Ионизирующее излучение и эмаль зубов

В результате аварии на Чернобыльской АЭС радиационному воздействию подверглись сотни тысяч человек - жителей загрязненных радионуклидами территорий и участников ликвидации последствий аварии. Степень влияния ионизирующей радиации на живой организм определяется дозой воздействия (количеством энергии и ее мощностью).

Проблема ретроспективной дозиметрии особенно актуальна при массовом аварийном облучении людей. В таких случаях данные о степени радиационного воздействия на организм человека необходимы для определения обьема организационных и медицинских мероприятий, направленных на возможное уменьшение патогенного эффекта облучения.

Традиционные физические методы дозиметрии (радиометрами СРП-68-01, дозиметрами ДП-5 и ДРГЗ, установками СИЧ, ТЛ-дозиметрии) имеют ряд недостатков, которые особенно существенны при случайном и аварийном облучении организма человека. Анализировать дозу радиационного воздействия по данным физической дозиметрии часто просто невозможно, что объясняется отсутствием у пострадавших дозиметров, трудностями перерасчета дозы на поверхности тела и поглощенной дозы в органах и системах, почти обязательной при авариях явной неравномерности облучения.

Именно ориентация исключительно на методы физической дозиметрии - одна из причин бесконтрольного переоблучения людей, которое приводит к хронической лучевой болезни. Кроме того, следует учесть, что для пролонгированного облучения людей, не связанных с атомной и радиохимической промышленностью, физическая дозиметрия вообще нереальна. Ошибки в физической дозиметрии облученных людей приводят к недооценке опасности отсроченных эффектов радиационного воздействия.

Вопрос о биологической дозиметрии возникает у каждого исследователя, сталкивающегося с аварийными переоблучениями людей. Первые работы по биологической дозиметрии на основании анализа хромосом клеток костного мозга были выполнены в экспериментах на мышах.

Сейчас разработана система биологической дозиметрии, позволяющая оценивать локальную дозу на костный мозг по ряду признаков: хромосомному анализу клеток пунктата костного мозга, на кроветворную систему в целом; уровню лимфоцитов периферической крови в первые дни после облучения; уровню падения числа лейкоцитов в крови на 7-9-й день после облучения; хромосомному анализу лимфоцитов крови в любые сроки после облучения.

Можно ориентированно определять степень тяжести поражения по срокам и выраженности первичной реакции ( для доз более 2 сГр ), по характеру и выраженности кожных поражений, по первичному поражению слизистых оболочек полости рта. Из этого следует, что большинство биологических методов дозиметрии основано на исследовании биоматериалов (пунктат костного мозга, периферическая кровь, кожа, слизистые оболочки).

Однако использование их возможно лишь в первые 10 дней после облучения. Метод, основанный на хромосомном анализе лимфоцитов крови облученного организма, применим и информативен в любые сроки после радиационного воздействия. При малых дозах излучения этот метод предусматривает исследование огромного количества митозов в культурах лимфоцитов, что является трудоемкой и сложной задачей.

В качестве естественного дозиметра может быть использована эмаль зубов человека.

При воздействии ионизирующего излучения в эмали возникают радиационно- индуцированные парамагнитные центры (ПЦ), которые накапливаются и сохраняются в течение всей жизни и могут быть зарегистрированы методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).

Биологическая дозиметрия человека с использованием ЭПР основана на идеях и принципах, разработанных при решении проблем геологии и археологии. ПЦ высокоустойчивы, что, очевидно, обусловлено высокой минерализованностью эмали (до 96%). Эксперименты с ее нагреванием показали, что при 25° C время жизни радиационно-индуцированных центров эмали должно достигать 109 лет.

Эмаль зуба способна накапливать дозу проникающего облучения в течение всей жизни особи, т. е. хранит историю ее радиационного поражения. Дозу облучения, определенную по эмали зубов, можно расценивать как минимальную дозу, полученную организмом в целом. Японские исследователи сравнили дозу, определенную по эмали, с расчетной дозой для 6 человек, переживших взрыв атомной бомбы, и получили совпадение результатов.

Для определения степени обьективности измерения поглощенной дозы методом ЭПР- дозиметрии в серии опытов подвергали крыс внешнему облучению на установке с использованием изотопа Со-60. Авторы отмечают, что спектры ЭПР эмали зубов крыс весьма чувствительны к внешнему ионизирующему излучению, а измеряемые методом ЭПР-дозиметрии значения точно совпадают с величинами поглощенных доз.

Метод ЭПР-дозиметрии обладает хорошей чувствительностью как к внешнему, так и к внутреннему облучению. Использование современных моделей ЭПР-спектрометров позволяет определять минимальную поглощенную дозу по эмали зубов с точностью до нескольких сГр. Исследователи отмечают, что оценка основных метрологических параметров для ЭПР-анализатора ПС-100Х показала, что нижний предел определения поглощенной дозы по зубной эмали составляет 2-5 сГр.

Таким образом, метод ЭПР-дозиметрии по эмали зубов лишен недостатков других методов биологической дозиметрии и, как следует из литературных данных, имеет важное преимущество перед ними. Недостатком ЭПР-дозиметрии по эмали зубов являются трудности по сбору материала для анализа, так как зубы у человека могут быть удалены только по медицинским показаниям.

Одним из основных элементов методики восстановления поглощенных доз по сигналам ЭПР эмали зуба является сбор и обработка зубов с целью получения образцов эмали. Под действием ионизирующего излучения в эмали образуются ПЦ, часть из которых отличается высокой стабильностью, другие исчезают после выдерживания на воздухе при комнатной температуре в течении нескольких суток (нестабильные радикалы).

Помимо указанных сигналов ЭПР, существует так называемый "нативный" или "фоновый" сигнал от органической матрицы эмали, который из-за относительно малой величины при больших дозах облучения маскируется сигналом радиационно-индуцированных центров. Поэтому образцы эмали должны отвечать по крайней мере двум требованиям: иметь минимальные фоновые сигналы и быть пригодными для исследований на спектрометре ЭПР.

Первое требование связано с необходимостью уменьшения порогового значения детектируемой дозы до величины 5-10 сГр, что дало бы возможность восстановить дозу облучения у подавляющего большинства пострадавших. Второе требование к процедуре связано с необходимостью многократных пересыпаний эмали из пробирки в пакетики и обратно при дооблучении образцов на этапе построения калибровочных кривых. При этом требуется обеспечить необходимую воспроизводимость результатов ЭПР-измерений и недопустимость потерь частиц эмали.

Исходным материалом для приготовления проб эмали зубов в наших исследованиях явились удаленные в результате физиологической смены временные зубы у детей, постоянно проживающих в районах Беларуси с различным уровнем радиационного загрязнения.

Для приготовления порошка эмали мы использовали механический метод удаления дентина с помощью стоматологических алмазных дисков и боров с последующим дроблением эмали в агатовой ступке агатовым пестиком, до размера частиц не более 0,2 мм (контроль размола осуществляли ситом с размером ячеек 0,2 мм).

Следует отметить, что для приготовления порошка эмали следует использовать только алмазный инструмент, так как при использовании других инструментов частицы металла создают в порошке дополнительные ПЦ. Порошок эмали выдерживается в течение 10 дней при комнатной температуре для релаксации механически индуцированных ПЦ. Приготовленная проба эмали должна содержать встроенный репер концентрации ПЦ на основе MnO, встроенного в кристаллическую решетку MgO.

Для приготовления смеси порошка эмали с эталоном концентрации ПЦ требуется 0,1 г порошка эмали зуба. Готовится необходимое количество порошка оксида магния, содержащего 0,1% ионов двухвалентного марганца для получения весового соотношения одна часть MgO на 170 частей порошка эмали. Порошок MgO ссыпается в кювету с порошком эмали и полученная смесь тщательно перемешивается до равномерного распределения MgO по всему объему смеси.

На следующем этапе образцы таблетируются. Проблема таблетирования вытекает из требования удобства работы и недопустимости потерь частиц при многократных пересыпаниях. Для приготовления таблетированной пробы к навеске смеси добавляется клей циокрин (С6H7NO2) чистый в таком количестве, чтобы на одну весовую часть клея приходилось две весовые части смеси. Смесь перемешивается таким образом, чтобы поверхность порошка была полностью смочена. Диаметр таблетированной пробы 4,5 мм.

Нами собрано 928 зубов детей в возрасте 8-10 и 12-14 лет. Приготовлено 396 таблетированных образцов эмали для ЭПР-дозиметрии. В результате проведенных исследований отработана методика сбора и приготовления образцов эмали зубов. Получающиеся при этом образцы дают относительно малую величину фонового сигнала и имеют форму, удобную для работы на спектрометре ЭПР.