Нептуний — химический элемент группы актиноидов с порядковым номером 93, атомной массой 237.0482, открыт в 1940 г. американскими учеными Макмилланом и Эйблсоном. Название получил в честь планеты Нептун. В настоящее время известно 15 изотопов Np. Небольшие количества 237Np и 239Np найдены в урановых рудах, где они образуются вследствие ядерных реакций урана с нейтронами. Стабильный нептуний — ковкий металл с серебристым блеском.
Весомые количества 237Np образуются в ядерных реакторах при производстве плутония. Его количество составляет около 0,1% массы 239Pu. Активность 1,5 мг 237Np равняется 3,7Х104 Бк. 237Np α-излучатель с Еа=4,77 МэВ и периодом полураспада 2,2· 106 лет. Скорость его спонтанного деления 5 актов на 1 г/ч. По химическим свойствам 237Np напоминает G и Pu.
Распределение 237Np в организме в ранние сроки характеризуется преимущественным накоплением его в печени. Через 1 сут. после внутривенного введения в печени депонируется 54,2%, скелете—21,5%, мышцах—11,7%, селезенке — 2,96% и почках—3,03%. В последующие сроки происходит перераспределение радионуклида. Через 2 мес его количество в печени снижается до 14,8%. в скелете, наоборот, увеличивается, достигая 44,3% к 62-м сут. Выведение 237Np из печени происходит с двумя периодами: Т1 — 4 сут. (37,5%) и Т2—52 сут. (62,5%). Из скелета 237Np практически не выводится [9].
При ингаляции азотнокислой и щавелевокислой соли 237Np основными органами депонирования являются легкие и скелет. Через 1 сут. после ингаляции в легких крыс обнаружено 34,6% нитрата и 63.2% оксалата нептуния. Удаление 237Np из легких в период с 1-х по 542—650-е сут. происходит с двумя периодами полувыведения: 26% (нитрат) и 48.8% (оксалат), удаляется с Тэф=15,4 и 22,4 сут; 8,1% (нитрата) и 22.6% (оксалата) выводятся с Тэф=151 и 168 сут. При ингаляции нитрата и оксалата нептуния 61,1 и 23,4% выводятся из скелета с Тэф=840 и 2310 сут. соответственно. Микрораспределение 237Np при ингаляционном поступлении характеризуется диффузным отложением азотнокислой соли, оксалат нептуния распределяется в виде конгломератов, через 7 — 360 сут. радионуклид концентрируется по ходу бронхов и сосудов в прикорневой зоне легких.
При поступлении 237Np в легкие в составе производственной пыли наблюдается быстрое его удаление из организма. За 3 нед опыта из легких выводится 93% начального содержания нептуния в организме. Величина резорбции 237Np из легких в кровь за 7, 14 и 21 сут. опыта составляет соответственно 6,8; 10,8 и 11,1% начального содержания. Быстрое выведение 237Np из легких в условиях невысокой его растворимости связано с самоочищением в результате активации деятельности макрофагов.
Интратрахеальное введение 237Np крысам в количестве 7,4-104 Бк способствует длительной задержке радионуклида в легких. По расчетам авторов 31% Np выводится с Тб= 4 сут, а 69% с Тб=133 сут. Высокое содержание 237Np в легких (74 — 87,6%) на протяжении первых 8 сут. при введении растворимого цитратного комплекса, по-видимому, связано с повреждением легочной паренхимы при этом способе введения. Накопление 237Np в органах вторичного депонирования было в 2—3 раза выше, чем при вдыхании производственной пыли и достигало максимума в скелете к 32 сут. (25,3%), в печени к 8 сут. (3.1%) [51].
Э. Р. Любчанский и др. [9] в опытах на крысах ингалировали 2<Np в течение 1.0 мин. Показано, что 237Np (V, VI) в значительно большем количестве поступает из легких в кровь и органы вторичного депонирования, чем Np (IV). Резорбция 237№р из легких составляет соответственно 41,8 и 15.8% начального содержания в органе. Через 1,64 и 256 сут. в легких крыс, вдыхавших нитрат нептуния, содержится 34,6; 8,0 и 3,1% радионуклида, а у крыс, получавших оксалат нептуния — 63,2; 23,7 и 8,2% соответственно. Суммарное содержание 237Np в скелете, печени, селезенке и в почках в указанные сроки составляет 49,4—63,7% (нитрат) н 20,7—26,6% (оксалат).
Эти данные показывают, что поведение 237Np в организме зависит от физико-химических свойств вводимого соединения, Большинство экспериментальных исследований свидетельствует о том, что в среднем через 4—8 сут. после ингаляции 50% резорбируемого количества 237Np обнаруживается в скелете, 10% в печени и 4% в почках. Суммарное выведение 237Np с мочой (16,4%) и калом (17,6%) за 5 сут. примерно одинаково. Выведение 237Np из скелета происходит по экспоненциальному закону: 61% азотнокислого и 23,4% щавелевокислого Np выводятся с Тб, равным соответственно 840 и 2310 сут. [51].
Следовательно, ингаляция различных соединений нептуния сопровождается длительной его задержкой в легких, накоплением в скелете, печени, почках, медленным выведением из органов депонирования.
На скорость выведения 237Np из легких влияет функциональное состояние механизмов самоочищения легких. Резорбция 237Np в кровь зависит от физико-химического состояния вводимого соединения, большую опасность представляют растворимые соединения. 237Np плохо всасывается из ЖКТ. Всасывание нитрата составляет 0,12%, цитратный комплекс всасывается от 0,26 до 2,3%. После перорального введения основное количество 237Np содержится в скелете и печени.
Экспериментальные исследования показывают, что примерно 0,01 часть Np, вводимого в виде нитрата, всасывается в ЖКТ, однако, если Np включен в пищевые вещества, его всасывание может быть в 10 раз меньше. В организме обмен Np сходен с обменом Рц, хотя в скелете он ближе к Са. Циркулирующая в крови часть Np (0,45%) накапливается в минеральной части кости, столько же в печени; в семенниках 3,5-10-4, в яичниках 1,1-10 4, что соответствует накоплению 10-5 на 1 г ткани гонад. Остальная часть циркулирующего Np экскретируется. Период полувыведения Np из костной ткани составляет 100 лет, из печени 40 лет, в гонадах содержание Np остается неизменным. В костях Np откладывается на поверхности, длительно задерживаясь в эндотелиальном слое и медленнее проникая в матрикс кости, чем щелочноземельные элементы [51].
При поступлении через неповрежденную кожу 80% 237Np распространяется по всей ее глубине. Основная концентрация его наблюдается в поверхностном слое и лишь 20% проникает в более глубокие слои. За сутки при капельном загрязнении резорбируется 0,1 % нанесенного на кожу количества. Основными органами депонирования 237Np являются печень и скелет. При подкожном введении 237Np медленно резорбируется из места введения. Через 1 ч в крови определяется 4,07% введенного количества. К 64 сут. в печени содержится 5,87%, скелете 13,1%. Выведение 237Np при подкожном введении происходит с мочой [68].
237Np быстро выводится из подкожной клетчатки. Через 1 сут. после введения кроликам в количестве 8,21-10* Бк удаляется 84—96%. По мере удаления радионуклида из места инъекции происходит накопление его во внутренних органах. Наибольшие количества 237Np откладываются в скелете. Микрораспределение 237Np после подкожного введения характеризуется диффузным накоплением его во всех структурных элементах печени, почек, костного мозга и костей 19].
Через 15 мин после внутривенного введения азотнокислого ϊ37Np в крови остается 7,25% введенного количества, в скелете содержится его в 3 раза больше (16%)> чем в печени (5,2%). При введении оксалата Np основное количество нуклида содержится в крови (69%), содержание в печени (9,6%) выше, чем в скелете (6,65%).
Через 6 мес после введения азотнокислого Np содержание его в скелете (43,65%) было в 180 раз выше, чем в печени (0,24%). Форма вводимого соединения определенно влияет на кинетику выведения нептуния из крови и особенности его распределения. Распределение Np зависит от валентности раствора. Пятивалентный 237Np имеет скелетный тип распределения, а четырехвалентный (цитрат) — печеночный [51].
В. В. Креслов и Г. С. Мушкачева показали, что относительное распределение Np по субклеточным фракциям печени крыс (ядерная, митохондриальная, лизосомально-микросомальная и растворимая) неравномерно и практически не зависит от валентного состояния и пола животных. При введении нитрата Np (V. VI) около 50% нуклида накапливается в митохондриальной фракции печени и почек крыс (самцов и самок), с той лишь разницей, что в митохондриях почек максимальное количество 237Np обнаруживается уже через сутки после затравки, а в митохондриальной фракции печени — спустя 3 сут.
А. К. Журавлева занималась исследованием высокомолекулярной белковой фракции Np. Она сделала вывод о том, что печень захватывает гидролизованные формы металлов, прочно связанные с высокомолекулярными белками. Вероятно, происходит некоторое поступление нуклидов в печень и с низкомолекулярными белками, но нельзя сказать, что эта связь способствует непосредственной доставке их в скелет. Не исключено, что низкомолекулярные белки просто временно удерживают радионуклиды в крови, а относительная мобильность связи металлов с этими белками обеспечивает постепенный переход их в форму небелковых комплексов и в конечном итоге задержку скелетом.
Биологическое действие при внутривенном введении 237Np характеризуется в ранние сроки его высокой химической токсичностью. В более поздние сроки преобладает действие ионизирующего излучения. 237Np в дозе 0,011 · 104 Бк/г вызывает гибель 50% крыс в течение 30 сут. Острое поражение радионуклидом характеризуется развитием токсической дистрофии печени и некротическим нефрозом [9].
При интратрахеальном введении оксалат нептуния более токсичен, чем нитрат. 237Np, введенный интратрахеально в дозе 18,5-104 Бк/кг, обладает острой химической токсичностью [68].
При хроническом внутрибрюшинном введении 237Np значение ЛД50/30 составляет 11,36· 104 Бк/кг. Степень выраженности анемии, тромбопении, лейкопении и ретикулоцитоза возрастет линейно с увеличением ежедневно вводимого количества радионуклида [9].
Для гибели животных после парентерального введения 237Np в количестве 16,65·104 Бк характерны два пика смертности. Ранний пик смертности наблюдается в течение первых 7 сут.
В этот период погибает от 10 до 100% животных. Животные, пережившие острый период поражения, погибают через 300 сут. При этом средняя продолжительность их жизни значительно ниже, чем у контрольных крыс.
Воздействие остроэффективных количеств 237Np вызывает поражение печени, почек и расстройство кровообращения. У животных наблюдается острая токсическая дистрофия печени, а в почках — некротический нефроз. При оценке биологического действия 237Np следует учитывать действие его как химического вещества и как радионуклида. В отдаленные сроки химическая токсичность имеет меньшее значение, ведущее значение в развитии патологии принадлежит радиационному фактору [9].
При внутривенном введении 237Np в количестве (9,25— 18,5)-104 Бк/кг у крыс на 3-и сутки развивается лейкопения в основном из-за уменьшения числа лимфоцитов. В поздние сроки число лейкоцитов находится на уровне физиологической нормы. К концу первого месяца количество нейтрофилов превышает исходный уровень в 1,5—2 раза. В сроки с 9-го по 12-й мес абсолютное число нейтрофилов увеличено. При введении 237Np в дозе 18,5-104 Бк/кг через год развивается эритропения. Вероятно ранние изменения в крови являются следствием химической токсичности элемента, вызывающей раздражение функции гемопоэза. Хроническое введение оксалата и нитрата Np приводит к угнетению функции кроветворения, характерной для поражения радионуклидами. Начиная с 30 сут. уменьшается число лейкоцитов и тромбоцитов, а затем и ретикулоцитов. Через сутки после введения 237Np содержание альбуминов в крови снижается на 25% по сравнению с контрольным уровнем, увеличивается количество остаточного азота. Содержание холестерина в крови снижается на 10—30%. Наблюдаемые изменения химического состава сыворотки крови являются следствием поражения печени и почек [68].
Л. А. Булдаков и В. Н. Карпова [13] изучали продолжительность жизни крыс при сочетанном внешнем [137Cs] и внутреннем (237Np) облучении.
Т. И. Левдик крысам вводила 237Np интратрахеально в дозах от 0,2 до 188 кБк/кг и подвергала внешнему облучению в дозе 51,6 мКл/кг.
Скорость вымирания крыс определяется исходным уровнем радионуклида, причем эта зависимость более выражена в случае сочетанного воздействия внешнего и внутреннего облучения. При сочетанном воздействии γ-излучения в дозе, вызывающей развитие лучевой болезни легкой степени тяжести, и 237Np в хронически эффективных количествах эффекты, приводящие к сокращению СПЖ крыс, суммируются. В этом случае СПЖ заметно короче, чем после изолированных воздействий.
После интратрахеального введения 237Np характер гистологических изменений легких тесно связан с особенностями микролокализации радионуклида. В первые 4 нед отмечаются ателектатические очаги вдоль сосудов и бронхов, иногда гнойное расплавление и образование абсцессов. У животных, павших в течение первых 5 сут, наблюдается выраженная картина острой токсической дистрофии печени, не характерная для лучевых поражений.
В почках при поражении 237Np развивается нефроз, характерный при поражениях ураном. Основной причиной гибели животных является сочетание аплазии кроветворения и деструктивно-некробиотических изменений паренхиматозных органов [68].
237Np обладает выраженной бластомогенной эффективностью. Спектр опухолей и частота их возникновения зависят от характера распределения 237Np и формы вводимого соединения.
После однократного внутривенного введения 237Np у крыс возникают остеосаркомы. Минимальные остеосаркомогенные дозы 0,04—0.05 Гр. При хроническом введении 237Np остеосаркомы у крыс возникают в 1,5—4 раза чаще, чем при однократном введении. При этом происходит дополнительное воздействие ионизирующего излучения на уже поврежденные структуры, что, по-видимому, является основной причиной более высокой частоты опухолей при длительном поступлении 237Np. По этой же причине при хроническом введении в организм животных 237Np частота лейкозов (до 9%) выше, чем при однократном (2—4%). Установлено, что частота лейкозов мало зависит от дозы облучения. Опухоли печени и почек в результате воздействия 237Np возникают у крыс в 2—4% случаев. При внутрибрюшинном введении 237Np развиваются фибросаркомы и мезотелиомы брюшины в 8—2% случаев. У самцов чаще возникают опухоли надпочечников, а у самок опухоли гипофиза (в 33—37% случаев и 30—38,6% случаев соответственно) [9].
В отдаленные сроки после интратрахеального введения 237Np в организме в очагах скопления радионуклида развивается пневмосклероз с явлениями плоскоклеточной метаплазии бронхиального и альвеолярного эпителия, что, в свою очередь, приводит к злокачественному росту. У животных, носителей 237Np, развиваются также опухоли различных органов и тканей. Остеосаркомы возникают при сравнительно низком уровне облучения (—0,48 Гр).
Неотложная помощь при поражении 237Np.
При ингаляционном поражении 237Np рекомендуют промывание носа и ротовой полости 2%-ным раствором пентацина или 2%-ним раствором фосфицина. Дезактивация кожи 5%-ным раствором пентацина, препаратом «Защита-7», пастой 11,6.
Промывание желудка обильным количеством воды или 1%- ным раствором фосфата натрия. Ингаляция 5—10%-ным раствором пентацина. Внутривенно 5—10%-ный раствор пентацина—10 мл или 10%-ный фосфицина —20 мл (вводить медленно!) [79].
ПДП для персонала через органы дыхания для 237Np составляет 0,55-104 Бк/год. ДК в воздухе производственных помещений 7,4-10'5 Бк/л, в атмосферном воздухе 25,9-10-7 Бк/л. в воде 55,5 Бк/л.
