12
Введение
Промышленно важный и особо радиотоксичный
радионуклид плутоний-239 – один из наиболее значи-
мых элементов атомной индустрии и ядерного оружия.
Он поступает в биосферу с выбросами АЭС, а так-
же вследствие миграции из мест захоронения твердых
отходов. В выбросах предприятий ядерного топливно-
го цикла плутоний находится в виде оксидов, нитратов
и комплексных соединений с органическими лиганда-
ми. Источником загрязнения плутонием могут быть
некоторые этапы топливно-ядерного цикла, аварии на
АЭС. Они образуются также при испытаниях ядерно-
го оружия и уничтожении накопленных ядерных бое-
припасов [1, 2].
Плутоний используется в качестве ядерного го-
рючего в энергетических реакторах на тепловых и бы-
стрых нейтронах. Двуокись плутония (
239
PuO
2
)
– наи-
более перспективное соединение радионуклида для
этой цели [3].
Основным путем поступления в организм челове-
ка, как при глобальных атмосферных выпадениях, так
и в процессе промышленного получения и примене-
ния, являются органы дыхания. Величина задержки
аэрозолей плутония в организме может составлять от
5 до 70 % проингалированного плутония и зависит от
степени растворимости соединения и размера частиц
[4].
В области метаболизма
α-излучателей эксперимен-
тальным или расчетным путём выявлены три основные
фазы выведения трансурановых нуклидов из легких,
обусловленные различными механизмами и процесса-
ми. Первая – быстрая фаза выведения нуклидов из лег-
ких, когда радионуклиды проникают непосредственно
в кровь и транспортируются в другие ткани. Вторая
– промежуточная фаза клиренса, во время которой
радионуклид накапливается макрофагами и удаляется
из легких механизмами бронхиального и трахеально-
го очищения, заглатывается и экскретируется. Третья
– медленная фаза выведения
α-излучателей из легких,
когда радионуклид перемещается через лимфатиче-
ские сосуды до регионарных лимфоузлов, где длитель-
но задерживается. Соотношение количества радиону-
клида в этих фазах зависит от степени растворимости
соединений [5, 6].
Биологические эффекты ингалированных радио-
нуклидов обусловливаются комплексом факторов,
определяющий из которых – доля их начального от-
ложения в органе дыхания [7]. На метаболизм радио-
нуклидов также влияют химическая форма, раство-
римость, метод приготовления, размер частиц, среда,
путь проникновения, время и длительность воздей-
ствия и другие условия. Объективная многофактор-
ность и вариабельность компонентов предопределяют
неповторимость их сочетаний, трудности сопоставле-
ния экспериментальных данных и уникальность каж-
дого экспериментального исследования [6].
Цель работы – изучение макро- и микрораспреде-
ления
239
PuO
2
в лёгких крыс, параметров метаболизма
с учетом вариабельности начальных бронхоальвеоляр-
ных отложений.
Материал и методы
Эксперименты выполнены на 280 белых нели-
нейных крысах-самцах в возрасте 2–2,5 мес. Способ
И.К. Беляев, А.С. Самойлов, Е.С. Жорова, В.С. Калистратова, И.М. Парфенова, Г.С. Тищенко
ДИОКСИД ПЛУТОНИЯ-239 В ЛЕГКИХ.
СООБЩЕНИЕ 1: МЕТАБОЛИЗМ
239
PUО
2
ПРИ ВНУТРИТРАХЕАЛЬНОМ ВВЕДЕНИИ
Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бур на зяна ФМБА России, Москва. E-mail: Elezhorova@yandex.ru
И.К. Беляев – зав. лаб., к.б.н.; А.С. Самойлов – ген. директор ФМБЦ им. А.И. Бурназяна, д.м.н. Е.С. Жорова – вед.н.с., к.б.н.;
В.С. Калистратова– вед.н.с., д.м.н.; И.М. Парфенов – н.с.; Г.С. Тищенко – н.с.
Реферат
Цель: Исследование макро- и микрораспределения
239
PuO
2
в лёгких крыс, параметров метаболизма с учетом вариабельности начальных
бронхоальвеолярных отложений.
Материал и методы: Диоксид плутония вводили белым нелинейным крысам-самцам однократно интратрахеально в количестве 100 кБк/кг
массы тела. Подопытных животных наблюдали в течение всей жизни. Проведены прижизненные измерения радиоактивности организма и экс-
кретов и посмертная радиометрия органов. Выполнены авто- и гистоавторадиографические исследования легких и лимфатических узлов.
Результаты: Из органов дыхания вынос частиц
239
PuO
2
наиболее интенсивно осуществляется в течение первых 7 сут. В период с 7 по 200-есут
отмечается замедление процессов метаболизма.
Данные о посмертном содержании
239
PuO
2
в легких и регионарных лимфатических узлах крыс указывают на уменьшение со временем со-
держания диоксида плутония в легких и отсутствии уменьшения в лимфатических узлах.
Экспериментально выявлены и рассчитаны три периода эффективного полувыведения диоксида плутония из легких. Их значения указывают
на зависимость параметров клиренса органа дыхания от величин начальных бронхоальвеолярных отложений радионуклида.
Выводы: Установлена значительная вариабельность содержания диоксида плутония в легких и регионарных лимфатических узлах крыс после
интратрахеального введения. Неравномерность распределения
239
PuО
2
с выраженной агрегацией α-частиц предполагает существенное различие
локальных тканевых поглощенных радиационных доз в лёгких, но не исключает возможности их расчёта на орган дыхания в целом.
Параметры клиренса органа дыхания от
239
PuO
2
соответствуют величинам начальных бронхоальвеолярных отложений.
В очищении легких от диоксида плутония, в отличие от растворимых его соединений, роль транспорта радионуклида по крови в другие
органы и ткани малосущественна.
Представленные результаты исследований метаболизма диоксида плутония, введенного внутритрахеально, свидельствуют о том, что ре-
ализации биологических эффектов соединения следует ожидать преимущественно в легких. Фактические данные о профиле патологии органа
дыхания будут представлены в последующем сообщении.
Ключевые слова: диоксид плутония, лёгкие, метаболизм
Поступила: 11.02.2016. Принята к публикации: 16.10.2016
Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2017. Том 62. №1 Радиационная биология
doi
DOI 10.12737/25029
13
Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2017. Том 62. №1 Радиационная биология
приготовления диоксида плутония описан в ста-
тье И.К. Беляева и соавт. [8]. Содержание примес-
ного
241
Am составляло 1,2 % общей α-активности.
Суспензию
239
PuО
2
с размером частиц 1–2 мкм в дис-
тиллированной воде вводили крысам однократно ин-
тратрахеально с помощью шприца и изогнутого ме-
таллического зонда с оливообразным утолщением на
конце в объеме 0,2 мл из расчета 100 кБк/кг массы тела.
Внутритрахеальное введение соединений радиону-
клидов, как модель их поступления в органы дыхания,
широко используется в экспериментальных исследова-
ниях [5, 9, 10]. По сравнению с воздействием аэрозолей,
интратрахеальное введение обеспечивает более точное
дозирование вещества, вводимого в легкие животного.
Данный способ, однако, характеризуется бóльшей не-
равномерностью внутрилегочного распределения по
сравнению с ингаляцией аэрозолей [11].
Установленное отсутствие сепарации примесно-
го
241
Am от
239
PuO
2
в процессе метаболизма позволи-
ло использовать
241
Am в качестве метки
239
PuO
2
для
прижизненных и посмертных измерений содержания
239
PuO
2
в организме и органах [8].
Прижизненные измерения 10 животных осущест-
вляли на гамма-радиометре в течение 7 дней после вве-
дения радионуклида. Содержание
239
PuO
2
в органах,
тканях и экскрементах животных определяли на гамма-
спектрометре Gamma-Trac или на жидкостном сцин-
тилляционном счетчике Delta-300 фирмы Tracor (США)
после предварительного озоления биопроб и растворе-
ния в 0,05М HF в концентрированной HNO
3
[12].
Динамика содержания
239
PuО
2
в органах, тканях и
экскретах исследована на 75 крысах. Эвтаназия живот-
ных осуществлена путем фторотановой ингаляции по
срокам до 200 сут (по 7–10 особей). Для определения
начального бронхоальвеолярного отложения плуто-
ния 195 животных прижизненно измеряли по содер-
жанию
241
Am через 7 сут после введения радионукли-
да и наблюдали в течение всей жизни. Павших крыс
вскрывали, легкие и лимфатические узлы (паратрахе-
альные и медиастинальные) подвергали радиометрии
и гисторадиоавтографии.
Автограммы трахеобронхоальвеолярного ком-
плекса получены после фиксации материала в 10 %-м
нейтральном формалине и заливки в парафин путем
крепления срезов толщиной 24 мкм на радиографиче-
скую пленку РМ-В при продолжительности экспози-
ции 2,5 мес.
Гистоавторадиограммы легких готовили методом
влажного крепления срезов толщиной 4–6 мкм на ядер-
ные пластины типа МР при экспозиции 20 сут с после-
дующим окрашиванием гематоксилин-эозином.
Содержание радионуклида в органах и экскремен-
тах оценивали по средней арифметической и стандарт-
ному отклонению. Для обработки данных использова-
ли пакет прикладной статистики в составе Microso
Oce Excel 2003.
Результаты и обсуждение
При внутритрахеальном введении непосредствен-
но после удаления зонда из трахеи крыс наблюдается
рефлекторный выброс суспензии
239
PuO
2.
Частично
она поступает в носоглотку. Около ~18–35 % диоксида
плутония выплевывается, о чем свидетельствует на-
личие в организме крыс через 15 мин после введения
65–82 % введенной активности. Некоторое количество
радионуклида заглатывается, поступает в желудочно-
кишечный тракт (ЖКТ) и в дальнейшем экскретиру-
ется. Бóльшая часть введенного диоксида плутония
попадает в легкие.
Из органов дыхания вынос частиц
239
PuO
2
наи-
более интенсивно осуществляется в течение первых
7 сут. Соединение плутония быстро покидает носо-
глотку – с 15 мин до 7 сут после введения содержание
диоксида плутония в ней снижается с 8,5 до 0,008 % от
активности введенного радионуклида. Очищение тра-
хеи осуществляется более медленно – с 5,4 до 0,08 %.
Выведение радионуклида из легких происходит еще
медленнее – с 41 до 18 % за период с 15 мин до 7 сут
(рис. 1а).
В пищеводе и желудке за этот период происходит
уменьшение активности радионуклида с 2,9 до 0,003 %
и с 7,1 до 0,08 % соответственно. Содержание плуто-
ния в тонкой и толстой кишке достигает максимума на
1 сут и составляет 0,54 и 14,5 %, соответственно, сни-
жаясь к 7 сут. Содержание плутония в ЖКТ на 1–7-е
сут определяется его содержанием в толстой кишке
(рис.1б). Максимальное суточное содержание
239
Pu в
кале (23 %) приходится на 3-и сут. Суммарно за 7 сут
с калом вывелось ~47 % от количества радионуклида,
введенного в легкие.
Согласно радиометрии in vivo, содержание плуто-
ния в организме крыс уменьшилось с 82 % от актив-
ности введенного радионуклида на первые сут до 58 %
на седьмые сут (табл. 1).
В течение 1 сут преимущественным механизмом
легочного клиренса является ретроградный вынос
трудно растворимых частиц
239
PuO
2
в носоглотку, за-
глатывание их и поступление в ЖКТ, о чем свидетель-
ствует уменьшение содержания радионуклида в орга-
нах дыхания на ~10 % и увеличение в ЖКТ и кале на
~12 % (рис. 2, табл. 2).
В период с 7 по 200-е сут отмечается замедление
процессов метаболизма. В трахее постоянно присут-
ствовало ~0,06–0,30 % от активности введенного ра-
дионуклида. В легких наблюдалось постепенное сни-
жение содержания плутония с 18 % на 7-е сут до 4 % к
200 сут. В пищеводе
239
Pu в количестве ~0,003–0,02 %
определялся до 32 сут
и в дальнейшие сроки обнару-
живался только у ~ 20 % животных. Содержание ра-
дионуклида в желудке снижалось с 0,09 % на 7-е сут
до ~ 0,003 % на 200 сут. В тонкой кишке содержание
уменьшилось с ~ 0,1 до 0,0005 %. В толстой кишке с
~1,1 до 0,01 %. Также сокращалась скорость экскреции
плутония с калом до 0,005 % в сутки (рис. 2, табл. 2).