Исследование долгоживущего изотопа радия r226, отлагающегося в костях человеческого скелета: исторический аспект

Сибирский медицинский журнал. 2012. № 3

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ НАУКИ И ЗДРАВООХРАНЕНИЯ

© ШЕВЧЕНКО Е.В., КОРЖУЕВ А.В., МОСКВИНА Н.А. — 2012 УДК: 537.525

ИССЛЕДОВАНИЕ ДОЛГОЖИВУЩЕГО ИЗОТОПА РАДИЯ Я226, ОТЛАГАЮЩЕГОСЯ В КОСТЯХ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО СКЕЛЕТА: ИСТОРИЧЕСКИЙ АСПЕКТ

Елена Викторовна Шевченко1, Анлрей Вячеславович Коржуев2, Надежда Альбертовна Москвина3

Резюме. В статье обсуждается история эксперимента по определению содержания изотопа R 226 в человеческом организме — с конца 20-х до 60-х гг. ХХ-го столетия.

Ключевые слова: радиоактивные изотопы, доза радиоактивного облучения, радиоактивное излучение организма человека.

THE STUDY OF LONG — LIVING R (226) ISOTOPE IN HUMAN BONE TISSUES: A HISTORICAL ASPECT

E.V Shevchenko1, A.V. Korzhuev2, N.A. Moskvina3 ('Irkutsk State Medical University; 2Moscow State Medical University named after I.M. Sechenov;

3Irkutsk Regional Oncological Dispensary)

Summary. The historical aspects of the experiment devoted to the detection of isotope R226 in human body (since 20th till 60th years of XX-th century) is discussed in the paper.

Key words: radioactive isotopes, Radioactive dose, radioactive emission of human organism.

Известно, что довольно длительное время ученым не удавалось определить содержание радия в теле человека: это объяснялось вначале несовершенством применявшейся техники, а позже — экспериментальными ошибками.

Хотя аппаратура, достаточно чувствительная для измерений естественной радиоактивности, была разработана только в 50-е гг. ХХ века, первые попытки количественного исследований радия в человеческом организме были предприняты еще в 30-е гг. Основная задача тех лет состояла в определении значительных количеств этого вещества в теле человека в связи с применением радия для терапевтических целей.

Опираясь на ложную предпосылку о возможности безвредного для всего организма разрушения злокачественных опухолей в результате концентрирования в них радия, медицинские работники того времени вводили в организм значительные количества радия (до сотен микрокюри). Необходимость точно знать фиксированную в опухоли активность стимулировала разработку соответствующей физической аппаратуры.

Кроме слабой интенсивности источника излучения большая и геометрически неправильная форма тела человека вносила осложнения, связанные с неравномерным распределением активности по организму и внутренним поглощением и рассеянием у-излучения. Поскольку измерения малых активностей требовали высокой стабильности при малом фоне, первые исследователи данной проблемы использовали для экспериментов ионизационные камеры в качестве детекторов, отвечающих этим требованиям.

Задача определения количества радия в живом организме человека была впервые успешно разрешена в 1929 г. Шлундтом и соавт. [14]. Эти исследователи применили для измерения интенсивности у-излучения одиночную ионизационную камеру объемом 2 л, заполненную воздухом при атмосферном давлении, и струнный электрометр. При выбранной геометрии измерений (камера на расстоянии 70 см от спины объекта) чувствительность метода составляла около 100 мкг радия и была в основном ограничена дрейфом нуля электрометра, эквивалентным 80 мкг. Другая примененная методика — определение концентрации радона при выдыхаемом

воздухе при помощи а-ионизационной камеры, градуированной известным количеством радона, — оказалась значительно более чувствительной. Ее предел соответствовал примерно 2 мкг радия. Однако для определения полного количества радия в теле оба метода должны были применяться одновременно.

Усовершенствование методики измерений было связано прежде всего с учетом геометрического фактора. Для этого Шлундт с сотрудниками при градуировке у-ионизационной камеры использовали трупы, размещение в которых ампул с радоном имитировало радий, фиксированный тканями организма. Ликвидированное к тому времени влияние температуры измеряемого субъекта на движение нити электрометра позволило достигнуть чувствительности около 2 мкг радия [15].

Следующие шаги по улучшению методики этих измерений были предприняты Эвансом [х], который помимо геометрического фактора, внес поправки на внутреннее поглощение тканями исследуемого тела как измеряемого, так и фонового у-излучения. В результате чувствительность метода была доведена до 0,2 мкг радия в организме человека.

Для этого в его экспериментах исследуемое лицо располагалось в горизонтальной плоскости по дуге радиусом 1 м на таком же расстоянии от детектора.

Два года спустя Кребс [4-6] опубликовал результаты анализа золы после кребмации человеческих трупов, выполненного эманационным методом при помощи специального а-счетчика. Среднее значение для 18 образцов золы составило, по его данным, 14 нг с колебаниями в диапазоне от 1 до 40 нг. Чувствительность этого метода достигала 10 —13 г Яа/г пепла, однако анализ сопровождался сложным химическим процессом перевода пепла в раствор с большой вероятностью попутного загрязнения проб дополнительной активностью.

В 1941 г. Р. Раевский [12] применил для измерения радиоактивности человеческого тела большую ионизационную камеру атмосферного давления и пришел к выводу, что среднее содержание радия в теле составляет 7,5 нг. Позднее Гесс и Макнифф, применив эту же методику для обнаружения и измерения радия в организме людей, пострадавших в результате профессионального отравления, пришли к заключению, что чувствитель-

ность одиночной ионизационной камеры атмосферного давления составляет около 100 нг.

В 1950 г. была опубликована статья Хэрша и Гейтеса [3], в которой были приведены результаты проведенного эманационным методом анализа, которому подвергли пепел от кремации 25 взрослых человек и 6 мертворожденных младенцев. Несмотря на высокую чувствительность метода и его общность с анализом Кребса, содержание радия в исследованных телах колебалось в пределах от 0,038 до 0,43 нг со средним значением 0,12 нг, что более чем в 100 раз меньше величины, полученной Кребсом.

Применение дифференциальных ионизационных камер высокого давления, предложенных Зивертом [16], позволило повысить чувствительность измерений у-излучения человеческого тела до ±2 нг радия. При этом, однако, определение количества радия, накопившегося в костях скелета, было затруднено присутствующим в теле у-излучающим изотопом К40, на что указали Спирс и Бэрч в своем сообщении на Оксфордской конференции 1950 г. [1].

Более поздние работы этих же исследователей, опубликованные в 1953 — 1854 гг., позволили сделать вывод, что практически все у-излучение человеческого организма может быть приписано К40, содержащемуся в тканях. Эту гипотезу поддержал Райнес [13], выполнивший измерения радиоактивности человеческого тела при помощи жидкого сцинтиллятора в геометрии, близкой к 4п. Кребс, подвергнув критическому рассмотрению результаты собственных исследований и работы Хэрша, Гейтеса и Зиверта, уже в первой статье [7] был вынужден признать, что «количество радия, найденного в организме, по-видимому, значительно ниже принятого допустимого содержания 1-10 —7 г». Позднее, во второй статье [8], посвященной обсуждению сообщения Бэрча и Спирса [1], Кребс фактически признал ошибочность результатов своих первых опытов по определению количества радия в человеческом организме.

В конце 50-х годов были опубликованы особенно тщательные исследования американских, немецких и английских радиометристов [12, 13] по измерениям количества радия в скелетах людей. Эти работы помогли окончательно разрешить спорный вопрос и подтвердить справедливость первоначальных измерений Хэрша и Гейтеса [3].

Результаты детальных измерений содержания радия в воде, пище и теле человека были сообщены Хэршем и Мэтсом на состоявшейся в 1957 г. в Лидсе (Англия) Конференции по измерению радиоактивности человеческого тела.

Результаты исследований содержания радия в воде хорошо совпадали с выводами работ Стехнея и измерениями Зиверта [16]. Было выявлено, что количество радия в человеческом теле колебалось в пределах 0,050,32 нг и почти не зависело от содержания его в питьевой воде; это позволило предположить, что накопление радия в организме происходит из других источников. Этот же вывод был сделан Стихнем и Лукасом, которые доказали, что потребление воды приводит только к четырехкратному увеличению количества радия в теле человека [18]. Интересно отметить, что этими же учеными впервые экспериментально было доказано, что детский организм более интенсивно усваивает радий из питьевой воды, чем организм взрослого человека; это нашло некоторое объяснение в опытах Ван-Дилла и его сотрудников [17].

В 1958 г. группа опытных физиков-эксперимента-торов из Лидского университета — Мэйнеорд, Рэдлей и Тэрнер, — много лет занимающихся изучением естественного облучения, представила на Вторую женскую конференцию по мирному использованию атомной энергии доклад, содержащий обширные сведения об а-активности как отдельных органов человека, так и окружающей его среды [10]. В отличие от упомянутых выше исследователей, опирающихся на широко известный эманационный метод определения количеств радия, эти авторы применили в своей работе новый разработанный ими способ измерения слабых а-излучателей. Суть его состояла в том, что испепеленный при тщательно контролируемых условиях образец путем особой химической процедуры герметически заключали между слоями а-сцинтиллятора (сульфид цинка и кадмия, активированный никелем). Чувствительность метода (около 4  10 —14 кюри/г пробы) достаточна для определения нормальной активности костей скелета человека с точностью ± 15% для продолжительности измерения 24 ч. При помощи этого метода, детально описанного в другом сообщении [1], Мэйнеорд, Рэдлей и Тэрнер установили, в частности, что хотя удельная активность пищевых продуктов колеблется в пределах четырех порядков (от 1 мкмккюри/кг для фруктов и 14 000 мкмккюри/ кг для бразильских орехов) естественная активность костей человеческих скелетов в широком диапазоне исследованных возрастов (от мертворожденных младенцев до 90-летних стариков) остается практически постоянной. По их данным, эта величина колебалась в пределах (1-7)  10 —13 кюри/г сожженных костей, составляя в среднем около 4  10 —13 кюри/г. чтобы выявит возможность влияния места жительства на естественную активность скелета человека, были выполнены раздельные измерения трех трупп образцов костей — из Корнуэлла, Лондона и Кумберленда (31, 12 и 17 штук). Несмотря на выявленное различие величин удельных активностей (5,0  10 —13 кюри а-излучателя на 1 г костной золы для корнуэльских образцов и 1,7  10 —13 для лондонских), небольшое количество измерений не позволяло считать их статистически достоверными.

Аналогичная весьма интересная работа по изучению фонового содержания радия в человеческих костях велась в 1950-е годы в Лос-Аламосской лаборатории КАЭ группой сотрудников под руководством Маринелли. Это незавершенное исследование базировавшееся на обширных и тщательных измерениях активности организмов жителей шт. Иллинойс, было частично сообщено Маринелли в 1958 г. [9] и ниже детально рассмотрено в связи с дозой фонового облучения костей и проблемой лучевого рака. Здесь же отметим только, что, по данным этого исследования, количество радия в скелете человека составляет в среднем для жителей шт. Иллинойс 1,1  10 —10 г с колебаниями в диапазоне (0,4 + 7)  10 —10 г.

Исходя из приведенных данных, можно было определить, что среднее содержание радия в человеческом организме равно примерно 0,1 нг (10 —10 г). по мнению Мульвани и Стандлея [18], главным источником его накопления являются пищевые продукты, поскольку концентрация радия в воде практически не влияло на его количество в теле человека.

Приведенные в статье данные и результаты послужили основой для дальнейших исследований в области внешнего и внутреннего облучения человеческого организма, а также для последующих медико-физиологических приложений, посвященных защите от радиактив-ного излучения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Burch P.R. and Spiers F.W. Measurement of the y-radiation from the human being. // Nature. — 1972. — No. 4377. — P. 519521, 1953.

2. Hess V.F., McNiff W.T. Quantitative determination of the

radium content of the human body. // Amer. J. Roentgenol. — 1947. — Vol. 57, No. 1. — P. 91-102.

3. Hursh J.B., Gates A.A. Body radium content of individuals with no known occupational exposure. // Nucleonics. — 1950. —

Vol. 7, No. 1. — P. 46-59.

4. Krebs A. Der Radiumgehalt menschlishen Gewebes in Abhangingkeit vomAltet. // Z. Alternsforsgh. — 1942. — Vol. 4. — P. 53-65.

5. Krebs A. Untersuchengen zum Problem der Radiumvergiftung. // Strahlentherapie. — 1942. — Vol. 72. — P. 164-169.

6. Krebs A. Uber die normale und anormale Radioaktivitat menschenlichen und tierschen. // Gewebes. Fundam. Radiol. —

1953.— N5. — P. 89-111.

7. Krebs A.T. The radioactivity of the human being. / / Science. —

1954.— Vol. 119, No. 3092. — P. 429-431.

8. Krebs A.T. Radioactivity of the human being. // Science. — 1954. — Vol. 120. — P. 720-721.

9. Marinelly L.D. Radioactivity and the human skeletons. // Am. J. Roentg. — 1958. — Vol. 80. — P . 729-739.

10. Mayneord W.V., Radley J.M., Turner R.C. The alpha-ray activity of humans and their environment. Доклад № 41 (Англия), представленный на Вторую международную конференцию по мирному использованию атомной энергии. — Женева, 1958.

11. Palmer R.F., Queen F.B. Normal abundance of radium in cacwers from Pacific Northwest. // Am. J. Roentg. — 1955. — Vol. 73. — P. 785-802.

12. Rajewsky B. Physikalische Diagnostik der Radiumvergiftugen. Einrichtung einer Untersuchungsstelle. // Strahlentherapie. — 1941. — Vol. б9, No. 3. — P. 438-502.

13. Rajewsky B., Muth H., Hantke Y., Aurand K. Weiter Ergebnisse zur Frage des naturlichen Radiumgehaltes des men-schlichen Korpers sowie von Nahrung und Trinkwasser. // Strahlentherapie. — 1957. — Vol. 104. — P. 157-1б8.

14. Schlundt H., Barker H.H., Flinn F.B. The detection and estimation of radium and mesothorium in livingpersons. // Am. J. Roentgenol. — 1929. — Vol. 21. — P. 345-354.

15. Schlandt H., Neranoy J.T., Norris J.P. The determination and estimation of Radium in living persons. The retention of soluble Radium salts administered intravenously. // Am. J. Roentgnol. — 1933. — Vol. 39. — P. 515-522.

16. Sievert R.M. Measurement of gamma-radiation in human body. // Arkiv. — 1951. — Vol.3. — P. 337-34б.

17. Stehney A.F. Radium and thorium in some partable waters. // Actaradiol. — 1955. — Vol. 43. — P. 43-51.

18. Stehney A.F., Lucas H.E. Studies on the radium content of human arising from the natural radium of their environment. // Доклад ло мировому иотользованию атомной энергии. — Женева, 1955.

Информация об авторах: 664003, Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, Шевченко Елена Викторовна — д.б.н., профессор., заведующий кафедрой, Коржуев Андрей Вячеславович — профессор, д.п.н.;

Москвина Надежда Альбертовна — заведующий отделением, к.ф.-м.н.