книги из ГПНТБ / Быховский, А. В. Горячие аэрозольные частицы при техническом использовании атомной энергии

частиц обогащенного урана наблюдалось при дозах 250 бэр. Развитие пневмосклероза требует значительно меньшего латентного периода, чем возникновение опухоли.

Пневмосклерозы у крыс, подвергшихся ингаляцион­ ному воздействию растворимых соединений 239Ри, отме­ чены при минимальных дозах — 41—47 рад [115].

Применительно к проблеме биологического действия горячих аэрозольных частиц опасность рассмотренных двух основных видов отдаленных последствий неравно­ значна. Пневмосклероз, вызванный локальным облуче­ нием единичных микроскопических участков ткани, так­ же, по всей вероятности, должен иметь локальный ха­ рактер, что не создает серьезной угрозы для трудо­ способности и жизни человека. В отличие от этого зло­ качественное перерождение даже небольшого участка ткани может иметь, как известно, крайне неблагоприят­ ные последствия, вплоть до летального исхода для пост­ радавшего. Поэтому применительно к проблеме горячих

действие радиоактивных аэрозолей на организм, исхо­ дят из задачи профилактики отдаленных последствий облучения; применительно к изотопам, для которых критическим органом являются органы дыхания (в ос­ новном при воздействии нерастворимых радиоактивных частиц или при образовании нерастворимых соединений в легочной ткани), предельно допустимое поступление радиоактивных изотопов в органы дыхания (в кюри за год) рассчитывают, исходя из допустимой дозы облуче­ ния легких 15 бэр/год, и для целей гигиенического кон­ троля устанавливаются среднегодовые допустимые кон­ центрации [164, 165].

1.4. ОЦЕНКА КАНЦЕРОГЕННОЙ ОПАСНОСТИ ЛОКАЛЬНОГО ОБЛУЧЕНИЯ ТКАНЕЙ ЕДИНИЧНЫМИ РАДИОАКТИВНЫМИ ЧАСТИЦАМИ

Опасность единичных радиоактивных частиц связа­ на в основном с их воздействием на органы дыхания. Значительный объем воздуха, проходящий через легкие (10 м3 за рабочую смену, 20 м3/сутки), обусловливает максимальную возможность поступления радиоактивных

40

частиц в организм этим путем. Однако получение экс­ периментальных данных для строго количественной оценки опасности локального или резко неравномерного облучения в отношении легочной ткани сопряжено с максимальными техническими трудностями, которые определяются ее структурной сложностью, недоступ­ ностью для внешнего наблюдения и пребыванием в со­ стоянии постоянного движения при дыхании. Основной объем наиболее точной информации по данному вопросу получен для других тканей, в частности для кожи. Кро­ ме того, за последние годы в связи с применением ядерного горючего для ракетной техники появилась возмож­ ность локального облучения кожи сравнительно крупны­ ми нереспирабельными горячими частицами [168], и этот вопрос приобрел не только теоретическое, но и практи­ ческое значение.

Степень реальной опасности горячих частиц для ор­ ганов дыхания и кожи определяется в конечном счете:

а) дозовыми нагрузками на структурные элементы органов дыхания или кожи, зависящими от длительно­ сти пребывания горячей частицы в одном и том же уча­ стке, и мощностью дозы локального облучения окру­ жающих тканей;

б) уровнем канцерогенного риска, связанного с облу­ чением микроскопически малых участков тканей.

Дозовые нагрузки на структурные элементы органов дыхания

Существенное значение для оценки фактических доз облучения, связанных с присутствием в органах дыха­ ния горячих частиц, наряду с их перемещением имеет растворимость. Горячие частицы, присутствующие в со­ ставе глобальных выпадений испытательных ядерных взрывов, довольно плохо растворимы [169—173]. Так, по данным работы [169], растворимость двух горячих частиц

вЗн. растворе соляной кислоты за 24 ч составляла лишь 7,3 и 31,7%. В исследованиях с введением горячих ча­ стиц глобальных выпадений и микросфер карбида урана

вжелудочно-кишечный тракт экспериментальных жи­ вотных было доказано, что за период естественного про­ хождения через пищеварительную систему активность

частиц практически не уменьшается.

41

Растворимость горячих частиц, образующихся в про­ изводственных условиях, исследована с помощью спе­ циально разработанной методики в работе [174]. Выде­ ленную с помощью микроманипулятора горячую частицу 60Со заключали в специальной кассете между мембран­ ным и авторадиографическим фильтрами; после этого через кассету, помещенную в фильтродержатель, пропу­ скали 0,22%-ный раствор бикарбоната натрия, имити­ рующий среду легочной ткани. Период полуубывания активности исследованных горячих частиц, выделенных из воздуха помещений мощных гамма-установок, коле­ бался от 2 ч до 45 суток, что говорит о значительной полиморфности состава и структуры этих частиц.

Четкого представления о первом критерии канцеро­ генной опасности горячих частиц, т. е. дозовых нагрузках на структурные элементы легких, все еще нет, и полу­ чение экспериментальных значений этих величин — сложная задача будущего (см. сноску на с. 32).

Канцерогенный риск, связанный с локальным облучением тканей

При обсуждении вопроса о канцерогенной опасности локального облучения микроскопических объемов тка­ ней одни авторы безоговорочно считают возможным канцерогенный эффект горячих частиц [175], тогда как

радиации стало общепризнанным и, по мнению большей части исследователей, главную роль в механизме разви­ тия отдаленных последствий играет прямой эффект об­ лучения тканей, очевидно, что для обоснованного реше­ ния данной альтернативы требуется количественная оценка вероятности риска в типичных случаях облучения. Риск, пренебрежимо малый в одних случаях, при иных условиях может оказаться достаточно значительным, что­

42

1.Известно, что при уменьшении объема облучаемой ткани биологический эффект в общем уменьшается, а для получения того же результата как в случае острого, так и хронического воздействия требуется увеличение дозы.

2.При локальном облучении возникает неясность, на

какой объем ткани следует усреднять дозу. Согласно § 28 девятой публикации рекомендаций МКРЗ [177] при локальном облучении кожи недопустимо усреднение дозы на весь кожный покров и рекомендовано усред­ нять дозу по площади 1 см2 в области, получающей наи­ большее облучение; однако, говорится далее, при очень узком пучке крайне высокой интенсивности, например используемом для рентгеновского анализа, значение такой средней дозы может ввести в заблуждение и меры защиты должны основываться на качественных сообра­ жениях. При оценке средней дозы наиболее рациональ­ но усреднять ее только для клеток данного типа, как, например, сделано для случая облучения слизистой бронхов дочерними продуктами радона или торона, но

иэто допустимо в некоторых пределах.

3.Негомогенный характер облучения органа и тка­ ни с многочисленными локальными очагами облучения

высокорадиочувствительных клеток может при одинако­ вом значении средней дозы повлечь за собой значи­ тельное повышение биологического и, в частности, кан­ церогенного эффекта. Такие случаи отмечены в отно­ шении ряда остеотропных изотопов (плутоний, строн­ ций и др.), которые локализуются вблизи клеток, вы­ стилающих гаверсовы полости. Чтобы учесть подобные случаи, шестой публикацией рекомендаций МКРЗ [178] предусмотрено вместо вычисления значений «биологи­ ческого эквивалента рентгена» оценивать величины экви­ валента дозы DE по формуле

DE — D QF■DF . . .,

где D — поглощенная доза, рад; QF — коэффициент ка­ чества, соответствующий прежним значениям ОБЭ; DF — коэффициент распределения, равный, например, в случае остеотропных радиоизотопов пяти. Значения DF для различных случаев должны устанавливаться экспе­

риментально.

4. Кроме того, при локальном высвобождении энер­ гии излучения, заведомо превышающей летальные до-

43

зы, для общего эффекта облучения в отношении отда­ ленных биологических последствий эта доля энергии оказывается потерянной. Поэтому при концентрирова­ нии активности ее суммарный биологический эффект может при некоторых условиях оказаться сниженным.

По. данным работы Г179], при облучении кожи крыс одно и то же количество радиоактивного фосфора, равномерно распределенное на поверхности, вызывало в пять раз больше опухолей, чем при дискретном нане­ сении.

«В случае крайней него­ могенности дозы, — говорит­ ся в § 28 работы [177],—

например, при облучении радиоактивными частица­ ми с высокой удельной ак­ тивностью, процедура усред­ нения дозы может оказаться неподходящей. Это вопрос, в отношении которого тре­ буются дальнейшие исследо­ вания».

Рациональная попытка дать количественную оценку канцерогенному риску в свя­ зи с локальным облучением тканей предпринята в работе

Дина и Лангхэма [168]. Авторы полностью отказались от метода усреднения дозы, и оценка канцерогенного риска выполнена ими путем интегрирования данных, которые характеризуют индивидуальный риск для каж ­ дой из облученных клеток, вычисленный на основании количественного соотношения между дозой и канцеро­ генным эффектом.

Показанная на рис. 1.12 кривая составлена на ос­ новании результатов экспериментального изучения кан­ церогенной реакции кожи крыс и мышей на внешнее облучение [180]. Форма кривой отражает два типа реак­ ции клеток: канцерогенную, которая возрастает с уве­ личением дозы в четвертой степени от значения дозы

44

до максимума при 2000 рад, и цитотоксическую, сказы­ вающуюся в утрате клеткой способности к делению и проявляющуюся в основном на участке кривой при до­ зах более 2000 рад, где вероятность образования опу­ холи снижается обратно пропорционально квадрату дозы.

Дозовые нагрузки оценивали с использованием уп­ рощенной схемы структуры кожи (рис. 1.13). При

показывают, что в точке, лежащей непосредственно под центром микросферы (в начале абсциссы), вероятность образования опухоли минимальна; кумулятивная доза в этой точке равна 8700 рад и вероятность образова­ ния опухоли 5,6-ІО-4. Наиболее высокая вероятность образования опухоли приурочена к кольцеобразному участку базального эпителия, который окружает про­ екцию центра микросферы на расстоянии 300 мкм от нее и соответствует дозе 2000 рад.

Авторами выполнено несколько экспериментов на обезьянах и людях. В работе [181] сообщается о ре­ зультате опытов, в которых облученные в реакторе мик-

45

росферы карбида урана 235UC2 диаметром несколько десятых долей миллиметра помещали на кожу спины обезьян с получением дозы облучения от 1300 до 52 000 рад. Дозы более 10 000 рад вызывали эритему на небольших участках кожи с наличием микроскопиче-

Расстояние до проекции центра микросферы}мки

Рис. 1.14. Вероятность образования опухоли герми­ нативным слоем кожи в зависимости от его расстоя­ ния до проекции центра микросферы [168].

ских изменений в коже и подкожной клетчатке, кото­

В опытах на людях [168] три облученные в реакто­ ре мощностью 8 Мет микросферы карбида урана диа­ метром 174, 159 и 140 мкм находились на коже в тече­ ние 1,6; 5,3 и 6,1 ч соответственно, в результате чего

зования опухоли 8,1-ІО-4; 1,8-10-3 и 2,0-10_3. Наиболее выраженная реакция заключалась в небольшом сухом шелушении и образовании пигментированного пятна

46

(«веснушки»). По расчету, для получения одной опу­ холи требовалось облучение наибольшей дозой по мень­ шей мере 500 участков, и проведенные опыты были явно не предназначены для экспериментальной проверки воз­ можности канцерогенного эффекта. Такие опыты, по сообщению авторов, запланированы ими на будущее. Таким образом, в настоящее время получены первые экспериментальные свидетельства биологического эф­ фекта горячих частиц на кожу человека.

Канцерогенный эффект при локальном облучении легочной ткани показан в ряде экспериментов, в кото­ рых использовали непосредственное трансплевральное и трансторакальное введение в легкие радиоизотопных ис­ точников [182—186].

Проблеме локального облучения органов дыхания посвящена работа [193], в которой исследовано влияние интратрахеального введения соединений 144Се на органы дыхания крыс. Животным вводили раствор хлористого церия 144СеС1з или суспензию нерастворимых частиц фтористого церия 144CeF3.

Оказалось, что хлористый церий образует нераство­ римые, прочно связывающиеся с легочной тканью соеди­ нения, удаление которых из легких осуществлялось медленнее, чем нерастворимых частиц фтористого церия; как показывают помещенные в работе авторадиограммы, распределение радиоцерия, осевшего в легких из хлори­ стой соли, оказалось неравномерным, с наличием много­ численных «горячих» участков. Из-за выраженной за­ держки радиоцерия в легких доза облучения после введения растворимого хлористого церия была значи­ тельно выше (15—50 крад), чем для фтористого церия (0,7—5 крад). Экспериментальные точки, характеризую­ щие зависимость частоты опухолей легких у животных от дозы облучения легких, легли на одну кривую (рис. 1.15), в связи с чем автор работы высказал пред­ положение об отсутствии принципиальной разницы между действием нерастворимых и растворимых частиц. Однако наличие участков локального облучения в обоих сериях опытов и значительное различие между приме­ ненными в них уровнями облучения исключают возмож­ ность объективно оценить роль локального облучения в этих опытах. Кроме того, поскольку были обнаружены обширные опухоли, Воган [111] считает сомнительной возможность установить в этих опытах отношение сте-

47

псин злокачественных изменений к точному значению дозы.

Бейр [195] в дискуссии по своему докладу сообщил, что единичные частицы 239Ри не вызывают развития опухолей легких у мышей, однако каких-либо количест­ венных данных по этому вопросу не привел. Кроме того, в самом докладе Бейра и в работе [110] показано,

раны плутониевой стружкой в месте укола развилась опухоль; в иссеченных тканях обнаружено 5,5-ІО-8 кюри плутония, в опухоли найдены предраковые изменения, и доза облучения прилегающих к скоплению плутония клеток оценена в 75 Мрад.

Вопросу о роли неоднородности распределения дозы облучения в пространстве, с точки зрения радиационной защиты, посвящен обстоятельный обзор Воган [111]. В противовес точке зрения Лоца [192], считавшего несу­ щественным учет локального облучения легких, автор на1

48

основании анализа экспериментальных данных пришел к следующим выводам:

«а) неравномерность распределения дозы излучения важна только для канцерогенеза, если она относится к чувствительной ткани, т. е. стволовым клеткам внутри органа, подвергающегося риску;

б) местонахождение максимальной концентрации изотопа в некоторый период времени не обязательно яв­ ляется местом наибольшего риска, даже если оно при­ урочено к чувствительной ткани. Меньшая мощность дозы в течение длительного времени может оказаться более канцерогенной, чем кратковременное действие вы­ сокой мощности дозы;

в) имеется ряд количественных доказательств, что неоднородное распределение остеотропных изотопов в костях и 1311 в щитовидной железе может играть важ­ ную роль в канцерогенезе;

г) имеется ряд количественных и качественных дока­ зательств того, что для канцерогенеза в легких может иметь значение неоднородность распределения следую­ щих изотопов: радона и его дочерних продуктов, плуто­ ния, полония и церия, а для канцерогенеза в почках — неравномерность распределения полония».

До настоящего времени в связи с чрезвычайно серьезными техническими трудностями не удалось осу­ ществить опыты с локальным облучением легких и уста­ новить для легочной ткани кривую зависимости канцеро­ генного риска от дозы облучения, аналогичную той, ко­ торая получена для кожи (см. рис. 1.12). Тем не менее авторы работы [168] использовали расчетную модель, разработанную для случая облучения кожи, чтобы про­ иллюстрировать возможную зависимость канцерогенной опасности радиоактивных частиц 239РиОг для легочной ткани от их размера. Дозовые нагрузки на структурные элементы легких, вычисленные на основании измерений активности гистологических препаратов, были пересчи­ таны в значения канцерогенного риска для отдельных клеток на основании графика (см. рис. 1.12) и путем ин­ тегрирования оценена степень канцерогенной опасности для легких человека в целом при содержании в них 0,016 мккюри 239Ри, соответствующем предельно допусти­ мой нагрузке для этого изотопа (табл. 1.4).

В этих вычислениях, выполненных с помощью ЭВМ, предполагалось, что в каждом случае вся допустимая