Ретроспективная реконструкция доз облучения у ликвидаторов аварии на Чернобыльской АЭС методом ЭПР-спектрометрии эмали зуба

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕТРОСПЕКТИВНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ ДОЗ ОБЛУЧЕНИЯ У ЛИКВИДАТОРОВ АВАРИИ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС МЕТОДОМ ЭПР-СПЕКТРОМЕТРИИ ЭМАЛИ ЗУБА

Н.Н. Бримкулов, Нори Нахамура, А.А. Абдуллина, А. Токтосунов

Retrospective estimation of radiation doses of liquidators of the Chernobyl AES accident, citizens of Kyrgyzstan, were estimated by EPR spectrometry of tooth enamel. 45 enamel samples isolated from extracted teeth (from 6 liquidators, 4 patients on the radiotherapy and 12 control healthy group) were used. results showed that EPR spectrometry of tooth enamel may be useful in estimating of radiation doses even many years after radiation exposure.

Определение индивидуальных и коллективных доз облучения имеет важнейшее значение для проведения организационных и лечебно-профилактических мероприятий [1]. В результате аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) радиационному воздействию подверглось большое количество людей, как участвовавших в ликвидации последствий аварии, так и жителей загрязненных радионуклидами территорий. При этом индивидуальный дозиметрический контроль проводился в ограниченных масштабах [2, 5].

В ликвидации последствий аварии участвовало несколько тысяч жителей Кыргызстана [6]. Не все они имеют полную информацию о накопленных индивидуальных дозах облучения. В настоящее время, когда при специализированном медицинском обследовании стали выявляться медицинские последствия аварии, возникла необходимость иметь об этом точную информацию.

Как известно, существуют различные методы ретроспективной оценки накопленных доз [2]. Так, японскими учеными на основе специальных методов физико-математического расчета была разработана система дозиметрии T65D, которая в 1987 г. усовершенствована в систему DS86. С помощью этой системы рассчитаны дозы облучения для жителей, выживших после бомбардировки Хиросимы и Нагасаки [7].

В последние время были разработаны новые методы физической и биологической дозиметрии для ретроспективной и витальной индивидуальной оценки накопленных доз [2]. Одним из перспективных подходов к оценке индивидуальных доз в аварийных ситуациях, особенно для населения, когда исключено использование средств прямого дозиметрического контроля, является методика [3, 4, 7] спектроскопии электронного парамагнитного резонанса эмали зубов (ЭПР-дозиметрия).

Цель исследования - ретроспективная оценка индивидуальных доз облучения методом ЭПР-дозиметрии у жителей Кыргызстана, участников ликвидации последствий аварии на ЧАЭС.

Материал и методы

облучение спектрометрия эмаль зуб

Для реконструкции доз облучения исследовано 26 зубов от различных групп лиц. Все зубы были удалены по медицинским показаниям в процессе стоматологического лечения и подвергнуты исследованию с согласия пациентов.

Обследуемая группа, у которой были собраны 11 зубов, состояла из шести человек, принимавших участие в ликвидации аварии и состоящих на учете в Кыргызском государственном медико-дозиметрическом регистре. 5 пациентов находились на ЧАЭС от 1 до 3 месяцев летом и осенью 1986 г. и были заняты на уборочных работах на 3-м и 4-м блоках, бетонировании саркофага, строительстве насыпных сооружений, дезактивации машин, домов и других работах на расстоянии 5-6 км от станции. Общая паспортизированная доза облучения у них колебалась от 14,3 до 24,7 бэра, один ликвидатор находился на ЧАЭС в конце 1987 г., паспортизированная доза составила 2,5 бэра.

Для сравнения были исследованы еще две группы лиц. От пациентов злокачественными опухолями, которым проводилась лучевая терапия, были получены 4 зуба. В качестве контрольных служили 16 зубов, полученных от лиц, не выезжавших на ЧАЭС.

После тщательной очистки от зубного камня и определения вида (резец, премоляр, моляр), наружной и внутренней поверхностей (двумя или тремя стоматологами) каждый зуб разрезали на две части с целью отдельного анализа наружной эмали, подвергнувшейся возможному воздействию солнечного ультрафиолетового излучения или диагностического рентгеновского облучения. Для механической изоляции эмали использовали алмазный нож, охлаждаемый проточной водой. После сушки при 500С в течение 12 часов эмаль измельчали на частицы диаметром 0,3-1,0 мм. Выбранный размер обусловлен тем, что при частицах менее 0,3 мм резко снижается соотношение полезный сигнал/шум, а увеличение размеров частиц более чем на 1 мм значительно снижает воспроизводимость измерений [9].

Методика ЭПР-дозиметрии основана на использовании в качестве естественного накопительного детектора эмали зуба, состоящей преимущественно из гидроксифосфата кальция (гидроксиапатита - 3Са₃(РО₄)₂·Са(ОН)₂ с высокоупорядоченной кристаллической структурой). Часть ионных группировок эмали замещена ионами карбоксила (СО₃), фтора и магния. Под воздействием ионизирующего облучения комплекс СО₃^2- захватывает электрон и превращается в свободный радикал СО₃^3-. Стабильные атомы содержат парное количество электронов, вращающихся на одной и той же орбите с противоположных сторон. Атомы или молекулы, содержащие непарное количество электронов, становятся нестабильными и высокореактивными, в связи с чем и получили название свободных радикалов. Именно таким радикалом является и СО₃³, и, так как он встроен в кристаллическую решетку, то может существовать годами, образуя стабильные радиационно-индуцированные парамагнитные центры, которые могут быть зарегистрированы методом ЭПР. Из-за высокой минерализованности эмали и низкого обмена веществ в ней парамагнитные центры могут сохраняться 10⁹ лет. ЭПР-сигнал образуется при введении материала, содержащего радикалы, в меняющееся по напряженности электромагнитное поле. В момент резонанса, связанного с наличием радикалов, происходят изменения характеристик магнитного поля, которые и регистрируются различным спектром ЭПР-сигнала. Так как образование радикалов СО33- пропорционально дозе облучения, последняя может быть рассчитана по интенсивности ЭПР-сигнала.

ЭПР-спектрометрию образцов эмали производили в лаборатории генетики Фонда исследований радиационных эффектов (Radiation Effects Research Foundation, Хиросима, Япония) с помощью спектрометра "Radical Biosensor FR-80" (JEOL, Япония) при частоте модуляции магнитного поля 100 кгц, амплитуде 0,32 миллитесла (мТл) и мощности 16 и 0,4 мВт. Время развертки равнялось 0,3 с, а диапазон колебаний магнитного поля - 10 мТл за 4 мин. Для снижения фоновых шумовых искажений применялась методика селективного насыщения [8], при которой регистрация ЭПР-спектра зубной эмали проводилась при двух значениях мощности магнитного поля - 16 и 0,4 мВт. Затем из спектра, записанного при мощности 16 мВт, вычитался спектр, полученный при мощности 0,4 мВт., и по результирующей кривой определяли амплитуду ЭПР-сигнала (см. рисунок). Каждое исследование включало 6-кратное измерение ЭПР-сигнала каждого образца и 12 измерений стандартных проб, используемых для построения калибровочной кривой. Все измерения производили при комнатной температуре.

Спектр ЭПР-сигнала облученной эмали при мощности магнитного поля 16 и 0,4 мВт (вверху) и их результирующая кривая (внизу)

Стрелка отражает интенсивность ЭПР-сигнала. Кривые слева и справа отражают сигналы входящего в состав эмали марганца (Mn²⁺) и используются для определения сплиттинг-фактора спектроскопии - g.

2 г смеси эмали, полученной из 20 моляров лиц, не подвергавшихся радиационному воздействию, после измельчения до необходимых размеров, делили на 20 частей. Каждую часть (весом по 70 мг) подвергали ?-облучению (источник ⁶⁰Со) в диапазоне от 0,10 до 4,0 Гр, при этом в каждой точке использовалось по 2 пробы. После определения интенсивности ЭПР-сигнала от всех проб строили калибровочную кривую, которая практически была линейной и использовалась для оценки дозы облучения по ЭПР-сигналу каждого образца эмали. Все результаты обработаны статистическими методами.

Результаты и их обсуждение

У 7 лиц были получены достаточные по весу пробы эмали отдельно с наружной и внутренней стороны резцов, что позволило оценить изменения ЭПР-сигнала каждой из них. Оказалось, что уровень ЭПР-сигнала эмали с наружной поверхности зуба был существенно выше, чем с внутренней (табл. 1). Причем средние показатели дозы с внешней стороны были почти в 3 раза выше дозы с внутренней стороны зуба, а различие достигало 0,28±0,14 Гр. По данным [10], это связано с влиянием солнечного ультрафиолетового облучения (преимущественно на внешнюю поверхность передних зубов), а также рентгенологическими исследованиями области головы в прошлом.

Ранее влияние этих факторов не учитывалось при ЭПР-дозиметрии по эмали зуба, что существенно снижало его точность. Предложенный Nakamura с соавт. (1998) подход с раздельной оценкой дозы по эмали наружной и внутренней поверхности зубов позволил уточнить вклад УФО и рентгенологических процедур в прошлом на интенсивность ЭПР-сигнала и значительно повысил точность методики.

Таблица 1. Данные ЭПР-дозиметрии эмали наружной и внутренней поверхности зуба

Зная уровень дозы по наружной и внутренней эмали зуба и различие между ними, можно скорректировать окончательный результат исследования конкретного обследуемого. Все же необходимо быть предельно осторожным при реконструкции доз облучения по передним резцам, используя по возможности метод раздельного определения дозы по наружной и внутренней эмали зуба. В сомнительных случаях необходимо сопоставлять полученные результаты с другими методами дозиметрии.

Для повышения точности результатов с учетом изложенного выше из анализа были исключены все пробы эмали наружной поверхности зуба, свидетельствующие о возможной экспозиции УФО.

Расчеты показали, что в контрольной группе практически здоровых лиц доза облучения, рассчитанная по ЭПР-сигналу, колебалась от -0,113 до 0,132 и в среднем составила -0,002±0,019 Гр, что соответствует естественным (фоновым) дозам облучения, получаемым человеком от природных источников.

У ликвидаторов аварии на ЧАЭС доза составила в среднем 0,237±0,118 Гр, достоверно отличаясь от контрольной группы (P<0,05). Как известно, указанные величины доз облучения относятся к достаточно низким, однако имеющим значение для здоровья человека в отдаленный период (табл. 2).

В третьей группе доза облучения составила 10,01±0,198 Гр, резко отличаясь от обеих предыдущих групп. Это было закономерным и отражало большие дозы облучения, полученные пациентами по медицинским показаниям в процессе радиотерапии по поводу злокачественных новообразований.

Таким образом, реконструкция доз облучения с помощью ЭПР-спектрометрии эмали зуба позволяет ретроспективно достаточно точно различить друг от друга лиц с малыми и большими дозами облучения, а также от контрольной группы лиц, не подвергавшихся радиационным воздействиям.

Ретроспективная оценка полученной индивидуальной дозы облучения у 6 ликвидаторов показала, что у лиц, работавших на ЧАЭС в 1996 г., она была значительно выше, чем у контрольных лиц (табл. 3), составив в среднем 0,28±0,13 Гр. Средняя документированная доза составила 18,4±1,83 бэра. Корреляционный анализ обнаружил тесную взаимосвязь показателей доз, полученных ЭПР-дозиметрией и указанных в документах (r = 0,95, p < 0,01). Таким образом, дозы, полученные с помощью ЭПР-дозиметрии через 12 лет после облучения, были близки к документированным, но превышали их на 30%.

Таблица 2. Дозы облучения эмали зуба, рассчитанные по методике ЭПР-спектрометрии у различных групп лиц

Таблица 3. Индивидуальные дозы облучения у ликвидаторов аварии на ЧАЭС по данным ЭПР-дозиметрии

Расхождение реконструированных доз с документированными может объясняться несколькими причинами. Методика ЭПР-дозиметрии, как и любая другая, имеет определенную точность и вариабельность. Однако известно, что в период ликвидации аварии на ЧАЭС, когда отсутствовала возможность индивидуальной физической дозиметрии у каждого участника работ на ЧАЭС, документированная доза определялась расчетным путем и могла быть неточной [2].

У одного ликвидатора, работавшего на ЧАЭС в 1987 г., ЭПР-дозиметрия не обнаружила признаков радиационного облучения, хотя у него в документах и отмечена доза в 2,5 бэра. Известно, что в 1997 г. после окончания строительства саркофага 4-го блока ЧАЭС уровни радиационного облучения резко снизились, что согласуется с данными ЭПР-дозиметрии.

Наши данные свидетельствуют о том, что ЭПР-дозиметрия эмали зуба является перспективным методом. Однако у него, как и любого другого метода есть определенные ограничения. Наиболее существенным ограничением является необходимость получения зубной эмали: невозможно признать экстракцию здорового зуба целесообразной только ради оценки дозы облучения. В этом методе использовали зубы, экстрагированные по медицинским показаниям. Кроме того, получение очищенной эмали является трудоемкой процедурой, а процесс измерения спектра ЭПР-сигнала - достаточно непростой и требует точного оборудования и высококвалифицированных специалистов.

Сегодня метод ЭПР-дозиметрии - наиболее чувствительный и специфичный среди всех основных методов биологической индикации дозы ионизирующей радиации [2]. Важным его преимуществом является отсутствие ограничений во времени: метод ЭПР-дозиметрии позволил уточнить дозы облучения у некоторых жертв атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки через 55-55 лет после взрыва. Применение методических приемов, разработанных в лаборатории генетики Radiation Effects Research Foundation (Хиросима, Япония), позволило значительно увеличить точность и надежность этого метода [8, 9]. Дальнейшее совершенствование метода ЭПР-дозиметрии по эмали зуба будет способствовать более широкому использованию его в медицинской практике.

Литература

1. Гуськова А.К., Барабанова А.В., Друтман Р.Д., Моисеев А.А. Руководство по организации медицинской помощи при радиационных авариях. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 84 с.

2. Ретроспективная дозиметрия участников ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС / Под ред. В.П.Крючкова, А.В.Носовского. - Киев: Седа-Стиль, 1996. - С. 98-143.

3. Романюха А.А., Дегтева М.О., Кожеуров В.П., Визер А., Игнатьев Е.А., Якоб П., Воробьева М.И. Предварительные результаты исследования уральского региона методом дозиметрии ЭПР на зубной эмали // Хроническое радиационное воздействие: риск отдаленных эффектов. Материалы 1-го Международн. симпоз. (Челябинск, 9-13 января 1995 г.). - М., 1996. - С. 60-75.

4. Скворцов В.Г., Иванников А.И., Прошин А.Д., Кузьмин П.С. Результаты обследования методом ЭПР-дозиметрии по эмали зубов населения радиоактивно загрязненных юго-западных районов Брянской области // Медицинские последствия аварии на Чернобыльской АЭС: Мат. научно-практ. симпозиума (Обнинск, 18-20 мая 1994 г.). - М., 1996. - С. 79-91.

5. Чернобыльская атомная станция - Славутич: Медицинские аспекты / Под ред. В.Г.Бебешко, А.В.Носовского, Д.А.Базыки. - Киев: Вища школа, 1996. - 367 с.

6. Brimkulov N.N., Mirrakhimov M.M. High-altitude rehabilitation of chronic bronchitis patients, liquidators of the accident at Chernobyl Nuclear Power Station // Jap. J. Mount. Med. - 1997. - V.17. - Р.103-110.

7. Effects of A-bomb radiation on the human body. Ed. by HICARE. Harwood Academic Publishers. Bunkodo Co., Ltd, 1995. - 420 с.

8. Ignatiev E.A., Romanyukha A.A., Koshta A.A., Wieser A. Selective saturetion method for EPR dosimetry with tooth enamel // Applied Radiation and Isotopes. - 1996. - V. 47. - Р. 333-337.

9. Nakamura N., Miyazawa C., Sawada S., Akiyama A., Awa A. A close correlation between electron spin resonance (ESR) dosimetry from tooth enamel and cytogenetic dosimetry from lymphocytes of Hiroshima atomic-bomb survivors // Int. J. Radiat. Biol. - 1998. - V.73. - N 6 - Р.619- 627.

10. Nakamura N., Katanic J.F., Miyazawa C. Contamination from possible solar light Exposures in ESR Dosimetry using human tooth enamel // J. Radiat. Res. - 1998. - V. 39. - Р. 185-191.

Размещено на Allbest.ru