О биологическом действии урана
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
В 1789 году немецкий химик М. Клапрот выделил неизвестный ранее элемент и назвал его в честь седьмой планеты солнечной системы ураном. Прошло 107 лет, и в 1896 году А. Беккерель обнаружил, что уран испускает невидимые лучи. Это событие открыло эру проникновения человека в таинственный мир ядерных превращений, при которых выделяются огромные запасы энергии.
О биологической активности урана узнали вскоре после его открытия, Еще не было известно явление радиоактивности, когда немецкий химик и врач С. Гмелин заинтересовался действием урана на живой организм. Он обнаружил, что у кроликов, которым он вводил под кожу растворимые соли урана, возникали кровоизлияния во внутренние органы, наблюдалось поражение желудочно-кишечного тракта и другие проявления токсического действия урана. Французский ученый Леконт установил, что сравнительно небольшое количество нитрата урана (0,5—1 грамм на килограмм веса животного) приводит к гибели подопытных собак. Одной из основных причин гибели животных было тяжелое поражение почек. (Эти опыты Леконт проводил в 1851 году.)
В 1889 году русский фармацевт Я. Ворошильский провел обширное экспериментальное исследование токсикологических свойств урана. Необходимость такого исследования была вызвана применением урана в медицине для лечения сахарной болезни (диабета). Я. Ворошильский убедительно показал на различных животных, что растворимые соли урана вызывают тяжелое поражение почек, желудочно-кишечного тракта, печени и других органов. Возникают также изменения в белковом и углеводном обмене. Выводы Я. Ворошильского были подтверждены последующими исследованиями ученых. Для характеристики токсичности урана достаточно сказать, что азотнокислый уран, введенный в количестве 2 мг на килограмм веса кроликов и 5 мг на килограмм веса собаки, вызывает гибель всех подопытных животных. Высокой токсичностью обладают и другие растворимые соли урана.
Возникает вопрос: может быть, нетоксичны нерастворимые соли урана? Многочисленные исследования показали, что для живого организма не существует абсолютно нерастворимых соединений. Химическая среда живых тканей, а также протекающие в них каталитические процессы способствуют растворению некоторого количества нерастворимых солей урана, попавших в желудок или легкие животного. Следовательно, даже нерастворимые соединения урана оказывают токсическое воздействие на живой организм. Конечно, чтобы наступило отравление, количество нерастворимых соединений, поступивших в организм, должно быть больше, чем для растворимых.
Американские исследователи Ф. Хэвен и X. Ходж пришли к представлениям о нетоксичности малорастворимой окиси урана на основании своих экспериментов, во время которых подопытные крысы мало изменялись в весе, хотя в течение от одного месяца до двух лет получали пищу, содержащую 20% UО2. Однако эти исследования Ф. Хэвена и X. Ходжа не могут служить достаточно убедительным доказательством нетоксичности двуокиси урана, поскольку изменения роста и веса не являются надежным критерием токсичности.
В опытах было показано, что если собакам скармливать ежедневно по 100 мг на килограмм веса животного практически нерастворимой окиси закиси урана, то, несмотря на отсутствие внешних признаков поражения, при вскрытии обнаруживаются изменения в почках, печени, кишечнике и других органах.
Все опыты, в которых изучалась токсичность нерастворимых солей урана, непродолжительны по времени и поэтому не позволяют сделать окончательный вывод о степени токсичности нерастворимых соединений. Особенно это относится к воздействию окислов урана на легкие. В этом случае токсичность соединений урана определяется размером частиц. Порошок закиси урана, содержащий пылинки величиной около 0,5 микрона, значительно токсичнее, чем порошок с пылинками, имеющими размер 2,5 микрона. Имеется ряд данных, согласно которым при попадании в легкие нерастворимой соли урана в легких развиваются злокачественные опухоли, а в костях, содержащих уран, возникают остеосаркомы. Есть также данные, что малорастворимые соединения урана в мелкодисперсном состоянии могут вызвать такое же острое отравление, как и растворимые соединения урана. Поэтому при суждении о степени токсичности солей урана необходимо быть более осторожным, чем был химик Г. Эллерт в своей уже упоминавшейся статье.
Говоря об уране, нельзя забывать о его двойственном влиянии на живой организм. О химической токсичности урана мы уже рассказывали. Ей и было уделено внимание исследователей на протяжении многих лет. Лишь в последние десятилетия возник вопрос: как воздействует радиоактивность урана на организм? Такой запоздалый интерес к влиянию радиоактивности на живую ткань объясняется тем, что изменения, связанные с химической токсичностью, проявляются в короткие сроки. Для развития поражений от радиоактивности требуется довольно длительный период времени.
Хотя уран относится к радиоактивным веществам с невысокой радиоактивностью, тем не менее, 1 мг урана испускает около тысячи альфа-частиц в минуту, и ткани, подвергающиеся длительной бомбардировке альфа-частиц, перерождаются.
В настоящее время хорошо известна трагедия, вызванная применением в медицине в 30-х годах прошлого века для диагностики заболеваний печени, сосудов и других органов близкого урану соединения — коллоидной двуокиси тория. У больных, которым вводили этот препарат, через 8—10 лет развивались злокачественные опухоли внутренних органов. Теперь во всем мире запрещено использование коллоидных соединений тория и урана для диагностики заболеваний.
Крысам вводили двуокись тория в количестве 2—20—200 мг на килограмм веса животного. На протяжении довольно длительного времени (около года) крысы были здоровы. Но через промежуток времени от 13 до 21 месяца у них в легких развивались злокачественные опухоли. Частота возникновения опухолей возрастала при увеличении дозы. Вот эта-то коварность соединений урана и тория, на наш взгляд, лишает их перспектив применения в медицинской практике для приема внутрь.
Уран обладает химической и радиационной токсичностью. Известно, что уран содержится в тканях растений и животных, В теле человека, по данным различных авторов, всегда содержится от 10 в минус 4 степени урана на килограмм веса. Наибольшее количество урана находится в органах внутренней секреции, почках и костях. Постоянное присутствие урана в растениях и животных дало основание ряду исследователей высказать предположение, что уран в микроколичествах необходим для жизни биоэлементов. Но физиологическая роль урана до сих пор еще не выяснена.
Как же связать токсичность урана и присутствие его в здоровом организме? Известно, что одни и те же вещества в зависимости от дозы могут или стимулировать жизненные процессы, или вызывать тяжелые поражения. Например, металлы: кобальт, медь, марганец, цинк и другие — в долях грамма являются жизненно важными микроэлементами, без которых невозможен нормальный обмен веществ в организме, так как с ними связана деятельность различных ферментов и гормонов. В больших же дозах те же элементы — яды. Например, марганец может вызвать тяжелую болезнь Паркинсона.
Сказанное относится и к урану. Биологам известно, что добавление очень малых количеств урана в питательный раствор стимулирует прорастание семян, ускоряет рост растения, его цветение и плодоношение. (При увеличении дозы растение гибнет.) Все же добавление урана для стимуляции роста растений вряд ли можно рекомендовать, поскольку растения обладают способностью концентрировать в своих тканях уран, который затем может попасть в пищу животных и человека. Агрохимия знает много безвредных и экономичных способов, ведущих к той же цели. Следовательно, и эта «профессия» урана вряд ли найдет применение.
Можно ли применять токсические вещества в промышленности и в других отраслях? Конечно, можно. Необходима лишь такая организация работы, чтобы условия труда были безопасны для работающих.
На страже безопасности стоят гигиенисты, токсикологи и другие специалисты. Ими разрабатываются санитарные правила и нормативы содержания токсических веществ в воздухе, воде и т. д. Эти правила полностью исключают возможность вредного действия токсических веществ на организм. То же самое и для радиоактивных веществ. Санитарные правила работы с ними устанавливают нормы (предельно допустимые концентрации) радиоактивных веществ в воде и в воздухе как для работающих с радиоактивными изотопами, так, и для всего населения. Так, предельно допустимая концентрация природного урана в воде — 0,6 мг в литре воды, в воздухе рабочих помещений — 0,2 мг в куб. метре, в атмосферном воздухе — 0,001 мг в куб. метре. По рекомендациям Международной комиссии по радиационной защите в теле человека не должно быть больше 0,3 мг урана, а в почках — 0,003 мг. Правила работы с радиоактивными веществами — закон, обязательный для всех.
Автор: Э. Курляндская.