Закономерности метаболизма радионуклидов

Распределение в организме элементов, относящихся к определенной группе периодической системы Менделеева, имеет много общего.

Элементы первой основной группы (Li, Na, К, RЬ, Сs) полностью всасываются из кишечника, сравнительно равномерно распределяются по органам и выделяются преимущественно с мочой.

Элементы второй основной группы (Са, Sr, Ва, Ра) хорошо всасываются из кишечника, избирательно откладываются в скелете, выделяются в несколько больших количествах с калом.

Элементы третьей основной и четвертой побочной групп, в том числе легкие лантаноиды, актиноиды и трансурановые элементы, практически не всасываются из кишечника, откладываются в печени и в меньшей мере в скелете, выделяются преимущественно с калом.

Элементы пятой и шестой основных групп периодической системы, за исключением Ро, сравнительно хорошо всасываются из кишечника и выводятся почти исключительно с мочой в течение первых суток, благодаря чему в органах обнаруживаются в сравнительно небольших количествах.

Распределение, накопление и выведение радионуклидов из организма

Пути поступления радионуклидов в организм.

Радиоактивные вещества могут проникать в организм животных через легкие, при вдыхании загрязненного воздуха; через пищеварительный тракт с кормом и водой, содержащими радиоактивные вещества: через неповрежденную кожу, слизистые оболочки и раны. Характер распределения радионуклидов в организме зависит от основных химических свойств элемента, формы вводимого соединения, пути поступления и физиологического состояния организма.

Степень проникновения радиоактивного аэрозоля и задержка его в легких зависят от заряда частиц и их размеров. Газообразные радиоактивные вещества очень быстро всасываются с поверхности легких в кровь и разносятся по всему организму. Частицы диаметром менее 0,5 мкм легко проникают в легкие и также легко покидают их, не задерживаясь. Частицы размером от 0,5 до 1 мкм задерживаются в легких на 90%,пылинки размером более 5 мкм фиксируются до 20%. Более крупные частицы оседают в верхних дыхательных путях, отхаркиваются и затем заглатываются и поступают в желудок. Задержавшиеся в легких радиоактивные частицы быстро всасываются в кровь, однако определенная часть их фагоцитируется макрофагами, в результате чего в легочной ткани может создаваться большая радиоактивность на длительное время.

Медленно покидают легкие плохо растворимые соединения. Высокая концентрация таких радионуклидов часто обнаруживается в лимфатических узлах корней легких. Очень быстро всасывается в легких окись трития, растворимые соединения щелочных и щелочноземельных элементов, медленно — Рu, Аm, Се, Сm и другие тяжелые металлы.

Для сельскохозяйственных животных основным путем поступления радионуклидов в организм следует считать пищеварительный тракт, особенно при пастбищном содержании.

Типы распределения радионуклидов в организме всех видов млекопитающих в принципе одинаковые, и они мало меняются с возрастом животных.

Типы распределения	Элементы
Равномерный	Элементы первой основной группы периодической системы: водород, литий, натрий,калий,рубидий,цезий,рутений,хлор,бром и тд.
Скелетный (Остеотропный)	Щелочноземельные элементы: бериллий,кальций,стронций,барий,радий,цирконий,фтор и др.
Печеночный	Лантан,церий,прометий,плутоний,торий,марганец и тд.
Почечный	Висмут,сурьма,мышьяк,уран,селен и тд.
Тиреотропный	Йод, астат,бром и тд.

У беременных самок радиоактивные изотопы проходят через плаценту и откладываются в тканях плода. Для молодых животных свойственно более интенсивное всасывание и депонирование радионуклидов в тканях. В связи с этим четче проявляется у некоторых радионуклидов неравномерность распределения по отдельным частям (участкам) органа. Неравномерность распределения радионуклидов в ткани может наблюдаться при воспалительных процессах. В очагах воспаления обычно отмечается их повышенное отложение, иногда в десятки раз. Для некоторых радионуклидов критическими всегда являются одни и те же органы, например, для йода - щитовидная железа, стронция, кальция и радия - кости.

Накопление радионуклидов в органах и тканях

Накопление радионуклидов в органах и тканях животных связано с их физико-химическими свойствами, видом животных, их возрастом, физиологическим состоянием, а также с видом самого органа и ткани.

Для оценки накопленных радионуклидов используют количественное понятие «содержание» конкретных радионуклидов или их общую активность в органе, ткани или всем организме, которая выражается в абсолютных единицах (Беккерель (Бк) или Кюри (Ки)) или в относительных единицах (% от суточного или общего их поступления в организм).

Для оценки скорости накопления в радиоэкологии используют понятие «кратность накопления», под которым понимают полученную активность радионуклидов в органах и тканях по отношению к их ежесуточному поступлению в организм.

Кратность накопления (F) определяют по формуле

F=Cm/g,

где C — концентрация радионуклидов в органах и тканях,(Бк/кг);

m — масса органа или ткани, (кг);

g — количество радионуклида, ежесуточно поступающего в организм, Бк.

Во время длительного поступления радионуклидов в организм животных скорость их накопления существенно меняется. В начале оно происходит интенсивно, а затем по мере насыщения тканей, постепенно замедляется и наконец наступает такой момент, когда устанавливается равновесие между вновь поступающими радионуклидами и выводимыми. С этого периода дальнейшего увеличения их в организме животных не происходит. Однако если животное станет получать большее количество радионуклидов, то они вновь начнут накапливаться до установления нового равновесия, но уже наболее высоком уровне.

Напротив, если животные станут принимать с кормом меньшее количество радионуклидов, то они начнут выводиться из организма. Это явление имеет важнейшее практическое значение для получения пригодной в пищу продукции на загрязненных территориях.

Время, в течение которого устанавливается равновесие, определяется природой радионуклида, а также сильно зависит от вида, возраста и физиологического состояния животных и напрямую связано со скоростью обмена веществ в организме. В мышечной ткани и паренхиматозных органах состояние равновесия для цезия устанавливается у крупного рогатого скота в интервале между 60ми и 150ми сутками, а у овец через 105 суток. Стронций в мягких тканях достигает своего равновесия намного быстрее — на 5...7е сутки. Однако в костной ткани он продолжает интенсивно откладываться, вследствие своего выраженного к ней тропизма.

Выделение радионуклидов из организма

Попавшие в организм радионуклиды участвуют в обмене веществ по принципу, аналогичному своим стабильным носителям. В связи с этим они выводятся из организма через те же самые выделительные системы, что и их стабильные носители.

Основное количество радиоактивных веществ выводится через ЖКТ и почки. В меньшей степени они выводятся через кожу. У беременных и лактирующих животных часть радионуклидов выводится с новорожденным плодом и молоком.

Скорость выведения радионуклидов зависит от их природы, а также от вида, возраста, физиологического состояния животных и ряда других факторов.

Наиболее быстро из организма выводятся радионуклиды, депонирующиеся в мягких тканях, где высокая скорость обмена веществ. Существенное влияние на этот процесс оказывает состояние радионуклидов в тканях, то есть находятся они в свободном состоянии или связаны с тканевыми структурами. Свободные радионуклиды быстрее выводятся из организма — это 131I, 106Ru, 132Te, 137Cs. Связанные с тканевым белком и находящиеся в коллоидном состоянии радионуклиды выводятся медленнее — это 140La, 142Pr, 144Ce, 147Pm.

Остеотропные радионуклиды выводятся из организма хуже всего, потому что в костной ткани гораздо медленнее, чем в мягких тканях, протекает обмен веществ. Кроме того, они способны включаться непосредственно в костную ткань, замещая там кальций (это 90Sr, 90Y, 140Ba и др.)

Основным фактором, определяющим пути выведения радионуклидов из организма, являются их физико-химические свойства. Так, радионуклиды редкоземельных элементов, независимо от пути поступления, выводятся через ЖКТи незначительно с мочой. Выведение же 91Y, при разовом поступлении, через почки происходит в 3 раза интенсивнее, чем через ЖКТ. При однократном оральном введении 89Sr с мочой его выделяется в пределах 1,34%, а после внутривенного введения — более 21%. Для 137Cs различие путей выведения менее выражено. Так, при разовом внутривенном введении лактирующим коровам 33% его выводится через ЖКТ, при оральном — 40%.