Перспективные технологии утилизации отхода

являются изотопы Pu и 241Am (International Atomic Energy Agency, 2006).

        В настоящее время основную радиологическую опасность вследствие аварии на Чернобыльской АЭС составляют трансурановые элементы и 137Cs и 90Sr. Масштабы загрязнения территории Украины 90Sr и изотопами Pu и Am значительно меньше, чем 137Cs. Однако если уровень загрязнения 137Cs и 90Sr постепенно снижается, то уровень и масштабы загрязнения террито-рии Украины изотопами Pu фактически не изменились. При этом активность 241Am постепенно повышается за счет распада 241Pu, а масштабы его распространения сопоставимы с таковыми для изотопов Pu (Національна допо-відь України, 2006). Как отмечалось ранее, внутри объекта «Укрытие» находятся соединения плутония и америция. В контексте последствий аварии на Чернобыльской АЭС и особенно работ по преобразованию объекта «Укрытие» в экологически безопасную систему наибольшее практическое значение среди трансурановых элементов имеют Pu и Am.

                                                  

 

 

 

Плутоний

          Плутоний — трансурановый элемент  с порядковым номером 94, атом-ной массой 242, открыт Г. Сиборгом в 1941 г. Название получил по аналогии с названием планеты, расположенной за Ураном. В природе выявлен в незна-чительных количествах в канадской урановой руде. Серебристо-белый металл. Известно 15 изотопов плутония. Наибольший практический интерес представляет 239Pu — смешанный α- и γ-излучатель, T½=24 065 лет, Eα=5,23 МэВ (Баженов В. А. и соавт., 1990). Изотопы Pu получают в урановых реакторах при облучении 238U нейтронами. 239Pu наряду с обогащенным ураном является ядерным топливом. Находит широкое применение в качест-ве взрывчатого вещества для атомных и термоядерных бомб («оружейный плутоний»). 238Pu используют для изготовления атомных электрических ба-тарей и нейтронных источников. Плутоний химически активен. Его склон-ность к гидролизу и комплексообразованию обусловливает образование в организме нерастворимых гидроксидов

                                                    Америций

        Америций — искусственный трансурановый  элемент с порядковым но-мером 95, атомной массой 243, открыт Г. Сиборгом и соавторами в 1945 г. при облучении 239Pu-нейтронами. Название получил от слова «америка». Тягучий и ковкий серебристо-белый металл. Известны радиоактивные изото-пы с массовыми числами 232, 234–247. Наибольшее практическое значение имеет 241Am — смешанный α- и γ-излучатель, T½=432,2 года, Eα=5,57 МэВ. Источниками поступления америция в окружающую среду являются испыта-ния ядерного оружия, атомные электростанции и аварии при производстве и применении радионуклида. Содержание глобального америция в окружаю-щей  среде постоянно повышается в связи с распадом 241Pu. В отличие от плутония, соединения америция обладают большей растворимостью и, следо-вательно, большей миграционной способностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗДЕЛ 2. ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА

Уран в организме. В микроколичествах (10^-5-10^-8%) обнаруживается в тканях растений, животных и человека. В золе растений (при содержании Уран в почве около 10^-4%) его концентрация составляет 1,5·10^-5%. В наибольшей степени Уран накапливается некоторыми грибами и водорослями (последние активно участ-вуют в биогенной миграции Урана по цепи вода - водные растения - рыба – чело-век). В организм животных и человека Уран поступает с пищей и водой в желу-дочно-кишечный тракт, с воздухом в дыхательные пути, а также через кожные покровы и слизистые оболочки. Соединения Уран всасываются в желудочно-кишечном тракте - около 1% от поступающего количества растворимых соедине-ний и не более 0,1% труднорастворимых; в легких всасываются соответственно 50% и 20%. Распределяется Уран в организме неравномерно (места отложения и накопления) - селезенка, почки, скелет, печень и, при вдыхании труднораствори-мых соединений, - легкие и бронхолегочные лимфатические узлы. В крови Уран (в виде карбонатов и комплексов с белками) длительно не циркулирует. Содер-жание Уран в органах и тканях животных и человека не превышает 10^-7 г/г. Так, кровь крупного рогатого скота содержит 1·10^-8 г/мл, печень 8·10^-8 г/г, мышцы 4·10^-11 г/г, селезенка 9·10^8-8 г/г. Содержание Урана в органах человека составляет: в печени 6·10^-9 г/г, в легких 6·10^-9-9·10^-9г/г, в селезенке 4,7·10^-7г/г, в крови 4-10^-10 г/мл, в почках 5,3·10^-9 (корковый слой) и 1,3·10^-8 г/г (мозговой слой), в костях 1·10^-9 г/г, в костном мозге 1 -Ю^-8 г/г, в волосах 1,3·10^-7 г/г. Уран, содержащийся в костной ткани, обусловливает ее постоянное облучение (период полувыведения Урана из скелета около 300 суток). Наименьшие концентрации Урана - в голов-ном мозге и сердце (10^-10 г/г). Суточное поступление Урана с пищей и жидкостя-ми - 1,9·10^-6 г, с воздухом - 7·10^-9 г. Суточное выведение Уран из организма чело-века составляет: с мочой 0,5·10^-7- 5·10^-7г, с калом - 1,4·10^-6-1,8·10^-6 г, с волосами - 2·10^-8 г.

По данным Международной  комиссии по радиационной защите, среднее  со-держание Урана в организме  человека 9·10^-5 г. Эта величина для различных райо-нов может варьировать. Полагают, что Уран необходим для нормальной жизне-деятельности животных и растений.

       Токсическое  действие Уран обусловлено его  химические свойствами и зави-сит  от растворимости: более токсичны  уранил и других растворимые  соединения Урана. Отравления  Ураном и его соединениями возможны на предприятиях по добыче и переработке уранового сырья и других промышленного объектах, где он используется в технологическом процессе. При попадании в организм Уран действует на все органы и ткани, являясь общеклеточным ядом. Признаки отрав-ления обусловлены преимущественным поражением почек (появление белка и са-хара в моче, последующая олигурия); поражаются также печень и желудочно-ки-шечный тракт. Различают острые и хронические отравления; последние харак-теризуются постепенным развитием и меньшей выраженностью симптомов. При хронической интоксикации возможны нарушения кроветворения, нервной систе-мы и др. Полагают, что молекулярный механизм действия Урана связан с его спо-собностью подавлять активность ферментов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ НЕЙРОТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЕ     ЭФФЕКТЫ УРАНА

 

В последнее  время опубликовано значительное количество работ, в которых до-казывается нейротоксичность урана, причем, в отличие от распространенных представлений о том, что органами-мишенями для урана являются лишь почки, печень и костная ткань (в зависимости от пути поступления и формы соединения урана), указывается на то, что головной мозг также является урановым органом-мишенью. Вследствие Чернобыльской катастрофы наибольшей проблемой пострадавшего населения стран бывшего Советского Союза на протяжении бли-жайших 50–70 лет явится хроническое внутреннее загрязнение радионуклидами. Кроме того, мировое сообщество весьма озабочено возможными медико-биологи-ческими эффектами обедненного урана, который используется в боеприпасах, применяющихся в локальных войнах НАТО, в частности на Балканах и Персидс-ком заливе. Как хорошо известно, уран обладает химической нефротоксичностью, однако для него существуют и иные органы-мишени, в частности центральная нервная система (ЦНС). Медицинские эффекты обедненного урана преиму-щественно обусловлены его химической токсичностью. В этой связи исключи-тельный интерес представляют результаты экспериментальных работ о влиянии урана (обедненного и обогащенного) на головной мозг в зависимости от пути и сроков его поступления в организм, а также характера воздействия (острого, хро-нического, перинатального и др.).

Острое инъекционное (интраперитонеальное) воздействие обедненного урана непосредственно вызывает угнетение пищевого поведения и укорочение парадоксальной фазы сна, подтверждая то, что головной мозг является органом-мишенью для урана. Уран быстро проникает в головной мозг и первоначально на-капливается в гиппокампе и стриатуме. Клиренс урана является многофазным и относительно продолжительным: так, содержание урана в гиппокампе, мозжечке и коре остается повышенным на протяжении 7 дней после однократного воздейст-вия. Причем стресс увеличивает клиренс урана в мозгу.

Хроническое воздействие имплантированного  обедненного урана у крыс вызы-вает нейрофизиологические изменения в гиппокампе, которые могут обусловли-вать неврологический дефицит. С учетом того, что у данных животных не наблю-дали поражений почек, маловероятно, чтобы этот нейрофизиологический эффект был вторичным вследствие нефротоксичности (Pellmar T.C. et al., 1999b). Через 6 мес после имплантации обедненного урана у крыс его наибольшее накопление наблюдали в коре больших полушарий, в среднем мозгу и мозжечке.

Ингаляционное поступление обедненного урана, вероятно, является основным путем его воздействия. И хотя не получено убедительных данных о нейроток-сичности урана у человека, в ряде экспериментальных работ показана связь меж-ду неврологической токсичностью и воздействием урана. После ингаляции обед-ненного урана у крыс повышалась локомоторная активность, но снижалась пространственная оперативная память. Показано, что после повторных ингаляций обедненный уран поступает в головной мозг (преимущественно в обонятельные луковицы, гиппокамп, лобную кору и мозжечок) и может вызывать поведенческие эффекты.

При пероральном поступлении уран аккумулируется в большинстве органов, в том числе зубах и головном мозгу, ранее не рассматриваемых как органы-мише-ни. Воздействие в течение 1 мес на крыс обедненного урана, содержащегося в питьевой воде, в дозе 40 мг⋅л–1 и 6500 Бк 137Cs⋅л–1 не повлияло на обмен дофа-мина, серотонина и их метаболитов в стриатуме, гиппокампе, коре больших полу-шарий головного мозга, таламусе и мозжечке. Такое же поступление обедненного урана не оказало цитотоксического действия на эндотелиальные клетки.

        Пероральное  поступление обедненного урана  в дозе 150 мг⋅л–1 уже через 2 нед. обусловливает поведенческие эффекты, коррелирующие с увеличением ли-пидной оксидации мозга. Через 6 мес такого воздействия поведенческие наруше-ния усиливаются. Сделано заключение о том, что обедненный уран является ток-сином, проникающим через гематоэнцефалический барьер и вызывающим пове-денческие эффекты, особенно у самцов.

Острое интрагастральное поступление обедненного урана у крыс (204 мг⋅кг–1) вызывает повышение на 62% содержания витамина D в плазме крови на 1-й день и его снижение на 68% — на 3-й день. Острое воздействие обедненного ура-на модулирует активность и экспрессию CYP-ферментов, вовлеченных в обмен витамина D в печени и почках, и соответственно влияет на целевые гены витамина D. В то же время хроническое поступление обедненного урана с водой вызывает снижение содержания витамина D3 в плазме крови. В почках отмечают снижение экспрессии гена cyp24a1, а также vdr и rxralpha, которые являются основными регуляторами CYP24A1. Кроме того, в почках снижаются уровни мРНК целевых генов витамина D ecac1, cabp-d28k и ncx-1, которые участвуют в ренальном транспорте кальция. В головном мозгу отмечают снижение уровней мессенджеров cyp27a1 и lxrbeta, вовлеченных в данную регуляцию. Впервые по-казано, что обедненный уран влияет на активную форму витамина D, экспрессию его рецепторов и, следовательно, может модули-ровать экспрессию cyp24a1 и це-левых генов витамина D в гомеостазе кальция.

В отдаленный период перорального поступления обедненного  урана (40 мг⋅л–1) была изменена активность ацетилхолинэстеразы в мозжечке, увеличен уровень дофамина в гипоталамусе, изменен обмен дофамина в лобной коре и стриатуме, снижены содержание и обмен серотонина в коре лобной доли. Уран накапливался преимущественно в стриатуме, гиппокампе и лобной коре. Таким образом, хроническое пероральное поступление урана может вызывать прогрес-сирующие изменения нейротрансмиттерных систем. Хроническое воздействие урана изменяет цикл сон — бодрствование за счет увеличения фазы сна быстрого движения глаз (REM-фаза) и мощности тета-диапазона электроэнцефалограммы (ЭЭГ), что может быть объяснено прямым действием урана на головной мозг.

Хроническое поступление обедненного урана с питьевой водой у крыс вызы-вает значительное повышение мРНК экспрессии CYP3A1 и ядерных рецепторов PXR в головном мозгу, печени и почках. Возможно, что уран влияет на экспрес-сию CYP-ферментов через PXR и CAR ядерные рецепторы.

Хроническое воздействие  обогащенного урана, содержащегося  в питьевой воде, коррелирует с  увеличением продолжительности парадоксального сна, снижением пространственной оперативной памяти, а также повышением тревожности у крыс. Обедненный уран (при таком же поступлении) не вызывает подобных эффектов, что свидетельствует о радиологической природе этих нейрокогнитивных нарушений. Проблема заключается в том, что радионуклиды, накапливающиеся в ЦНС, могут вызывать как радиологические, так и химические эффекты. Показано, что воздействие обогащенного урана на нейрокогнитивные функции обусловлено его накоплением в гиппокампе.

Известно также, что  развивающийся мозг наиболее чувствителен к токсическим воздействиям. После облучения обогащенным ураном (40 мг⋅л–1) в период геста-ции и лактации у крыс выявлены снижение пространственной памяти и отсрочен-ная гиперактивность, что может свидетельствовать о наличии отдаленных цереб-ральных эффектов воздействия обогащенного урана. Парентеральное введение обогащенного урана (1–10 мкг) крысам в неонатальный период вызывало задерж-ку и аномалии роста и нейроповеденческого развития, что связывают с поврежде-нием развивающегося мозга α-излучением. Однако некоторые авторы не обнару-жили влияния ни урана (40 и 80 мг⋅л–1), ни ограничительного стресса на постна-тальное развитие и поведение потомков самок крыс. У рыб оксидативный стресс, обусловленный воздействием урана, вызывает снижение активности супероксид-дисмутазы, каталазы и общего содержания глутатиона в печеночном экстракте при значительном повышении активности ацетилхолинэстеразы в мозговом экстракте. У крыс, облученных обогащенным ураном в неонатальный период, ра-диация в малых дозах вызывает повышение активности супероксиддисмутазы и уровня эндотелина, тогда как в больших — выраженное их снижение.

ОБЕДНЕННЫЙ  УРАН и ЕГО НЕЙРОКОГНИТИВНЫЕ ЭФФЕКТЫ  У ЛЮДЕЙ

 

       Существует значительное количество  работ, в которых показано, что у вете-ранов войн в Югославии, Персидском заливе, Афганистане возник особый синд-ром, получивший название «синдрома войны в заливе» («Балканского синдрома» и др.), с нейрокогнитивными нарушениями вследствие воздействия обедненного урана, который использовали в боеприпасах (Durakovic A., 2001; 2003; McDiarmid M. A. et al., 2001; Tournier J. N. et al., 2002; Bertell R., 2006; Ciprani F., Moroni M., 2006; Jiang G. C., Aschner M., 2006). В то же время иные исследователи не разде-ляют эти взгляды и считают, что обедненный уран не представляет ни химичес-кой, ни радиологической угрозы.