Приложение В (рекомендуемое). Метаболические модели расчета поглощенных доз в щитовидной железе при внутреннем облучении органа радиоизотопами йода

Приложение В
(рекомендуемое)

Метаболические модели расчета поглощенных доз в щитовидной железе при внутреннем облучении органа радиоизотопами йода

В основном тексте методических указаний определение поглощенных доз при внутреннем облучении щитовидной железы осуществляется в соответствии с рекомендациями МКРЗ через дозовые () и взвешивающие () коэффициенты (формулы (5.34), (5.54), (5.56), (5.58), (5.64)).

Данный прием может быть принят как допустимый для тех случаев, когда требуется получить некие общие оценки по рассматриваемой популяции людей. В то же время, при проведении эпидемиологических обследований, например, последствий облучения щитовидной железы могут оказаться более полезными оценки поглощенных доз в органе, рассчитываемые на основе метаболических моделей, позволяющих, в определенной степени, индивидуализировать получаемые оценки через учет конкретных антропометрических данных и кинетико-метаболических параметров.

1. Расчет доз внутреннего облучения щитовидной железы при ингаляционном поступлении активности

Как и при подобных оценках, основанных на использовании дозовых и взвешивающих коэффициентов, в представляемых моделях, в качестве критического интервала времени, в течение которого в организм людей через органы дыхания может поступить определяющее количество продуктов ядерного взрыва, рассматривается период формирования радиоактивного следа - . При этом также предполагается, что поступление активности за время , как разовое, и происходит оно в момент времени .

Используемые схемы расчетов учитывают, что накопление в щитовидной железе радиоизотопов йода с массовыми числами 131, 133, 134 и 135 создается в результате прямого поступления в орган, а йода-132 из материнского теллура-132, поступившего в организм и задержавшегося там.

1.1. Модель расчета поглощенных доз в щитовидной железе при поступлении в орган смеси радиоизотопов йода с массовыми числами 131, 133, 134 и 135

Поглощенная доза в щитовидной железе в результате накопления в ней данной смеси радиоизотопов йода (, мГр) за все время от момента поступления () до полного их выведения (), определяется по формуле:

, где (ПВ. 1)

- размерный коэффициент, ;

m - масса щитовидной железы, г;

- количество активности i-го радиоизотопа йода, поступающее в щитовидную железу, Бк;

.

Здесь - общая активность радионуклидов, которая может поступить в организм людей через незащищенные органы дыхания, Бк. Она определяется согласно (5.25);

- доля i-го радионуклида в общей активности биологически значимой фракции выпадений, соответствующая несепарированной смеси продуктов мгновенного деления на момент поступления , определяемая по табл. ПБ 1 прилож. Б;

- коэффициент растворимости i-го радионуклида, выбираемый из табл. 5.6;

- доля i-го радионуклида, поступающая в орган, от общего его количества, задержанного в организме;

- эффективная энергия, МэВ;

- постоянная скорости накопления в органе i-го радионуклида, ;

- постоянная скорости биологического выведения i-го радионуклида, ;

- постоянная скорости эффективного биологического выведения i-го радионуклида, ;

- постоянная скорости распада i-го нуклида, .

Если нет других данных, то значения биофизических констант (, , ) могут быть взяты из табл. ПБ 5 прилож. Б, там же приведены значения и .

Величина массы щитовидной железы (m) выбирается в зависимости от возраста человека из табл. ПБ 8 прилож. Б.

При расчетах доз по формуле (ПВ 1) необходимо учитывать, что изотопы йода с массовыми числами 131 и 133 по своим цепочкам радиоактивных превращений практически полностью накапливаются к 5 часам после деления. Указанный отрезок времени существенно меньше периода выведения данных нуклидов из организма. По этой причине данные изотопы йода успевают практически полностью накопиться в организме человека из своих предшественников до максимального значения, соответствующего 5-ти часам после деления. В связи с этим расчеты ингаляционных доз внутреннего облучения щитовидной железы за счет йода-131 и йода-133 для моментов времени часов после взрыва рекомендуется проводить как для часов. Это, с одной стороны, упрощает расчеты, а с другой - их уточняет.

1.2. Модель расчета доз внутреннего облучения щитовидной железы йодом-132 при ингаляционном поступлении теллура-132

Развернутая расчетная зависимость для определения поглощенной дозы в щитовидной железе в результате поступления в орган дочернего йода-132 ( , мГр) за время от до полного выведения из организма материнского теллура-132 (), имеет вид:

(ПВ 2)

Если ввести в данное уравнение соответствующие биофизические характеристики, содержащиеся в табл. ПБ 5 прилож. Б, то получим упрощенную зависимость:

(ПВ 2.1)

Значения параметров, входящих в (ПВ 2) и (ПВ 2.1), и порядок их определения указаны выше.

1.3. Оценка доз внутреннего облучения щитовидной железы при ингаляционном поступлении всей смеси радиоизотопов йода

Для определения общей дозы внутреннего облучения щитовидной железы при ингаляционном поступлении радиоактивных продуктов взрыва всей смесью радиоизотопов йода () проводится суммирование значений, полученных по формулам (ПВ 1) и (ПВ 2).

(ПВ 3)

2. Расчет доз внутреннего облучения щитовидной железы при пероральном поступлении радиоизотопов йода в организм человека

В данных метаболических моделях как и при использовании дозовых коэффициентов предполагается, что основное количество радиоактивных продуктов, поступающих в организм людей происходит пероральным путем и связано с особенностями их рациона. При этом на долю местного молока приходится определяющая часть возможных поступлений.

2.1. Модель расчета доз внутреннего облучения щитовидной железы радиоизотопами йода при употреблении молока от коров, содержащихся на пастбище

В метаболических расчетных моделях так же, как в основанных на дозовых коэффициентах, учитываются известные особенности изменения содержания радионуклидов в молоке в двух характерных периодах времени.

Как было показано в основном тексте методических указаний, скоротечность нарастания содержания активности в молоке в первом периоде и его относительная кратковременность (), допускают проведение оценки внутреннего поступления i-го радионуклида по средней объемной активности молока в интервале времени , т.e. .

Во втором периоде, относительно продолжительном, соответствующем , снижение содержания i-го радионуклида в молоке происходит экспоненциально, отражая процессы радиоактивного распада и нерадиационного самоочищения пастбища.

Если начало потребления загрязненного молока совпадает с и продолжается до , то общее поступление радионуклида в орган за первый период потребления (, Бк) составит:

, где (ПВ 4)

- максимальное содержание в молоке i-го радионуклида, Бк/л, определяется по формуле (5.41);

- суточное потребление молока, л/сут;

- продолжительность первого периода, сут;

- доля i-го радионуклида, резорбирующая в орган, от общего его количества, поступающего в организм.

Для первого периода поглощенная доза в щитовидной железе (, мГр) может быть рассчитана по формуле (ПВ 1), в которой заменяется на , рассчитанное согласно (ПВ 4).

Если загрязненное молоко потребляется и во втором периоде, в интервале времени от до , то дозовая нагрузка на щитовидную железу (, мГр) будет складываться из дозы, полученной за период поступления ( мГр), и дозы после прекращения поступления радионуклида в организм, в результате распада накопившейся активности (, мГр).

После решения дифференциальных уравнений, описывающих метаболизм этих процессов в соответствующих временных интервалах, и суммирования полученных результатов, имеем:

, где (ПВ 5)

- количество активности i-го радионуклида, попадающее в организм с первым поступлением, Бк, которое равно:

;

- постоянная скорости очищения пастбищного корма за счет прироста молодой травы на пастбище и предпочтительного ее поедания животными, , выбирается из табл. 5.4.

При определении общей поглощенной дозы внутреннего облучения щитовидной железы в результате употребления молока, загрязненного радиойодом, (, мГр) расчеты по формулам (ПВ 1) и (ПВ 5) следует проводить для двух радиоизотопов йода с массовыми числами 131 и 133. Остальные радиоизотопы йода обладают существенно меньшими периодами полураспада и, по этой причине, в реальных условиях не успевают дойти до потребителя молока.

Таким образом:

(ПВ 6)

2.2. Модель расчета доз внутреннего облучения щитовидной железы при употреблении продуктов рациона, загрязненных радиоизотопами йода

Если, кроме пастбищного молока, требуется учесть вклад в общую дозу внутреннего облучения щитовидной железы других загрязненных продуктов, входящих в рацион людей (, мГр), то соответствующие расчеты могут быть проведены по формуле (ПВ 5), в которой принимается . С учетом этого она приобретает вид:

, где (ПВ 7)

- количество активности i-го радионуклида, поступающее в организм с первым потреблением загрязненного продукта, Бк/сут;

(ПВ 7.1)

- удельная активность i-го радионуклида в потребляемом продукте, Бк/кг;

- суточное потребление продукта В, кг/сут.

3. Расчет суммарной дозы внутреннего облучения щитовидной железы

Суммарная доза внутреннего облучения щитовидной железы формируется совокупным воздействием радиоизотопов йода, поступающих в организм человека всеми реальными путями. Применительно к условиям, складывающимся для населения, постоянно проживающего в зонах локальных выпадений ядерных взрывов, она равна:

(ПВ 8)

В выражении (ПВ.8)# первые два слагаемые определяют вклад в суммарную поглощенную дозу внутреннего облучения щитовидной железы радиоизотопами йода, которые могли поступить в организм людей ингаляционно в период формирования радиоактивного следа. При этом дозы, создаваемые изотопами йода с массовыми числами 131, 133, 134 и 135, рассчитываются по формуле (ПВ 1), а йодом-132 - по (ПВ 2).

Третье слагаемое имеет сложную структуру. Оно учитывает дозу в щитовидной железе, создающуюся в результате воздействия радиоизотопов йода, поступающих в организм человека пищевым путем. Величина этой составляющей, а также ее структура, определяются особенностями рациона, конкретной группы населения. Однако, если потребляются продукты местного производства основной вклад в дозу, как правило, дает загрязненное молоко.

При свободном выпасе животных доза, определяемая активностью молока, рассчитывается по формулам (ПВ 1) и (ПВ 5), а если их содержание стойловое, то вместо (ПВ 5) используется формула (ПВ 7).

Если начало употребления загрязненного молока находится в пределах до 7 суток после загрязнения пастбища, то дозы рассчитываются от изотопов йода 131 и 133, а если в более поздние сроки, то только от йода-131.

Для других продуктов рациона величина первого суточного поступления радиоизотопа йода определяется по соотношению (ПВ 7.1), а расчет дозы проводится по формуле (ПВ 7).

В том случае, когда потребление продукта начинается сразу после его загрязнения радиоактивными выпадениями, дозы рассчитываются от изотопов йода 131, 133 и 135, через двое суток - от изотопов 131 и 133, а если позже 7 суток, то только от изотопа йод-131.