Введение к работе
Актуальность исследования
Плутоний стал неотъемлемой частью жизни технологически развитого общества и обеспечения жизнедеятельности человека. Этот радионуклид используется в мирных целях в медицине, на атомных электростанциях, а также играет важную роль в обеспечении военной безопасности страны. По оценке Международной комиссии по делящимся материалам в 2007 году мировые запасы выделенного плутония составляли приблизительно 500 тонн и продолжают расти (IPFM, 2007). Это увеличивает вероятность инцидентов, связанных с внештатным поступлением плутония в организм персонала в процессе производства, хранения и переработки плутония.
Случаи острого поступления плутония и его неизменного технологического спутника 241Am в настоящее время формируют значимую дозовую нагрузку на организм у отдельных лиц из числа персонала. В первую очередь это относится к случаям поступления актинидов через повреждённые кожные покровы (далее также раневое поступление), зарегистрированным у сотен работников плутониевых производств как в России (Хохряков В.Ф. и соавт., 1994; Маслюк А.И. и соавт., 2005), так и за рубежом (Schofield G.B., 1963; Hammond S.E. and Putzier E.A., 1964; Jech I.J., et al., 1969).
Существующие проблемы оценки опасности поступления актинидов в организм человека через повреждённые кожные покровы связаны с тем, что интерес научного сообщества долгое время был обращён к решению проблемы дозиметрии ингаляционного поступления. Созданию биокинетических и дозиметрических моделей для раневого пути поступления уделялось значительно меньшее внимание. Опубликованные исследования по этой тематике посвящены развитию лишь самых общих подходов к описанию поведения радионуклидов в месте первичного отложения (Schofield G.B. 1969, Piechowski J. et al., 1989). Наиболее полно проработанная биокинетическая модель обмена радионуклидов в местах ранений кожи, созданная под руководством Guilmette R. и Durbin P., представлена в Публикации 156 Национального совета по радиационной защите и измерениям США (US NCRP, 2007), далее модель НКРЗ 156. Модель НКРЗ 156 базируется на результатах экспериментов на животных, без исследования особенностей обмена радионуклидов в организме человека и противоречит данным, наблюдаемым при обследовании случаев раневого поступления плутония у лиц из персонала ПО «Маяк».
Дозиметрия случаев раневых поступлений осложняется и тем, что при проводимых для пострадавшего работника хирургическом иссечении загрязнённых тканей и/или курсе хелатотерапии для ускорения выведения плутония из организма изменяется характер обмена этого радионуклида по сравнению с естественным. При этом прямое применение обычных моделей естественного обмена плутония в период лечения становится невозможным. Использование существующих модификаций этих моделей (La Bone T. R., 2002; Bailey B.R. et al., 2003) не отвечает насущным потребностям специалистов в области дозиметрии внутреннего облучения. В значительной степени это обусловлено эмпирическими подходами, заложенными в основу подобных моделей, отсутствием учёта в них отличий эффективности пентацина в выведении плутония из различных органов и тканей организма.
Цель исследования
Целью настоящего исследования является создание научной основы для организации системы дозиметрического контроля персонала при поступлении плутония через повреждённые кожные покровы путём разработки физиологически обоснованных биокинетических моделей, описывающих поведение плутония в организме с учётом модифицирующего действия тринатрийкальциевой соли диэтилтриаминпентауксусной кислоты (Ca-ДТПА, пентацин).
Задачи исследования
-
Систематизация данных о случаях раневых поступлений актинидов у персонала ПО «Маяк».
-
Создание модели биокинетики плутония, описывающей обмен растворимых соединений радионуклида в местах ранений кожи, на основе адаптации модели НКРЗ 156 к результатам обследований случаев раневых поступлений у персонала ПО «Маяк».
-
Создание модели поведения плутония в органах вторичного депонирования, учитывающей влияние Ca-ДТПА, вводимого внутривенно, на характер обмена инкорпорированного радионуклида.
Научная новизна исследования
Создана новая версия биокинетической модели НКРЗ 156, описывающая обмен растворимых соединений плутония в местах ранений кожи. Модель разработана на основе данных о динамике резорбции актинидов из мест ранений у человека, полученных по результатам прямых измерений активности радионуклидов в месте первичного отложения.
Создана физиологически обоснованная модель, описывающая на основе системы нелинейных дифференциальных уравнений кинетику образования и выведения комплекса Pu-ДТПА из организма человека. Впервые для построения такой модели использован подход, позволяющий учесть различия в метаболизме Ca-ДТПА и металлохелата Pu-ДТПА.
Практическая значимость исследования
1. Новая версия модели НКРЗ 156 позволяет получать научно-обоснованные оценки доз внутреннего облучения и важна для радиационной защиты пострадавших при раневом поступлении плутония.
2. Сочетание усовершенствованной модели НКРЗ 156 и созданной модели образования и выведения комплекса Pu-ДТПА из организма человека предоставляет необходимую научную базу для определения оптимальной схемы лечения пострадавших в случае поступления плутония через повреждённую кожу на основе прогноза о возможной дозе облучения пострадавшего.
Положения, выносимые на защиту
1. Предлагается камерная модель для описания обмена в организме растворимых соединений плутония при раневом пути поступления.
2. Предлагается нелинейная камерная модель для описания процессов образования и обмена комплекса Pu-ДТПА в организме человека, построенная с учётом различия поведения в организме указанного металлохелата и исходного комплексообразователя Ca-ДТПА.
Внедрение результатов исследования
По результатам проведённых исследований разработаны и утверждены на уровне Федерального Медико-биологического агентства (ФМБА) России Методические указания «Методика расчёта доз облучения персонала, обусловленных поступлением изотопов плутония и америция-241 через повреждённые кожные покровы» и «Организация обследований работников, подвергшихся облучению в результате поступления изотопов плутония и америция-241 через повреждённые кожные покровы». Указанные документы рекомендованы к внедрению в биофизических лабораториях и центрах гигиены и эпидемиологии ФМБА.
Личный вклад соискателя
Настоящее исследование выполнено лично автором. Большая часть результатов измерений, использованных для анализа, была получена при непосредственном участии автора, который, начиная с 2000 года, отвечает за организацию дозиметрического обследования персонала ПО «Маяк» при раневых поступлениях радионуклидов. При методическом руководстве и непосредственном участии автора была разработана и заполнена электронная база данных, в которую занесены сведения из бумажных архивов биофизической лаборатории ЮУрИБФ по случаям раневых поступлений радионуклидов у персонала ПО «Маяк». Автор лично разработал использованный в представленных материалах гамма-спектрометрический метод измерения содержания плутония и америция в местах ранений кожи, который прошёл метрологическую экспертизу (ФГУП ВНИИФТРИ, 2008).
Апробация диссертации
Материалы диссертации представлены и обсуждены на международном симпозиуме «Internal dosimetry of radionuclides. Occupational, public and medical exposure» (г. Оксфорд, 2002); V международной научно-практической конференции «Медицинские и экологические эффекты ионизирующего излучения» (г. Томск, 2010); расширенном заседании Ученого Совета Южно-Уральского института биофизики (г. Озёрск, 2010).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 5 работ.
Объем и структура диссертации
Диссертация изложена на 137 страницах машинописного текста, включает 17 таблиц и 38 рисунков, состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованных источников и приложения. Список цитируемой литературы включает 143 источника, из них 64 работы на русском языке, 77 на английском языке и две на немецком.
