Фармакокинетика радона и его дп в организме

Видео: Краткий обзор РадиаСкан-701

При радоновых процедурах радон проникает в ткани организма, образуются ДПР, также оседающие на кожу больного из лечебной среды (воды или воздуха).

Лечебное действие радона и его ДП обусловлено только их радиоактивными свойствами, при этом имеет место альфа-, бета-и гамма-облучение организма.

При одном акте распада радона RaA и RaC выделяется суммарная энергия альфа-излучения, равная 19,2 Мэв.

При одном акте распада RaB и RaC выделяется 0,89 Мэв энергии бета-излучения, что составляет 4,65 % от суммарной энергии альфа-частиц радона RaA и RaC.

Энергия гамма-излучения ДПР сравнительно мала, поэтому ею можно принебречь. Следует также учитывать, что величина Wr альфа-излучения равна 20, а бета- и гамма-излучения — 1.

Отсюда следует, что основное лечебное действие при радоновых процедурах оказывает альфа-излучение радона и его ДП до RaC` включительно, а сами радоновые процедуры могут быть отнесены к альфа-терапии, т.е. к одному из разделов лучевой терапии. С этих позиций действие радоновых процедур определяется поглощенной энергией альфа-излучения. Эффект будет в определенной степени зависеть от величины поглощенной дозы излучения (доза-эффект), если исключить при этом другие стороны бальнеологического действия радоновых процедур (температуру, химический состав, гидростатическое давление, например, при водных ваннах и т.д.).

При лечебном применении альфа-терапевтических процедур поглощенные организмом дозы излучения не должны превышать уровней, допустимых для населения, а в некоторых случаях и для отдельных его категорий, приведенных в НРБ-99. В связи с этим возникает необходимость в определении поглощенных доз излучения при всех видах радонолечебных процедур и изучении фармакокинетики радона и его ДП в организме.

Фармакокинетика радона

Изучение распределения радона и его ДП в организме представляет сложную методическую задачу. Это обусловлено, в частности, диффузией и значительной скоростью перемещения радона в тканях по кровяному руслу. Через 2—3 ч весь радон из организма практически удаляется через органы дыхания, а через 5—6 ч после забоя животных в их тканях остается 3,5—17 % от начально введенного количества вещества.

Для изучения распределения радона в организме животных разработано несколько специфических методов. Для фиксации радона в органах и тканях по прошествии некоторого времени после внутривенного введения животному водного раствора животное замораживалось в жидком воздухе и содержалось в таком состоянии в течение 6 нед. За это время весь радон переходил в RaD с равновесным ему количеством RaE. По излучению этих изотопов определяли исходное содержание радона в исследованных органах и тканях животного.

Описанный метод очень сложен, громоздок и не позволяет определять распределение в организме дочерних продуктов радона.

Новый метод состоит в том, что после ингаляции радона у забитых животных отбирали в герметичные капсулы пробы отдельных органов и тканей. Активность проб определяли по их гамма-излучению через 3—4 ч после отбора проб. За это время гамма-излучающие изотопы RaB и RaC приходили практически в равновесие с имеющимся в пробе радоном. ДПР, принесенные в исследуемый орган из других частей организма, за 3—4 ч также распадались. Следовательно, гамма-активность проб была пропорциональна только содержащемуся в них радону, потери которого не превышали 5 %.

Измерение гамма-активности проб органов и тканей по подобной методике позволяет определить распределение в организме ДПР.

В начальный момент гамма-излучение пробы обусловлено только распадом RaB и RaC или только RaC в случае применения дискриминатора. Экстраполируя полученную кривую изменения гамма-излучения пробы к моменту забоя животного, можно определить первоначальное содержание RaB + RaC или RaC в пробе.

Обрабатывая полученные данные методом палеток или методом наименьших квадратов, можно вычислить содержание RaB или RaC в исследуемых органах. Используя этот метод, авторы предложили способ анализа кривых изменения гамма-активности проб, который позволяет вычислить раздельно содержание Rn, RaA, RaB и RaC в исследуемых органах животных. Более просто и надежно, особенно при определении содержания RaA, эти измерения осуществляются с использованием дифференциального спектрометра.

С помощью описанных и некоторых других методов были получены данные о распределении радона и его ДП в организме при основных видах радоновых процедур.

Купание в радоновой воде

При приеме радоновой ванны радон поступает в организм больного в основном через кожные покровы, проникновение радона через легкие при этом практического значения не имеет.

Количество радона, поступающего в организм больного из воды ванны, очень незначительно — от 0,27 до 6,4 %. По некоторым данным, в обычных условиях (температура, газовый состав, продолжительность приема ванны 20 мин) в организм проникает не более 0,5 % радона, содержащегося в воде ванны, что составляет 1,11 кБк при концентрации его в ванне 1,5 кБк/л.

Во время процедуры радон на некоторое время скапливается в основном в коже больного, образуя «депо», затем он частично переносится кровью или диффундирует в другие органы и ткани, одновременно выделяясь через легкие с выдыхаемым воздухом. При длительном купании через 40—60 мин накопление радона в организме замедляется и практически наступает равновесие (только для некоторых органов и тканей организма — кожа, кровь, легкие): количество поступающего в организм и выделяющегося радона, становится одинаковым.

По данным некоторых авторов, в одной ванне с концентрацией 1,5 кБк/л содержится 270 кБк Rn, 180 кБк RaA, и 122 кБк RaC. Количество ДПР на коже по отношению к их количеству в ванне с концентрацией 1,5 кБк/л составляло для RaA 2 %, для RaB 1,6 % и для RaC 2,1 %.

Таким образом, за время приема ванны и в течение нескольких часов по выходе из нее организм больного подвергается облучению за счет распада некоторой части проникшего в организм радона и образующихся из него ДП, а также за счет распада ДП, осевших на поверхности кожи из воды ванны. Накопление радона в организме при этой процедуре происходит интенсивнее у молодых, зависит от пола (у женщин радона накапливается на 60 % больше, чем у мужчин), телосложения и ряда других причин.

После выхода больного из ванны происходит довольно интенсивное выделение радона из организма через легкие (около 60 %) и кожу (около 40 %). Наиболее значительное выведение наблюдается тотчас после выхода больного из ванны и продолжается 4—5 ч. Период полувыведения из организма равен 10—18 мин, с мочой выделяется менее 0,25 % от проникшего в организм радона.



По данным разных авторов, за время нахождения в организме распадается лишь около 0,5 % количества радона (от 0,4 до 0,7 %).

Образовавшиеся в организме в результате распада радона атомы RaA, RaB, RaC и RaC`, полностью распавшись, превращаются в RaD раньше, чем могут выделиться из организма. ДПР, как и радон, накапливаются в основном в коже и жировых тканях. Значительное количество ДП, особенно RaC, накапливается также в почках.

Растворенные в воде ванны продукты распада радона, оседая на коже, образуют на ней так называемый активный налет, величина которого пропорциональна содержанию в воде ДПР и сильно возрастает при движении воды или погруженного в нее тела. Содержание ДПР на коже увеличивается и в зависимости от продолжительности процедуры. В бассейнах, где объем воды больше и где больной производит активные движения, ДПР оседают в более значительном количестве, чем в обычной ванне.

По выходе больного из воды активный налет прочно удерживается на коже и не удаляется даже после вытирания махровым полотенцем- только в течение 2—3 ч он полностью распадается. На коже мужчин оседает ДПР в 2,5 раза больше, чем у женщин.

Поступление радона в организм при обычной радоновой ванне увеличивается при повышении температуры воды. Однако после окончания процедуры радон покидает организм через легкие тем быстрее, чем выше температура ванны, и более интенсивно выделяется из кожи в окружающий воздух. Сокращение времени пребывания радона в тканях при повышении температуры воды в ванне ведет к снижению облучения организма больного, обусловленного распадом радона, примерно на 5,5 % на каждый градус исходной температуры.

При применении углекисло-радоновых ванн на коже образуется слой пузырьков спонтанно выделяющегося из воды углекислого газа, который препятствует осаждению на коже радона и его ДП пропорционально концентрации СО2 в воде ванны. Поступивший через кожу радон быстрее выводится через кожу и легкие под действием СО2, что снижает дозу облучения организма. При наличии в воде радоновой ванны СО2 в концентрации 1,2 г/л облучение организма за счет радона и его ДП снижается примерно в 3 раза при прочих равных условиях.

При ВРВ вдыхание радона и его ДП практически исключено. Радон проникает в организм больного только через кожу, депонируясь в ней примерно в 10 раз меньше, чем при водных ваннах. Из воздуха при ВРВ на кожу оседает не более 5 % от образовавшихся в ней ДПР. Однако в связи с большей подвижностью воздуха по сравнению с водой ДПР при BP-процедурах в 70—100 раз интенсивнее оседают на коже, чем при водных радоновых ваннах. На пораженных патологическим процессом участках кожи, имеющих неровный рельеф, ДПР осаждаются примерно в два раза интенсивнее, чем на здоровой коже. В организм при ВРВ поступает очень небольшое количество радона и его ДП (значительно меньше, чем при водных радоновых ваннах).

Питье радоновой воды

При питье радоновой воды радон из желудка диффундирует в окружающие органы, а также всасывается в кровь. С венозной кровью радон поступает в печень, затем в правое сердце и легкие. При однократном прохождении крови через легкие теряется содержащегося в ней радона. Радон начинает выделяться из организма сразу после приема радоновой воды per os, достигая максимума к 45-й минуте. После приема пищи выделение радона через легкие значительно замедляется.

Период полувыведения радона из организма при питье радоновой воды равен 30—50 мин. Это обусловлено тем, что в желудке, особенно в его содержимом, образуется депо радона, из которого он постепенно поступает в кровь и выделяется через легкие.



Через кожу при питье радоновой воды выводится лишь около 1 % введенного в организм радона. Кроме желудка, он накапливается в сальнике и брыжейке, селезенке, поджелудочной железе, почках, жировой клетчатке, печени. В спинном и головном мозге и крови содержание радона незначительно.

RaA накапливается в тех же органах и тканях и примерно в тех же количествах, что и радон- RaB и RaC — в основном в органах и тканях, выполняющих выделительные функции (легкие, почки, кожа).

Значительное содержание радона в сальнике, брыжейке, селезенке, поджелудочной железе и отчасти в печени связано с прямой диффузией радона в эти органы через стенки желудка. Специально проведенные эксперименты показали, что если животное после введения ему в желудок радоновой воды тут же забить электротоком, т.е. полностью прекратить процесс кровообращения, то и в этом случае распределение радона в этих органах через 5 мин после забоя примерно такое же, как у крысы, забитой через 5 мин после введения радона в желудок. По данным некоторых авторов, 50 % радона диффундирует через стенку желудка, а 50 % всасывается.

Содержание радона и его ДП в желудке и двенадцатиперстной кишке после питья радоновой воды весьма значительно в связи с искусственным введением. Однако 95—98,5 % излучения этих изотопов поглощается содержимым и слизистым отделяемым стенок желудочно-кишечного тракта. Стенок желудочно-кишечного тракта достигает не более 6 % атомов RaB и 3 % RaC, находящихся в его пределах. В других отделах желудочно-кишечного тракта существенного накопления радона и его ДП не установлено. На пораженных стенках желудка (язва, эрозии) ДПР оседают в большем количестве, чем на здоровой слизистой.

Вдыхание воздуха, обогащенного радоном

При вдыхании воздушно-радоновой смеси радон проникает в кровь через легкие. ДПР, содержащиеся во вдыхаемом воздухе, частично осаждаются в органах дыхания, где в основном и распадаются- некоторое количество ДПР проникает из легких в другие органы и ткани.

Концентрация радона в крови у человека составляет обычно 0,3—0,45 % от концентрации его во вдыхаемом воздухе.
Если организм человека находится в условиях перегревания (температура воздуха в эманатории 40—41 °С), то в крови растворяется почти в 2 раза больше радона, чем при обычных температурных условиях. Период полувыведения радона из организма после вдыхания воздуха с радоном составляет 10—12 мин.

При ингаляции равновесной смеси радона и его ДП наблюдается крайне неравномерное распределение ДП по органам и тканям экспериментальных животных. Наибольшее количество ДП обнаруживается в органах дыхания и почках, наибольшие концентрации радона — в жировых тканях, особенно при увеличении длительности ингаляции.

При ингаляции радона и его ДП больше всего RaC накапливается в легких, затем в почках, затем в печени и в крови- наибольшее количество RaB выявляется в мышцах.

Накопление избыточных по отношению к равновесному с радоном количеств RaC в некоторых органах объясняют проникновением в них из легких с током крови и переносом с кровью этих изотопов из мест их образования или первичного отложения (органы дыхания, жировая ткань и т.д.). Таким образом, представление о том что ДПР, оседающие в легких, распадаются там же, справедливо только для одного RaA. Определенная часть RaB и RaC проникает из легких в кровь и распределяется по различным органам в соответствии с химическими свойствами этих изотопов. В организме мигрирует по меньшей мере 30 % атомов RaB. За счет миграции ДПР из органов дыхания наблюдается значительное накопление их в почках даже при вдыхании радона без ДП.

Инъекции растворов радона

При инъекции раствора равновесной смеси радона и его ДП наибольшее количество ДП обнаруживается в почках. Из организма кролика радон после его введения выделяется через органы дыхания через 2 ч после введения.

Особенности фармакокинетики радона и его ДП при разных формах радоновых процедур

Распределение радона и его ДП в организме при питье, ваннах и ингаляциях весьма неоднородно и определяется способом их введения в организм. Периоды наибольшего накопления Rn, RaA, RaB и RaC в органах и тканях, как правило, не совпадают. При ваннах, питье и ингаляциях в большинстве органов происходит сначала максимально возможное накопление радона, затем RaA и гораздо позже — RaB и RaC. Время наибольшего накопления одного и того же изотопа в разных тканях, как правило, различно.

При поступлении радона в организм из облучающей среды процедуры он накапливается в первую очередь в тканях и органах, смежных с облучающей средой, — желудке, селезенке, печени (при пероральном введении радоновой воды), в коже, подкожной жировой клетчатке, мышцах (при радоновых ваннах), в органах дыхания (при ингаляциях), в большом количестве — в жировых тканях (хорошо растворим в жирах). Однако в богатых липидами тканях спинного и головного мозга при ваннах и питье радона накапливается очень мало (гематоэнцефалический барьер).

ДПР, попадающие в желудочно-кишечный тракт больного при питье радоновой воды и образующиеся там из распадающихся атомов радона, адсорбируются на содержимом и слизистой оболочке желудка. В связи с этим их излучение до тканей желудочно-кишечного тракта практически не доходит. Однако при приеме радоновой воды натощак на пораженных участках слизистой ДПР будут оседать в большем количестве, чем на здоровых.

Особенности процесса проникновения радона через кожу

Фармакокинетические исследования свидетельствуют о том, что при радоновых бальнеопроцедурах радон и его ДП накапливаются в основном в органах, выполняющих барьерные функции (кожа и слизистые), и в организм поступает очень незначительное количество содержащихся в облучающей среде лечебных компонентов. Подобное явление наблюдается не только при радоновых, но и при других видах бальнеотерапевтических процедур, например при СО2-, H2S-, JBr-, Fe- и Bo-водных ваннах.

Так, анионы и катионы из лечебной среды проходят через кожу в очень незначительном количестве, газы — в основном только через слизистую легких. Через кожу, например, осуществляется только 2 % газообмена сравнительно с газообменом легких. Из водной среды газы проникают в организм через кожу в несколько раз лучше, чем из воздуха.


Очевидно, в коже имеются специальные структуры, препятствующие проникновению через нее не только анионов и катионов, но и газов. Действительно, радон — это инертный газ, задержка его в коже при прохождении через нее маловероятна. Для выявления механизма задержки радона в коже проводились специальные исследования. Был предложен аппликатор, позволяющий насыщать кожу радоном в количестве, которое может быть точно измерено на протяжении длительных временных интервалов.

Он состоит из цилиндрической емкости, открытой с одного конца, и плоских кромок, которыми он крепится к коже медицинским клеем (например, клеолом). До прикрепления к коже в него вкладывают накопитель радона, в результате нагретый от тела радон выделяется из накопителя и внутри аппликатора образуется воздушно-радоновая смесь, состав которой, с одной стороны, зависит от равновесного давления радона над накопителем, а с другой — от поглощающей способности кожи объекта. По мере проникновения газа в тело концентрация радона в аппликаторе уменьшается, что вызывает смещение равновесного давления и в связи с этим — дальнейшее выделение газа из накопителя, вплоть до восстановления исходной величины давления.

Этот уровень равновесного давления газа над поверхностью накопителя зависит только от температуры среды и концентрации радона в накопителе. Практически постоянное во времени давление радона над кожей создает условия стабилизации диффузии газа в тело объекта, что обеспечивает возможность непрерывного и равномерного на протяжении нескольких дней поступления радона в кожу в месте наложения аппликатора. Радон поступает из аппликатора в организм только через кожу. Достигая венозного русла, радон с током крови проникает в легкие и выводится из организма с выдыхаемым воздухом.

Повышенное и стабильное содержание радона в выдыхаемом воздухе регистрируется на протяжении всего времени наложения аппликатора. Из аппликатора площадью 6 см2 с исходной активностью радона 592 кБк в организм поступает около 37 Бк радона через 1 см2 кожи в минуту. За 7-часовую экспозицию в организм поступает около 23 % от содержащегося в аппликаторе радона. В коже при этом постоянно определяется радон в количестве, составляющем несколько процентов от содержания в аппликаторе. Аппликатор позволяет вводить в кожу такое количество радона, при котором поглощенная доза может быть достаточна для развития выраженной эритемной реакции.

Метод выявил некоторые новые особенности проникновения радона через кожу. При наложении аппликатора на несколько минут радон удаляется из кожи практически полностью через 3—4 ч. При экспозиции 5—7 ч установлен ранее неизвестный факт задержки радона в коже на 2—3 сут.

Примечание

Все измерения проведены в условиях 10—100-кратного превышения счета над фоном с ошибкой не более нескольких процентов.

Для более детального изучения этого явления были проведены эксперименты на 25 белых беспородных крысах. Хвост крысы, помещенной в гипокинетическую клетку, опускали в стаканчик с водным концентратом радона (74—111 кБк/мл) через узкое отверстие в резиновой пленке, закрывающей стаканчик сверху. Спустя 18 ч после окончания 5-часовой экспозиции хвоста в водном концентрате радона последний из тканей хвоста живой крысы выделился полностью.

Выделение радона из хвоста, отделенного от тела крысы после окончания процедуры, за 18 ч составило только 70 %, после чего практически полностью прекратилось. Далее содержание радона в тканях хвоста уменьшалось в соответствии с его естественным радиоактивным распадом. Если при этом отделить кожу хвоста от его остова, то из кожи радон немедленно уйдет, а в остове останется и практически не будет из него выводиться. Если весь отрезанный хвост (или его отрезок) размельчить в ступке, то радон из него полностью удаляется в течение нескольких минут.

Эффект задержки радона был обнаружен в коже, в целом хвосте крысы и его остове, а также в изолированной лапе крысы. Из других органов и тканей крысы после длительной экспозиции их в водном концентрате радона последний быстро выделяется.

Из тканей хвоста, остова и лапы предварительно забитой крысы, помещенных в водный концентрат радона, последний практически не выделяется. Из других органов через 1—3 сут радон полностью уходит. Меньше всего радон из водного концентрата задерживается в ткани легкого, в 20 раз больше — в коже, жировой ткани и подкожной жировой клетчатке.

Полученные данные свидетельствуют о том, что в коже животных и человека имеется некий барьерный слой, препятствующий свободному проникновению через кожу инертного газа радона (такой же слой покрывает остов, поверхность среза хвоста крысы). Однако эти барьеры нельзя признать абсолютными, особенно в тканях живого организма.

При короткой экспозиции живого организма в среде с повышенным содержанием радона (водные, воздушные ванны) вещество, очевидно, проникает в кожу только через естественные отверстия в этом барьере, в которых проходят протоки потовых и сальных желез. При длительной экспозиции аппликатора на коже с повышением содержания радона последний за счет прямой диффузии через кожу достигает ее барьерного слоя, проникает через него, насыщая подлежащие ткани, задерживается в них, но, поступая в венозное русло, постоянно из них выводится. После снятия аппликатора радон через какое-то время исчезает из живых тканей полностью. Однако наблюдаемая иногда задержка радона в коже может быть обусловлена существованием в коже второго барьерного слоя.

Можно полагать, что одной из функций обнаруженного в коже барьера является ограничение обмена через кожу газов, в том числе и радона. В организме обмен газов осуществляется в основном через легкие за счет регулируемой работы сердечно-сосудистой системы. Таким образом, изучение фармакокинетики радона на внутриорганном уровне позволяет углубить наше представление о физиологических свойствах отдельных структур кожи и выявляет пути для их практического исследования.

И.И.Гусаров