Распределение 239Pu в организме человека Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

"Бюллетень радиационной медицины", 1965 год, № 1, стр. 9-16. 239

Распределение Pu в организме человека

Плотникова Л.А.

Радиометрическое исследование органов и тканей 34 работников плутониевого производства, погибших от различных причин, показало, что распределение плутония в организме человека при ингаляционном его поступлении зависит от физико-химических свойств соединений изотопа. При поступлении растворимых соединений он преимущественно откладывается в скелете (меньше в печени и легких); нерастворимых соединений -в легких; различной степени растворимости - распределение имеет смешанный тип. В легких плутоний распределяется неравномерно: максимальная концентрация изотопа обнаруживается в верхних долях или лимфатических узлах; в скелете - в грудных позвонках и черепе.

Biodistribution of 239Pu

Plotnikova A.A.

A radiometric study of organs and tissues by 34 workers involved into plutonium production and died due to different reasons showed that distribution of plutonium in human organism by its inhalation depends on physico-chemical properties of isotope compounds. By transfer of soluble compounds it deposits to a greater degree in skeleton and to a less degree - in liver and lungs, by transfer of insoluble compounds - in lungs. By solubility of different degree the distribution is of mixed type. Distribution of plutonium in lungs is irregular: maximum isotope concentration is observed in superior lobes or lymphoid, that one in skeleton - in thoracic vertebrae and cranium.

Содержание и распределение плутония было исследовано в органах и тканях 34 человек, погибших от различных причин (включая несчастные случаи). Все они разделены на три группы в зависимости от контакта с соединениями плутония различной степени растворимости.

В I группу вошли 15 человек, которые работали преимущественно с растворимыми соединениями изотопа.

Во II группу попали лица (12 человек), имевшие контакт как с хорошо растворимыми, так и с трудно растворимыми солями плутония. Некоторые из них работали периодически и с нерастворимыми соединениями изотопа.

К III группе отнесены 7 человек, контактировавших с нерастворимым плутонием.

Обследованные лица были в основном молодого и среднего возраста со стажем работы в условиях контакта с плутонием 4-11 лет, лишь у пяти человек он не превышал 3 года.

Высокое содержание аэрозолей плутония в воздухе явилось основным источником поступления изотопа в организм работавших.

Содержание плутония в трупах определяли путем радиометрического анализа отдельных органов и тканей после их предварительной химической и термической обработки [1]. Активность препарата измеряли с помощью ионизационной камеры на установке типа ДА или сцинтилляцион-ным методом.

Проведенные исследования, как это видно из таблицы 1, показали, что распределение плутония в указанных группах было различным.

Таблица 1

Распределение плутония по органам и тканям (в процентах от обнаруженного количества в организме) у лиц I, II и III групп

I группа

Объект исследования Случай, №

1 2 3 4 5

t1=6 лет 3 месяца t2=0 t1=4 года t2=7 лет t1=4 года t2=7 лет t1=7 лет t2=0 t1=4 года t2=4 года 4 месяца

Легкие Печень Скелет Остальные органы ,9 ,0 ,1 ,0 5, 1, 8, 0, ±±±± СО LO т-0, 6, 2, 0, 54 16,0±2,7 21,0±3,2 62,0±13,0 1,0±0,26 12,3±1,78 26,7±3,7 60,0±14,1 1,0±0,25 0,4±0,28 0 86,0±31,0 13,6±8,7 ,8 9, ,7 3, 9, 6, ±±± 801 і- і-

Продолжение

Объект исследования Случай, №

6 7 8 9 10

?г=3 года 5 месяцев 2=46 дней ?г=6 лет ?2=5 месяцев ?г=3 года £?=5 лет 1=1 год ?2=0 1=7 лет ^=2 месяца

Легкие Печень Скелет Остальные органы 20,6±3,8 28,9±5,1 50,6±16,7 0 35,7±14,6 40,0±16,0 24,0±8,0 0,3±0,15 4,7±0,99 95,3±13,4 0 0 9,8±1,9 1,8±0,63 69,0±27,6 19,3±11,68 7,71 ±3,53 74,52±9,9 17,73±5,0 0

Продолжение

Объект исследования Случай, №

11 12 13 14 15

1=4 года 7 месяцев ?г=7 лет 10 месяцев 1=1 1 лет 2=10 месяцев 1=2 года 2 месяца 2=10 лет 7 месяцев 1=5 лет 5 месяцев 1=0 1=11 лет 3 месяца ?2=1 месяц

Легкие 1,4±0,6 29,4±5,6 2,5±1,2 45,2±6,8 11,5±3,0

Печень 13,8±2,3 70,6±12,4 49,3±9,4 10,1 ±2,5 24,2±2,5

Скелет 80,6±35,4 0 48,2±25,1 44,7±27,3 62,2±14,0

Остальные органы 4,2±1,28 0 0 0 0,9±0,3

II группа

Объект исследования Случай, №

16 17 18 19 20 21

1=6 лет 11 месяцев ?2=5 лет 2 месяца 1=5 лет 3 месяца ?2=3 года 2 месяца 1=7 лет 10 месяцев ?г=4 года 8 месяцев 1=10 лет 6 месяцев ?г=2 года 5 месяцев 1=11 лет ?г=2 года 7 месяцев 1=4 года ?г=2 года 7 месяцев

Легкие 4,5±0,5 20,4±2,3 33,41 ±3,9 25,5±3,1 7,2±0,9 67,0±7,5

Печень 13,76±1,5 50,9±5,7 15,92±1,7 23,6±2,8 28,5±3,3 14,1 ±1,7

Скелет 77,4±9,3 28,0±3,6 47,22±6,2 27,44±4,3 55,1 ±9,4 16,8±2,9

Остальные органы 3,34±0,62 0,86±0,11 3,42±0,5 23,44±3,3 9,2±1,74 1,97±0,9

Продолжение

Объект исследования Случай, №

22 23 24 25 26 27

1=8 лет 3 месяца ?г=4 месяца 1=3 года 11 месяцев 2=1 год 3 месяца 1=10 лет 4 месяца ?2=3 года 1=7 лет 9 месяцев ?2=3 года а д о0 Й Л 1=8 лет ?г=5 лет

Легкие 33,8±3,8 58,57±6,5 10,9±1,44 3,7±0,6 59,5±7,8 14,0±2,3

Печень 42,0±4,9 16,8±2,2 42,2±5,3 7,4±1,1 34,8±4,9 19,8±3,5

Скелет 23,64±4,5 23,8±5,5 40,4±20,6 88,8±14,4 4,68±1,7 64,7±17,3

Остальные органы 0,55±0,16 1,13±0,2 6,5±3,2 0,11 ±0,033 1,02±0,48 1,5±0,5

III группа

Объект исследования Случай, №

28 29 30

1=4 года 11 месяцев 2=0 1=7 лет 3 месяца ?2= 1 год 6 месяцев 1=6 лет 7 месяцев ?2=1 год 3 месяца

Легкие 90,5±11,4 90,8±13,6 95,3±16,9

Печень 9,4±1,6 8,6±1,6 4,5±0,95

Скелет 0 0 0

Остальные органы 0,1 ±0,06 0,6±0,094 0,2±0,155

Продолжение

Объект исследования Случай, №

31 32 33 34

1=8 лет 10 месяцев 12=1 год 6 месяцев а д о0 1=2 года 6 месяцев t2=6 месяцев 1=1 год ?2=0

Легкие 79,7±10,7 65,7±9,4 83,5±12,0 93,7±14,5

Печень 8,3±1,7 15,1 ±2,9 12,4±3,8 6,3±3,5

Скелет 2,2±1,2 19,2±9,0 0 0

Остальные органы 0 0 4,1 ±2 0

Примечание. и - стаж работы в условиях контакта с плутонием;

2 - время, прошедшее с момента прекращения работы с плутонием до смерти.

У большинства лиц I группы (у 9 из 15 человек) основные количества изотопа содержались в костях, составляя при этом 42,5-86% от обнаруженного в организме. У четырех человек наибольшее отложение плутония (70-95 %) найдено в печени и лишь у двух - в легких (45,2 и 50,6 %). В последних случаях высокое содержание изотопа в органах дыхания было, очевидно, обусловлено тем, что плутоний, попавший в легкие, не успел выделиться, так как время, прошедшее с момента прекращения контакта с изотопом до смерти, определялось несколькими часами.

У лиц II группы в одних случаях наибольшие количества плутония были обнаружены в легких, в других - в скелете, в третьих - в печени. При работе преимущественно с относительно растворимыми соединениями наибольшие количества изотопа обнаруживали в скелете (случаи № 16, 18, 19, 20, 25, 27) или в печени (случаи № 17, 22, 23), а при выполнении операций в основном с нераствори-

Из обработки исключены два человека (случаи № 21 и 23), работавшие преимущественно с нерастворимым плутонием. Отрицательное значение коэффициента корреляции свидетельствует об убыли изотопа из легких, положительное - о накоплении его в скелете. Статистически несущественное значение коэффициента корреляции, полученное для костей у лиц I группы, обусловлено, по-видимому, тем, что параллельно с отложением плутония в скелете происходило и его выведение.

мыми или труднорастворимыми солями - в легких (случаи № 21, 23). Данные по распределению плутония в организме двух больных, представленные Л.Г.Волковой [2], подтверждают полученную закономерность. Лишь у одного человека (случай № 26), работавшего главным образом с относительно растворимыми соединениями, наибольшее количество изотопа было найдено в легких. Смерть в этом случае наступила (так же, как у двух человек из I группы - случаи № 1 и 14) вскоре после прекращения работы.

Помимо сказанного, на распределение относительно растворимых соединений изотопа определенное влияние оказывает перемещение плутония, заключающееся в постепенном выведении из легких и накоплении его в костях. Подтверждением тому является статистическая обработка материала (в ней использованы данные Т.Н.Рысиной и А.Г.Савельева) по распределению плутония в организме лиц I и II групп (табл. 2).

Иная картина распределения изотопа была у лиц III группы, работавших с нерастворимым плутонием. Во всех случаях максимальное содержание изотопа было обнаружено в легких. Лишь у двух человек, которые, помимо постоянного контакта с нерастворимым плутонием, периодически работали с другими его соединениями, небольшие количества изотопа были найдены в костях.

Таблица 2

Корреляция между относительным содержанием плутония в органах и временем, прошедшим от начала контакта с изотопом до смерти

Груп- па Коэффициент корреляции (Г) и степень вероятности (р) Легкие Печень Скелет

І2 І1+ 2 2 І1+ 2 2 І1+ 2

I (23) г -0,13 -0,59 -0,54 +0,2 -0,2 -0,2 +0,2 +0,32 +0,3

р >0,1 <0,05 <0,05 >0,1 >0,1 >0,1 >0,1 >0,1 >0,1

II (10) г -0,62 -0,63 -0,77 -0,14 -0,51 -0,13 +0,37 +0,68 +0,60

р <0,05 <0,05 <0,01 >0,1 >0,1 >0,1 >0,1 <0,02 <0,05

Примечание. и - продолжительность работы в условиях контакта с плутонием;

2 - время, прошедшее с момента прекращения работы с изотопом до смерти. В скобках указано количество обследованных.

Таким образом, как видно из наших исследований, в распределении изотопа при ингаляционном его поступлении в организм основное значение следует придавать физико-химическим свойствам аэрозолей плутония, а также срокам, прошедшим от начала работы в контакте с ним. Полученные нами результаты согласуются с экспериментальными исследованиями других авторов [3-6].

Для оценки повреждающего действия инкорпорированного изотопа большое значение имеют величина его концентрации и поглощенные дозы в органах и тканях.

У лиц I группы наибольшая удельная активность соответствовала легким, затем печени и скелету. Однако поглощенные дозы в этих органах, как правило, не превышали 5-8 рад в год.

У лиц II группы максимальная концентрация изотопа была найдена в этих же органах, но поглощенные тканевые дозы в них были более высокими и в ряде случаев превышали предельно допустимые уровни, особенно в легких и скелете.

У лиц III группы как наибольшая удельная активность, так и тканевые дозы соответствовали легким и составляли 8-10 рад в год.

В связи с этим определенный интерес представляет изучение распределения плутония в легких, печени и скелете. Накопление изотопа в различных отделах легких было проанализировано нами у пяти человек из II группы. Полученные результаты (в процентах от суммы удельной активности изотопа в легочных лимфатических узлах, верхнем и нижнем отделе легкого) представлены на рисунке 1.

Условные обозначения

Рис. 1. Распределение плутония по различным отделам легких (в % от суммы удельной активности изотопа в легочных лимфатических узлах (1), верхнем (2) и нижнем (3) отделе легкого): а, б, в, г, д - соответственно наблюдения 20, 33, 16, 18, 19.

На этом рисунке видно, что в одних случаях максимальная удельная активность соответствует верхним участкам легких, в других - легочным лимфатическим узлам. Эти данные согласуются с материалами некоторых авторов [6], которые отметили, что концентрация изотопа в легочных лимфатических узлах не всегда превосходит таковую в легких и других критических органах. По-видимому, на величину отложения изотопа в органах дыхания влияет как степень растворимости поступивших в организм соединений, так и дисперсность аэрозолей плутония, что было показано рядом авторов [4, 5], изучавших влияние размеров частиц плутония на перемещение его из легких в другие органы и ткани. Концентрация изотопа в верхних участках легких, как правило, значительно выше, чем в нижних ф<0,01). Аналогичные результаты были получены Л.Г.Волковой [2]. Неравномерное распределение изотопа в легких обусловлено, по-видимому, способностью фагоцитированных частиц задерживаться в лимфоузлах [7, 8], а также особенностями лимфо- и кровообращения в отдельных участках легкого. Эта особенность заключается в том, что лимфоток и кровообращение в верхних участках легких более медленные, чем в нижних [7, 8, 9].

В связи с избирательным накоплением плутония в легочной ткани поглощенные дозы для отдельных участков легких оказываются во много раз больше, чем средние значения, рассчитанные для всего органа.

Нами также обнаружено неравномерное распределение плутония по различным отделам скелета. Наибольшая концентрация изотопа, как это хорошо видно на рисунке 2, обнаружена в грудных позвонках, затем в черепе; наименьшая - в реберных и бедренных костях. Отмеченное различие в концентрации изотопа в этих отделах скелета статистически существенно ф=0,01; p<0,001). Полученное распределение изотопа согласуется с экспериментальными данными Т.Н.Рысиной и Р.А. Ерохина [10], установившими, что концентрация плутония в грудных позвонках собак выше, чем в других отделах скелета (череп ими не был проанализирован). Неравномерность распределения плутония в костях обусловлена, по-видимому, особенностью кровоснабжения различных отделов скелета, которое более интенсивно в позвоночнике и черепе по сравнению с реберными и бедренными костями [11, 12, 13].

д

Условные обозначения 1 □ 2 □ 3

4

Рис. 2. Распределение плутония по различным отделам скелета (в % от суммы удельной активности изотопа в грудных позвонках (1), затылочной кости черепа (2), в реберных (3) и бедренных (4) костях): а, б, в, г, д - соответственно наблюдения 16, 18, 19, 21, 25.

г

Избирательное накопление плутония в различных отделах скелета влечет за собой неравномерное облучение костной системы, что, безусловно, должно учитываться врачами-профпатоло-гами.

Определенный интерес представляют данные об естественном выведении изотопа (табл. 3). Эти материалы позволяют приблизительно оценить прижизненное содержание плутония в организме человека. Проведенные исследования показали, что имеются определенные различия в выведении с экскретами плутония у лиц I, II и III групп. Сред-

Естественное выведение

несуточное выведение изотопа с мочой у лиц I группы в первые три года после прекращения контакта с плутонием колебалось от 0,02 до 0,09 %, составляя в среднем 0,05 % от общего содержания изотопа в организме. (Близкие результаты были получены Т.Н.Рысиной и А.Г. Савельевым). Спустя 4-7 лет после прекращения работы с плутонием изотоп в экскретах не был найден. По-видимому, выведение изотопа в эти сроки было настолько мало, что не удалось зафиксировать его с помощью примененных методов исследования.

Таблица 3

плутония у лиц I, II и III групп

№ Время, прошедшее с Выведение плутония за сутки, Коэффициент плутония, % от

Груп- момента прекращения расп/мин содержавшегося в организме

па слу- чая контакта с плутонием

до обследования моча кал моча кал

4 месяца 50(2) 60(2) 0,024 0,035

1 год 2 месяца 110(3) 110(3) 0,087 0,087

2 3 года 2 месяца 0(3) 0(3) - -

3 года 10 месяцев 0(3) 0(3) - -

5 лет 0(40) 0(10) 0,055±0,003 0,061 ±0,025

I 4 месяца 350(1) - 0,050 -

11 1 год 11 месяцев 100(і) - 0,030 -

7 лет 8 месяцев 0(4) - 0 0,04±0,008 -

9 лет 6 месяцев 0(4) 0(2) - -

13 11 лет 6 месяцев Среднее значение для группы 0(3) 0(3) 0,048±0,006 -

2 года 3 месяца 470(3) 900(2) 0,003 0,005

16 3 года 4 месяца 970(2) 620(2) 0,006 0,004

4 года 3 месяца 230(5) 450(4) 0,001 0,003

5 лет 380(б) 120(2) 0,002 0,003±0,001 0,001 0,003±0,0009

17 2 года 1030(3) 1020(1) 0,006 0,006

18 1 год 2 месяца 300(1) 750(1) 0,003 0,006

1 год 4 месяца 380(1) - 0,003 -

1 год 8 месяцев 210(1) - 0,002 -

1 год 11 месяцев 960(4) 200(4) 0,009 0,002

4 года 6 месяцев 530(29) 400(28) 0,004 0,004

II 0,004±0,001 0,004±0,001

6 месяцев 130(9) 140(6) 0,002 0,002

19 1 год 3 месяца 220(7) 120(6) 0,003 0,002

1 год 4 месяца 110(3) 70(3) 0,001 0,001

1 год 10 месяцев 190(16) 160(10) 0,003 0,002±0,0006 0,002 0,002±0,0003

20 2 года 290(3) 80(3) 0,008 0,002

2 года 8 месяцев 280(3) 170(3) 0,010 0,009±0,001 0,007 0,0045±0,0025

21 1 год Среднее значение для группы 20(40) 60(40) 0,0015 0,0045±0,00115 0,0044 0,004±0,0005

29 10 месяцев 0(20) 0(20) - -

2 года 0(10) 0(8) - -

III 2 года 7 месяцев 0(19) 0(10) - -

30 3 месяца 0(5) 0(3) - -

1 год 1 месяц 0(3) 0(2) - -

1 год 6 месяцев 0(2) 0(1) - -

Примечание. В скобках указано число анализов.

У лиц II группы с мочой и калом в среднем за сутки выводилось соответственно 0,0045 и 0,004 % плутония от обнаруженного количества в организме. При этом выведение плутония у одних и тех же лиц, обследованных в динамике в течение нескольких лет, в отличие от лиц I группы, не претерпевало существенных изменений.

У лиц III группы спустя 3-10 месяцев после прекращения контакта с плутонием не удалось обнаружить изотоп ни в моче, ни в кале.

Для подтверждения сделанных выводов были использованы дополнительные данные, полученные при обследовании 20 человек, работавших ранее в аналогичных условиях. Эти данные соответствовали предыдущим результатам.

Отмеченное различие в выведении изотопа у лиц этих групп обусловлено, по-видимому, распределением плутония, во многом зависит от его удельной активности в отдельных органах и тканях, от степени растворимости попавших в организм соединений изотопа и крайне медленного удаления его из скелета. Последнее подтверждается многими экспериментальными исследованиями [10, 14], а также представленными выше собственными данными.

Выводы

1. Распределение плутония при поступлении через дыхательные пути зависит, в основном, от его физико-химических свойств.

2. У лиц, работающих преимущественно в контакте с растворимыми соединениями, изотоп откладывается в большем проценте случаев в скелете, в меньшей степени - в печени и легких.

3. При поступлении в организм соединений различной степени растворимости характерным является смешанный тип распределения: у одних лиц максимальное содержание плутония обнаруживается в легких, у других - в скелете, у третьих -в печени.

4. У лиц, работающих с нерастворимым плутонием, максимальное содержание изотопа определяется в легких.

5. Распределение плутония в легких неравномерно: максимальная концентрация изотопа

обнаруживается в верхних долях легких или в легочных лимфатических узлах.

6. Отмечено избирательное накопление плутония в различных отделах скелета: максимальная концентрация плутония обнаруживается в грудных позвонках и черепе, наименьшая - в реберных и бедренных костях.

7. Естественное выведение плутония зависит от распределения его в организме, от удельной активности в отдельных органах и тканях и от степени растворимости попавших в организм соединений изотопа.

Литература

1. Попов С.И. Практическое руководство по количественному определению радиоактивных веществ в биосубстратах. М., 1957.

2. Волкова Л.Г. Пневмосклероз как исход лучевой болезни, вызванной длительной интоксикацией плутонием. Бюллетень радиационной медицины, 1961, N 2а, стр. 82.

3. Scott K, Axelrod A.D. and oth. Arch. Pathol., 1949, 48, 1, p. 31.

4. Bair W.J., Willard D.H. and oth. Health Phys., 1962, 8, 6, p. 639.

5. Bair W.J., Mc Clanhan B.J. Health Phys., 1961, 2, 6, p. 648.

6. Langham W.H., Laurence J.N. Health Phys., 1962, 8,

6, p. 753.

7. Русньяк И., Фельди М., Сабо Д. Физиология и патология лимфообращения. Венгрия, 1957, стр. 600.

8. Парфенова Н.Н. Лимфатическая система легкого в норме и при туберкулезе. М., Медгиз, 1960.

9. Ball W.C., Stewart P.B. a. oth. J. Clin. Investig., 1961, 41, 3, p. 519.

10. Рысина Т.Н., Ерохин Р.А. Распределение и выделение плутония у собак в отдаленные сроки после введения. Сб. "Плутоний-239". Под редакцией А. В. Лебединского и Ю.И.Москалева. М., Медгиз, 1962.

11. Холденко М.И. Расстройства венозного кровообращения в мозгу. М., Медгиз, 1963.

12. Воробьев В.П., Синельников Р.Д. Атлас анатомии человека. М., 1948.

13. Русаков А.В. Патологическая анатомия болезней костной системы. М., Медгиз, 1959, стр. 121.

14. Stover B.J., Atherton D.R. and Keller N. Rad. Res., 1959, 10, p. 130.