ЭКОЛОГИЯ, 2012, № 3, с. 210-214
УДК 539.16.04+599.343.4
ЗАВИСИМОСТЬ ДОЗОВЫХ НАГРУЗОК НА КОСТНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ МЫШЕВИДНЫХ ГРЫЗУНОВ ОТ УРОВНЯ НАКОПЛЕНИЯ
90Sr В СКЕЛЕТЕ
© 2012 г. В. И. Стариченко*, М. В. Жуковский**
*Институт экологии растений и животных УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 e-mail: starichenko@ipae.uran.ru **Институт промышленной экологии УрО РАН 620990 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 20 e-mail: michael@ecko.uran.ru Поступила в редакцию 28.07.2011 г.
Исследовали взаимосвязь между накоплением 90Sr в скелете лабораторных мышей после однократного введения радионуклида и создаваемой им дозой на костных поверхностях. Измерения дозы проведены методом термолюминесцентной дозиметрии. Выявлена положительная корреляция между мощностью дозы на поверхностях костей (череп и нижние челюсти) и удельной активностью 90Sr в них. Изучена возможность расчетной оценки инкорпорации 90Sr в костной ткани по дозиметрическим данным, позволяющей сохранить костный материал для дальнейших исследований. Получены коэффициенты перехода от дозы на костных поверхностях к удельной активности 90Sr в костях. Однако численные значения коэффициентов требуют уточнения для условий хронического поступления 90Sr, а также в зависимости от анатомии костей, видовых и экологических особенностей животных.
Ключевые слова: 90Sr, костная ткань, мыши линии CBA, радиометрия, термолюминесцентная дозиметрия, костные поверхности.
Определение дозовой нагрузки от инкорпорированного 908г — ключевой вопрос оценки жизнеспособности природных популяций на радиоактивно загрязненных территориях, включая Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС). Здесь 908г, депонированный в костной ткани, является главным дозообразующим радионуклидом. В скелете две мишени р-облучения 908г и его дочерним 90У: красный костный мозг (КМ) и костные поверхности (КП), выстланные остеогенными клетками и соединительнотканными клеточными элементами. Наиболее опасным эффектом облучения КМ является лейкоз, костей — остеосарко-ма, обычно развивающаяся из клеток КП. У мелких млекопитающих доза внутреннего облучения КМ практически равна дозе на кость (Шишкина, 1998; Шведов, Аклеев, 2001). Оценка дозы на КП представляет собой отдельную проблему.
Для разработки подходов к ее решению на первых этапах в модельном эксперименте на лабораторных мышах была исследована взаимосвязь между накоплением 908г в скелете и создаваемой им дозой на КП. Изучена также возможность расчетной оценки инкорпорации 908г в костной ткани по дозиметрическим данным. Такой подход позво-
лит исключить неизбежное при рутинном определении удельной активности радионуклида разрушение биологического материала, который в ряде случаев является уникальным (например, коллекция черепов мелких млекопитающих с территории ВУРСа в ИЭРиЖ УрО РАН). Измерения дозы проведены методом термолюминесцентной (ТЛ) дозиметрии. Этот метод апробирован для ретроспективной оценки дозы внутреннего облучения in vitro в дозиметрических и радиоэкологических исследованиях (Шишкина, 1998; Шишкина, Токарева, 2010), а также для верификации и уточнения моделей метаболизма остеотропных радионуклидов в организме (Lyubashevsky et al., 1996). Однако в указанных работах он использован для изучения механизмов формирования дозы преимущественно в зубных тканях.
Наш эксперимент проведен на половозрелых мышах линии СВА (n = 29) с массой тела 32.5 ± 0.6 г Животным однократно внутрибрюшинно был введен 90Sr (в виде раствора соли хлористого стронция) в дозе 7.5 кБк на животное. Такое количество 90Sr приводит к формированию удельной активности радионуклида в костной ткани экспериментальных мышей, сопоставимой с
ЗАВИСИМОСТЬ ДОЗОВЫХ НАГРУЗОК НА КОСТНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
211
уровнем депонирования 908г у животных из эпицентра ВУРСа (Стариченко, 2004). Хроническое поступление радионуклида в организм животных, имеющее место в природной среде, в условиях лабораторного эксперимента имеет ряд методических ограничений, вследствие чего трудноосуществимо.
Эвтаназию осуществляли через 5 и 14 сут после введения 9(^г. Поглощенные дозы на поверхностях тщательно очищенных от мягких тканей и высохших костей (череп и нижние челюсти) измеряли с помощью высокочувствительных детекторов ТЛД-500К (в иностранной литературе А1203 : С) и регистрирующей аппаратуры, разработанных в УГТУ-УПИ. Детекторы имели форму цилиндров диаметром 5 мм и высотой 1 мм. Этот метод подробно описан в работе Е.А. Шишкиной (1998). Измерения на черепе проводили в двух положениях детектора, на челюсти — в одном (рис. 1). Время экспонирования — 7 сут. По истечении времени детекторы снимали, измеряли накопленные ими дозы Б (мГр) и рассчитывали мощности доз БЯ (мГр/сут).
При этом необходимо учитывать, что используемые ТЛ детекторы не предназначены для прямого измерения доз р-излучения, так как отклик детектора из-за значительного поглощения в нем р-излучения будет пропорционален дозе, усредненной по объему детектора. Так как точная калибровка дозиметра по р-источникам представляет значительную сложность, регистрируемую величину следует, скорее, рассматривать как относительный параметр, пропорциональный удельной активности 9(^г в костной ткани, а не как реальное значение мощности дозы на поверхности кости.
Радиометрию проб осуществляли по апробированным методикам (Стариченко, 2007). Для описания данных использовали среднее значение, стандартное отклонение, относительное стандартное отклонение, ошибку среднего и относительную ошибку среднего. Для установления меры зависимости между изучаемыми показате-
Di
Рис. 1. Расположение ТЛ детекторов при экспонировании на черепе и нижней челюсти.
лями проводили регрессионный и корреляционный анализ с помощью компьютерного пакета лицензионных программ Microsoft Excel 2002 и Statistica 6.0 (StatSoft Inc.).
Неравномерность распределения 90Sr и создаваемых им мощностей доз на КП, а также уменьшение с течением времени его удельной активности (табл. 1) хорошо согласуются с литературными данными (Энгстрем и др., 1962; Метаболизм стронция, 1971; Баженов и др., 1990; Журавлев, 1990; Шведов, Аклеев, 2001; Stover, 1959; ICRP Publication..., 1973, 1995; Lloyd et al., 1976).
Выявлена положительная корреляция между мощностью дозы на поверхности костей и удельной активностью 90Sr в них (рис. 2). При этом использование для черепа мощности дозы по измерениям в двух геометриях резко повышает значимость корреляции (r = 0.33—0.36, p = 0.088—0.115 и r = 0.31, p = 0.032 соответственно). Последнее можно объяснить как увеличением объема выборки, так и неравномерностью распределения 90Sr по объему кости, связанной с различиями удельной поверхности кости (Стариченко, 2007). При этом неравномерность удельной поверхности сильнее выражена для различных участков черепа, чем для нижней челюсти. Так, например, в дорсальной области черепа, представляющей собой плоские кости, между которыми имеются отдельные спикулы, удельная поверхность (и соответственно удельная активность 90Sr) значитель-
Таблица 1. Удельная активность 90$г (С8г) и мощность дозы (БЯ) на поверхностях костей (М ± т)
Участок скелета
CSr, Бк/г
DR, мГр/сут
Время после введения 90Sr, сут
5 (n = 5) 14 (n = 24) 5 (n = 5) 14 (n = 24)
Череп 855 ± 49 (774-1045) 652 ± 21 (385-823) 0.263 ± 0.058** (0.074-0.385) 0.282 ± 0.014 (0.144-0.584)
Нижняя челюсть* 1904±155 (1400-2659) 1730±48 (1206-2499) 0.322 ± 0.040 (0.216-0.495) 0.472 ± 0.019 (0.242-0.800)
* Число наблюдений равно 2 п (взяты обе кости — 47). ** Измерения в одной геометрии (БЛ1).
(а)
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2
0.1
Y = 0.09124 + 0.29E-3 х X r = 0.31 p = 0.032 n = 48
350
450
550
650
750
850
(б)
Y = 0.10143 + 0.22E-3 х X r = 0.54 p < 0.001 n = 47
1000
1400
1800
2200
2600
Удельная активность 90Sr, Бк/г
Рис. 2. Мощность дозы на поверхности кости в зависимости от удельной активности 908г (группа "14 сут"): а — череп, б — нижняя челюсть; пунктирные линии — границы 95%-ного доверительного интервала.
но меньше, чем в костях вентрального отдела, имеющих более развитую трабекулярную ткань.
Для исследования возможности использования данных дозиметрии при верификации уровня депонирования 90Sr в отдельных костях без их предварительного разрушения группа "14 сут" методом случайной выборки была разделена на две подгруппы (табл. 2). Для подгруппы "14 сут-1" получены пересчетные коэффициенты (k) между мощностью дозы и удельной активностью 90Sr, а также оценены пределы их изменчивости (табл. 3).
Следует отметить, что экспериментально обнаруженное значение k достаточно близко к значению, которое было оценено расчетным методом с использованием программы VARSKIN 3 (Durham, 2006), изначально предназначенной для оценки дозы р-излучения на кожные покровы. Источник излучения был смоделирован в виде диска диаметром 1.5 см, толщиной 0.5 мм и плотностью 1.8 г/см3 (плотность кортикальной кости). Удельная активность 90Sr (в равновесии с 90Y) была задана равной 1000 Бк/г. Для поглотителя с плотностью 3.9 г/см3 (плотность Al2O3) были рассчита-
ны значения мощности дозы р-излучения за поглотителем при изменении его толщины от 0 до 1 мм (с шагом 0.1 мм). В результате было получено расчетное значение мощности дозы р-излучения, усредненной по толщине детектора. Данная величина составила 0.949 (мкГр/сут)/(Бк/г), что в целом хорошо согласуется с полученной в ходе эксперимента величиной 0.468 (мкГр/сут)/(Бк/г) при измерениях на черепе. Наблюдаемое различие может быть обусловлено несоответствием экспериментальной и расчетной геометрии облучения, сложностью калибровки детекторов по р-излучению и приближениями, используемыми при расчете доз в программе \ARSKrN 3.
Верификация данных радиометрии костной ткани животных группы "5 сут" и подгруппы "14 сут-2" и данных, полученных расчетным путем, показала их удовлетворительное совпадение (табл. 4). При этом использование коэффициента, полученного на выборке животных аналогичного срока выведения радионуклида, повышает величину совпадения. Например, пересчетный коэффициент, полученный на животных под-
Таблица 2. Удельная активность 90$г (С8г) и мощность
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.