У лактирующих животных стронций в значительных количествах выводится с молоком. Суточное выведение у коров разной продуктивности достигает 0.2 ÷ 5 %, у коз 1.3 %, овец 1 ÷ 6 % в 1 литре от суточного поступления. Из глобальных выпадений содержание 90Sr в молоке колеблется от 0.3÷0.8 % в 1л суточного поступления. Переход 90Sr из корма в молоко коров оценивается в 0.1 % на 1л удоя, а при хроническом поступлении нуклида в 0.2 ÷ 0.3 % в 1 литре. Переход 90Sr из рациона в яйцо не превышает 40 % суточного поступления радионуклида, а у низкопродуктивных кур может достигать 60 %. Содержание стронция в скорлупе достигает 96 %, в желтке и белке содержится соответственно 3.5 и 0.2 %.
Содержание стронция в гидробионтах зависит от концентрации нуклида в воде и степени ее минерализации. Так у рыб Балтийского моря содержание стронция в 5 раз больше, чем у рыб Атлантического океана. Коэффициент накопления достигает 10 ÷ 100, в основном стронций депонируется в скелете.
Радиоактивный стронций относится к остеотропным биологически опасным радионуклидам. Как чистый бета-излучатель основную опасность он представляет при поступлении в организм. В таблице 4 на с. 15 для сравнение приведена токсичность 89Sr , 90Sr и других биологически значимых α- и β-излучающих радионуклидов. Населению нуклид в основном поступает с загрязненными продуктами. Ингаляционный путь имеет меньшее значение. Не исключается поступление нуклида через раневые и ожоговые поверхности. Растворимые соединения стронция хорошо всасываются в кишечнике. Резорбция зависит от возраста человека, физиологического состояния, характера питания и особенно содержания в рационе кальция. Она колеблется от 10 до 60 %. В больших количествах стронций всасывается у детей. Для взрослого человека МКРЗ рекомендует величину всасывания равной 30 %. Радиостронций избирательно откладывается в костях, особенно у детей, подвергая кости и заключенный в них костный мозг постоянному облучению. В костях стронций накапливается неравномерно. В эпифизе и метафазе первоначальная концентрация нуклида примерно в 2.5 раза выше, чем в диафизе. В других органах и тканях стронций депонируется в значительно меньших количествах.
Выводится стронций из организма в основном через кишечник. Кинетику выведения можно описать суммой трех экспонент: 73, 10 и 17 % с периодом соответственно 3, 44 и 4000 суток. Быстро выводящиеся компонент отражает выведение нуклида из мягких тканей, медленно выводящий — из скелета.
Биологическое действие радиоактивного стронция многообразно и связано с распределением поступившего в организм нуклида и формируемых доз. При поступлении равных количеств 89Sr и 90Sr величины поглощенных доз и время их формирования различны, что связано с большим периодом полураспада 90Sr и высокой β-энергией его дочернего нуклида 90Y (Еβ = 2.26 МэВ). При поступлении 89Sr доза формируется в течение сравнительно короткого времени, а при поступлении 90Sr в течение многих лет. Дозовые коэффициенты Е для 89Sr и 90Sr равны соответственно для быстро выводящей фракции 1.0 ÷ 9 и 2.4 ÷ 9 Зв/Бк и для медленно выводящей — 7.5÷9 и 1.5÷7 Зв/Бк. Спустя 1 год доза от стронция 90Sr в десять раз большая, а через 20 лет в 150 раз, чем от 89Sr .
Биологическое действие радиоактивного стронция исследовали на многих видах животных. Практический интерес представляют опыты на собаках, поскольку радиочувствительность их примерно такая же, как и у человека. При поступлении в организм остроэффективных количествразвивалась картина острого лучевого поражения с типичными гематологическими нарушениями. Острые поражения у собак развивались при поступлении 3.7 ÷ 11.1 · 107
Бк/кг массы тела. При поступлении радиостронция в 100 раз меньших количествах наблюдали хроническое лучевое поражение с соответствующими гематологическими нарушениями, развитием лейкозов и костных опухолей в отдаленные сроки.
Особый практический интерес представляет хроническое поступление радиостронция животным. В опытах на собаках, получавших в течение 2–3 лет ежедневно 90Sr в количествах 3.7 · 103Бк/кг массы тела развивалось хроническое поражение с индукцией лейкозов и остеосарком. При введении 7.4 · 102 Бк/кг ежедневно в течение 2–3.5 лет регистрировали увеличение в 3–5 раз числа доброкачественных и злокачественных опухолей, в том числе в эндокринных органах и молочных железах. У потомства отмечена пониженная жизнеспособность. Следует отметить трудоемкие исследования на крысах. Животные в течение всей жизни ежедневно получали 90Sr в количестве 5, 4, 2, 1, 0.5; 0.05,
0.005, 0.0005, 0.00005 мк Ки на крысу. Начальные изменения костных структур к концу их жизни выявлены у животных, получавших ежедневно по 0.05 мк Ки стронция. Минимальное ежедневно вводимое количество, которое способствовало развитию сосудистых, воспалительных, дистрофических, новообразовательных процессов и снижало продолжительность жизни животных, составляло 0.5 мк Ки 90Sr . Максимальная величина поглощенной дозы, приводящая к снижению числа ядросодержащих клеток в костном мозге, соответствовала 10 Гр, а минимальная бластомогенная доза — 40 Гр. Продолжительность жизни снижается при дозах свыше 40 Гр. Из приведенных данных следует, что у собак и крыс патологические нарушения регистрировались при достаточно больших дозах.
Радиоактивный стронций (89Sr и 90Sr) относится к биологически значимым радионуклидам и характеризуется высокой токсичностью. Его доля в глобальном радиоактивном загрязнении внешней среды и облучении населения значительна. Облучение носит хронический комбинированный характер. Дозы облучения в подавляющем большинстве случаев можно отнести к категории малых с низкой мощностью дозы. Об опасности облучения в таких дозах существуют противоречивые суждения. МКРЗ, НКДАР при ООН, НКРЗ РФ считают, что облучение в любой дозе отличной от нуля (даже при повреждении всего одной клетки) может в отдаленные сроки проявиться в форме стохастических эффектов — злокачественных новообразований и генетических нарушений. Численное значение их крайне мало. По мере увеличения тканевых доз повреждается все больше клеток и увеличивается вероятность появления
стохастических эффектов. Такой подход к оценке малых доз ионизирующих излучений остается лишь гипотезой. Прямые доказательства ее отсутствуют. Напротив, имеются данные, что и для стохастических эффектов существует порог, что соответствует общебиологическим законам природы. В организме в процессе эволюции выработались и генетически закрепились системы защиты, обеспечивающие гомеостаз организма. Вредное действие различных агентов, в том числе ионизирующих излучений, начинает проявляться после превышения порога. Для детерминированных эффектов порог установлен. Установление величины порога для стохастических эффектов имеет важное практическое значение, было и остается одной из наиболее актуальных проблем радиобиологии.
Использование радиоактивных изотопов в качестве индикатора «меченых» атомов.
Изотопные индикаторы – вещества, имеющие отличный от природного изотопный состав и благодаря этому используемые в качестве метки при изучении самых разнообразных процессов. Роль изотопной метки выполняют стабильные или радиоактивные изотопы хим. элементов, которые легко могут быть обнаружены и определены количественно. Высокая чувствительность и специфичность изотопных индикаторов позволяют проследить за ними в сложных процессах перемещения, распределения и превращения веществ в сколь угодно сложных системах, в т. ч. и в живых организмах.
Метод изотопных индикаторов (методом меченых атомов) был впервые предложен Д. Хевеши и Ф.Пакетом в 1913. Широкое использование изотопных индикаторов стало возможным благодаря развитию ядерной техники, позволившей получать изотопы в массовом масштабе.
Метод изотопных индикаторов основан на том, что хим. свойства разных изотопов одного элемента почти одинаковы (благодаря чему поведение меченых атомов в изучаемых процессах практически не отличается от поведения др. атомов того же элемента), и на лёгкости обнаружения изотопов, особенно радиоактивных. При использовании метода необходим учёт возможных реакций изотопного обмена, приводящих к перераспределению меченых атомов (следовательно, к потере соединением метки), а иногда и учёт радиационных эффектов, связанных с влиянием радиоактивных излучений на ход процесса. Изотоп, используемый в качестве метки, вводится в состав изучаемых соединений. Могут быть использованы как стабильные, так и радиоактивные изотопы.
Преимущество стабильных изотопов - их устойчивость и отсутствие ядерных излучений. Однако только небольшое число элементов имеет подходящие стабильные изотопы. Малая доступность последних и сравнительно сложная техника обнаружения составляют недостатки метода изотопных индикаторов с применением стабильных изотопов. Преимущество радиоактивных изотопов - возможность их получения практически для всех элементов периодичной системы, высокая чувствительность, специфичность и точность определения, простота и доступность измерительной аппаратуры. Поэтому большинство исследований, использующих метод изотопных индикаторов, выполнено с радиоактивными изотопами.
Такие элементы, как водород, углерод, сера, хлор, свинец, имеют удобные для использования как стабильные - 2H, 13C, 34S, 35Cl, 37Cl, 204Pb, так и радиоактивные изотопы - 3H, 11C, 14C, 35S , 36Cl, 212Pb. В качестве изотопов азота и кислорода чаще всего применяются стабильные 15N и 18O и др. Стабильные изотопные индикаторы получают обогащением природных изотопных смесей путём многократного повторения операции разделения (перегонка, диффузия, термодиффузия, изотопный обмен, электролиз), а также на масс-пектрометричный установках и при ядерных реакциях.