Про біологічну дію урану
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
У 1789 році німецький хімік М. Клапрот виділив невідомий раніше елемент і назвав його на честь сьомої планети сонячної системи ураном. Минуло 107 років, і в 1896 році А. Беккерель виявив, що уран випускає невидимі промені. Ця подія відкрила еру проникнення людини в таємничий світ ядерних перетворень, при яких виділяються величезні запаси енергії.
Про біологічної активності урану дізналися незабаром після його відкриття, Ще не було відомо явище радіоактивності, коли німецький хімік і лікар С. Гмелін зацікавився дією урану на живий організм. Він виявив, що у кроликів, яким він вводив під шкіру розчинні солі урану, виникали крововиливи у внутрішні органи, спостерігалося ураження шлунково-кишкового тракту і інші прояви токсичної дії урану. Французький вчений Леконт встановив, що порівняно невелика кількість нітрату урану (0,5-1 грам на кілограм ваги тварини) призводить до загибелі піддослідних собак. Одною з основних причин загибелі тварин було важке ураження нирок. (Ці досліди Леконт проводив в 1851 році.)
У 1889 році російський фармацевт Я. Ворошильский провів велике експериментальне дослідження токсикологічних властивостей урану. Необхідність такого дослідження була викликана застосуванням урану в медицині для лікування цукрової хвороби (діабету). Я. Ворошильский переконливо показав на різних тварин, що розчинні солі урану викликають важке ураження нирок, шлунково-кишкового тракту, печінки та інших органів. Виникають також зміни в білковому і вуглеводному обміні. Висновки Я. Ворошильского були підтверджені подальшими дослідженнями вчених. Для характеристики токсичності урану достатньо сказати, що азотнокислий уран, введений в кількості 2 мг на кілограм ваги кроликів і 5 мг на кілограм ваги собаки, викликає загибель всіх піддослідних тварин. Високою токсичністю володіють і інші розчинні солі урану.
Виникає питання: чи можуть бути, нетоксичні нерозчинні солі урану? Численні дослідження показали, що для живого організму не існує абсолютно нерозчинних сполук. Хімічне середовище живих тканин, а також протікаючі у них каталітичні процеси сприяють розчиненню деякої кількості нерозчинних солей урану, які потрапили в шлунок або легені тварини. Отже, навіть нерозчинні сполуки урану надають токсичну дію на живий організм. Звичайно, щоб настало отруєння, кількість нерозчинних сполук, що надійшли в організм, має бути більше, ніж для розчинних.
Американські дослідники Ф. Хевен і X. Ходж прийшли до уявлень про нетоксичність малорозчинного окису урану на підставі своїх експериментів, під час яких піддослідні щури мало змінювалися у вазі, хоча протягом від одного місяця до двох років отримували їжу, що містить 20% UО2. Однак ці дослідження Ф. Хевена і X. Ходжа не можуть служити досить переконливим доказом нетоксичності двоокису урану, оскільки зміни росту і ваги не є надійним критерієм токсичності.
У дослідах було показано, що якщо собакам згодовувати щодня по 100 мг на кілограм ваги тварини практично нерозчинного окису закису урану, то, незважаючи на відсутність зовнішніх ознак ураження, при розтині виявляються зміни в нирках, печінці, кишечнику та інших органах.
Всі досліди, в яких вивчалася токсичність нерозчинних солей урану, нетривалі за часом і тому не дозволяють зробити остаточний висновок про ступінь токсичності нерозчинних сполук. Особливо це відноситься до впливу окислів урану на легені. В цьому випадку токсичність сполук урану визначається розміром частинок. Порошок закису урану, що містить порошинки величиною близько 0,5 мікрона, значно більш токсичний, ніж порошок з порошинами, що мають розмір 2,5 мікрона. Є ряд даних, згідно з якими при попаданні в легені нерозчинної солі урану в легенях розвиваються злоякісні пухлини, а в кістках, що містять уран, виникають остеосаркоми. Є також дані, що малорозчинні сполуки урану в дрібнодисперсному стані можуть викликати таке ж гостре отруєння, як і розчинні сполуки урану. Тому при судженні про ступінь токсичності солей урану необхідно бути більш обережним, ніж був хімік Г. Еллерт в своїй вже згадуваній статті.
Говорячи про уран, не можна забувати про його двоїстий вплив на живий організм. Про хімічну токсичність урану ми вже розповідали. Їй і було приділено увагу дослідників протягом багатьох років. Лише в останні десятиліття виникло питання: як впливає радіоактивність урану на організм? Такий запізнілий інтерес до впливу радіоактивності на живу тканину пояснюється тим, що зміни, пов’язані з хімічною токсичністю, проявляються в короткі терміни. Для розвитку уражень від радіоактивності потрібно досить тривалий період часу.
Хоча уран відноситься до радіоактивних речовин з невисокою радіоактивністю, проте, 1 мг урану випускає близько тисячі альфа-частинок в хвилину, і тканини, що піддаються тривалому бомбардуванню альфа-частинок, перероджуються.
В даний час добре відома трагедія, спричинена застосуванням в медицині в 30-х роках минулого століття для діагностики захворювань печінки, судин і інших органів близької урану сполуки – колоїдного двоокису торію. У хворих, яким вводили цей препарат, через 8-10 років розвивалися злоякісні пухлини внутрішніх органів. Тепер у всьому світі заборонено використання колоїдних сполук торію і урану для діагностики захворювань.
Щурам вводили двоокис торію в кількості 2-20-200 мг на кілограм ваги тварини. Протягом досить тривалого часу (близько року) щури були здорові. Але через проміжок часу від 13 до 21 місяці у них в легенях розвивалися злоякісні пухлини. Частота виникнення пухлин зростала при збільшенні дози. Ось ця-то підступність сполук урану і торію, на наш погляд, позбавляє їх перспектив застосування в медичній практиці для прийому всередину.
Уран володіє хімічною та радіаційною токсичністю. Відомо, що уран міститься в тканинах рослин і тварин, У тілі людини, за даними різних авторів, завжди міститься від 10 у мінус 4 ступені урану на кілограм ваги. Найбільша кількість урану знаходиться в органах внутрішньої секреції, нирках і кістках. Постійна присутність урану в рослинах і тваринах дала підставу ряду дослідників висловити припущення, що уран в мікрокількостях необхідний для життя біоелементів. Але фізіологічна роль урану до сих пір ще не з’ясована.
Як же пов’язати токсичність урану і присутність його в здоровому організмі? Відомо, що одні й ті ж речовини в залежності від дози можуть або стимулювати життєві процеси, або викликати важкі ураження. Наприклад, метали: кобальт, мідь, марганець, цинк та інші – в частках грама є життєво важливими мікроелементами, без яких неможливий нормальний обмін речовин в організмі, так як з ними пов’язана діяльність різних ферментів і гормонів. У великих же дозах ті ж елементи – отрути. Наприклад, марганець може викликати важку хворобу Паркінсона.
Сказане стосується і до урану. Біологам відомо, що додавання дуже малих кількостей урану в живильний розчин стимулює проростання насіння, прискорює ріст рослини, її цвітіння і плодоношення. (При збільшенні дози рослина гине.) Все ж додавання урану для стимуляції росту рослин навряд чи можна рекомендувати, оскільки рослини мають здатність концентрувати в своїх тканинах уран, який потім може потрапити в їжу тварин і людини. Агрохімія знає багато нешкідливих і економічних способів, що ведуть до тієї ж мети. Отже, і ця «професія» урану навряд чи знайде застосування.
Чи можна застосовувати токсичні речовини в промисловості і в інших галузях? Звичайно можна. Необхідна лише така організація роботи, щоб умови праці були безпечні для працюючих.
На сторожі безпеки стоять гігієністи, токсикологи та інші фахівці. Ними розробляються санітарні правила і нормативи вмісту токсичних речовин в повітрі, воді і т. Д. Ці правила повністю виключають можливість шкідливої дії токсичних речовин на організм. Те ж саме і для радіоактивних речовин. Санітарні правила роботи з ними встановлюють норми (гранично допустимі концентрації) радіоактивних речовин у воді і в повітрі як для працюючих з радіоактивними ізотопами, так, і для всього населення. Так, гранично допустима концентрація природного урану у воді – 0,6 мг в літрі води, в повітрі робочих приміщень – 0,2 мг в куб. метрі, в атмосферному повітрі – 0,001 мг в куб. метрі. За рекомендаціями Міжнародної комісії з радіаційного захисту в тілі людини не повинно бути більше 0,3 мг урану, а в нирках – 0,003 мг. Правила роботи з радіоактивними речовинами – закон, обов’язковий для всіх.
Автор: Е. Курляндская.