CC BY
17
ОБЗОРЫ
ПРОБЛЕМЫ БИОГЕОХИМИИ В РАДИАЦИОННОЙ ГИГИЕНЕ
Проф. В. В. Ковальский, проф. В. И. Баранов, младший научный сотрудник В. Е. Синельников
Из Института геохимии и аналитической химии АН СССР и Института медицинской радиологии АМН СССР
Непрерывно повышающийся уровень радиоактивности окружающей среды вследствие распространения продуктов ядерных взрывов и отходов атомной промышленности выдвигает задачу оценить последствия для будущих поколений длительного пребывания в условиях непрерывного роста уровня радиоактивного фона. Нужно установить и возможные соматические сдвиги в организме людей нынешнего поколения в этих условиях.
По поводу действия микродоз ионизирующей радиации на организм имеются различные точки зрения. Отдельные исследователи выдвигают положение о необходимости для нормального развития живых организмов естественного уровня радиоактивности, указывая на участие природных радиоактивных веществ в процессах синтеза белков, углеводном обмене, процессах роста и размножения (Е. С.. Лондон, 1920; Ю. В. Си-винцев, 1950). В то же время существует и другая точка зрения, поддерживаемая преимущественно генетиками, о повреждающем действии любых доз ионизирующей радиации. При постановке опытов на животных, находящихся под действием определенных уровней ионизирующей радиации в искусственных условиях, невозможно дать полную оценку отдаленных последствий и перенести полученные данные с лабораторных животных на человека. Наблюдений над людьми в зараженных районах также недостаточно: отсутствует длительность действия микро-доз, трудно судить об отдаленных последствиях.
Одним из возможных путей решения этой проблемы является организация наблюдений в зонах аномального радиоактивного фона, где в течение жизни многих поколений людей, подвергающихся повышенному облучению, могли накопиться определенные соматические и генетические изменения.
Исходя из представлений о связи живых организмов с окружающей химической средой, В. И. Вернадский создал новую науку — биогеохимию — оригинальную ветвь геохимии и биологии, которая занимается изучением роли организмов в миграции химических элементов во внешней среде, выяснением влияния этих элементов на приспособительную химическую и морфологическую изменчивость растений, животных, человека. По словам В. И. Вернадского, организм вне связи с земной корой не существует. На поверхности земли можно выделить территории, характеризующиеся пониженным и повышенным содержанием естест-ьеннорадиоактивных веществ. Области с избыточным или недостаточным содержанием естественнорадиоактивных веществ или других хими-
5 Гигиена и санитария, М» 12 31
ческих элементов, в которых на избыток или недостаток химических элементов наблюдаются реакции организмов, А. П. Виноградов назвал биогеохимическими провинциями.
Можно говорить об урановых, радиевых, ториевых, радоновых биогеохимических провинциях в зависимости от того, какой элемент находится в них в количествах, дающих биологические эффекты. Однако вопрос о влиянии радиоактивного фона на здоровье населения приходится рассматривать значительно глубже, не ограничиваясь областями с заведомо появляющимися биологическими эффектами, ибо последние могут носить скрытый неспецифический характер. Таким образом, гигиеническая проблема отдаленных последствий действия радиации и вопрос о предельно допустимых концентрациях радиоактивных элементов во внешней среде связываются здесь с проблемой биогеохимических провинций.
Известно, что на отдельных территориях внешнее у-излучение почв, радиоактивность вод и других объектов внешней среды в 5—10 раз превышают обычный, а иногда и предельно допустимый уровень облучения. Обзоры, посвященные содержанию урана и радия в природных водах отдельных районов, показывают, что концентрация этих элементов, значительно колеблется как в зависимости от региональных геологических особенностей местности, так и в связи с общими геоклиматическими признаками зоны. Классическим примером обширной провинции служат штаты Траванкур-Кочин и Керала на восточном и западном побережьях Индии, территория которых богата россыпями монацитовых песков; в составе монацита содержится от 5 до 11% тория и от 0,2 до 0,46% закиси-окиси урана. Природные радиоактивные вещества (уран, радий, торий и др.), относящиеся к редким и рассеянным элементам, как правило, встречаются во многих минералах и органических образованиях. Многовековое воздействие естественной радиоактивности на коренное население и кратковременное на лиц, приезжающих в район биогеохимической провинции с высоким радиоактивным фоном, позволяет выяснить условия и степень адаптации к определенному уровню радиоактивного фона.
Особый интерес представляют биогеохимические провинции с содержанием урана в питьевых водоисточниках более 5« 10~5 г/л, а в почвах — 1 • 10~3% и с содержанием радия в питьевых водах более 5е 10~п г/л. Внешний у-фон в средней полосе Советского Союза составляет 8—15 мкр/час. На территориях радиоактивных биогеохимических, провинций уровень внешнего у-фона в 3—4 раза больше и в отдельных районах достигает 50—70 мкр/час, а иногда значительно выше. Если учесть, что содержание урана в водоисточниках черноземной полосы Советского Союза составляет п-10~6 г/л, а содержание его в почве — п• 10~5%, то станет ясно, что лица, живущие на территории радиоактивных биогеохимических провинций, подвергаются из поколения в поколение действию таких уровней радиации, доза которых на критический орган в несколько раз, а в некоторых случаях в 10 раз и более превышает обычную. Это происходит потому, что при повышении в среде уровня урана, являющегося родоначальником радиоактивного семейства, повышается и содержание других элементов: увеличивается 'содержание радона и продуктов его распада в воздухе помещений, а также внешнее у-излучение почвы, пород, строительных материалов. Поэтому в условиях радиоактивных биогеохимических провинций имеет большое значение не только определение урана, но и полония, радия, радона и других элементов семейства урана-радия. Все эти элементы вместе обусловливают дозу радиоактивного излучения, которую получает организм в этих условиях.
В основе биогеохимии лежит представление о миграции микроэлементов в системе вода—почва—растение—животный организм—чело-
век. Это единая система, в которой понимание каждой части невозможно без остальных звеньев миграционной цепи. В настоящее время эта система общепризнана в радиационной гигиене. В рекомендациях по изучению внешней среды отечественные гигиенисты подчеркивают необходимость исследования всех элементов биосферы и выявления пищевых цепей миграции радиоактивных веществ из окружающей среды в организм человека (А. Н. Марей).
Особая отрасль экологии, которую можно назвать геохимической экологией, представляет развитие биогеохимии в сторону выяснения взаимоотношения организмов с геохимической средой в различных биогеохимических условиях (В. В. Ковальский, 1958, 1962). Было установлено, что организмы, в том числе и микроорганизмы, могут приспосабливаться к различным концентрациям микроэлементов в среде, например к пониженным или повышенным концентрациям кобальта, йода, меди, молибдена, бора, никеля, стронция, свинца. При этом устанавливается зависимость специфических изменений обмена веществ от определенного геохимического фактора (синтез витамина В!2 — от содержания в среде кобальта, ксантиноксидазы — от содержания молибдена и пр.). Геохимическая экология приобретает практическое значение и для радиационной гигиены. Она указывает, что для выяснения радиохимических связей между радиоактивной средой и человеком необходимо выяснить распределение естественнорадиоактивных веществ в органах и тканях в условиях различных биогеохимических провинций. Это позволяет установить взаимосвязь природных радиоактивных элементов со стабильными элементами: стронцием, кальцием, кобальтом, железом. Содержание этих элементов во внешней среде и в организме взаимосвязано. Необходимо изучить изменение функции тех органов и систем, тканей и клеточных органел (ядра, митохондрии, зернистости), которые концентрируют данный элемент. Путем обменных опытов следует определить баланс отдельных естественнорадиоактивных веществ у различных групп людей, проживающих в условиях с высокой и низкой радиацией.
Наряду с классическими методами гигиены, которые используют для выяснения влияния на организм отдельных факторов внешней среды (клиническое обследование человека, данные санитарной статистики, физиологический эксперимент), в ее арсенал могут войти новые методы геохимической экологии. Эти исследования наряду с оценкой поступления и распределения в организме радиоактивных и стабильных изотопов включают также тонкий анализ распределения радиоактивных элементов в различных участках одной и той же ткани и даже в отдельных биологических соединениях: ферментах, гормонах, витаминах и т. д. Подобные исследования дают материалы, позволяющие судить о физиологических особенностях действия радиоактивных элементов и их выведения из организма во взаимосвязи со стабильными элементами. Например, нами показано, что урана концентрируется больше в эритроцитах, чем в лейкоцитах, и удельное содержание его в желчи выше, чеу в моче. Так, различные отрасли знания, пользуясь присущими им приемами и методами, с различных сторон и позиций приходят к решению одной ведущей проблемы.
В то же время нужно учитывать, что в любой биогеохимической провинции радиоактивный фон имеет сложный характер и состоит из ряда компонентов. На фон, обусловленный естественными радиоактивными элементами (уран, торий, калий), может накладываться активность выпадающих из атмосферы и рассеиваемых на поверхности земли продуктов ядерных испытаний и атомной промышленности. Влияние человека на перераспределение радиоактивных веществ в природе представляет большой интерес с точки зрения суммарного воздействия на живой организм измененной человеком радиоактивной среды.
.83
\
Биосферу, преобразованную человеком, который влияет на изменение геохимических процессов в земной коре, В. И. Вернадский назвал ноосферой. Роль индустрии, действующей на радиоактивный фон планеты, служит прекрасным примером эволюции земли под влиянием человека. В этом случае возникают новые районы, которые можно представить как искусственные радиоактивные биогеохимические провинции. Они образуются в результате поднятия на поверхность природных радиоактивных минералов и органических соединений, которые благодаря геохимическому окислению и выветриванию начинают распадаться и переходят в подвижную форму. Такие районы могут располагаться вблизи рудников, где добывают природные радиоактивные элементы, в случае возникновения скоплений радиоактивных отходов.
В процессе рассеивания радиоактивных элементов из отходов участвуют не только геохимические факторы, но и организмы. Участие последних в распространении радиоактивных отходов связано с образованием пищевых цепей, имеющих свою специфику на суше, в пресных водах и морях (А. А. Передельский, 1957).
Для понимания причин концентрирования и рассеивания радиоактивных элементов геохимикам совместно с гигиенистами необходимо изучить конкретные формы химических соединений естественнорадио-активных веществ в отдельных объектах внешней среды и выяснить подвижность этих соединений, участие их в геохимических процессах. Например, известна различная подвижность соединений гуминовых веществ с минеральными солями почвы. Большое значение в подвижности химических элементов приобретают органические кислоты, выделенные корневой системой растений. Эти кислоты образуют в почве комплексные соединения с микроэлементами, причем характер соединений обусловливается соотношением в среде кислот и микроэлементов. От этого зависит степень усвоения того или иного элемента растениями. Поэтому скорость перехода радиоактивного элемента из почвы в растения будет различной в зависимости от того, в какой из металлоргани-ческих комплексов входит в данном случае радиоактивный элемент. Уран, образуя прочные комплексные соединения с органическим веществом почвы, может сохранять высокую концентрацию в почве на протяжении десятилетий.
Распределение радиоактивных элементов на территориях искусственных биогеохимических провинций, возникших на основе деятельности геологоразведочных партий, горной и радиохимической промышленности, являющееся предметом подробного изучения радиационной гигиены, в основном подчиняется законам, уже вскрытым изученным биогеохимией, хотя в каждом отдельном случае возможны особенности, связанные с местными условиями. Наиболее эффективное решение этих вопросов дает совместная работа гигиенистов и биогеохимиков.
Задача радиационной гигиены состоит в ограничении территорий таких искусственных биогеохимических провинций, возникших на основе загрязнения внешней среды радиоактивными отходами. Химические реактивы и технологические добавки, изменение агрегатного состояния отходов могут оказать влияние на условия их миграции во внешней среде.
Для обоснования выводов и практических рекомендаций на основании изучения природных и искусственных радиоактивных биогеохимических провинций необходимо иметь следующие данные: 1) сведения о конкретном содержании отдельных радиоактивных элементов во всем комплексе объектов внешней среды изученной территории; 2) характеристику биологических эффектов у микроорганизмов, растений, животных и человека, вызываемых повышенным фоном; 3) характеристику кормовых и пищевых цепей в конкретных условиях среды; 4) сведения о внутреннем распределении и накоплении естественнорадиоактивных
веществ в органах, тканях и клеточных органеллах; 5) расчет доз внутреннего облучения, произведенный на основе обменных опытов, прижизненных и посмертных анализов на радиоактивность внутренних сред организма; расчет доз внутреннего облучения а-излучателей, концентрирующихся в топографически ограниченных дифференцированных участках тканей и клеток (ядрах, митохондриях, хлоропластах); 6) данные медицинских осмотров и статистическую разработку смертности, рождаемости, заболеваемости населения, проведение антропометрических измерений и специальных физиологических и иммунологических тестов.
При полевых исследованиях биогеохимических провинций широко используют топографические карты в масштабе 1 : 100 000 или 1 :500 000, а также геологические, почвенные, гидрологические, геоботанические и другие местные крупномасштабные карты, схемы, планы. Определяют ландшафтные различия в исследуемом и контрольном районах, различие в их водном режиме, характере промышленности и условиях жизни населения. В дальнейшем разрабатывают маршрутные обследования провинций. Они должны проходить через наиболее типичные районы. Образцы почв собирают профильно-гнездовым методом в пределах микро-и мезорельефа местности (на водоразделах, склонах, террасах, поймах), а также на пастбищах, пашне, сенокосах. Для исследования почв и отбора проб закладывают шурфы и почвенные ямы. Более подробные исследования производят на местах, где предварительно была обнаружена повышенная концентрация радиоактивных элементов. Растения собирают на отдельных типичных участках, обращая особое внимание на их морфологическую изменчивость, появление уродливых форм и эндемичных видов, время и характер развития их по стадиям вегетации. Необходимо установить связь между радиоактивностью внешней среды и специфическими изменениями обмена веществ в результате адаптации или патологических реакций. У человека реакция на геохимические факторы среды обычно менее выражена, чем у животных, так как социальные условия уменьшают зависимость жизни от геохимических факторов. С этой точки зрения наиболее прямое действие радиации можно наблюдать у сельского населения, пользующегося преимущественно продуктами собственного сельскохозяйственного производства. Изучение адаптации организма к различным условиям излучения нужно проводить в сравнительном плане.
Имеющаяся литература по изучению борных, кобальтовых, медных биогеохимических провинций может помочь в решении отдельных специфических вопросов при организации исследований в области радиационной гигиены.
При изучении действия радиоактивного фона на здоровье населения з отличие от обычных биогеохимических исследований в центре внимания исследователя находится организм человека. В последние годы биогеохимией получен опыт по изучению прижизненных концентраций элементов в отдельных тканях.
Хорошо известна способность специфического белка волос связывать и концентрировать различные микроэлементы. Прижизненному исследованию можно подвергнуть зубы, получаемые из стоматологических поликлиник, ногти, кровь, плаценту и органы, удаленные при хирургических операциях, а также кал и мочу. Это позволит судить о накоплении радиоактивных веществ внутри органов и тканей человека и изучить корреляцию радиоактивности внешней среды с данными внутреннего облучения человека. Большое значение приобретает изучение радиоактивности органов на секционном материале. При работе в торие-вой, радиевой и урановой провинциях большое внимание нужно уделить определению радиоактивности костей и паренхиматозных органов, в радоновой провинции — определению радона в крови, выдыхаемом воздухе.
Изучение биогеохимических провинций должно иметь своим результатом разработку целого ряда практических мероприятий, направленных на санитарную охрану природы, например рек, озер и морей в связи с рыбоводством, хозяйственным использованием водорослей и других водных организмов. Основу этого комплекса составляют профилактические мероприятия по предупреждению воздействия на население повышенных доз ионизирующего излучения. Эти мероприятия охватывают промышленность, добывающую не только радиоактивные минералы, но и уголь, цветные и редкие металлы, топливо, строительные материалы, так как радиоактивные вещества нередко сопутствуют этим породам и минералам. Возможность локального повышения внешнего -у-излуче-иия и содержания радона в атмосферном воздухе и воздухе жилых зданий необходимо учитывать при планировке и застройке населенных мест, а также при проектировании водоснабжения в местности, где концентрация радона в воде составляет несколько сот эман.
Радоновый фактор приобретает большое значение в профессиональной патологии шахтеров, не только связанных с добычей радиоактивных минералов, но и работающих в обычных шахтах. В плохо проветриваемых подземных выработках шахт, не связанных с добычей радиоактивных элементов, радон может скапливаться в воздухе в концентрациях, выше предельно допустимых. Стимулирующее действие радона на развитие силикозного процесса известно. Деятельность человека может существенно ограничить поступление радиоактивных веществ внутрь организма: кулинария и технологическая обработка пищевых продуктов в мукомольном и хлебопекарном производстве, мясомолочной промышленности, при производстве растительных масел, сахара и других пищевых продуктов могут привести к значительному уменьшению содержания в них радиоактивных веществ' по сравнению с исходным сырьем. Подбирая определенные технические культуры, лекарственные или пищевые растения, можно создать такую смену культур и обработку колхозных полей, при которых повышенное содержание естественнорадиоактивных веществ в почве или в водах, используемых для полива сельскохозяйственных культур, менее отразится на концентрации их внутри организма человека и животных.
Радиоактивные элементы, присутствующие в виде незначительных примесей в продукции горнорудной промышленности и металлургическом сырье, могут транспортироваться на большие расстояния, загрязняя территорию, которая не имеет никакой видимой природной связи с геохимическими провинциями. Так возникают новые пути миграции, которые должны контролироваться гигиенистами. Биогеохимическое понятие ноосферы позволяет с биогеохимических позиций исследовать роль человека и индустриального прогресса в возникновении новых очагов, зон с повышенной радиоактивностью и их влияние на организмы. Изучение биогеохимических закономерностей поведения радиоактивных веществ в условиях ноосферы следует считать одной из важных задач радиационной гигиены.
ЛИТЕРАТУРА
Вернадский В. И. Биогеохимические очерки, 1922—1932. М.—Л., 1940. — Виноградов А. П. Труды юбилейной сессии АН СССР, посвящ. 100-летию со дня рождения В. В. Докучаева. М— Л., 1949, стр. 59. — Ковальский В. В. Новые направления и задачи биологической химии сельскохозяйственных животных в связи с изучением биогеохимических провинций. М., 1957. — О ц же. (ред.) Микроэлементы в животноводстве. М., 1962, стр. 5. — О н ж е. Международн. с/х ж., 1962, № 4, стр.70.— Лондон Е. С. Вестн. рентгенол., 1920, т. 1, в. 1—2, стр. 37. — Пере д ельский А. А. Итоги науки. Биологические науки, 1957, в. 1, стр. 379. — Радиационная гигиена. М., 1962, т. 2.—Си винце в Ю. В. Фоновое облучение человеческого организма. М., 1960. — Марей А. Н. Санитарная охрана открытых водоемов от загрязнения радиоактивными веществами. М., 1958.
Поступила 26/1V 196? г.
-¿Г Ъ -¿Г
