Введение к работе
Актуальность исследования
В атомной энергетике и промышленности на протяжении 70 лет широко используется 239Pu (далее по тексту – плутоний). За эти годы на планете наработано несколько сотен тонн плутония, что обусловило необходимость его хранения и утилизации. При контакте с плутонием возможно облучение персонала промышленных предприятий и населения, проживающего вблизи этих предприятий, за счет поступления радиоактивных веществ в воздух рабочих помещений и осаждения на поверхности основного и вспомогательного оборудования и почвы (Романов Г.Н. и соавт., 1990; Третьяков Ф.Д., 2009).
Гигиенические нормативы, регламентирующие правила обращения с плутонием, основаны на коэффициентах риска неблагоприятных медицинских последствий, в первую очередь, канцерогенных. Результаты многочисленных экспериментальных и эпидемиологических исследований свидетельствуют о том, что набольшую опасность для здоровья представляют труднорастворимые или легкогидролизующиеся при рН организма низкотранспортабельные соединения плутония при попадании их в организм (Ерохин Р.А. и соавт., 1966; Любчанский Э.Р., Булдаков Л.А., 1966; Булдаков Л.А. и соавт., 1969; Осанов Д.П. и соавт., 1970; Sanders C.L., 1973; Москалев Ю.И., 1989; Хохряков В.Ф. и соавт., 1994; Маслюк А.И. и соавт., 2005; Щадилов А.Е., 2009; Кошурникова Н.А., 2010).
Распределение плутония в организме характеризуется выраженной неравномерностью. Основными органами депонирования при любых путях поступления являются скелет и печень, а в случае ингаляции – и лёгкие, как по уровню радиационной нагрузки, так и по тяжести патологических эффектов (Булдаков Л.А. и соавт., 1969; Кошурникова Н.А., 1978).
Наиболее тяжелыми последствиями ингаляционного поступления плутония являются плутониевый пневмосклероз и злокачественные новообразования (ЗНО) лёгких, скелета и печени (Аристов В.П., 1974; Sanders C.L. et al., 1988; Кошурникова Н.А. и соавт., 1995; Хохряков В.Ф. и соавт., 1996; Окладникова Н.Д. и соавт., 2000; Shilnikova N.S. et al., 2003; Сокольников М.Э., 2004). В экспериментах на крысах с использованием электронной микроскопии В.П. Аристовым (1974) было показано, что в патогенезе плутониевого пневмоcклероза ведущим событием является радиационно-индуцированная гибель эндотелия капилляров в межальвеолярных перегородках и разрастание соединительной ткани за счет интенсивной пролиферации фибробластов. Плутоний инкапсулируется в очагах интерстициального склероза, образуя депо фиксации, которое характеризуется образованиями из соединительной ткани, расположенными на месте погибшей лёгочной паренхимы (Аристов В.П., 1974; Хохряков В.Ф. и соавт., 1998; Романов С.А., 2003; Кошурникова Н.А., 2010).
Несмотря на многочисленные исследования, описывающие качественный характер микрораспределения плутония в лёгочной ткани, в литературе есть только единичные работы, посвященные количественной оценке микрораспределения радионуклида в лёгких (Романов С.А. и соавт., 2003; Hahn F.F. et al., 2004). К настоящему времени исследователи расходятся в оценке вклада в поглощенную в лёгких дозу альфа-излучения плутония, локализованного в депо фиксации (Хохряков В.Ф., 1984; Романов С.А., 2003). Это обстоятельство вносит значительную неопределенность в оценку поглощенной дозы в лёгких и, как следствие, в оценку коэффициента риска возникновения рака лёгкого, лежащего в основе норм радиационной безопасности. Кроме того, без количественной оценки микрораспределения плутония в лёгочной ткани невозможна разработка дозиметрической модели дыхательного тракта.
Поскольку скелет при любых способах попадания плутония в организм человека является конечным органом депонирования радионуклида, количественная оценка микрораспределения плутония в костной ткани также актуальна. Преимущественное депонирование радионуклида на эндостальных поверхностях (Бухтоярова З.М., 1963; Москалев Ю.И., 1989) обуславливает неравномерное облучение костной ткани и является причиной развития опухолей скелета (Wronski T.J. et al., 1980; Koshurnikova N.A. et al., 2000; Miller S.C. et al., 2003). Количественная оценка микрораспределения плутония в кости с учетом отношения содержания радионуклида в объёме костной ткани к содержанию на ее поверхности, как для трабекулярной, так и для кортикальной кости, даст возможность уточнить параметры обмена радионуклида в костной ткани, что позволит внести поправки в биокинетическую модель скелета, и, соответственно, в дозиметрическую модель экстрапульмонального отдела.
Печень, наряду с лёгкими и скелетом, является органом депонирования плутония. Результаты эпидемиологических исследований демонстрируют статистически значимое увеличение частоты ЗНО печени и зависимость их гистоструктуры при инкорпорации различных альфа-активных радионуклидов, включая плутоний (Gilbert E.S. et al., 2000; Tokarskaya Z.B. et al., 2006). Так же, как и для скелета, микрораспределение плутония в печени оценено только качественно (Нифатов А.П., 1964).
Количественная оценка микрораспределения радионуклида в органах основного депонирования позволит определить гетерогенные поглощенные дозы альфа-излучения от инкорпорированного плутония у профессионалов, работавших в условиях контакта с аэрозолями плутония. Полученные в рамках настоящего исследования данные, дополненные информацией о патологических изменениях в органах основного депонирования радионуклида, дадут возможность скорректировать оценки риска развития заболеваний, индуцированных альфа-излучением от инкорпорированного плутония, и, соответственно, уточнить стандарты радиационной безопасности персонала предприятий атомной промышленности.
Цель исследования
Целью настоящего исследования является количественная оценка микрораспределения плутония в органах основного депонирования и тестирование биокинетической модели плутония.
Задачи исследования
-
Изучить динамику количественных закономерностей микрораспределения плутония в лёгких собак, подвергшихся однократной ингаляции аэрозолей диоксида плутония с различным активностным медианным аэродинамическим диаметром (АМАД).
-
Оценить динамику накопления плутония в депо фиксации в лёгких.
-
Провести количественную оценку микрораспределения плутония в различных структурных элементах костной ткани человека.
-
Провести тестирование параметров биокинетической модели экстрапульмонального отдела МКРЗ-67.
-
Провести количественную оценку микрораспределения плутония в различных структурных элементах печеночной ткани человека.
Научная новизна исследования
В работе впервые проведена количественная оценка динамики микрораспределения плутония в различных структурных элементах лёгких после однократной ингаляции собакам аэрозолей диоксида плутония с разным АМАД.
Впервые количественно изучена динамика накопления плутония в депо фиксации в лёгких. Показано, что накопление плутония в депо фиксации носит линейный характер и имеет прямо пропорциональную зависимость от АМАД аэрозоля. Предложен новый способ учета содержания плутония в депо фиксации для расчета поглощенной дозы облучения в лёгких.
Впервые с использованием метода нейтронно-индуцированной авторадиографии проведена количественная оценка микрораспределения плутония в костной ткани человека на примере образца грудного позвонка.
Впервые при тестировании параметров биокинетической модели экстрапульмонального отдела показано, что фактическое отношение содержания плутония в объеме костной ткани к содержанию в эндосте превышает значение, рекомендованное МКРЗ-67, более чем в 10 раз для кортикальной кости и в 2 раза для трабекулярной кости.
Впервые получена количественная оценка микрораспределения плутония в различных структурных элементах печени человека.
Научно-практическая значимость исследования
Количественная оценка микрораспределения плутония в органах основного депонирования предлагает новые подходы для уточнения оценок поглощенных доз альфа-излучения и модификации параметров биокинетических моделей. Полученные результаты в сопоставлении с данными о медицинских последствиях облучения могут служить основой для оценки коэффициентов канцерогенного риска.
Положения, выносимые на защиту
-
Количественная оценка микрораспределения плутония дает возможность получить сведения о гетерогенности поглощенных доз альфа-излучения в органах основного депонирования и уточнить параметры биокинетических моделей.
-
Доля плутония в депо фиксации в лёгких собак растет с увеличением АМАД ингалируемого аэрозоля и имеет статистически значимую линейную зависимость от времени, прошедшего после ингаляции, при сроках наблюдения до двух лет.
-
Средняя плотность треков осколков деления плутония на эндостальных поверхностях выше, чем в собственно костной ткани, в кортикальной кости – в 4,7 раза, в трабекулярной кости – в 2,9 раза в образце грудного позвонка человека (случай 440 из хранилища аутопсийного материала).
-
Количественная оценка микрораспределения плутония в печени человека при ингаляционном поступлении подтверждает данные качественного исследования о преимущественном накоплении радионуклида в гепатоцитах.
Личный вклад соискателя
Настоящее исследование выполнено лично автором. Бльшая часть анализа гистоавторадиограмм лёгочной ткани собак и печени человека проведена непосредственно автором. Анализ авторадиограмм костной ткани человека с последующим тестированием параметров биокинетической модели экстрапульмонального отдела МКРЗ-67, а также статистический анализ данных выполнен автором единолично.
Апробация диссертации
Материалы диссертации представлены и обсуждены на молодежной научно-практической конференции «Молодые ученые на пороге XXI века» (Озёрск, 2000); Второй молодежной научно-практической конференции «Ядерно-промышленный комплекс Урала: проблемы и перспективы» (Озёрск, 2003); II-й Международной научно-практической конференции «Медицинские и экологические эффекты ионизирующего излучения» (Томск, 2003); IV-й Международной научно-практической конференции «Медицинские и экологические эффекты ионизирующего излучения» (Томск, 2007); 37th Annual Meeting of the European Radiation Research Society (Prague, 2009); V-й Международной научно-практической конференции «Медицинские и экологические эффекты ионизирующего излучения» (Томск, 2010); IV-й Международной конференции «Хроническое радиационное воздействие: эффекты малых доз» (Челябинск, 2010); расширенном заседании Ученого Совета Южно-Уральского института биофизики (г. Озёрск, 2012).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 3 опубликовано в журналах, входящих в перечень рецензируемых журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертации
