животных отмечалось снижение веса и увеличение процента смертности по сравнению с контролем. В крови наблюдалось колебание в содержании форменных элементов, лейкоцитоз, обусловленный ростом количества лимфоцитов. В легких в отдаленные сроки развивался тяжелый диффузный силикотический процесс поражения бронхов. Наблюдалась резкая метаплазия бронхиального эпителия, развитие новообразований чужеродной ткани (костной, раковой), что связано с действием радона. В паренхиматозных органах — полнокровие, дистрофические и склеротические явления. Патологические процессы в легких, связанные с комбинированным действием пыли и радона, приводят к необратимым отдаленным последствиям поражения.

Экспериментальными исследованиями показано, что при комбинированном действии Rn и силициевой пыли у животных развивается в легких соединительнотканный фиброз и силикоз. Отмечены случаи радиационного пневмосклероза после облучения легких в дозе 0,25 Гр (В. С. Кушнева).
Преимущественное облучение органов дыхания при ингаляции Rn и его дочерних продуктов позволяют считать легкие как критический орган, а базальные клетки эпителия средних бронхов как критическую ткань. Однако, в литературе есть сведения о том, что Rn и его дочерние продукты могут накапливаться в почках. По данным Н. Раевского содержание радона в почках крыс было в 7,2 раза больше, чем в крови. При приеме радоновой ванны человеком уровень облучения почек и крови составляет 0,01 и 0,0004 Гр, т. е. в 28,2 раза выше [121]. Эти данные свидетельствуют о том, что в случае ингаляционного поступления в организм радона, очищенного от его дочерних продуктов, почки также являются критическим органом.
Биологическое действие Rn и его дочерних продуктов на организм человека изучалось на основании анализа заболеваемости среди рабочих рудников с повышенным уровнем естественной радиоактивности воздуха (О. С. Андреева). Заболеваемость среди работников рудников отмечалась при содержании радона и его дочерних продуктов в воздухе в концентрации 10,7—20,3 Бк/л. Исследованиями ряда авторов было установлено, что при добыче урановых руд основным источником радиационной опасности для работающих является радон и его дочерние продукты. Внешнее β- и γ-излучепие горных выработок, долгоживущие изотопы урана и радия имели второстепенное значение и вклад их в общую дозу облучения организма был сравнительно небольшим. Впервые повышенная заболеваемость и смертность от высоких концентраций радона и продуктов его распада в воздухе была зарегистрирована в рудниках Шнееберга.
Из 600—700 работающих ежегодно умирало 28—32 человека, многие из них погибали от злокачественных новообразований легких [60]. В 1921—25 гг. из 13 горнорабочих у 9 был на вскрытии обнаружен рак легких. К 1938 г. общее число зарегистрированных случаев рака легких у горнорабочих Шнееберга составило 300. Высокая заболеваемость раком легких была отмечена также у горняков рудника Яхимова. Из 89 рабочих, умерших в период с 1929 по 1938 г., рак легкого был обнаружен у 41 человека [60].
Наряду с образованием злокачественных опухолей в легких, радон и продукты его распада вызывают развитие радиационного пневмосклероза.

О развитии фиброзных изменений в легких у горнорабочих урановых рудников США свидетельствуют клинические наблюдения. Несмотря па то, что основное значение в развитии пневмосклероза принадлежит рудничной пыли, дополнительное облучение легких радоном и продуктами его распада способствует развитию смешанного процесса так называемого силикорадационного пневмосклероза [60].
При вдыхании воздуха, содержащего радон, последний в виде свободных атомов или связанный с аэрозольными частицами дочерних продуктов оседает в органах дыхания и накапливается в организме. Так, при вдыхании воздуха, содержащего 3,7 Бк/л Rn в равновесии с короткоживущими дочерними продуктами, уже через 30—60 мин в органах дыхания человека накапливается активность порядка 3,7·10³ Бк. Максимальная задержка дочерних продуктов Rn в органах дыхания человека составляет от 70 до 75% [189].
В работах отечественных и иностранных авторов показано, что максимальный уровень облучения эпителия наблюдается в бронхах среднего калибра, особенно сегментарных и субсегментарных, где оседает значительное количество микроскопических частиц и атомов дочерних продуктов радона. Материалы исследований свидетельствуют о том, что облучение бронхиального эпителия в 30 раз выше, чем альвеолярной ткани. Этот факт объясняет, почему рак легкого у работающих на урановых рудниках в большинстве случаев происходит из бронхиального эпителия, находящегося в нескольких сантиметрах от ворот легких.
В публикациях МКРЗ приводятся пределы ингаляции продуктов распада Rn для профессиональных работников. В основе предложенных рекомендаций по пределам ингаляции продуктов распада рабочими лежат предложения в области дозиметрии легких и риска рака легких, которые требуют серьезной проверки.
Вариабельность анатомических и физиологических параметров свидетельствует о том, что 1—2% рабочих получают дозы в 10 раз больше средней. Радиобиологические эффекты необходимо рассматривать на клеточном уровне, т. е. с привлечением микродозиметрии. В публикации 32 предполагается равенство взвешивающих факторов для легочной ткани и базального слоя бронхиального эпителия, однако в последнем случае взвешивающий фактор должен быть выше, так как чувствительность этих клеток выше. Только 40% энергии ²¹⁰Ро приводит к гибели клеток, поэтому биологическая эффективность α-частиц должна быть уменьшена вдвое — фактор качества следует принять равным 10, а не 20. Все оценки риска следует проводить на основе линейной зависимости доза — эффект [95].
Таким образом, радон и продукты его распада могут представлять определенную радиационную опасность. В настоящее время благодаря улучшению условий труда, техники безопасности, широким санитарно-гигиеническим мероприятиям, а также решению комплекса инженерно-технических вопросов заболеваемость в горнорудной промышленности резко снизилась. Практически отсутствуют острые поражения, резко сократилась заболеваемость органов дыхания в отдаленные сроки.

Неотложная помощь при остром поражении радоном

Выход из зараженной атмосферы. Свежий воздух. Вдыхание карбогена. Промывание ротовой полости и носа водой или 2%-ным раствором двууглекислой соды. Отхаркивающие (термопсис с содой). Солевые слабительные. Внутрь: димедрол 0,05 г., антибиотики. Показаны ранние лечебные ингаляции аэрозолями 5—10%-ного раствора пентацина для выведения продуктов распада радона [79]. ПДП радона для персонала через органы дыхания 27,75- 10⁷ Бк/год. ДК для персонала в воздухе рабочих помещений 11,1-10⁷ Бк/л.