CC BY
15
ОБЗОРЫ
УДК 616-008.82:577.17.049-073.916
НЕЙТРОННЫЙ АКТИВАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Н. Е. Чупеев, А. Б. Дукенбаева
Кафедра радиационной гигиены и кафедра медицинской радиологии Центрального института усовершенствования врачей, Москва
Известно, что микроэлементы, находясь в составе живого организма, являются «биоэлементами», так как обладают специфической биологической ролью. Многие из них отличаются значительной физиологической активностью, которая связана с их вхождением в состав так называемых акцессорных веществ — дыхательных пигментов, витаминов, гормонов, ферментов, а также коферментов, участвующих в регуляции жизненных
процессов высшего порядка. Специальные исследования физиологических свойств микроэлементов позволили обнаружить их способность в некоторых случаях повышать защитные свойства организма.
Недостаточность представлений о биологической роли ряда микроэлементов, об их участии в патогенезе заболеваний можно объяснить отсутствием приемлемых чувствительных методов анализа с целью определения их концентраций в биологических тканях и жидкостях. Об этом можно судить по таблице, где представлены области концентраций микроэлементов, определяемых современным инструментальных анализом (А. П. Креш-ков).
Существует много микроэлементов в различных биобъектах с областью концентраций ниже пределов чувствительности, приведенных в этой таблице. Кроме того, высокие требования к химической чистоте используемых реактивов и к материалу приборов, применяемых для анализа, а также создание особых условий его проведения делают современный инструментальный анализ особо трудоемким и дорогостоящим.
На помощь исследователю приходит более чувствительный и простой нейтронный активационный анализ, позволяющий определять ми-
Пределы концентраций микроэлементов, определяемых современным инструментальным анализом
Метод анализа Область определяемой концентрации (в %)1
Эмиссионная спектро-
графия ....... Ю-5—10—4
Фотометрия пламени ю-6—ю-5
Фотометрия и коло-
риметрия ...... 4. Ю-7—Ю-4
Люминесцентный ана-
лиз ......... 10 6—10 5
Полярография..... Ю-8—ю-6
1 Процентное содержание атомов определяемого элемента в общем количестве атомов исследуемого объекта.
кроэлементы с концентрацией в пределах 10~8—10~10% (С. Комар; Л. Тейлор; Anders; Kinsey и Bartholomew, и др.).
Сущность метода заключается в облучении исследуемого образца с определяемым элементом гомогенным потоком нейтронов, т. е. потоком нейтронов определенной энергии (Д. Даусон и Г. Лонг; Джекобе и соавторы). Под действием такого излучения происходят превращения с ядром определяемого элемента (Л. В. Грошев и соавторы).
Основные типы ядерных превращений при захвате теплового нейтрона следующие:
1. Простой радиационный захват (л, у):
As75 (л, у) As76.
2. Радиационный захват с последующим (3-распадом полученного промежуточного короткоживущего изотопа и образованием радиоактивного изотопа элемента, соседнего с элементом, захватившего тепловой нейтрон:
Мо98 (л, у) Mo"z| Тс".
3. Радиационный захват, связанный с испусканием тяжелых частиц:
С135 (л, p)S35, В10 (л, d) Li7.
Реакции первого вида являются преобладающими. В результате подобных реакций образовавшийся первичный радиоактивный изотоп имеет тот же атомный номер, что и стабильный элемент, подвергнутый нейтронному облучению; и его наведенная активность будет являться мерой количества исходного стабильного элемента.
Активность полученного радиоактивного изотопа в результате радиационного захвата теплового нейтрона после прекращения облучения можно рассчитать, используя формулу, которую дает Смейсл, однако обычно по этой формуле не производят расчетов для определения количеств микроэлементов, а применяют сравнительный метод, заключающийся в одновременном облучении образца и стандарта, содержащего известное количество определяемого элемента.
Общая методика активационного анализа состоит из нескольких этапов.
1. Точно взвешенные количества образца и стандарта (от 1 мг до нескольких граммов в зависимости от относительного содержания определяемого элемента) облучают потоком нейтронов в реакторе или нейтронном генераторе в течение некоторого времени.
Время, необходимое для достижения максимальной активности изотопа, зависит от периода его полураспада. Величина (1 —в -13,693 t/T) называется коэффициентом насыщения. При t — Т активность будет составлять 50% максимально возможной. Обычно на практике это время определяют экспериментально.
Если облучение производят в каналах реактора, заполненных водой, то исследуемый материал помещают в герметические алюминиевые блок-контейнеры. Размеры их варьируют в довольно широких пределах в зависимости от конструктивных особенностей реактора и количества загружаемого вещества. Последнее помещают либо непосредственно в контейнеры в виде порошка или брикетов, либо в алюминиевые пеналы или ампулы из кварца или полиэтиленовые пакеты в случае, если имеют дело с жидкими материалами.
Особое внимание уделяют химической чистоте материала контейнеров; наличие в них примесей с большим сечением захвата нейтронов значительно снижает интенсивность нейтронного потока, что удлиняет облучение мишени.
2. К облученным образцу и стандарту добавляют известное количество изотопного носителя и производят сухое или мокрое сжигание
исследуемого материала. Целесообразность применения метода сжигания зависит от материала проб и определяемого элемента.
3. Полученные растворы анализируют по известным радиохимическим методикам (Дозиметрические и радиометрические методики, 1966), добиваясь высокой радиохимической чистоты выделяемого радиоактивного изотопа. Наиболее перспективные методы радиохимического анализа—экстракция органическими растворителями (Радиохимия и химия ядерных процессов, 1960), ионный обмен (О. Самуэльсон; К. М. Олынанова, и др.) и хроматография на бумаге (Rakovic, Blon-strend и Nakasama, и др.). Эти методы просты и избирательны для каждого из определяемых элементов.
4. Химический выход радиоактивного изотопа определяют по носителю для внесения поправки на его потери при конечном расчете активности, используя обычные методы количественного химического микроанализа.
5. Активность выделенного радиоактивного изотопа из образца и стандарта измеряют абсолютным или относительным методом с помощью различного типа счетчиков Гейгера — Мюллера или сцинтилля-торов при идентичных условиях счета. Важное значение приобретает эффективность счета применяемых методов для измерения наведенной активности. Оценку эффективности счета для интересующего радиоактивного изотопа можно получить из данных, которые представляет (С. Комар; В. И. Баранов, и др.).
6. Количество определяемого элемента рассчитывают по формуле:
U7 — U7 я°бр
™ обр w станд _ »
«станд
где 1Î7обр —вес элемента в образце (в г); №станд—вес элемента в стандарте (в г); побр —скорость счета радиоактивного изотопа определяемого элемента в имп/мин образца с поправкой на химический выход) ; «станд — скорость счета радиоактивного изотопа определяемого элемента в стандарте (в имп/мин с поправкой на химический выход).
Метод у-спектрометрии (Guinn; Brooke и Pecters; Ядерная спектроскопия и нейтронноактивационный анализ, 1965) с применением сцинтилляционных датчиков значительно расширяет возможности радиохимического анализа облученных материалов, позволяя избежать при этом многих длительных операций отделения и очистки исследуемого радиоактивного элемента. Сейчас этот метод широко используют для одновременного определения многих микроэлементов в биологических субстратах (Samsahl и соавторы; Wester). В литературе имеются сведения по автоматизации активационного анализа в сочетании с у-спектрометрией и применением счетно-решающих устройств (Chem, Engin. News, 1965, 43 и Nucl. Sei. Abstr., 1965, 19).
Высокая чувствительность активационного анализа, проведение его без предварительного разрушения исследуемой пробы, малое количество исходного материала делают его особенно ценным в медико-биологических (Soeremark; Wainerdi; Bowen и Cawse; Feldman и соавторы; Kellersen и Comar), гигиенических и токсикологических (Bate; Buchanan и Guinn; Ваго и Rudelli), криминалистических и других исследованиях. Так, определению микрограммовых и меньших количеств меди в ликворе, крови и других биологических тканях с помощью нейтронного активационного анализа посвящены работы Fritse, Kjellin. Чувствительность метода составляла приблизительно 0,01 мкг.
Содержание хлора, брома и йода определяли в -цканях опухолей головного мозга крыс и в прилегающих тканях, а также в мозгу здорового животного (Journ. anal, ehem., 1965, 20, 1). Предложена простая методика выделения и очистки брома и йода из облученных биологиче-
ских объектов. Lenihan находил следы микроэлементов, в особенности цинка, марганца и мышьяка, при биологических и медицинских исследованиях, в частности при изучении болезней зубов и тропических заболеваний. Healg и Baie провели нейтронный анализ молибдена в волосах и шерсти. у-Излучение (0,31 Мэв) измеряли по продукту распада молибдена-101—технецию-10. Концентрация молибдена в волосах оказалась равной 0,02 — 0,13 мг/г, а в шерсти — 0,04—058 мг/г.
Много работ посвящено определению мышьяка в различных биологических тканях. Так, Kennedy, Betbard и др. сообщили об исследованиях легочной ткани на содержание мышьяка при различных заболеваниях легких. Nixon и Smith определяли мышьяк в здоровых зубах людей. Другими авторами (Fergnason и соавторы; Domoukos) при помощи активационного анализа удалось установить наличие мышьяка в тканях, подверженных различным кожным заболеваниям. Dahl методом нейтронной активации определял содержание йодида в биологических жидкостях. Метод позволял определить йодид с концентрацией в пределах Ю-10 г/г. Указано, что данный метод применим к водным растворам.
Большой интерес представляют работы, выполненные Samsahl, Brune и Wester, по одновременному определению 30 микроэлементов (кобальт, серебро, ртуть, марганец, золото, молибден, свинец и др.) в образчиках раковых и нераковых тканей человека и 24 микроэлементов в ткани сердца человека с помощью облучения исследуемого материала потоком тепловых нейтронов. Наблюдалось некоторое различие в концентрациях этих элементов в исследуемых тканях.
Следует отметить интересные работы по определению некоторых элементов (натрий, хлор, кальций) в живом человеке в клинических условиях (Battye и соавторы; Newton и Rundo; Anderson и соавторы). Описана методика и техника активации нейтронами и измерения наведенной активности в человеке. Указано, что дозы нейтронного излучения, используемые для облучения человека, были в пределах допустимой нормы.
В бюллетене МАГАТЭ сообщается о применении активационного анализа для измерения нейтронной дозы. Д. Ф. Петерсен (США) использовал эффект нейтронной активации некоторых химических элементов, таких, как сера и натрий, чтобы получить небольшие количества радиоактивных веществ. И хотя эти количества являются незначительными, все же их можно обнаружить и измерить с достаточной точностью, чтобы дать оценку нейтронной дозе. Найдена возможность при последующем анализе образцов не только производить оценку всей дозы, но и распределение радиационной дозы в различных частях организма. Указано, что в связи с трудностью получения образцов волос со всего тела для обнаружения распределения нейтронных интенсивностей по всему организму следует ввести соответствующие элементы в лабораторную одежду, чтобы предоставить более точный способ получения необходимых данных о распределении нейтронной дозы.
Spencer Richard использовал нейтронный активационный анализ для определения следов металлов в промышленной гигиене и токсикологии. Этим автором приведены сведения о величине удельной радиоактивности, наведенной в результате одночасового облучения эталонов (мышьяка, серебра, золота, железа, цинка, кремния, алюминия, кобальта, ртути, марганца, брома и натрия) потоком в Ю-12 нейтронов/см2/сек. Отмечено, что при анализе воздуха методом аспирации материал фильтров должен быть предварительно исследован путем нейтронного облучения на наличие в нем примесей. Стеклянная вата ввиду образования высокой активности радиоактивного натрия (Na24) и кремния (Si31) непригодна в качестве фильтра. Высокое содержание натрия затрудняет также анализ проб на бумажных и мембранных фильтрах.
Особое значение приобретает нейтронная активация при санитарно-гигиенических исследованиях пищевых продуктов. Guinn и соавторы с помощью этого метода проводили анализ остатков инсектицидов на продуктах питания, в частности хлора и брома. Сравнение активацион-ного анализа с другими методами показало его преимущество. Другие авторы применяли нейтронное облучение для анализа 18 микроэлементов в пробах морской воды (Nucl. Sei. Abstr., 1964, 18, 24), редких земельных элементов (лантан, лютеций, европий, самарий) в воде горячих источников (Nagao Jlkeda и соавторы), исследовали твердые ткани зубов, подвергшихся лечению мышьяком (Sairenji и соавторы).
Широкое распространение активационный анализ находит в криминалистике. Lima исследовал изменение концентрации неорганических элементов на различных участках человеческого волоса путем их облучения в реакторе. Отмечено влияние цикла роста волос на их состав. Проведено сравнение волос различных частей тела и в различные моменты их цикла роста. Обсуждено влияние этих факторов на проблему индивидуализации и применение нейтронной активации в криминалистике.
Johansen, Takermann и соавторы показали применимость активаци-онного анализа для определения следов элементов (медь, марганец, ртуть, цинк, хром, сурьма, кобальт, скандий и др.) в медикаментах и антибиотиках. Образцы весом около 100 мг облучали тепловыми нейтронами в реакторе. у-Спектры облученных образцов анализировали методом обдирания с применением жидкого эталона известной концентрации, облучавшегося одновременно с образцом.
Таким образом, активационный анализ нашел широкое применение в аналитической практике. Однако это только одна из многих возможностей использования искусственно вызванных ядерных превращений изучаемого образца для аналитических целей. Во многих случаях, особенно когда это касается элементов с низким атомным номером и малым сечением захвата теплового нейтрона (кислород, железо, натрий, бром и др.), успешно применяется облучение быстрыми нейтронами с энергией 14 Мэв и другими частицами — протонами, дейтонами, а-час-тицами, у-квантами и др.
г
ЛИТЕРАТУРА
Бабко А. К., Пилипенко А. Т. Колориметрический анализ. М. — Л., 1951.— Баранов В. И. Радиометрия. М., 1956. — Даусон Д. Г., Лонг Г. Химия в ядерной энергетике. М., 1962. — Джекобе А., Клайн Д., Рем и к Ф. Основы ядерной науки и реакторы. М., 1962. — Дозиметрические и радиометрические методики. М., 1966. — Комар С. Радиоактивные изотопы в биологии и сельском хозяйстве. М., 1957, гл. X. — Крешков А. П. Основы аналитической химии. М., 1965, кн. 2, с. 353.— Крюкова Т. А., Сип яков а С. И., Арефьева Т. В. Полярографический анализ. М., 1959. — Кустанович И. М. Спектральный анализ. М., 1962. — Ляликов Ю. С. Физико-химические методы анализа. М. — Л., 1964. — МАГАТЭ. Бюллетень, кн. 7, № 2, июнь, 1965, с. 18. — Методы спектрального анализа. М., 1962. — О л ьш а нов а К. М. и др. Руководство по ионообменной, распределительной и осадочной хроматографии. М., 1965. — Полуэктов Н. С. Методы анализа по фотометрии пламени. М., 1959.— Радиохимия и химия ядерных процессов. Л., 1960, гл. VI. •—Самуэльсон О. Ионообменные разделения в аналитической химии. М. — Л., 1966. — Сен дел Е. Колориметрические методы определения следов металлов. М., 1964. — Тейлор Д. Нейтронное излучение и активационный анализ. М., 1965. — Ядерная спектроскопия и нейтро-ноактивационный анализ. Рига, 1965. — Anders О. Nucleonics, i960, v. 18, p. 178.— Anderson J., Brit. J. Radiol., 1965, v. 38, p. 807. — A n d e r s о n J. et al., Lancet, 1964, v. 2, p. 1201. — В aro Q. В., Ru del Ii M. et al., Infme Comrinac. Energ. atom Argent., 1964, № 107. —Bate L. C„ J. forens. Sei., 1965, 10, № 1, 60—72. — В a 11 y e С. K., Osborn S. В., Smith J. W„ Brit. J. Radiol., 1965, v. 38, p. 806. — Blonstrand R„ Nakasama F., J. Neurochem., 1961, v. 8, p. 230. — В о wen U., Cawse A., The determination of Inorgania Elements in Biological Tissue by Activation Analysis. Harwell, 1963, p. 39. —Brooke C„ Pecters E„ Nucl. Sei. Abstr., 1965, v. 19, № 13253.—В u-chanan D., Guinn V. P., Food Technol., Champaign., 1963, v. 17, p. 17. — Chem. Enging. News, 1965, v. 13, p. 57. — D a h e J. В., Nucl. Sei. Abstr., 1965, v. 19, № 10981. —
Domoukos M. D„ Ibid., 1959, v. 80, p. 672, — Feldman M. H„ Reba R. C. et al„ J., Nuclear. Med., 1965, 6, 5, 344—345. — Fergusson A. G., Dewar W. A. etal.. Arch. Derm., 1960, v. 81, p. 931. —Gu inn V. P., Nucleonics, 1964, v. 22, p. 70.-Ш1-inn V. P., Residue Review, 1965, № 5, 148—174. — H e a 1 g W. В., Bate J. C-, Analy-tica chim. Acta, 1965, v. 33, p. 433. — Intern. J. appl. Radiat. Isotopes, 1964, v. Ш, p. 461.— Kellers on С., С о mar D„ Le Poec C., J. Lab. clin. Med., 1965, y. p. 168. — Kennedy H., В e t b a r d W. F. et al., J. thorac. cardiovasc. Surg., 1962, v. 44, № 5. — Kinsey В., Bartholomew G., Phys. Rev., 1954, v. 93, p. 1260.-Leni-han G. M. A., Nucleonies, 1965, v. 23, p. 50. — L i m a F., Ibid., № 2212. — Nagao Jkeda et al., Radio Isotopes (Tokyo), 1965, v. 14, p. 357. — N e w t о n D„ Run do J., Ibid., v. 54, p. 803.—Nixon S., Smith H„ J. dent. Res., 1960, v. 39, p. 514. — Nucl. Sci. Abstr., 1964, v. 18, № 43790. — Nucl. Sci. Abstr., 1965, v. 19, № 2263—2265. — Nucl. Sci. Abstr., 1965, v. 19, № 7, № 10983, —Nucl. Sci. Abstr., 1965, v. 19, № 22137. — Radio-chim. Acta (Canada), 1964, v. 3, p. 204. — R а к о v i б M., Chem. Listy, 1964, v. 58, c. 1141, —Sainenji E. et al., Nucl. Sci. Abst., 1965, v. 19, № 7318. — S a m s a h I K., В rune D., Wester P. O., Int. J. appl. Radiat. Isotopes, 1965, v. 16, p. 273. — Soere-mark R„ Ibid., № 26277. — S о n a n g e n C. et al., Ibid., № 24400. — S p e n с e r R., Richard P., Arch, industr. Health, 1959, v. 20, p. 194. — T а к e r m a n n M. et al., Ibid., № 4081. —Wain erdi R. E„ Nucleonics, 1964, v. 22, p! 57.— Wester P. O., Scand. J. clin. Lab. Invest., 1965, v. 17, p. 357.
Поступила 27/IX 1У66 r.
УДК 616.43-02:615.777/779-099
О ВОЗДЕЙСТВИИ НЕКОТОРЫХ ПЕСТИЦИДОВ НА ЭНДОКРИННУЮ СИСТЕМУ
А. И. Штенберг, М. Н. Рыбакова
Лаборатория токсикологии ядохимикатов Института питания АМН СССР, Москва
Пестициды, попадая в продукты питания, могут при поступлении их в организм воздействовать на него. Изучение изменений в организме в ответ на введение химических веществ (особенно при длительном применении) имеет первостепенное гигиеническое значение.
Известно, что под влиянием большинства факторов внешней среды происходят адаптационные сдвиги в различных системах организма, особенно в нейро-зндокринной. Эндокринная система представляет собой сложное звено общей системы регуляции процессов жизнедеятельности. В ряде исследований, проведенных в последнее время, показано участие гипофиз-надпочечниковой системы в формирование компенсаторных реакций на различные факторы.
Гипофиз занимает центральное положение в эндокринной системе. Связанный с гипоталамусом в единую функциональную систему, он продуцирует серию кринотропных гормонов, стимулирующих функцию некоторых периферических инкреторных органов. Твердо установлено влияние гипоталамуса на функцию передней доли гипофиза. Признается существование нейросекреторных гипоталамо-гипофизарных связей не только с задней, но и с передней долей гипофиза (М. С. Кахана и А. М. Кахана; И. А. Эскин; йиШегшп).
Известно также, что нарушение взаимозависимости между адре-наловой системой и гипофизом служит непосредственной причиной нарушений функции центральной нервной системы (ОррепЬе1тег и соавторы).
Регулирующее влияние коры головного мозга на деятельность желез внутренней секреции особенно детально исследовано (С. Г. Генес; Н. В. Михайлова; С. П. Николайчук; Н. А. Юдаев; Е1с1и50п и соавторы, и др.). Следствием функционального нарушения центральной нервной системы являются изменения в деятельности желез внутренней секреции (В. Ф. Майорова; Агуау и соавторы; БшеПк и соавторы).
б Гигиена и санитария № I
81
