鼻擦拭分析在放射性內(nèi)污染常規(guī)監(jiān)測中的應用探討

王亞東,王路生,馬 彥,戴雄新

(中國輻射防護研究院,核藥研發(fā)轉(zhuǎn)化與精準防護山西省重點實驗室,太原 030006)

放射性核素內(nèi)污染是放射工作人員面臨的主要職業(yè)健康危害之一。隨著輻射防護技術和管理的不斷進步,職業(yè)人員發(fā)生放射性意外攝入的概率越來越小,但風險始終存在。職業(yè)人員意外攝入大量放射性物質(zhì)事件一旦發(fā)生,危害巨大。由于內(nèi)照射輻射損傷與放射性物質(zhì)在體內(nèi)的停留時間直接相關,因此,意外攝入大量放射性物質(zhì)后需要盡快將攝入的放射性物質(zhì)排出體外,以盡可能減少其在人體各個器官中擴散與沉積產(chǎn)生的輻射損害及風險。1992年歐洲共同體委員會和美國能源部共同發(fā)布的《工作人員意外放射性內(nèi)污染處理指南》(以下簡稱《指南》)是目前在體內(nèi)污染的醫(yī)學處理方面論述最詳細的材料,其明確指出:當攝入量介于1～10倍年攝入量限值(Annual Limit of Intake,ALI)時需要考慮進行短期給藥治療;當攝入量超過10倍ALI時需要考慮延長治療時間或長期治療[1]。

吸入氣載放射性物質(zhì)是造成職業(yè)人員放射性內(nèi)污染的主要途徑之一。排除吸入體內(nèi)的放射性物質(zhì)的醫(yī)學處理措施包括兩類,即藥物促排[2]和肺部灌洗[3]。對給予促排藥的時間,一般認為時間越早效果越好[4-5]。對進行肺部灌洗的時間,已有研究表明吸入后3 h進行灌洗處理對難轉(zhuǎn)移放射性物質(zhì)的清除效果顯著優(yōu)于8 h、24 h和48 h后處理的效果[3]。《指南》中明確指出醫(yī)療救護人員和保健物理師需要在放射性物質(zhì)過量攝入事件發(fā)生后2 h內(nèi)明確放射性污染物的類型和個人攝入量的可能范圍,以消除被污染人員心理恐懼并確定其需要采取的處理措施(現(xiàn)場或轉(zhuǎn)移至醫(yī)院救治)。由此可見,放射性內(nèi)污染的醫(yī)學干預決策及其處理效果均有極高的 “時效性”特征。因此,制定職業(yè)人員個人放射性內(nèi)污染監(jiān)測方案時需要充分考慮其時效性,以確保職業(yè)人員意外攝入過量放射性物質(zhì)后能夠快速識別并獲得及時有效的醫(yī)學處理。

鼻擦拭分析是檢測人體放射性吸入最簡便快捷的方法之一。相比于活體測量技術(如肺部計數(shù)器或全身計數(shù)器),鼻擦拭分析對絕大多數(shù)放射性核素普遍適用,尤其適用于難測α和β放射性核素,如55Fe、63Ni、89/90Sr、147Pm、210Pb、210Po、226/228Ra、238U、228/232Th、237Np、238/239Pu和244Cm等[6-9]。盡管鼻擦拭分析僅能夠?qū)z入量進行定性分析,但其檢測結(jié)果仍是放射性內(nèi)污染事件早期階段進行個人內(nèi)污染精準識別及醫(yī)學干預決策的主要依據(jù)之一[1,5,10]。20世紀70年代初開始,鼻擦拭分析被應用于Pu、Am等超鈾核素相關從業(yè)人員的內(nèi)污染日常監(jiān)測,其結(jié)果作為是否進一步開展放射性內(nèi)污染調(diào)查的判別依據(jù)[7-8]?，F(xiàn)如今,隨著放射性意外吸入事件發(fā)生頻率的降低及放射性場所監(jiān)測技術靈敏度的提高,鼻擦拭分析逐漸被各種場所監(jiān)測設備取代,主要應用于特殊監(jiān)測(即異常事件實際或疑似發(fā)生時啟動的監(jiān)測方案)[7,11-12]。然而,常規(guī)監(jiān)測中使用的場所空氣監(jiān)測設備(包括固定空氣采樣器和個人呼吸采樣器)對于放射性內(nèi)污染事件的識別具有明顯的缺陷。對于固定空氣采樣器,已有報道表明其測量數(shù)據(jù)存在顯著低估(超過一個量級)作業(yè)人員呼吸區(qū)域空氣放射性活度濃度的情況[13],這很可能會導致放射性內(nèi)污染事件發(fā)生而無警報識別。對于個人呼吸采樣器,其采集到的放射性氣溶膠量可能遠超過作業(yè)人員在防護條件下(如戴口罩或呼吸面罩等)真實吸入的放射性氣溶膠量。因此,根據(jù)個人呼吸采樣器的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行放射性內(nèi)污染預警可能會造成“過度響應”。另外,場所空氣監(jiān)測設備的檢測數(shù)據(jù)均無法作為精準識別個人放射性內(nèi)污染的直接證據(jù)。若場所空氣監(jiān)測設備發(fā)出預警后再臨時啟動鼻擦拭分析程序,不僅會降低鼻擦拭分析的“時效性”,而且很可能會因為實施采樣和被采樣人員準備不足而錯過鼻擦拭采樣的最佳時機和條件(吸入后30 min內(nèi)且鼻腔無清洗[5]),進而降低鼻擦拭分析的可靠性。綜上所述,場所空氣監(jiān)測設備并不能完全替代鼻擦拭分析實現(xiàn)對個人放射性內(nèi)污染的快速監(jiān)測和識別,而鼻擦拭分析僅作為特殊監(jiān)測手段進行個人放射性內(nèi)污染監(jiān)測時存在“時效性”和“可靠性”降低的風險。另外,常規(guī)監(jiān)測方案中尿樣及糞便分析的實施頻率較低(通常以周或月為周期)且分析過程(包含采樣、制樣和測量等)往往>24 h,對個人放射性內(nèi)污染事件的識別有嚴重的滯后性。

針對職業(yè)人員意外吸入過量放射性物質(zhì)的風險及相應的快速監(jiān)測需求,本文介紹鼻擦拭分析的應用原理和技術現(xiàn)狀,探討其應用于放射性職業(yè)人員內(nèi)污染常規(guī)監(jiān)測的價值和意義。

1 鼻擦拭分析與放射性內(nèi)污染

除少數(shù)放射性氣體或蒸汽外(如131I2、3H2O、14CO2等),空氣中載帶的絕大多數(shù)放射性物質(zhì)主要以氣溶膠形態(tài)存在。作為呼吸通道的起始部分,鼻腔是阻止放射性氣溶膠進入人體的第一道防線。針對氣載放射性物質(zhì)的攝入,國際放射防護委員會(ICRP)專門建立了人體呼吸道模型(HRTM),并給出放射性氣溶膠在鼻腔及其它氣道的沉積情況[13]。按照HRTM,人體呼吸道被分為胸外(ET,包括鼻、口、咽、喉)和胸內(nèi)(TH,包括支氣管、細支氣管、肺泡間質(zhì))兩類氣道。其中,前鼻腔(即鼻孔)被劃分為單獨部位(記作ET1),而后鼻腔與咽、喉一起被劃分為另一部位(記作ET2);支氣管、細支氣管、肺泡間質(zhì)部位分別被記作BB、bb、AI?；贖RTM,ICRP給出了不同粒徑氣溶膠顆粒(0.6 nm～100 μm)在人體呼吸道各個部位的沉積比例(見表1)。從表1可以看出,不同粒徑氣溶膠顆粒在鼻孔(ET1)中均有沉積,其沉積量占呼吸道總沉積量(Total,ET1、ET2、BB、bb、AI五部位沉積量之和)的9%～65%。因此,通過檢測鼻孔內(nèi)放射性物質(zhì)含量可以有效判別是否有放射性物質(zhì)吸入事件發(fā)生。盡管不同粒徑的氣溶膠顆粒在呼吸道各個部位的沉積量存在顯著差異,但ET1沉積量與呼吸道總沉積量的比例均在同一數(shù)量級(最大值與最小值之比小于10),理論上,根據(jù)鼻孔內(nèi)放射性氣溶膠沉積量可以對吸入體內(nèi)的放射性物質(zhì)總量進行量級估算。

表1 不同粒徑氣溶膠微粒在呼吸道的沉積比例[13](參考工作人員呼吸速率1.2 m3/h)

鼻擦拭分析通過檢測鼻孔內(nèi)擦拭物的放射性含量獲取鼻孔內(nèi)放射性氣溶膠的沉積信息,進而對個人放射性內(nèi)污染進行判斷和評價。沉積在鼻孔內(nèi)的氣溶膠顆粒可以通過擤鼻涕、擦洗鼻孔等人為方式被清除,也可以通過粘液-纖毛清除生理過程而轉(zhuǎn)移到ET2[13]。由于個人清洗行為及生理清除過程對鼻孔內(nèi)沉積物保留量的影響難以量化校正[14-15],鼻擦拭分析需要盡可能避免或減小這些清除過程對樣品代表性的干擾。美國國家輻射防護與測量委員會(NCRP )161號報告指出,對確認或懷疑吸入放射性物質(zhì)的人員進行鼻擦拭分析時,需要在污染事件發(fā)生后盡可能快地(最好在30 min內(nèi))進行樣品采集,且采樣須在淋浴和其它清洗步驟前實施。另外,與放射性表面污染擦拭分析一樣,鼻擦拭分析的擦拭采樣效率也有較高的不確定度。NCRP 161號報告推薦采用鼻擦拭樣品(兩個鼻孔)放射性活度占總吸入量的5%(保守值)進行總攝入量計算。

盡管氣溶膠鼻腔沉積、鼻腔沉積物清除、鼻腔擦拭采樣等過程的影響會導致鼻擦拭分析無法準確檢測放射性吸入量(即無法用于劑量計算),但其檢測結(jié)果對放射性內(nèi)污染仍有重要的指示性意義。日本國家原子能機構(gòu)核燃料循環(huán)工程實驗室(JAEA-NFCEL)調(diào)查發(fā)現(xiàn),Pu放射性內(nèi)污染真實事件中受污染人員的鼻擦拭樣品與早期排泄物樣品的放射性活度比普遍<10[7],證實了鼻擦拭分析結(jié)果能夠用于應急狀況下放射性吸入量量級估算并作為螯合治療實際行動水平的判別依據(jù)。美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)分析了其針對錒系核素氣溶膠內(nèi)污染的鼻擦拭分析歷史數(shù)據(jù),表明鼻擦拭樣品的放射性活度(>1.25 Bq)與內(nèi)污染事件的發(fā)生(待積有效劑量>1 mSv)有很強的關聯(lián)性[10],證實了鼻擦拭分析結(jié)果作為決策是否進行進一步生物樣品分析及內(nèi)污染調(diào)查依據(jù)的可行性。

2 鼻擦拭分析技術及研究現(xiàn)狀

目前,鼻擦拭分析方法按照測量方式可以分為兩類:固體探測器法和液閃法。

2.1 固體探測器法

日本JAEA-NFCEL使用直徑為40 mm的空氣采樣濾膜包裹棉簽頭后進行鼻腔擦拭采樣,之后將濾膜取下,利用ZnS(Ag)閃爍體探測器進行測量(2π角度)[7]。成都理工大學采用常規(guī)棉簽進行鼻腔采樣,之后將棉簽懸空固定在密閉腔體,在真空條件下使用單個金硅面壘(PIPS)探測器對旋轉(zhuǎn)的棉簽頭進行測量(2π角度)[16]。軍事醫(yī)學科學院使用黏性鼻拭子(醫(yī)用膠帶包裹海綿擦拭頭)進行鼻腔采樣,之后將兩個鼻拭子(對應兩個鼻孔)懸空固定在對立放置的兩個PIPS探測器之間進行測量(接近4π角度)[17]。盡管固體探測器法在測量儀器結(jié)構(gòu)方面不斷優(yōu)化進步,但該類方法對鼻擦拭樣品中α放射性的探測效率始終<50%,且分析過程存在擦拭物脫落、交叉污染、擦拭材料干擾測量等問題,分析結(jié)果的準確性較低。

2.2 液閃法

相比于固體探測器法,液閃法對鼻擦拭樣品中α放射性的探測效率更高(理論上能達到100%),制樣和測量過程的樣品交叉污染風險較低,具有明顯的技術優(yōu)勢。美國LANL采用水潤濕后的常規(guī)棉簽進行鼻腔采樣,之后將棉簽頭取下與閃爍液混合后進行液閃測量[9-10]。然而,常規(guī)棉簽樣品在閃爍液中需要浸潤足夠長的時間(>3 h)才能獲得較高的探測效率(>60%)[6]。加拿大原子能有限公司喬克河核實驗室(AECL-CRNL)開發(fā)了基于聚氨酯泡沫拭子的鼻擦拭樣品液閃分析方法,有效縮短了浸潤時間并提高了探測效率(擦拭頭在閃爍液中浸潤1 h后α放射性的探測效率達到75%),并且實現(xiàn)了α/β甄別測量[6]。中國輻射防護研究院開發(fā)了基于可溶性熱塑性聚氨酯材料拭子的鼻擦拭分析方法,實現(xiàn)了擦拭材料在閃爍液中的快速完全溶解,消除了擦拭材料對液閃測量的干擾,使α放射性的探測效率達到100%,且具備良好的α/β甄別能力,15 min內(nèi)即可完成樣品分析[18]。液閃法在便捷性、時效性和準確性方面均有很好的技術能力,完全能夠應對針對放射性內(nèi)污染的快速監(jiān)測需求。

3 鼻擦拭分析應用于常規(guī)監(jiān)測的價值

作為職業(yè)人員輻射防護計劃的重要組成部分,放射性內(nèi)污染常規(guī)監(jiān)測不僅要提供正常工況下職業(yè)人員的劑量攝取信息,而且要能夠有效預警和識別異常工況下意外照射事件的發(fā)生。對于放射性毒性較高的放射性物質(zhì)(如Pu和Am),當前的常規(guī)監(jiān)測方案所采用的監(jiān)測手段(包括固定空氣采樣、個人呼吸采樣、尿樣及糞便分析)通過單一或多手段相結(jié)合的途徑均無法實現(xiàn)對放射性內(nèi)污染事件及人員的百分之百識別[19]。相比于場所空氣監(jiān)測,鼻擦拭分析對放射性內(nèi)污染人員的識別更加精確;相比于尿樣和糞便分析,鼻擦拭分析在“時效性”方面有顯著優(yōu)勢。因此,鼻擦拭分析能夠有效彌補當前常規(guī)監(jiān)測手段在快速精確識別放射性內(nèi)污染人員方面的不足。

如前所述,20世紀70年代初鼻擦拭分析已被應用于放射工作人員的內(nèi)污染日常監(jiān)測。隨著液閃法鼻擦拭分析技術在便捷性、時效性和準確性方面的進步,其作為日常內(nèi)污染監(jiān)測手段將獲取更加及時準確的職業(yè)人員放射性內(nèi)污染數(shù)據(jù)。鼻擦拭分析在日常內(nèi)污染監(jiān)測中的應用將實現(xiàn)多個方面的輻射防護目的和價值:

1)增強對職業(yè)人員的精準防護能力

對于意外吸入過量放射性物質(zhì)的放射工作人員個體,個人放射性內(nèi)污染監(jiān)測的有效性僅存在“0”和“1”的差別。鼻擦拭分析的“日?；?即每次放射性作業(yè)后進行鼻擦拭分析,能夠?qū)崿F(xiàn)對職業(yè)人員放射性內(nèi)污染的精準快速監(jiān)測,確保職業(yè)人員在意外吸入過量放射性物質(zhì)后能夠得到及時的醫(yī)療救治,使放射性內(nèi)污染產(chǎn)生的健康危害降至最低。

2)靈敏監(jiān)測內(nèi)污染輻射防護措施的有效性

職業(yè)人員在進行放射性作業(yè)前會采取一系列防護措施以避免放射性內(nèi)污染,如佩戴口罩、穿氣衣等。然而,由于作業(yè)環(huán)境的復雜性及職業(yè)人員作業(yè)規(guī)范的差異性,輻射防護措施的適用性及有效性可能因地或因人而異。鼻擦拭分析結(jié)果能夠直觀反映職業(yè)人員的放射性內(nèi)污染情況,進而判斷輻射防護措施的實際效用。因此,利用職業(yè)人員的鼻擦拭分析數(shù)據(jù)可以靈敏監(jiān)測內(nèi)污染輻射防護措施的有效性,進而助力輻射防護措施的持續(xù)優(yōu)化。

3)保障核應急放射性內(nèi)污染快速篩查能力

鼻擦拭分析是核應急響應時對放射性內(nèi)污染人員進行快速篩查的主要技術手段之一。鼻擦拭分析的“日常化”將使核設施場所始終保持相應的核應急響應技術能力和人員隊伍。同時,普通職業(yè)人員對鼻擦拭分析采樣過程的熟悉也有助于鼻擦拭分析在核應急狀況下進行大范圍人員內(nèi)污染篩查時的高效實施。

4 結(jié)論與建議

氣溶膠呼吸道沉積模型和實際的鼻擦拭分析數(shù)據(jù)均表明,鼻擦拭分析能夠有效監(jiān)測人體的放射性內(nèi)污染狀況?，F(xiàn)有的鼻擦拭分析技術在便捷性、時效性和準確性方面的進步使其應用于放射工作人員日常放射性內(nèi)污染監(jiān)測成為可能。鼻擦拭分析應用于放射性內(nèi)污染常規(guī)監(jiān)測不僅可以彌補固定空氣采樣、個人呼吸采樣、尿樣及糞便分析等技術在快速精準識別放射性內(nèi)污染人員方面的不足,確保職業(yè)人員在意外吸入過量放射性物質(zhì)后能夠得到及時的醫(yī)療處理,而且能夠?qū)崿F(xiàn)對內(nèi)污染輻射防護措施有效性的監(jiān)測和應對核應急狀況下的放射性內(nèi)污染人員快速篩查技術需求。因此,推動鼻擦拭分析在放射性內(nèi)污染常規(guī)監(jiān)測中的應用,尤其是針對作業(yè)過程涉及高放射性毒性的難測α和β放射性核素的職業(yè)人員,具有重要的現(xiàn)實意義。

相比于美國、日本等國家,我國的鼻擦拭分析應用經(jīng)驗及數(shù)據(jù)積累極少,缺乏鼻擦拭分析實際應用所需的關鍵參數(shù)(包括檢測限、醫(yī)療處理行動水平、時效性和準確性要求等),目前還難以構(gòu)建具體的鼻擦拭分析管理和技術方案。因此,建議開展鼻擦拭分析應用研究,包括調(diào)查我國各類核設施職業(yè)人員鼻擦拭樣品的放射性活度水平,優(yōu)化核設施場所的鼻擦拭樣品采集、樣品保存、樣品制備及測量等具體步驟,建立鼻擦拭分析相關的管理規(guī)范及技術標準等。