радиобиология (2). 3. Иод131 в окружающей среде
 Скачать 0.75 Mb.
|
|
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ Иод-131 (йод-131, 131I), также называемый радиойодом (несмотря на наличие других радиоактивных изотопов этого элемента), — радиоактивный нуклид химического элемента иода с атомным номером 53 и массовым числом 131(рисунок 1).  Рисунок 1. Йод-131 и схема его распада. Период его полураспада составляет около 8 суток (таблица 1). Основное применение радиойод нашёл в медицине и фармацевтике. Также является одним из основных продуктов деления ядер урана и плутония, представляющих опасность для здоровья человека, внесших значительный вклад во вредные последствия для здоровья людей после ядерных испытаний 1950-х, аварии в Чернобыле. Иод-131 является весомым продуктом деления урана, плутония и, косвенно, тория, составляя до 3 % продуктов деления ядер. Таблица 1
В связи с β-распадом, иод-131 вызывает мутации и гибель клеток, в которые он проник, и окружающих тканей на глубину нескольких миллиметров. Удельная активность этого нуклида составляет приблизительно 4,6×1015 Бк на грамм [3]. 1.ПОЛУЧЕНИЕ Основные количества 131I получают в ядерных реакторах путём облучения теллуровых мишеней тепловыми нейтронами. Облучение природного теллура позволяет получить почти чистый иод-131 как единственный изотоп с периодом полураспада более нескольких часов [2]. 2.ОБРАЗОВАНИЕ И РАСПАД Иод-131 является дочерним продуктом β- распада нуклида 131Te. 131I имеет период полураспада 8,02 суток и является β- и γ-радиоактивным. Он распадается с испусканием β-частиц с максимальной энергией 0,807 МэВ (наиболее вероятны каналы β-распада с максимальными энергиями 0,248, 0,334 и 0,606 МэВ и вероятностями соответственно 2,1 %, 7,3 % и 89,9 %), а также с излучением γ-квантов с энергиями от 0,08 до 0,723 МэВ (наиболее характерная γ-линия, используемая на практике для идентификации иода-131, имеет энергию 364,5 кэВ и излучается в 82 % распадов)[3]; излучаются также конверсионные электроны и рентгеновские кванты. При распаде 131I превращается в стабильный 131Xe[5] 3. ИОД-131 В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ Выброс иода-131 в окружающую среду происходит в основном в результате ядерных испытаний и аварий на предприятиях атомной энергетики. В связи с коротким периодом полураспада, через несколько месяцев после такого выброса содержание иода-131 опускается ниже порога чувствительности детекторов. Йод-131 считается наиболее опасным нуклидом, образующимся при делении ядер. Это объясняется следующим набором свойств этого изотопа: Относительно высокое содержание йода-131 среди осколков деления (около 3%). Период полураспада (8 суток), с одной стороны, достаточно велик, что бы нуклид распространился по большим площадям, а с другой стороны, достаточно мал, что бы обеспечить очень высокую удельную активность изотопа - примерно 4.5 ПБк/г. Высокая летучесть. При любых авариях ядерных реакторов в первую очередь улетучиваются инертные радиоактивные газы, затем - йод. Например, при аварии на ЧАЭС, из реактора было выброшено 100% инертных газов, 20% йода, 10-13% цезия, и всего 2-3% остальных элементов. Йод очень мобилен и практически не образует нерастворимых соединений. Йод является жизненно важным, и в то же время - дефицитным элементом. Поэтому все живые организмы выработали способность концентрировать йод в своем теле. У человека большая часть йода в организме концентрируется в щитовидной железе, имеющей небольшую массу по сравнению со всем телом (12-25 г). Поэтому, даже небольшое количество радиойода приводит к большим дозам локального облучения щитовидной железы[1,7]. 3.1. РАДИАЦИОННЫЕ АВАРИИ Оценка по радиологическому эквиваленту активности иода-131 принята для определения уровня ядерных событий по шкале INES[10]. Авария на АЭС Фукусима I в марте 2011 вызвала значительный рост содержания 131I в продуктах питания, морской и водопроводной воде в регионах вокруг АЭС вплоть до Токио. Анализ воды в дренажной системе 2-го энергоблока показал содержание I-131, равное 300 кБк/см3, что превышает установленную в Японии норму по отношению к питьевой воде в 7,5 миллионов раз[11]. 4. НОРМАТИВЫ ПО СОДЕРЖАНИЮ ИОДА-131 Согласно принятым в России нормам радиационной безопасности НРБ-99/2009, решение об ограничении потребления продуктов питания обязательно принимается при удельной активности иода-131 в них, равной 10 кБк/кг (при удельной активности от 1 кБк/кг такое решение может приниматься по усмотрению уполномоченного органа). Для персонала, работающего с источниками радиации, предел годового поступления с воздухом иода-131 составляет 2,6×106 Бк в год (дозовый коэффициент 7,6×10−9Зв/Бк), а допустимая среднегодовая объемная активность в воздухе 1,1×103 Бк/м3 (это относится ко всем соединениям иода, кроме элементарного иода, для которого установлены ограничения соответственно 1,0×106 Бк в год и 4,0×102 Бк/м3, и метилиода CH3I — 1,3×106 Бк в год и 5,3×102 Бк/м3). Для критических групп населения (дети в возрасте 1-2 года) установлены ограничение на поступление иода-131 с воздухом 1,4×104 Бк/год, допустимая среднегодовая объемная активность в воздухе 7,3 Бк/м3, предел поступления с пищей 5,6×103 Бк/год; дозовый коэффициент для этой группы населения составляет 7,2×10−8 Зв/Бк при поступлении иода-131 с воздухом и 1,8×10−7 Зв/Бк — при поступлении с пищей. Для взрослого населения при поступлении иода-131 с водой дозовый коэффициент составляет 2,2×10−8Зв/Бк, а уровень вмешательства[6] 6,2 Бк/л. Для использования открытого источника I-131 его минимально значимая удельная активность (при превышении которой требуется разрешение органов исполнительной власти) равна 100 Бк/г; минимально значимая активность в помещении или на рабочем месте равна 1×106 Бк, ввиду чего иод-131 относится к группе В радионуклидов по радиационной опасности (из четырёх групп, от А до Г, наиболее опасной является группа А). При возможном присутствии иода-131 в воде (в зонах наблюдения радиационных объектов I и II категории по потенциальной опасности) определение его удельной активности в воде является обязательным[7]. 5. ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКЕ Иод-131, как и некоторые радиоактивные изотопы иода (125I, 132I) применяются в медицине для диагностики и лечения заболеваний щитовидной железы[8]: Лечение болезней, связанных с гиперфункцией щитовидной железы: гипертиреоз, диффузно-токсического зоба (болезни Грейвса). Лечение некоторых видов рака щитовидной железы, выявление его метастаз. Изотоп применяется для диагностики распространения и лучевой терапии нейробластомы, которая также способна накапливать некоторые препараты иода. В России фармпрепараты на основе 131I производит обнинский филиал Научно-исследовательского физико-химического института имени Л. Я. Карпова. Согласно нормам радиационной безопасности НРБ-99/2009, принятым в России, выписка из клиники пациента, лечившегося с использованием иода-131, разрешается при снижении общей активности этого нуклида в теле пациента до уровня 0,4 ГБк.[7] 6. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВНЕШНИЙ СРЕДЫ, КОРМОВ И ПРОДУКТОВ ЖИВОТНОВОДСТВА Испытательные ядерные взрывы в атмосфере и воде, радиоактивные отходы промышленных предприятий, лабораторий и научно-исследовательских институтов, работающих с радиоактивными веществами высокой активности при нарушении ими правил захоронения отходов и при авариях на этих предприятиях. Нормальная работа реакторов на атомной электростанции не приводит к облучению населения, превышающему принятые предельно допустимые уровни. При аварийном радиоактивном выбросе из ядерного реактора в атмосферу радионуклида йода (особенно йод-131) является критическим компонентом загрязнения внешний среды и по сравнению с другими радионуклидами представляют наибольшую опасность инкорпорированного облучения населения в первые месяцы после аварии. Изотопы йода в смеси короткоживущих продуктов ядерного деления составляют около 20%. Радиоактивный йод-131 обладает высокой летучестью, химически активный элемент, имеет большую способность миграции по звеньям биологической цепи и высокий коэффициент концентрации. Он включается в компоненты биосферы почва-вода-флора-фауна и участвует в биологическом цикле обмена веществ. Хорошо растворимые в воде соединения йода усваиваются растениями и животными. В растениях йод-131 прочно задерживается и практически не удаляется с их поверхности при промывании водой. Корневое усвоение йода-131 при произрастании растений на гумусной почве превосходит усвоение стронция-90 в 14раз, а на песчаной почве- в 2 раза. Радиоактивные изотопы йода в организм животных поступают преимущественно через пищеварительный тракт с кормом и водой и могут попадать и через органы дыхания, кожу, коньюктиву, раны и другими путями. Йод- активный биогенный элемент и, попадая в организм, в результате хорошей растворимости на 100% всасываются в кровь. Через 13-14 часов концентрация его в крови уменьшается в 2 раза, т. к. он быстро перераспределяется по органам и тканям. От 20 до 60% изотопов йода откладывается в щитовидной железе, которая является критическим органом для йода. Концентрация йода-131 в тканях животных по отношению к концентрации его в крови (условно взята за единицу) и распределяется в следующем порядке: кровь-1, почки, печень, яичники-2-3, слюнная железа, моча-5-15, щитовидная железа-10000 . Радиотоксикологическое действие радиоактивного йода проявляется, прежде всего, в поражении щитовидной железы. Малые дозы не вызывают заметных нарушений в тиреоидной ткани[4]. Большие дозы йода- 131 у всех животных приводят к разрушению щитовидной железы и замещению паренхимы соединительной ткани. Существенные изменения возникают в нервной и эндокринной системах. Атрофия щитовидной железы сопровождается слизистым перерождением мышцы сердца, подкожной клетчатки, ожирением печени. Отмечаются глубокие изменения в кроветворных органах, которые приводят к анемии, лимфопении, нейтропении и тромбоцитопении. Из организма животных и птиц радиоактивный йод, как и стабильный, выводится преимущественно почками с мочой, через желудочно-кишечный тракт с калом, а у продуктивных животных- с молоком, у птиц- с яйцами. При длительном поступлении йода-131 курам-несушкам с кормом в желток переходит до 16%, а в белок- около 1% от суточного количества. В местностях с недостаточным содержанием йода у коров, потребляющих загрязненные корма и воду, выделение йода-131 с молоком больше, чем в местностях с нормальным содержанием йода. Выведение йода-131 с молоком в определенной мере уменьшает накопление его в щитовидной железе, так как установлено, что у лактирующих коров концентрация йода- 131 в щитовидной железе ниже, чем у сухостойных. На уровень усвоения животным йода-131 влияет содержание в кормах изотопных (стабильный йод) и неизотопных (хлор) носителей. Например, введение в организм стабильного йодида калия на 50% снижает включение радиоактивного йода в щитовидную железу овец и телят. Дача йодида калия курам (80 мг на курицу) снижает включение йода-131 в яйцо на 70%, а неизотопного носителя йода в виде хлористого калия- даже на 90%. Таким образом, эти препараты могут использоваться в качестве профилактики накопления радионуклидов йода в организме. Для снижения поступления радиоактивных элементов животных в период йодной опасности переводят на стойловое содержание. Для кормления используют запасы кормов, не загрязненных радионуклидами, а при их отсутствии скармливают скошенную зеленную массу, используют пастбища рационально. При выпасе коров на удобренных пастбищах с хорошим травостоем содержание йода-131 в молоке снижается до 50%. Это связано с понижением концентрации радионуклидов в растениях на единицу массы вследствии увеличения урожайности на удобренных почвах. Чем интенсивнее прирастает биомасса растений, тем сильнее идет разбавление радиоактивного вещества[6]. 7.КОРРЕКЦИЯ ЙОДОДЕФИЦИТОВ, КАК ПРОФИЛАКТИКА РАДИОТОКСИКОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ РАДИОАКТИВНОГО ЙОДА Проблема йодного дефицита чрезвычайно актуальна практически для всех регионов России, и в частности для Республики Башкортостан, вся территория которой является очагом дефицита йода различной степени тяжести. Повышение уровня йодного питания стимулирует процессы кроветворения и защитные функции организма, что выражается в повышении количества эритроцитов, содержания гемоглобина, лейкоцитов и других показателей. Поэтому необходимо обращать внимание на сбалансированность кормовых рационов животных. Например, содержание йода в рационе овец должно соответствовать потребности животных в элементе согласно нормам. Взрослым овцам – 0,2- 0,5 мг на 1 кг сухого вещества корма, ягнятам до 6 мес. – 0,2-0,4 мг, молодняку овец старше 6 мес. – 0,2-0,3 мг. Интересно отметить, что существуют принципиально разные методы профилактики йоддефицита такие как, использование йодных микроудобрений в йоддефицитных биогеохимических провинциях и что этот метод – эффективное средство повышения продуктивности растений и обогащения продукции растениеводства наиболее ценными для человека и животных биологическими формами йода[8]. В ветеринарной практике более уместно применение препаратов йода непосредственно животным, но при этом необходимо контролировать содержание йода в почве, воде, растениях при профилактике йодной недостаточности. Обычно йодная профилактика проводится путем добавления хорошо растворимой соли КI. Однако этот препарат иногда недостаточно эффективен. За счет высокой химической реакционной способности КI быстро окисляется на свету, а при включении его в состав минеральных смесей, комбикормов и других комплексов он может вступать в реакцию с биологически активными веществами, образуя нерастворимые комплексы. Например, с сернокислой медью КI образует нерастворимую в воде йодистую медь. Отрицательно на здоровье человека и животных сказывается и то, что неорганический йод в составе соли KI способен полностью усваиваться организмом, что может также вызвать нарушения нормального обмена веществ и привести к тиреотоксикозу. В настоящее время широкое применение находит новый способ устранения йодной недостаточности у человека и животных посредством негормональных органических соединений (в частности, казеина) с ковалентно связанным йодом. Способ разработан отечественными специалистами и обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционным использованием неорганических соединений йода, главное из которых состоит в несомненной физиологичности предлагаемого подхода к устранению йодного дефицита. По мнению одних авторов при переваривании йодказеина в кишечнике образуются йодированные аминокислоты (йодтиронины), которые поступают в кровь, а затем под действием дейодазы печени от них отщепляется ровно столько йода, сколько необходимо организму, а не избыточное количество, как в случае поступления неорганических соединений йода. Согласно другим представлениям, считается, что щитовидная железа обладает уникальной системой экстрагирования из крови йода, его транспорта на основе тиреоглобулина и йодсодержащих гормонов. В этой связи требуется более глубокое изучение эффективности применения современных йодсодержащих препаратов и сравнение их между собой для достижения здоровья животных, повышения количества и качества продукции животноводства, и как следствие, повышение экономической эффективности отрасли. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Радиоактивные изотопы йода могут поступать в организм животных через органы пищеварения, дыхания, кожу, конъюнктиву, раны и другим путем. При попадании в организм они полностью проникают в кровь, и значительная их часть депонируется в щитовидной железе. При ядерных взрывах радиоактивные изотопы йода в первые недели составляют до 19 % всех радиоактивных продуктов деления. Среди них наибольшее значение имеет йод -131 с периодом полураспада 8,05 дня. При интоксикации организма животных йодом-131 возникают изменения в нервной и эндокринной системах. Изотопы йода в значительной степени накапливаются в легких, обусловливая возникновение бронхитов, пневмоний. По мере нарастания патологических изменений в щитовидной железе появляется симптомокомплекс: снижается температура тела, повышается возбудимость нервной системы, замедляется сердцебиение, увеличивается проницаемость сосудов. Отмечаются жировые перерождения печени, функциональные и морфологические изменения в почках, органах размножения и эндокринных желез. Нарушение функции паращитовидной железы приводит к замедлению активности центров окостенения и роста костей в длину, кариесу зубов и другим видам костной патологии. О существенных изменениях гормональной регуляции различных физиологических процессов в организме свидетельствуют также нарушения функции яичников, надпочечников. Йод необходим щитовидной железе для образования гормона тироксина. Если в пище недостаточно йода, организм поглощает радиоактивный йод-131, который начинает облучать окружающие клетки и может либо нарушить функцию щитовидной железы, либо со временем вызвать рак. Другие серьёзные проблемы возникают при накоплении йода-131 в щитовидной железе развивающегося плода. Это приводит к замедлению роста, рождению недоношенного ребенка, увеличению детской смертности. Радиоизотопы йода нашли применение в ядерной медицине для целей диагностики и лечения разного рода заболеваний. С их помощью получают уникальную информацию о функциональном состоянии органов и систем на клеточном уровне. К настоящему времени радиофармпрепараты йода используют во всех клинических областях медицины, в том числе в онкологии. Большие перспективы открываются для использования препаратов радиоизотопов йода в области лучевой терапии. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1.Анненков, Б.Н. Основы сельскохозяйственной радиологии [Текст]: учебник/ Б.Н. Анненков. -М.:Агропромиздат,1991.-287с. 2.Гребенюк, А.Н. Основы радиобиологии и радиационной медицины [Текст]: учебник/ А.Н. Гребенюк, О. Ю. Стрелова, В. И. Легеза. – Спб.: Фолиант, 2012. -232с. 3.Гродзенский, Д. Э. Радиобиология. Биологическое действие ионизирующих излучений [Текст] учебное пособие/ Д.Э. Гродзенский. - М.: Атомиздат, 2008. - 231 c. 4.Кузин, А.М. Прикладная радиобиология [Текст]: учебное пособие / А.М. Кузин, Д.А. Каушанский. - М.:Энергоатомиздат, 1991 г.-221 с. 5.Лапенко, Н.П. Ведение животноводства в условиях радиоактивного загрязнения среды [Текст]: учебник/ Н.П.Лысенко. -1-е изд. -М:лань, 2009-240с. 6.Лысенко, Н.П. Радиобиология [Текст]: учебник/ Н.П. Лысенко, В.В. Пак, Л.В. Рогожина.– СПб.: Лань, 2019 - 572с. 7.Постник, М.И. Защита населения и хозяйственных объектов в чрезвычайных ситуациях [Текст]:учебник / М.И. Постник. – Минск: Вышейшая школа, 2003. -398 с. 8.Фокин, А.Д. Сельскохозяйственная радиобиология [Текст]: учебник/ А. А. Лурье, С. П.Торшин. - СПб: Лань, 2011- 416с. 9.Ярмоненко, С.П. Радиобиология человека и животных [Текст]: учебник / С.П. Ярмоненко. – М.: Наука, 2014. - 424 c. 10.«Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009). Санитарные правила и нормативы СанПин 2.6.1.2523-09» [Электронный ресурс]. - gost.oktyab.ru/Data1/56/56325/index.htm. 11. ДНИ.РУ ИНТЕРНЕТ-ГАЗЕТА ВЕРСИЯ 5.0 / В японских школах ищут радиацию -Режим доступа: www.dni.ru/society/2011/4/5/210112.html | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||