Важнейшими оценочными критериями опасности радиоактивных веществ являются величина их всасывания, скорость выведения из организма и кратность накопления в том или ином органе или ткани.
Поступление через пищеварительный тракт. Все элементы I группы периодической системы Д.И.Менделеева (водород и щелочные металлы, галогены, все благородные газы) полностью всасываются в желудочно-кишечном тракте. Это означает, что и все их радиоизотопы также хорошо всасываются в желудочно-кишечном тракте. Несколько хуже всасываются щелочноземельные элементы, а также цинк, кадмий и ртуть. Иными словами, эффективность всасывания у химических элементов и их изотопов зависит от валентности элементов, от способности к реакциям окисления и восстановления, от способности образовывать растворимые или нерастворимые в воде соединения и комплексы.
Радиоактивные вещества, которые в желудочно-кишечном тракте всасываются в количестве меньше 1%, очень быстро выводятся (в течение 1-4 сут.). Так как длительность контакта таких веществ с организмом невелика, то за период прохождения через желудочно-кишечный тракт не успевают создаться сколько-нибудь значительные дозы излучения. Кроме того, поглощение энергии излучения происходит в основном в содержимом желудочно-кишечного тракта и незначительно в слизистой оболочке кишек. Все невсосавшиеся элементы способны образовывать коллоиды и труднорастворимые гидроксиды, которые и препятствуют всасыванию. Та часть элементов и радионуклидов, которая поступает из желудочно-кишечного тракта в кровь и ткани, образует нерастворимые коллоидные гидроксиды в жидких средах организма, связывается с внутренними органами и очень прочно удерживается в тканях. Для радиоизотопов этих элементов скорость выведения их из внутренних органов в основном обусловлена радиоактивным распадом, а период полувыведения в большинстве случаев составляет около 25 лет. На величину всасывания радиоактивных веществ влияет характер пищи и скорость продвижения ее по кишечнику. Например, поступление стронция с молоком значительно увеличивает его всасывание в организме. Резорбция радионуклида в кишечнике зависит от возраста животного. У молодых животных всасывается больше радиоактивного стронция, чем у взрослых. Это связано с большим потреблением организмом минеральных солей, которые необходимы для построения скелета. На величину всасывания радионуклида также влияет количество вводимого вещества, особенно при повторных введениях.
Помимо этих факторов, влияющих на резорбцию радионуклидов, важное значение имеет исходное функциональное состояние организма, и в том числе центральной нервной системы (ЦНС). Возбуждение ЦНС способствует повышению всасывания радионуклидов в организме, торможение резко замедляет этот процесс.
Ингаляционное поступление радионуклидов. Обмен радиоактивных элементов при поступлении их в легкие с вдыхаемым воздухом определяют три параметра: размер вдыхаемых частиц, с которыми связаны радиоактивные вещества; склонность радионуклидов к расщеплению и комплексообразованию, от которой зависит путь и скорость выведения из легких; период полураспада радионуклида.
При вдыхании воздуха радиоактивные вещества, содержащиеся в нем, задерживаются на всем протяжении дыхательного тракта от носа до альвеол. Чем меньше диаметр вдыхаемых частиц, тем меньше они задерживаются в верхних дыхательных путях и тем больше они поступают в альвеолы легких. Следует заметить, что в процессе дыхания часть радионуклидов удаляется с выдыхаемым воздухом, а другая всасывается и поступает в кровеносные сосуды. В силу того, что в легких сильно развита сеть капиллярных сосудов, всасывание происходит быстро.
Несколько иначе происходит всасывание радионуклидов, которые при рН организма образуют радиоколлоиды и труднорастворимые комплексы. После отложения таких радионуклидов в верхних дыхательных путях в течение нескольких минут они с помощью мерцательного эпителия переводятся в ротовую полость, откуда поступают в желудок, а дальше всасываются, как и при поступлении через желудочно-кишечный тракт.
Процесс всасывания радионуклидов в легких медленный, однако величина всасывания в легких в десятки и сотни раз выше, чем в желудочно-кишечном тракте. Это объясняется тем, что время контакта радионуклида, поступившего в легкие, в сотни раз больше, чем время нахождения его в кишечнике. При хроническом поступлении в легкие радиоактивных веществ происходит накопление радионуклидов в органах дыхания. Естественно, что в это время начинает развиваться лучевая нагрузка на легочную ткань.
Всасывание через кожу. Существует целый класс радионуклидов, которые проникают через неповрежденную кожу, а также через порезы, ссадины и т.д.
Проницаемость кожи для радиоактивных веществ зависит от агрегатного состояния радионуклидов, склонности их к гидролизу и комплексообразованию, кислотности раствора, в котором находятся радиоактивные вещества, и состояния кожного покрова, т.е. при проникновении радиоактивных веществ через кожу заложены те же механизмы, как и при проникновении через желудочно-кишечный тракт и легкие. Разница состоит в величине поверхности кожи, ее толщине, наличии эпидермиса. Радионуклиды водорастворимые и пирорастворимые всасываются быстро.
После поверхностного загрязнения кожи радиоактивными веществами они проникают в микротрещины, потовые и сальные железы, где могут оставаться долго. Проникая вглубь кожи, радионуклиды длительно задерживаются там и путем диффузии проникают в кровь, а дальше разносятся кровью по органам и тканям. Быстрее всего через кожу проникает I131, а медленнее всего Ba140 и Sr89.
Достаточно активно, кроме изотопов йода, в кожу проникают изотопы молибдена, редкоземельных элементов. При этом и в поверхностных, и в глубоких слоях кожи, т.е. глубже эпидермиса, через 1 ч после загрязнения кожи содержится часто больше активности, чем в поверхностных слоях. По этой причине смывание начинать нужно сразу.
Общее количество радиоактивных веществ, поступивших в различные слои кожи, со временем перемещается в кровь и внутренние органы. Естественно, что количество радиоактивных веществ, поступивших в организм через кожу, зависит от длительности загрязнения. Например, увеличение контакта кожи человека с I131 c 1 ч до 48 ч сопровождается в 2-3 раза большим накоплением этого радионуклида в организме. Проникновение радиоактивных веществ через кожу равнозначно проникновению изотопов через желудочно-кишечный тракт.
На всасывание радионуклидов через кожу существенно влияет внешняя температура. При повышении температуры происходит расширение кровеносных сосудов кожи, раскрытие сальных желез, что способствует всасыванию радионуклидов. При поступлении радиоактивных веществ, находящихся в воздухе, при всасывании через кожу важное значение имеет давление пара и отложение вещества на поверхности кожи. Жирорастворимые соединения могут быстро и в больших количествах всасываться через кожу, и скорость их проникновения близка к скорости всасывания через пищеварительный тракт. Для количественной оценки поступления радионуклидов через кожу применяют коэффициент всасывания. Это количество активности, обнаруженное в организме за определенное время наблюдения, по отношению к исходному, нанесенному на кожу. Процесс всасывания характеризует также скорость поступления радионуклида через кожу, которая выражается количеством радиоактивного вещества, поступившего через определенный участок поверхности кожи за единицу времени.
Поступление радионуклидов зависит от химического состава соединений. Проницаемость кожи человека и различных видов животных к одному и тому же нуклиду не одинакова. При поступлении радиоактивных веществ через кожу происходит облучение как самой кожи, так и внутренних органов.
На процессы всасывания радиоактивных веществ из поврежденных раневых поверхностей кожи влияют физико-химические свойства радиоактивного вещества. Подвергающиеся комплексообразованию или растворимые соединения сравнительно быстро поступают в кровь, а коллоидобразующие элементы, некоторые металлы задерживаются на месте введения очень долго.
Процессы всасывания радиоактивных веществ через кожные покровы происходят не мгновенно, а растянуты во времени.