13.1. ПУТИ ПОПАДАНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Чернобыльская авария развеяла миф о полной безопасности «мирного атома» и показала, что нарушение требований безопасности может привести к страшным последствиям, и только непрекращающийся рост народонаселения и связанное с ним обострение энергетической проблемы не позволяют в настоящее время полностью отказаться от использования энергии атома в мирных целях.

При нормальной работе АЭС, даже в непосредственной близости от станции, уровень радиации превышает естественный радиационный фон менее чем на 1 %, т.е. уровень радиации обычной почвы может оказаться выше. Однако на работающих АЭС, во-первых, бывают аварии, а во-вторых, существует проблема безопасного захоронения радиоактивных отходов.

Радионуклиды, будучи захваченными в пищевые цепи экосистем, могут избирательно накапливаться в некоторых организмах или органах; здесь-то и может выявиться тенденция к концентрации до таких доз, которые становятся токсичными либо для самих организмов, либо для тех, кто питается ими.

Как правило, радионуклиды проникают в пищевые цепи с растениями (которые получают их из почвы с атмосферными осадками или пылью).

Процесс поглощения радионуклидов и их накопление на различных уровнях зависит от следующих факторов.

1. Период полураспада радионуклидов: наибольшее значение имеют изотопы с длинным периодом полураспада, и особенно те, которые накапливаются в тканях: ⁹⁰Sr (период полураспада – 28 лет), накапливающийся в костях; ¹³¹1, концентрирующийся в щитовидной железе (период полураспада – 8 дней) и ¹³⁷Cs (период полураспада – 30 лет), накапливающийся в мягких тканях организма.

2. Очень высокая специфичность коэффициента концентрации, который у разных видов организмов даже в одной экосистеме может колебаться от 1 до 200, доходя иногда до 1 500 000. Некоторые виды обладают такой способностью к накоплению радионуклидов, что могут становиться токсичными в совершенно безвредной среде.

3. Содержание в окружающей среде минеральных элементов. В пищевых цепях элементы окружающей среды вступают в конкурентные отношения, в таких случаях чем меньше содержание соответствующих минеральных элементов в окружающей среде, тем большее значение приобретают радионуклиды, способные их заменять в пищевых цепях.

4. Вид и возраст организмов. Микроорганизмы более чувствительны к α- и β-лучам, а крупные организмы – к γ-лучам. Молодые организмы поглощают интенсивнее и располагают большим временем, чем старые, для необратимого накопления вредных радиоактивных веществ.

Радионуклиды оказывают следующее воздействие на организм человека:

• ослабляют организм, замедляют его рост, снижают иммунитет организма и сопротивляемость инфекциям;
• уменьшают продолжительность жизни, сокращают показатель естественного прироста из-за временной или полной стерилизации;
• различными способами поражают гены, последствия чего проявляются во втором или третьем поколениях;
• оказывают кумулятивное (накапливающееся) воздействие, вызывая необратимые эффекты.

Основными источниками поступления радионуклидов в организм человека являются пищевые продукты и вода.

Тяжесть последствий облучения зависит от количества поглощенной энергии (радиации), излученной радиоактивным веществом.

Снижение дозы поглощенного организмом облучения

Этого можно достичь двумя способами. Первый заключается в фармакологически-физиологической стимуляции выведения с продуктами жизнедеятельности уже попавших в организм радионуклидов. Второй – в предотвращении адсорбции или реабсорбции радионуклидов в желудочно-кишечном тракте. Снижение дозы поглощенного организмом облучения вторым способом осуществляется с помощью радиопротекторов.

13.2. РОЛЬ РАДИОПРОТЕКТОРОВ В ВЫВЕДЕНИИ РАДИОНУКЛИДОВ
И СОЗДАНИИ РАДИОРЕЗИСТЕНТНОСТИ ОРГАНИЗМА

Радиопротекторы

Это препараты, создающие состояние искусственной радиорезистентности. К ним относятся: вещества преимущественно синтетического происхождения, введение которых в организм животных или человека снижает поражающее действие ионизирующего излучения; соединения, оказывающие противолучевое действие при введении за несколько минут или часов до облучения. Наиболее выраженный защитный эффект наблюдается при общем облучении, вызывающем гибель 80–100 % животных, и при применении радиопротектора в максимально переносимых (вызывающих возникновение ряда токсических реакций) дозах. Наиболее эффективные радиопротекторы относятся к двум классам: серосодержащим соединениям и индолилалкиламинам.

Несмотря на большое число экспериментальных исследований радиопротекторы пока не нашли широкого практического применения. Это связано главным образом с побочными эффектами, возникающими при применении радиопротекторов в радиозащитных дозах.

В настоящее время выяснено, что наиболее перспективны как средства профилактики и ранней патогенетической терапии природные препараты с антирадикальными и антиоксидантными свойствами и иммуностимуляторы.

1. Растительные фенольные соединения: флавоноиды (рутин, кверцетин, катехины, антоцианы), фенольные кислоты (галовая, элаговая); производные пирокатехина, пирогаллола, гидрохинона, характеризующиеся антирадикальной, капилляроукрепляющей (Р-витаминной) активностью, иммуномодуляторным, гепатозащитным, антитоксическим влиянием. В основе большинства этих эффектов лежит ограничение лучевой активности перекисного окисления липидов клеточных мембран. Природные аналоги таких комплексов – масло облепихи, шиповника, препараты корня солодки. Целесообразно также употреблять природные антиоксиданты – продукты переработки винограда, чая, кофе, фруктов и овощей.
2. Альфа-токоферол – жирорастворимый антиоксидант, стабилизатор липидного биослоя мембран, инактиватор окислительных радикалов. Применение токоферола максимально эффективно в комплексе с другими антиоксидантами – ретинолом, каротином, аскорбиновой кислотой.

Хорошими радиопротекторными свойствами обладают наши повседневные продукты – овощи, фрукты, ягоды, особенно морская капуста, лук, чеснок, яблоки, морковь, свекла, вишня, слива, смородина и др., содержащие пищевые волокна.

Активно влияют на кинетику обмена радионуклидов и снижают поглощенную дозу облучения у животных и человека пищевые волокна из кожуры лимона, люцерны, столовой свеклы и жмыха виноградных семян.

Современная концепция радиозащитного питания базируется на трех основных принципах:

• максимально возможное уменьшение времени нахождения радионуклидов с пищей;
• торможение процесса всасывания и накопления радионуклидов в организме;
• соблюдение принципов рационального питания.

В условиях повышенной ионизирующей радиации важную роль играют так называемые адаптогены – вещества, которые ускоряют адаптацию организма к различным факторам окружающей среды.

К наиболее эффективным адаптогенам относят препараты элеутерококка, женьшеня, лимонника китайского, витамины, флавоноиды, витаминно-аминокислотные комплексы, некоторые микроэлементы, биостимуляторы, коферменты и другие вещества.

После чернобыльской аварии возникла необходимость обогащения продуктов питания веществами, блокирующими всасывание радионуклидов, снижающими коэффициенты накопления их в организме, ускоряющими выведение или повышающими устойчивость организма к ионизирующему излучению.

Пищевые продукты, обогащенные радиозащитными препаратами, должны отвечать ряду определенных требований: иметь хорошие органолептические свойства, быть эффективными и удобными в применении, не нарушать процессы обмена веществ (витаминов, белков и минеральных веществ), не оказывать токсического действия при длительном использовании.

Радиозащитный эффект таких продуктов питания обусловлен:

• наличием всех жизненно важных нутриентов, способных обеспечивать нормальное функционирование всех органов и систем организма при действии различных неблагоприятных факторов окружающей среды;
• наличием в их составе противорадионуклидных препаратов – радиоблокаторов и (или) декорпорантов;
• введением в состав продукта веществ, обладающих радиопротекторными свойствами.

Специальные продукты радиозащитного действия делят на две большие группы:

1) натуральные продукты питания, в основном из сырья растительного происхождения: нерыбные продукты моря, фруктово-ягодные, молочные, молочно-фруктовые, овощные продукты, являющиеся ценнейшим источником витаминов, минеральных солей щелочного характера, микроэлементов, различных углеводов, пищевых волокон (ПВ), органических кислот;
2) пищевые продукты и композиции, в рецептуры которых внесены добавки известных и потенциально возможных блокаторов всасывания радионуклидов: альгиновая кислота и ее соли (альгинат натрия или кальция), различные виды пектинов, пищевые волокна, смесь аминокислот, берлинская лазурь и др.

Пищевые волокна, пектины, альгинаты способны не только уменьшить инкорпорирование радионуклидов, но и снижают риск возникновения ряда заболеваний, а именно: рака толстой и прямой кишки, геморроя, атеросклероза, сахарного диабета, желчнокаменной болезни и др. В то же время избыточное потребление ПВ и пектина ведет к брожению в толстой кишке и усиленному газообразованию с явлениями метеоризма, ухудшению усвоения белков, жиров, кальция, железа и других минеральных веществ. Поэтому считается, что потребление пищевых волокон не должно превышать 25–30 г/сут, пектинов – 2–3, альгинатов – 6–10 г/сут.

Для выведения радионуклидов из организма эффективно использование препаратов пищевых волокон, полученных методами биотехнологии. Биопектин, получаемый из пектинсодержащего сырья при его обработке ферментными препаратами, обладает способностью эффективного комплексообразования с тяжелыми и радиоактивными металлами.

Наилучшие результаты, включающие снижение степени этерификации пектина и увеличение уровня связывания стронция, достигаются с использованием пектинэстеразы A. awamori. Установлена обратная зависимость между степенью этерификации и уровнем связывания стронция. Показано, что 2–3-часовой обработки пектина пектинэстеразой достаточно для получения деэтерифицированного препарата радиопротекторного действия. В оптимальных режимах действия препарата (рН 3,7, температура 37 °С) степень связывания стронция достигает 92 % по отношению к количеству свободных карбоксильных групп. Сопоставление профилей сродства показывает, что пектиновые вещества связывают ионы Са²⁺ и Sr²⁺ прочнее, чем альгинаты. Полученные комплексообразователи на основе пектинов могут быть использованы не только в составе пищевых продуктов, но и как самостоятельные препараты для выведения радионуклидов, ионов тяжелых металлов и других токсических веществ.

Украинскими исследователями разработана технология получения полисахарида аубазидана, способного выводить из организма радионуклиды. Его получают путем синтеза культурой аспоро- генных дрожжей Aureobasidium pullulans при культивировании их на углеводсодержащих средах.

Аубазидан (С₆Н₁₀О₅) – это полисахарид, молекулярная масса которого варьирует от 6 • 10⁶–15 • 10⁶Да. Он представляет собой аморфный порошок бежевого цвета, без запаха, с температурой разложения 280...300 °С, при высушивании до абсолютно сухой массы теряет способность растворяться в воде.

На основании его физико-химических свойств этот полисахарид вводят в рецептуры различных пищевых продуктов: напитков, соков, хлебобулочных, желейных, кондитерских изделий, молочных и диетических продуктов. Аубазидан придает изделиям приятный вкус, стабилизирует белковые заменители, играет роль мягких пищевых волокон, снижает калорийность. Оптимальная доза аубазидана – 2 г, позволяющая снизить накопление радиоцезия и радиостронция соответственно на 28,9 и 68,9 %.

Методом гидролиза (химического и ферментативного) природного растительного сырья (целлюлозы) получена пищевая добавка карбюлоза. Благодаря присутствию карбоксильных групп карбюлоза образует нерастворимые малотоксичные комплексы с солями поливалентных тяжелых металлов (барий, медь, свинец, серебро) и радионуклидами.

Клинические исследования показали высокую эффективность карбюлозы при выведении радионуклидов (цезий-137, стронций-90, радий-226 и др.) из организма пациентов.

Карбюлозу в настоящее время уже используют как пищевую добавку в кондитерской промышленности при производстве зефира, пастилы, начинки для вафель. Внесение 0,5–1,5 % карбюлозы в муку положительно влияет на качество хлеба.

Пектин обладает активной комплексообразующей способностью по отношению к радиоактивному кобальту, стронцию, цезию, цирконию, иттрию и другим металлам, образуя нерастворимые соли пектиновой и пектовой кислот.

Наиболее благоприятные условия для образования комплексов пектинов с металлами создаются в кишечнике при рН среды от 7,1 до 7,6. Объясняется это тем, что при увеличении рН пектины деэтерифицируются и происходит более интенсивное взаимодействие между кислотными радикалами пектиновой молекулы и ионами металлов.

Кислая среда (рН 1,8–2) желудочного содержимого снижает способность высокометоксилированного пектина связывать радионуклиды. В этих условиях более активным оказывается низкометоксилированный пектин. Известно, что стронций, находящийся в растительной пище, отличается высокой подвижностью и может вытесняться под действием соляной кислоты желудонного сока, входить в ионное, легкоадсорбируемое состояние и поглощаться пектинами. В этом случае низкометоксилированный пектин деградирует в желудочно-кишечном тракте в значительно меньшей степени, чем высокометоксилированный, активность его начинает проявляться уже в желудке, что означает более ранний и продолжительный контакт с радионуклидами. Продолжительность комплексообразова- ния пектинов с радионуклидами составляет 1–2, реже 3–4 ч.

Для выделения пектина из отходов растительного сырья эффективно использование ферментных препаратов, что существенно упрощает технологический процесс и его аппаратурное оформление, а также снижает себестоимость (см. раздел 12.1.2).