Файл: Быховский, А. В. Горячие аэрозольные частицы при техническом использовании атомной энергии.pdf

тенсивного пневмосклероза (фиброза) со смертельным исходом в результате профессионального воздействия радиоактивных аэрозолей на работающих в радиологи­ ческих лабораториях. В большей части случаев в воз­ духе лабораторий имелся как радон с его короткоживу­ щими дочерними продуктами, так и долгоживущие аэро­ золи радия [65—68]. В одном случае этиология заболе­ вания была, очевидно, связана только с воздействием радона и его короткоживущих дочерних продуктов, по­ скольку радиометрическое исследование не выявило повышенного содержания долгоживущих радиоизотопов в легочной ткани умершего [65].

По дальнейшим оценкам, развитие пневмосклероза в легочной ткани человека наблюдается после воздейст­ вия рентгеновского излучения в дозах 100—500 р [158].

Результаты изучения на урановых рудниках США заболеваемости и смертности работающих [159—162] показали закономерное развитие у них фиброза легких, сопровождаемого эмфиземой, одышкой и постоянным кашлем, а также «легочным сердцем» (cor pulmonale); пневмокониоз и cor pulmonale являются одной из основ­ ных причин смерти работающих.

Причина этих изменений наряду с радиоактивными аэрозолями может быть связана с воздействием руднич­ ной кварцсодержащей пыли. Однако авторы работы [159] показали, что интенсивность основных симптомов, свидетельствующих о нарушениях функции легких, про­ порциональна уровню облучения работающих, выражен­ ному в относительных показателях дозы (РУ-месяц), и это свидетельствует о существенной роли облучения в развитии отмеченных нарушений. Кроме того, содержа­ ние свободного кремнезема в воздухе урановых рудни­ ков, как правило, ниже допустимого [160, с. 108].

Экспериментальные данные о развитии пневмоскле­ роза под влиянием радиоактивных аэрозолей менее об­ ширны, чем в отношении злокачественных опухолей. В работах [143, 144] показано, что для развития пневмосклеротических изменений в легких требуется мень­ шая доза, чем для возникновения опухоли. По мнению Стеннарда [54], склерогенная доза в среднем для легоч­ ной ткани составляет 1000—2000 р, тогда как канцеро­ генные дозы большей частью выше.

По данным А. П. Новиковой и М. Тихой [163], разритие соединительной ткани в легких при воздействии

39

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