Радіаційна токсикологія

Радіаційна токсикологія вивчає розподіл, кінетику обміну та біологічна дія радіоактивних ізотопів. Ці відомості на практиці використовуються для встановлення та оцінки гранично допустимих рівнів вмісту і надходження радіоактивних ізотопів у організмі повітрям, водою і їжею.
Опромінення при попаданні радіоактивних ізотопів всередину організму триває безперервно, поки ізотоп повністю не розпадеться або не буде виведено з організму. Іноді опромінення триває роками або навіть протягом всього життя потерпілого. При цьому найчастіше спостерігається переважне опромінення окремих органів і систем організму.
Ступінь токсичності і специфіка біологічного дії радіоактивного ізотопу визначається її фізичними (вид та енергія випромінювання, період напіврозпаду, доза випромінювача), хімічними (форма вводиться з'єднання, розчинність при рН тканин і органів, ступінь спорідненості до тканинних структур) і фізіологічними (шлях надходження, величина і швидкість всмоктування радіонукліда з депо, характер і тип розподілу, швидкість виведення з організму) властивостями, а також ступенем радіочутливості досліджуваного об'єкта.
Біологічно активні кількості більшості радіоактивних ізотопів мають незначний вагу. Кількість Sr90, відповідне 1 кюрі, важить 6,9·10-3 м, а гранично допустима доза (2 мккюри) - всього 1,4·10-8 р. Уражаюча дія радіоактивних ізотопів викликається не їх хімічними властивостями, а випромінюванням при розпаді. Лише у дуже повільно розпадаються радіоактивних ізотопів (U238, Th232 та ін) на перший план виступає не радіаційна, а хімічна токсичність. Радіоактивні ізотопи можуть надходити в організм через легені (вдихання аерозолей, парів, диму), шлунково-кишковий тракт (з водою та продуктами харчування), шкіру і рани. Для діагностики та терапії, крім перелічених, використовують підшкірне, внутрішньом'язове, внутрішньоочеревинне і внутрішньотканинне введення ізотопів.
При вдиханні радіоактивні аерозолі, проходячи через дихальні шляхи частково осідають у носоглотці і порожнини рота і звідти можливо їх потрапляння в травний тракт; певного розміру частинки й гази потрапляють в легені. В результаті діяльності миготливого епітелію деяка частка частинок видаляється з дихальних шляхів і теж внаслідок заковтування надходить в шлунково-кишковий тракт.
Ступінь проникнення, величина і тривалість затримки аерозолів у легенях залежать від їх заряду, розміру частинок і властивостей ингалируемого з'єднання. У разі інгаляції погано розчинних сполук при умовах, оптимальних для затримки аерозолів у легенях (розмір частинок >0,5≤2 мк), близько 25% радіоактивної речовини негайно видаляється з видихуваним повітрям, 50% затримується в верхніх дихальних шляхах і видаляється протягом декількох годин в результаті діяльності миготливого епітелію. З 25% аерозолів, які проникли в нижні дихальні шляхи, 10% досить швидко, завдяки діяльності миготливого епітелію, видаляються з легких, потрапляють в ротову порожнину і заковтуються.
Решта 15% повільно зникають з легких. Велика частина залишається активності затримується в легенях або фагоцитируется і потрапляє в лімфатичні вузли легенів, де міцно фіксується. Внаслідок цього, а також малого обсягу лімфатичних вузлів у порівнянні з масою легких концентрація погано розчинних радіоактивних аерозолів в лімфатичних вузлах у пізні терміни після вдихання ізотопу може в 100-1000 разів перевищувати таку в легенях. Добре розчинні сполуки радіоактивних речовин швидко всмоктуються з легких і залежно від своїх властивостей різним чином розподіляються в організмі. Всмоктування радіоактивних ізотопів з шлунково-кишкового тракту залежить від хімічних властивостей вводиться з'єднання та фізіологічного стану організму. За рідкісним винятком (окис тритію) радіоактивні ізотопи погано всмоктуються через непошкоджену шкіру.
Розподіл в організмі ізотопів елементів, що належать до однієї групи періодичної системи, має багато спільного. Елементи I основної групи (Li, Na, К, Rb, Cs) повністю резорбуються з кишечника, порівняно рівномірно розподіляються по органах, відносно швидко виділяються з сечею. Елементи II групи (Са, Sr, Ba, Ra) добре всмоктуються з кишечника, вибірково відкладаються в скелеті, в дещо більшій кількості виводяться з калом, ніж з сечею. Елементи III основної та IV побічної груп, в тому числі легкі лантаніди, актиниды і трансуранові елементи, що практично не всмоктуються з кишечника, але, потрапляючи тим чи іншим шляхом в кров, вибірково відкладаються в печінці та меншою мірою у скелеті. Вони виділяються переважно з калом. Елементи V і VI основних груп за винятком полонія порівняно добре всмоктуються з кишечнику та виводяться майже виключно (до 70-80%) з сечею протягом першої доби, тому в органах відкладаються в порівняно невеликій кількості.
Зменшення радіоактивності в органах відбувається в результаті радіоактивного розпаду, перерозподілу ізотопів у організмі або виведення з нього. Ці процеси відбуваються одночасно і незалежно один від одного.
Фізичний розпад радіоактивних ізотопів (див.) підпорядковується експоненціальним законом, що означає сталість частки радіоактивних атомів, що розпадаються в одиницю часу. Проміжок часу, за який первісна радіоактивність ізотопу зменшується вдвічі, називається фізичною періодом напіврозпаду.
Для опису кінетики виведення ізотопу з органів і тканин і організму в цілому користуються експоненційної або степеневою моделлю. У першому випадку для розрахунку кількості ізотопу, що міститься в організмі, беруть, що виділення його йде з постійною швидкістю, тобто за одиницю часу виділяється певна частка наявного в організмі ізотопу. Виведення ізотопу найчастіше описується сумою двох або декількох експонент. Це свідчить про те, що в органі або тканині існує кілька фракцій ізотопу, що володіють різною міцністю зв'язку з тканинними структурами і різною швидкістю виведення.
У степеневої моделі розраховують кількість затриманого в організмі ізотопу як функцію часу, що пройшов з моменту потрапляння ізотопу в організм. Описують цю залежність математичні рівняння знаходять дослідним шляхом для кожного ізотопу.


Швидкість виведення радіоактивної речовини з організму (або органу) характеризують біологічним періодом напіввиведення, тобто часом, за яке радіоактивність знижується вдвічі лише за рахунок виведення речовини. Відрізок часу, протягом якого радіоактивність в організмі зменшується наполовину завдяки радіоактивному розпаду і виведення речовини з організму, називається ефективним періодом напіврозпаду.
Токсичність радіоактивних речовин, як правило, оцінюють величиною радіоактивності на одиницю ваги тварини (мккюри/р, мкюрі/кг тощо). Біологічний ефект, проте, зручніше пов'язувати з поглиненою дозою в тканинах, органах і організмі в цілому, виміряної в радах (див. Дози іонізуючих випромінювань). Величина дози у радах може бути розрахована з даних про кількість ізотопу на одиницю ваги тканини, знання схеми його розпаду, тобто виду та енергії випромінювання і ефективного періоду напіврозпаду.
Клінічна картина ураження, обумовлена добре резорбуємими з місця введення радіонуклідами (Sr89, Sr90, Ва140, Cs137, Ra226, Н3), не залежить від шляху їх надходження в організм. У разі погано резорбирующихся з депо радіоактивних ізотопів (Y91, Y90, Ce144, Pu239, Po210) поразка в значній мірі визначається способом введення речовини і характеризується переважанням патологічних процесів на місці введення ізотопу.
При попаданні радіоактивних ізотопів, рівномірно розподіляються в організмі, клінічна картина променевого ураження в основному така ж, як і при впливі зовнішніх джерел радіації. При ураженні, обумовленому попаданням радіоактивних ізотопів, вибірково откладывающихся в кістковій тканині й печінці, на перший план виступають зміни, пов'язані з місцем дії випромінювача. Зокрема, характерне виникнення пухлин кісток, лейкозів, цирозів і новоутворень печінки.
Враховуючи, що біологічна дія, що потрапили в організм радіоактивних ізотопів може бути усунена тільки після їх виведення з організму, а можливості прискорення цього процесу поки досить обмежені, найважливіше значення має профілактика отруєння радіоактивними ізотопами (див. Радіаційна гігієна). Терапія уражень, викликаних радіоактивними ізотопами, зводиться до заходів, що знижує всмоктування їх з шлунково-кишкового тракту, прискоренню виведення їх з організму за допомогою різних комплексоутворювачів та лікування інтоксикації.