ویژگی‌ها و پیامدهای توریم برای انسان و محیط زیست

حجیه بسطامی^1*، فاطمه اسدی² و سیمین جانی تبار²

¹ تهران، دانشگاه فنی و حرفه ای، دانشکده فنی شریعتی

² تهران، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، پژوهشکده مواد و سوخت هسته ای

* نویسنده مسئول، پست الکترونیکی: Hbastami@tvu.ac.ir

چکیده

توریم فلزی رادیواکتیو با نیمه عمر 14 میلیارد سال از خانواده اکتینیدهای جدول تناوبی و تقریبا 99% آن به صورت ایزوتوپ توریم-232 است. این عنصر از گذشته تا امروز استفاده‌هایی به عنوان عامل کنتراست در تصویربرداری (به صورت توروتراست)، ساخت سرامیک، کاربرد در صنایع هوا فضا داشته و اکنون به عنوان عنصر شرکت‌کننده در چرخه سوخت در تاسیسات هسته ای برخی کشورها مطرح است. توریم ساطع کننده پرتوهای آلفا، بتا و گاماست. بنابراین دانستن نکات بهداشتی و شناخت پیامدهای حاصل از تماس با این ماده رادیو اکتیو لازم است. با توجه به تفاوت در مسیرهای ورود توریم به بدن یعنی استنشاق، بلع و جذب پوستی، جذب و توزیع و عوارض آن در بدن متفاوت است. توزیع ایزوتوپ‌های توریم به ترتیب در گره‌های لنفاوی نواحی برونشیال، ریه‌ها و استخوان‌ها بیشتر است؛ همچنین موها و ناخن‌ها از شاخص‌های مهم زیستی هستند که رادیواکتیویته موجود در آن‌ها ارتباط مستقیمی با میزان رادیواکتیویته دیگر اعضای بدن دارد. در این مقاله که با مرور ویژگی‌های توریم آغاز می‌شود، پس از بررسی مسیرهای ورود آن به بدن، نمونه‌هایی از پیامدهای ناشی از آن برای انسان، حیوانات و محیط زیست مطرح می‌شود.

کلیدواژگان: توریم، توروتراست، جذب، توزیع، پرتوهای رادیواکتیو

مقدمه

توریم یک فلز طبیعی و یکی از پرچگالی‌ترین مواد موجود کره خاکی است که حدود 20 میلیون برابر زغال‌سنگ انرژی دارد و می‌توان به عنوان یک منبع ایده‌آل انرژی از آن بهره گرفت. در تمامی سنگها، خاکها، آبهای زیرزمینی و روی زمین، در پیکر گیاهان و جانوران مقدار کمی توریم وجود دارد. همین مقادیر کم باعث می شود که همه‌ی مواد به صورت جزئی ، تابش های رادیواکتیو داشته باشند. به طور میانگین خاک شامل  ppm6 توریم است اما در برخی معادن زیر زمینی سنگهایی وجود دارند که به صورت متمرکزتری حاوی توریم هستند. در طبیعت 99%  توریم طبیعی موجود ایزوتوپ توریم -232 (Th-232) است. در کنار این ایزوتوپ طبیعی، بیش از ده ایزوتوپ دیگر وجود دارد که به صورت مصنوعی تولید می‌شوند. در طبیعت، توریم-232 با مواد معدنی گوناگونی مانند سیلیکا ترکیب می‌شود. بیشتر ترکیبات توریمی موجود در طبیعت به راحتی در آب حل نشده و از خاک هم وارد هوا نمی‌شوند.  توریم-232 پایدار نیست و واپاشی آن اشعه آلفا و یک محصول ناپایدار دیگر تولید می‌کند و این عمل تا تشکیل یک محصول واپاشی پایدار ادامه می‌یابد. در حین این واپاشی‌ها، توریم-232 اولیه، محصولات واپاشی آن و محصولات واپاشی بعدی آنها، یک سری از مواد جدید (شامل رادیوم و رادون)، آلفا (90%)، ذرات بتا (1%) و اشعه ی گاما (9%) تولید می‌کنند. ذرات آلفا قدرت کمی برای نفوذ به مواد دیگر دارند و البته نمی‌توانند در پوست انسان نفوذ کنند. تابش گاما می‌تواند خیلی بیشتر نفوذ کند و البته می‌تواند به راحتی در پوست انسان نیز نفوذ کند. واپاشی توریم- 232 بسیار کند اتفاق می‌افتد و در حقیقت نیمه عمر توریم-232 حدودا 14میلیارد سال است. به علت سرعت بسیار کم واپاشی ، مقدار مجموع توریم طبیعی در زمین ثابت باقی می‌ماند؛ اما می‌تواند توسط طبیعت یا انسان از جایی به جای دیگر جابجا شود. مقادیر کمتری از ایزوتوپهای دیگر توریم معمولا محصولات واپاشی اورانیوم-238، اورانیوم-235 و توریم-232 بوده؛ محصولات واکنش‌های ناخواسته هسته‌ای هستند[1).  توریم برای ساخت سرامیک‌ها، توریهای چراغ زنبوری و فلزاتی که در صنایع هوافضا کاربرد دارند و بویژه درتاسیسات هسته‌ای استفاده می‌شود.

در صنعت هسته‌ای با توجه به محدودیت منابع اورانیومی در دسترس برای استخراج از معادن، ضرورت مطالعه بر روی سایر عناصر شکافت‌پذیر به عنوان منابع احتمالی سوخت جایگزین، اجتناب‌ناپذیر است. امروزه صنایع هسته‌ای برخی کشورها تمایل به استفاده از سوخت‌های بر پایه توریم دارند. برخی مزیت‌های استفاده از این سوخت در صنایع هسته‌ای نسبت به سوخت اورانیومی عبارت‌اند از: قیمت پایین‌تر تهیه سوخت، حجم کمتر پسماند، پایداری شیمیایی بالاتر Tho₂ در مقایسه با Uo₂ و در نهایت سادگی دفن پسماند‌های حاصل از چرخه سوخت توریم در مقایسه با اورانیوم به دلیل حلالیت بسیار پایین Tho₂ در آبهای زیرزمینی (2). 30 سال پیش، از توریم اکسید برای تهیه انواع خاصی از عکسهای X-Ray در بیمارستانها استفاده می‌شد. بنابراین بیماران و کادر پزشکی به‌طور جدی در مواجه با توریم قرار داشتند.

توریم بدون بو و مزه است. پس انسان نمی‌تواند متوجه شود که در معرض توریم قرار گرفته است. اطلاعات کمی در مورد مقادیر آسیب رسان توریم در انسان و حیوان موجود است. امروزه با شناخت خطرات ناشی از این ماده رادیواکتیو، استفاده از توریم در مقاصد عکسبرداری پزشکی کنار گذاشته شده است. در برخورد پرتو به تمام بدن با شدت کمتر از حدود 25/0 گری ممکن است اثر بالینی مشاهده نشود و تنها با انجام آزمایش‌های اختصاصی از جمله بررسی‌های کروموزومی، آثار احتمالی قابل تشخیص است. از شدت حدود یک گری به بالا، فرد پرتودیده علائم بالینی از خود نشان می‌دهد که شامل بی اشتهایی، تهوع، استفراغ و اسهال است. پس از پرتوگیری حدود 4 گری، علائمی چون سردرد، استفراغ، اسهال و تب بروز می کند و پس از چند روز جوش های کوچک در دهان و گلو مشاهده می شود که با کم شدن تدریجی وزن بدن همراه است.

معمولا توریم بسیار کمی در برکه‌ها، رودها و اقیانوس‌ها وارد بدن ماهی‌ها و غذاهای دریایی مورد استفاده بشر می‌شود. دانشمندان مقدار میانگین توریم در غذا و آب را می دانند. مقادیری از توریم که در هوا وجود دارد، معمولا بسیار کم بوده،  قابل اغماض است. ممکن است در کنار سایتهای پر خطر زباله که بدون کنترل وارد محیط زیست می شوند، مقدار توریم بیش از حد نرمال باشد. در نتیجه درجاهایی که دفع صحیح زباله صورت نمی‌گیرد، افراد ممکن است در معرض توریم بیشتری باشند. امکان دارد ذرات معلق پراکنده حاوی توریم در هوا، تنفس شوند و یا انسان و جانوران، گیاهان رشد یافته در خاک آلوده به توریم را مصرف کنند. کودکانی که نزدیک مکان‌های انباشت زباله بازی می‌کنند در صورت خوردن خاک آلوده ممکن است توریم وارد بدن آنها شود. همچنین افراد شاغل در مراکز تحقیقاتی و یا صنعتی که محصولات توریم‌دار را آزمایش، استخراج و یا مصرف می‌کنند، ممکن است در معرض توریم قرار بگیرند. همچنین ممکن است به علت نشت تصادفی از نیروگاههایی با مصرف توریم ، مقداری بیش از حد معمول توریم وارد طبیعت شود. فقط مقدار بسیار کمی از توریمی که با تنفس و یا با خوردن آب و غذا داخل بدن می شود ممکن است وارد خون شود. یک مطالعه بر روی حیوانات نشان داد که اگر توریم بر روی پوست قرار گیرد، می تواند جذب شود. پس از تنفس هوای آلوده به ذرات معلق حاوی توریم، عکس العمل بدن عطسه خواهد بود. اما برخی از ترکیبات توریم می توانند به مدت زیادی در داخل ریه ها بمانند. اگرچه در بیشتر موارد، مقدار توریم اندکی که در ریه ها ذخیره شده ، در چند روز از بدن دفع می‌شود. پس از اینکه توریم از طریق خوردن و آشامیدن وارد بدن شد، تقریبا همه‌ی آن توسط مدفوع از بدن دفع می‍شود. مقدار بسیار کمی که در بدن باقی می‌ماند، ممکن است از طریق خون وارد استخوانها شود و تا سالها در آن بماند. اصلی‌ترین راه ورود  توریم به بدن تنفس گرد و خاک و هوای آلوده به توریم است.

مطالعات بر روی کارگرانی که با توریم سر و کار داشته‌اند، نشان می‌دهد که تنفس ذرات معلق توریم ممکن است به احتمال زیاد باعث بیماریهای بسیار پیشرفته و حتی سرطان ریه و لوزالمعده شود. همچنین تغییر در ساختمان ژنتیکی سلولهای بدن نیز مشاهده شده است. در افرادی که از راه پرتونگاری،  توریم به بدن آنها تزریق شده است، بیماریهای کبدی و تاثیرات خونی یافت شده است. همچنین در افرادی که توریم در بدنشان تزریق شده، انواع مختلف سرطان رویت شده‌ است. به دلیل رادیواکتیو بودن، توریم ممکن است در استخوان‌ها به مدت طولانی بماند و سرطان مغز استخوان (برای افراد در معرض توریم) یک نگرانی بالقوه است. مطالعه بر روی حیوانات نشان داده است که تنفس توریم ممکن است منجر به آسیب‌های ریوی شود. مطالعات دیگر بر روی حیوانات نشان می‌دهد که آشامیدن (محلول در آب) مقدار بسیار زیاد توریم، موجب مرگ ناشی از "مسمومیت با فلز" شود.

وجود مقادیر بسیار زیاد توریم در محیط اطراف، انسان را در معرض محصولات حاصل از شکافت توریم  مانند رادیوم قرار می‌دهد که بسیار خطرناک است. آنالیزهای چند مرحله‌ای نشان داده است که ذرات معلق توریم در هوا، از معادن نادر کشور چین نشأت گرفته است و ساکنان نزدیک به این معادن در معرض خطر جدی قرار دارند (3). همچنین کشور عراق به خصوص مناطق نزدیک پایگاهای ایالات متحده به دلیل آلودگی‌های باز مانده از جنگ در معرض آلودگی بالای توریم قرار دارند. افزایش ناهنجاریهای مادرزادی نوزادان تازه متولد شده از سال 2003 در شهرهای با بمباران شیمیایی شاهد بر این مدعاست (4).

با در نظر گرفتن  خطراتی که با ورود توریم در بدن ایجاد می‌شود، امروزه تحقیقات معدودی انجام شده تا بر مبنای آن، یون‌های توریم در سیستم‌های فیزیولوژیکی را با ترکیبات منتخبی بازآرایی ‌کنند. آزمایش‌های همولیز القایی توسط توریم بر روی گلبول‌های قرمز نشان داد که ترکیباتی مانند تایرون[1]، سیلیبین[2] و فیتیک اسید[3] در مقایسه با دی‌اتیلن‌تری‌آمین‌پنتا‌استیک‌اسید[4] قابلیت بهتری دارند. همچنین این نتایج با آزمایش‌های دیگر انجام شده بازآرایی توریم که توسط مدل‌های سلولی انسان (گلبول قرمز و سلول کبدی) و یا مایع خون در شرایط قبل و پس از درمان تأیید شد (5).

ویژگی‌های توریم

توریم یک عنصر رادیو اکتیو نسبتا واکنش پذیر و یک فلز رادیواکتیو از گروه اکتینیدهای جدول تناوبی به شمار می‌آید که تابش رادیواکتیو ناشی از آن می‌تواند سلولها را تخریب کند. به علت رادیواکتیویته عنصر توریم، ارزیابی آثار مخرب مواجهه انسان با آن نیازمند به کارگیری روشهایی است که با روشهای شیمیایی اندکی تفاوت دارند.

از نظر جرمی، توریم-230 و توریم-232 عمده ترین نوع از ایزوتوپهای توریم در طبیعت‌اند. تعداد ذرات ساطع شده نسبت به نیمه عمر ایزوتوپ متغیر است. مثلا نیمه عمر توریم-232 ، 14 میلیارد سال است. تابش های گاما نمونه ای از خطرات رادیواکتیو هستند که  در بدن نفوذ و از هوا عبور می‌کنند. هر چند توریم معمولی اکتیویته گامای بسیارکمی دارد (با خطر تابش کمتر گاما) ولی محصولات دختری توریم ممکن است رادیواکتیویته گامای بیشتری داشته باشند. ذرات آلفای ساطع شده از آن هم نمی توانند در پوست نفوذ کنند ولی اگر در داخل بدن وارد شوند می توانند بسیار خطرناک باشند. وقتی توریم ذره آلفا تولید می‌کند، یعنی به رادیونوکلیدهای دختری دیگر مانند رادیوم-226 ، رادون- 222 ( از توریم-230 در سری واپاشی اورانیوم-238 ) ، رادیوم-228 و تورون (رادون- 220 از سری زنجیره‌ی توریم-232) و سرانجام به سرب-208 یا سرب-206 که پایدارند، واپاشی می‌کند. سرعت واپاشی و یا اکتیویته عناصر رادیواکتیو، با واحد کوری (Ci) مشخص می شود.

مقادیر کم  و زیاد رادیواکتیویته هر دو برای سلامتی خطرناک است و یکی از فرضیات محافظه‌کارانه این است که یک مرز آستانه ای وجود ندارد که مقادیر کمتر از آن احتمال سرطان را به صفر برساند. پرتوها‌ی رادیواکتیو مستقیم و غیر مستقیم و زودرس و دیررس اثرات زیان‌باری بر انسان دارند که ممکن است حتی مدتها پس از پرتوگیری بروزکنند. در صورت تابش تقریباً  یکنواخت به تمام بدن ، بیشترین خطر سلامتی پرتوگیری بافتها و اعضای مخصوصی است که به آنها اعضای بحرانی گفته می شود. این اندام‌ها عبارت‌‌اند از :مغز استخوان، لوله های گوارشی، ششها، غده تیروئید، کلیه ها، طحال، پانکراس، پروستات، بافتهای ماهیچه ای و چربی، سلول های جنسی، بافت های لنفاوی و اپیدرم پوست .اگر تمام بدن تحت تاثیر پرتو با شدت بالا قرار گیرد، ممکن است اثرات آن بر هریک از اعضای بدن یکجا بروز کند. اثر عمومی پرتو روی اعضای مختلف بدن تقریباً متفاوت است و در برخی از اعضای بدن شدید و در برخی خفیف تر است.

یک سوال این است که وقتی مردم به صورت مزمن در معرض تابش بسیار اندک قرار می‌گیرند، چقدر امکان ابتلا به سرطان وجود دارد؟ با توجه به اینکه به طور طبیعی ما همیشه اندکی در معرض تابش هستیم، کمترین مقدار تابش اضافی که ممکن آسیب های بهداشتی به وجود آورند، بدرستی مشخص نیست. سندی وجود دارد که بیشتر تاثیرات توریم ممکن است علل رادیولوژیک داشته باشند و نه شیمیایی. سازوکار این تاثیرات رادیواکتیو هنوز به خوبی مشخص نیست (6).

پیامدهای ورود توریم به بدن

مطالعه تاثیرات توریم وارد شده به بدن از طریق استنشاق

مرگ: دو تحقیق اپیدمیولوژی، مرگ و میر میان کارگران توریمی را مورد بررسی قرار دادند. در هیچ کدام از آنها، مرگ و میرها به صورت قابل توجه و غیرعادی، زیاد نبودند. نسبت استاندارد مرگ و میر[5] (SMR) برای هر علت منجر به مرگ در یک گروه 3039 نفری از کارگران مرد در یک مرکز تولید توریم در مقایسه با مرگ و میر مردان معمولی ایالات متحده ، 1.05 بود (7).

تاثیرات تنفسی اگرچه نسبت تاثیرات تنفسی در کارگران نسبت به افراد معمولی، 1.31 بود، اما این آمار را می شود احتمالا به سیگار کشیدن کارگران هم نسبت داد. سیروزهای پیشرفته ی ریوی در یک مطالعه استنشاق subchronic در موشها دیده شد. موشها به مدت 9-6 ماه در معرض یک آئروسل بی اثر قرار گرفتند که با توریم دی اکسید 10% ، توریم دی اکسید 49% و توریم دی اکسید خالص (100%) غنی سازی شده بود. شدت سیروز ریوی دقیقا مربوط به شدت تابشی و مقدار توریم دی اکسید بود. در گروه 100% توریم دی اکسید، سیروز ریوی بین 3-6 ماه ظاهر شد. در گروه 49% توریم دی اکسید بین 12-9  ماه و در گروه 10% بین 15-12 و در گروه آئروسل بی اثر بین 24-18 ماه بود. در ریه هایی که تا  rad 150 در معرض تابش قرارگرفته بودند، رتیکولوسارکوما (نوعی سرطان) مشاهده شد. بین  rad 2700-100 تومورهای سرطانی غده ای مشاهده شد. علت اصلی تومورها ممکن است توریم دی اکسید باشد. مقدار دقیق توریم به طور واضح در گزارش موجود نبود(8).

تاثیرات خونی: در یک گروه 273 نفری از کارگران شاغل در یک کارگاه تصفیه مونازیت ، با آزمایش خون معلوم شد  کارگرانی که به مدت طولانی تری در معرض توریم بودند، میزان توریم بیشتری در خون داشتند.(اما به دلیل تاثیر نیکوتین در کارگران سیگاری و حضور مواد رادیواکتیو احتمالی دیگر در محل ، نمی توان با اطمینان آثار سمی و رادیواکتیو را فقط به توریم نسبت داد) (9).

در سگهای مورد آزمایش نیز تأثیرات خونی از جمله: " فرم غیرعادی مونوسیت ها ، لنفوسیت‌ها و گرانولوسیت‌ها، هیپوپلازی مغز استخوان   کاهش تعداد گلبولهای قرمز، ماکروسیتوز و افزایش گرانولوسیت های نارس " یافت شد (10).

آثار کبدی: میزان آسپارتات آمینوترانسفراز و بیلی روبینِ کل موجود در خون در یک گروه 275 نفری از کارگران توریمی به میزان قابل توجهی بیشتر از افراد معمولی بود. میزان گلوبولین همراه با افزایش مواد سمی در بدن، چندان زیاد نبود! سطوح آنزیمی در حد نرمال بودند، همچنین در آلبومین، مجموع پروتئین‌ها و یا آلکالین فسفات تغییری دیده نشد.

در موش، خوکچه هندی، خرگوش و سگ‌هایی که در معرض توریم قرار گرفتند ، هیچ آسیبی در کبد دیده نشده است (9).

تاثیرات کلیوی: هیچ گزارشی راجع به تاثیرات کلیوی، در انسان پس از قرارگیری درمعرض توریم از طریق استنشاق وجود ندارد. در حیوانات مذکور نیز اثری بر روی کلیه مشاهده نشده است.

تاثیرات بر روی سیستم ایمنی: در مورد انسانها مطالعه ای صورت نگرفته و در حیوانات مذکور اثری بر روی گره های لنفاوی مشاهده نشد.

تأثیرات ژنوتوکسیک: در سال1983 یک مطالعه بر روی 47 کارگر مرد توریمی انجام شد که انحراف کروموزومی را می‌سنجید. کارگران از نظر مواد رادیواکتیو موجود در بدن به سه گروه با در معرض قرارگیری کم (nCi/kg0)، متوسط (nCi/kg003/0) و زیاد (nCi/kg015/0) تقسیم بندی شدند.

فراوانی ناهنجاری‌های کروموزومی در گروه با در معرض بودن زیاد (گروه دوم و سوم) مشاهده شد (11).

سرطان: در یک گروه 3039 نفری از کارگران توریمی که به مدت یکسال یا بیشتر استخدام شده بودند آمار چشمگیری از افزایش مرگ ناشی از سرطان لوزالمعده مشاهده شد، (6 مورد در مقایسه با 3/1مورد پیش بینی شده) ولی این آمار در مورد کارگران با مدت استخدام کوتاهتر صادق نبود[12).

در یک مطالعه دیگربا مقایسه نسبت مرگ و میر بین کارگران توریمی و مردم عادی مشخص شد که نسبت مرگ و میر به علت سرطان ریه و سرطان لوزالمعده بیشتر است. یک زیر گروه از کارگران که به‌خاطر کارشان به شدت در معرض پرتو بودند، نسبت مرگ و میر(SMR) برای سرطان ریه 68/1 و برای سرطان لوزالمعده (پانکراس) 3/4 برابر بود(13).

در سال 1970 یک مقدار چشمگیر وقوع سرطان در بافتهای لنفاوی و خونساز در کارگران آسیاب اورانیوم مشاهده شد. (یک گروه 662 نفری از مردان) و مشخص شد که رادیواکتیویته ی درون غدد لنفاوی برونشیال (نای) کارگران، در درجه‌ی اول ناشی از تابش آلفا از توریم-230 است و نه از اورانیوم-234 و یا اورانیوم-238. در سال 1976 در یک آزمایش، موشها در معرض غلطت‌های مختلفی از توریم دی اکسید به مدت 9-6  ماه قرار گرفتند. نویسندگان نتیجه‌گیری کردند که نوع بروز و نوع بافت تومور‌های پیشرفته ی ریوی، تابعی از شدت تابشی به ریه‌ها بود (6).

مطالعه تاثیرات توریم وارد شده به بدن از طریق بلع

در یک مورد آزمایش (1948) بلع mg  1000 توریم نیترات به ازای یک کیلوگرم از وزن در روز در موش‌ها از راه دهان، منجر به مرگ آنها شد. در حالی‌که ورود mg 760 منجر به هیچ مرگ و میری نشد. در بررسی‌های کالبدشکافی خون ریزی‌های گاه به گاه گزارش شده است، اما در احتمالا خونریزی باعث مرگ موشها شده است یا خیرگزارشی وجود ندارد. در همین آزمایش گروه دیگری از موشها در طی 4 ماه که در معرض mg 123 به ازای یک کیلوگرم وزن توریم نیترات محلول در آب بودند، 50% موشهای تحت آزمایش و 10% موشهای معمولی تحت کنترل مردند. در هردو آزمایش (شدید و در طی 4 ماه) هیچ علت مرگی گزارش نشد. اما این مرگ و میرها ممکن است به‌علت سوء تغذیه باشد. زیرا موشهای مورد آزمایش غذای بسیار کمی می‌خوردند و وزن بدنشان به شدت کاهش می‌یافت(14).

مطالعه تاثیرات

توریم وارد شده به بدن با تزریق توروتراست (Thorotrast)

یکی دیگر از راه‌های ورود توریم به بدن با تزریق توروتراست و اغلب تاثیرات سرطانی مربوط به توریم حاصل از تزریق توروتراست است. توروتراست، توریم دی‌اکسید به صورت سوسپانسیون کلوئیدی و شامل تقریبا 20% توریم-232 است که توسط دکستران تثبیت می‌شود. توروتراست به‌عنوان عامل کنتراست رادیوگرافی بیشتر جهت آنژیوگرافی مغزی و آرتریوگرافی از اعضای بدن بین سالهای 1955-1928 استفاده می‌شد. پیش بینی می‌شود که در سراسر جهان حدود 50000  تا 100000بیمار، توروتراست مصرف کرده‌اند. گزارش شده است که توریم-232 موجود درتوروتراست، اکتیویته‌ای معادل /ml nCi 2/24 دارد. بنابراین در ازای تزریق مقدار mL 75-1، اکتیویته مساوی nCi/kg body weight 26-5/3 می باشد.

از آثار منفی توروتراست، تشکیل "گرانولوما" و یا  “ thorotrastomas” در محل تزریق است که عموما حدود 6-4 سال پس از ورود این ماده به بدن "گرانولوما" در محل تزریق مشاهده می‌شود.

اختلالات خونی ( کم‌خونی همولیتیک و آپلاستیک، میلوفیبروزیس / سرطان مغز استخوان نادر، سرطان خون ) 20 سال پس از تزریق ظاهر شدند و همچنین همانژیوسارکوما (نوعی سرطان) در کبد پس از 30-25 سال از تزریق توروتراست مشاهده شد. کم‌خونی همولیتیک نوعی کم خونی ناشی از تخریب سلولهای قرمز است و کم‌خونی آپلاستیک نوعی کم خونی است که در آن مغزاستخوان، گلبولهای قرمز و سایر محصولات خونی را تولید نمی کند.

در سال 1983 نیز یک ارتباط میان مقدار توروتراست تزریقی و پیدایش تومورهای کبدی یافت شد. با مشخص شدن پتانسیل سمیت توروتراست، استفاده از آن متوقف شد [15 و 16). در سال 1972 یک محقق گزارش کرد که در برون دهی قلب، نبض، فشار یا حجم بطن چپ و یا زمان لخته شدن خون در سگهایی که تزریق داخل وریدی تا mL 1 توروتراست داشتند، تغییرات قابل توجهی ملاحظه نشده است (17).

تحقیقات در ارتباط با اثرات کبدی مصرف این ماده نشان داد که سیروز شدید کبدی یکی از اولین اثرات سیستمی پس از تزریق توروتراست در انسان است. در موشهایی که با یک شدت مخصوص از توروتراست آزمایش شدند، اجازه داده شد تا 15 ماه زنده بمانند، تغییرات مخرب کبدی شامل نکروز(مجموعه ای از سلولها یا بافتهای مرده در یک قسمت از بدن)، فیبروز و سیروز دیده شد. فیبروز در بافت‌ها با افزایش مقدار رسوب توریم و مدت زمانی که توریم در آن باقی می‌ماند بیشتر می‌شود. فرآیند فیبروز شدن ممکن است در اثر هیالورونیزه شدن، تغییرات فیبرینوئیدی و کلسیفیه شدن بافت ایجاد شود.

شکل 1- تصویر ماکروسکوپی از همانژیواندوتلیوم کبدی، 31 سال پس از تزریق توروتراست به بدن  (18).

تصاویر میکروسکوپی حاصل از این وضعیت (شکل 1) نشان داد که تومورهای جامدی در کنار سینوس‌ها رشد کرده است که از نظر ظاهری شبیه همان اندوتلیوم هستند که نواحی را تشکیل داده‌اند که سفتی و سختی آن به دلیل فضاهای مویرگی که با بزرگنمایی تشخیص داده می‌شد نسبت به تصویر ماکروسکوپی آشکارتر بود.

مطالعه تاثیرات توروتراست بر سیستم ایمنی مشخص کرد که فیبروز گره‌های لنفاوی دارند که موجب انسداد رگ‌های لنفاوی است. همچنین در بیمارانی که مقادیر نامشخصی تزریق داخل وریدی توروتراست داشتند، فیبروز طحال یافت شد. در رابطه با تأثیرات توروتراست بر روی سیستم عصبی و یا رفتارهای تولیدمثلی رشد مطالعات دقیقی صورت نگرفته است. اما در ارتباط با اثرات ژنوتوکسیک مشخص شده است که تزریق داخل وریدی توروتراست منجر به ناهنجاری‌های کروموزومی از طریق تابش در بیماران می شود و یک رابطه ی مستقیم میان ناهنجاری‌های کروموزومی و مقدار توروتراست تزریقی وجود دارد.

محققان نشان دادند که تاثیرات سمّی(توکسیک) توروتراست بیشتر از تابشهای آلفا ناشی می‌شود تا خواص شیمیایی یا کلوئیدی. درباره‌ی اثر شدت، میان مقدار توروتراست و وقوع تومورهای کبدی در انسان رابطه‌ای دیده می‌شود. طی یک آزمایش که توروتراست غنی شده با توریم-230 را به موشها تزریق کردند، یک رابطه ی خطی میان سطوح تابشی و وقوع تومور یافت شد. همچنین مطالعات انجام شده بر روی موش‌ها در رابطه با توروتراست نشان داد که ارتباط مستقیمی بین میزان تزریق و تعداد سلول‌های توموری کبد و طحال وجود دارد (6, 18).

شکل 2- گرانولومای گردنی در دو طرف گردن. رادیوگراف‌های به دست آمده از نمونه‌های کالبدشکافی شده که مرگ به علت خفگی حاصل از بزرگ شدن توده گرانولومایی در دو طرف گردن رخ داده است. پروب‌ در تصویر در کنار سرخرگ کاروتید قرار دارد (18).

میزان جذب توریم وارد شده به بدن از طرق مختلف

بررسی میزان جذب توریم از طریق استنشاق نشان داد که میزان جذب توریم از طریق ریه‌ها به ماهیت شیمیایی ایزوتوپ آن و اندازه ذرات معلق آن در هوا بستگی دارد. با افزایش اندازه ذرات (بیشتر از 2 میکرومتر) رسوب آنها در مسیرهای تنفسی موش افزایش می‌یابد به جز نواحی آلوئولی که با افزایش اندازه ذرات، رسوب آنها در این نواحی کاهش می‌یابد. همچنین بر اساس نتایج تحقیقات انجام شده، میزان جذب ذرات معلق توریم-232 با میزان ته نشین شدن آنها در نواحی آلوئولی متناسب است و ارتباط خطی بین آنها وجود دارد. سطح توریم- 230 و 232 در ریه‌ها برای افرادی که در مکانهایی همچون معادن فعالیت می‌کنند به طور قابل توجهی نسبت به افراد دیگر بالاتر است و طی شواهد به دست آمده می‌توان اثبات کرد که مسیر عمده و اصلی قرار گرفتن در معرض توریم، از طریق استنشاق است (20).

شکل 3- توموگرافی کامپیوتری سینه نشان‌دهنده توده بزرگی در دیواره سینه است که با افزایش وازکولاریته (حالت عروقی) و کلسیفیه شدن، فضای زیادی را اشغال کرده است (19).

همچنین از تاثیرحلالیت و اندازه ذرات در جذب آنها اطلاعاتی به دست آمده است. طبق این نتایج، میزان جذب توریم-EDTA [6] از راه گوارشی، 60 مرتبه بیشتر از جذب آن به صورت توریم دی اکسید است. میزان جذب توریم نیترات هم 4 مرتبه بیشتر از جذب توریم دی اکسید  و میزان جذب توریم کلراید 10 یا 20 مرتبه بیشتر از جذب توریم دی اکسید گزارش شده است که این نتایج به غلظت آن وابسته است. متفاوت بودن مقدار جذب نیز به حلالیت شکل‌های متنوع شیمیایی این عناصر مربوط می‌شود (21).

میزان توزیع توریم وارد شده به بدن از طرق مختلف

در یک مطالعه غلظت‌های متوسط توریم-232، توریم-230 و توریم-228 در استخوان و دیگر بافت‌های نرم موجود در نمونه‌های تشریح شده از جمعیت‌های کنترل از مناطق grand junction, Colorado و واشنگتون بررسی شد. بیشترین غلظت از هر سه ایزوتوپ توریم در گره‌های لنفاوی نواحی برونشیال و ریه‌ها و استخوان‌ها یافت شد که به ترتیب دارای بیشترین اکتیویته از ایزوتوپ‌های توریم بودند. وجود بیشترین اکیتیویته در گره‌های لنفاوی حاکی از این است که مقداری از توریم موجود در ریه‌ها به وسیله سیستم لنفاوی پاکسازی شده و در گره‌های لنفاوی رسوب می‌کنند. یک توضیح ممکن برای اکتیویته بیشتر توریم-228 نسبت به توریم-232 در استخوان این است که بخش عمده توریم-228 ممکن است از طریق جذب رادیوم-228 باشد (رادیوم نسبت به توریم به مقدار بیشتری از مسیرهای گوارشی جذب می‌شود). رادیوم-228 در استخوان تغلیظ می‌شود و به توریم-228 تنزل می‌یابد. همچنین مطالعه‌ای در موش‌ها نشان داد که بیشترین مقدار توریم-227 پس از تزریق از ناحیه داخل صفاقی به استخوان مربوط می‌شود. بنابراین؛ این توضیح دیگری برای توجیه سطح بالاتر توریم-228 نسبت به توریم-232 در استخوان است. بیشتر توریم-232 نسبت به توریم-230 در ریه‌ها و گره‌های لنفاوی باقی می‌ماند که دلالت بر این دارد که توریم-230 نسبت به توریم-232 با سرعت بیشتری در ریه‌ها به حالت محلول در می‌آید که می‌تواند به این دلیل باشد که توریم-230 با اندازه ذرات کوچکتری نسبت به توریم-232 از مسیر استنشاقی جذب می‌شود. توریم-230 با سرعت بیشتری از ریه‌ها پاکسازی می‌شود و به استخوان منتقل می‌شود. پایین بودن مقدار توریم در سیستم رتیکولواندوتلیال (کبد، طحال و مغز استخوان) با مقدار توروتراست (Th0₂ coloid) پس از تزریق داخل وریدی مغایرت دارد که ناشی از وجود ماکروفاژها در سیستم رتیکولواندوتلیال است که توریم به وسیله آنها در دام می‌افتد. مقدار شدت توریم جذب شده از محیط در اندام‌های متفاوت انسان شامل گره‌های لنفاوی، استخوان، ریه‌ها، کبد و کلیه‌ها به ترتیب 5/4-2/2، 44/0-41/0، 23/0-19/0، 071/0-057/0 و 072/0-071/0 mrad/year  می‌باشد. مقدار شدت جذبی در اندام‌های موجودات زنده‌ای که در مجاورت انتهای معادن اورانیوم هستند، بیشتر می‌شود و حتی مقدار جذب در اندام‌های افرادی که در معادن کار می‌کنند بالاتر نیز می‌رود (mrad/year 5/10-8/4 در گره‌های لنفاوی و mrad/year  5/1-2/1 در ریه‌ها) (22, 23).

 در یک تحقیق در ارتباط با توزیع توریم جذب شده از مسیر دهانی اطلاعات حاصل از کالبدشکافی افرادی که در معرض توریم موجود در محیط قرار گرفته بودند، نشان داد که گره‌های لنفاوی مربوط به نواحی ریوی دارای مقدار بیشتری توریم بودند (به طور متوسط 4/53 میکروگرم بر کیلوگرم) و پس از آن ریه‌ها و استخوان‌ها بودند (24). در این تحقیق تخمین زده شد که مقدار توریمی که به طور روزانه از طریق غذا، آب و استنشاق وارد بدن می‌شود 92/2  میکروگرم در روز است، با در نظر گرفتن اینکه سهم عمده آن یعنی 27/2 میکروگرم در روز از طریق خوردن غذا و آب می‌باشد.

همچنین امروزه تحقیقاتی انجام شده است که نشان می‌دهد موها و ناخن‌ها شاخص‌های زیستی عمومی هستند که در معرض‌ قرارگیری بدن در برابر مواد رادیواکتیو مشخصی را به مدت طولانی (ماه‌ها و حتی سال‌ها) نشان می‌دهند. بر اساس تحقیقاتی که در شهر نیسکا بانجا[7] از نواحی کشور صربستان انجام شده است، این شهر به طور طبیعی در معرض عناصر رادیو اکتیو مشخصی از جمله توریم و اورانیوم است که منشأ آن به دریاچه‌ای در جنوب صربستان برمی‌گردد. میزان این عناصر در موها و ناخن‌ها اغلب، منعکس‌کننده میزان این عناصر در دیگر بافت‌های بدن است.  در این تحقیق میدانی موها و ناخن‌های 26 داوطلب (19 زن و 7 مرد) جمع‌آوری شد که همه آنها از اهالی این شهر بودند. طبق نتایج به دست آمده از این تحقیق، ارتباط معنی‌دار قابل توجهی بین این عناصر در موها و ناخن‌ها وجود دارد که مستلزم انجام تحقیقات بیشتری است (25).

پیامدهای توریم برای محیط زیست آبی

آبهای سطحی و زیرزمینی غلظت پایینی از توریم حدود 9/2-0009/0 میکروگرم بر لیتر دارند و آبهای آلوده در جنوب شرقی برزیل دارای 1400-800 میکروگرم بر لیتر توریم هستند ^.(26]. توریم یک عنصر چربی دوست است و از نظر رفتارهای ژئوشیمیایی بسیار شبیه لانتانیدها (به خصوص سریوم) عمل می‌کند. استخراج توریم از منابع معدنی حاوی آن و استفاده رو به رشد آن در صنعت موجب افزایش غلظت این عنصر در محیط زیست به خصوص در آبها شده است. محققان برزیلی تغییرات بیوشیمیایی و سایتوژنتیکی گربه ماهی نقره‌ای را هنگام قرارگیری در معرض توریم بررسی کردند. تغییر در پارامترهای اکسیداتیو آبشش‌های گربه ماهی نقره‌ای مربوط به تجمع توریم در این اندام بود. در واقع با کاهش آنزیم گلوتاتیون-S- ترانسفراز و افزایش پراکسیداسون لیپیدها در غلظت 2/742 میکروگرم بر لیتر توریم در آبشش‌های گربه ماهی نقره‌ای، آسیب اکسیداتیو در این اندام رخ داده بود. سمیت شیمیایی توریم ممکن است مشابه آنالوگ‌های شیمیایی پایدار آن یعنی سریوم باشد اما فعالیت یونیزاسیونی آن در ارتباط با تنزل رادیواکتیویته توریم-232 است که منجر به اثرات سمی در اندام می‌شود. حلالیت و دسترسی زیستی عناصری مانند توریم و سریوم تحت تأثیر فاکتورهای مهمی مانند pH، غلظت و لیگاند مورد استفاده و دما قرار دارد. یون‌های Th⁴⁺  تمایل به تشکیل گونه‌های هیدرولیزه و ترکیبات نامحلول در محیط‌های آبی دارند.

دافنی ماگنا [8]که در رده آبشش‌پایان، شاخه بندپایان و زیرشاخه سخت‌پوستان است، از شاخص‌های زیستی در ارزیابی میزان سمیت فلزات در محیط‌های آبی محسوب می‌شود زیرا برخی از ویژگی‌های آن مانند رشد سریع و نرخ باروری بالا این گونه را در سنجش تغییرات محیط آبی به عنوان یک شاخص مناسب مطرح کرده است. در مطالعات سم‌شناسی دافنی ماگنا در پاسخ به سموم آلی، معدنی و آلاینده‌ها بررسی شده است. در یکی از تحقیقات انجام شده در رابطه با اثر توریم و سریوم بر روی دافنی ماگنا از محیط کشت آبی اصلاح شده [9]که دارای مقادیر مشخصی از پتاسیم کلراید، منیزیم سولفات و... در 8/7 pH بود استفاده گشت. طبق نتایج اثر سمیت حاد توریم و سریوم قابل مقایسه‌اند، اثر این عناصر بر روی دافنی ماگنا (شکل 4) که به صورت عدد EC₅₀ [10] گزارش می‌شود در طی زمان 24 ساعت برای توریم 3/7 میکرومولار و برای سریوم 4/16 میکرومولار  و در طی زمان 48 ساعت برای توریم 7/4 میکرومولار و برای سریوم 7/10 میکرومولار بوده است که بر این اساس توریم در غلظت‌های پایین‌تر برای دافنی ماگنا آثار سمی بیشتری دارد؛ گرچه هر دو این عناصر موجب کشته شدن تعداد زیادی از جانداران دافنی ماگنا در غلظت‌های بالا شدند به طوری که در پایان آزمایش فقط سه عدد از جانداران دافنی ماگنا در هر گروه زنده ماندند. توریم در غلظت‌های کمتر از 22/0 میکرومولار تأثیری در اندازه میانگین نوزادان هر والد نداشت. سریوم ممکن است با القای جایگزینی و یا تعویض کلسیم موجب تداخل در چرخه پوست اندازی دافنی ماگنا شود؛ اما توریم به عنوان یک عنصر رادیواکتیو با نیمه عمر بالا به طور طبیعی پرتوهای آلفا، بتا و گاما ساطع می‌کند که آثار سمی بر روی دافنی ماگنا اعمال می‌کند. انرژی پرتوهای یونیزه کننده توریم موجب یونیزاسیون مولکول‌های آب و تولید رادیکال‌های آزاد می‌شود که ممکن است با افزایش آثار مخرب توریم، محصولات دختر حاصل از زوال توریم در جاندار دافنی ماگنا تولید شود. هرچند سریوم به صورت یون‌های محلول در آب و توریم به کار برده شده به صورت ذرات نامحلول در فرم ThO₂ در محیط دافنی ماگنا قرار داده شد.

شکل 4- تصویر دافنی ماگنا، جانداری آبزی از زیرشاخه سخت‌پوستان

به طور کلی با در نظر گرفتن تفاوت در اشکال شیمیایی و دسترس‌پذیری زیستی، اثرهای سمیتیCe³⁺  و ThO₂  بر روی دافنی ماگنا متفاوت است. با توجه به این که این بررسی از اولین تحقیقات انجام شده در رابطه با سمیت توریم در محیط‌های آبی است، تحقیقات بیشتری در این زمینه باید انجام گیرد (1).

نتیجه‌گیری

با پیشرفت سریع تکنولوژی در جهان، کاربرد مواد رادیواکتیو و استفاده از پرتوهای یون‌ساز پیشرفت قابل توجهی داشته است و استفاده از منابع پرتوزا به ویژه جهت مقاصد صنعتی، پزشکی و حرفه ای رو به گسترش است. توریم یکی از فراوان‌ترین فلزات موجود در طبیعت است که با داشتن پرتوهای آلفا، بتا و گاما، انرژی‌هایی ساطع می‌کند که در صورت برخورد با آن، نگرانی‌هایی در رابطه با پیامدهای آن وجود دارد. این فلز رادیو اکتیو و نامحلول از راه‌های مختلفی مانند استنشاق، دهان و یا جذب پوستی وارد بدن شده و میزان جذب و توزیع آن بر حسب مسیر ورودی آن در بدن متفاوت است. پیامدهایی همچون مرگ، سرطان، فیبروزهای کبدی، گرانولوما و اختلالات خونی برای افرادی که در مواجهه با این ماده بوده اند دیده شده است. البته بسیاری از این پیامدها به دلیل استفاده از توریم در حوزه پزشکی و در تصویربرداری بوده است که بدین منظور توریم دی‌اکسید به فرم کلوئیدی با نام تجاری توروتراست به عنوان عامل کنتراست به کار برده شده بود. چندین سال بعد، پس از اثبات آثار زیانبار این ماده، استفاده از آن متوقف گشت. اما چون تزریق توروتراست تنها راه ورود توریم به بدن نیست نگرانی‌ها در این مسئله همچنان وجود دارد و با توجه به ناکافی بودن تحقیقات در این امر، در بسیاری از پیامدهای ناشی از آن نظر قطعی نمی‌توان داد. به دلیل اهمیت نقش اکوسیستم‌ها به خصوص در محیط آبی، آثار سمیت توریم برای جانداران شاخص در این‌ محیط‌ها نیز باید بیشتر ارزیابی شود.

تشکر و قدردانی

از حمایتهای دانشگاه شهید مدنی آذربایجان و پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای و دانشگاه فنی و حرفه ای در تدوین این مقاله صمیمانه تقدیر می‌شود.

[1] Tiron

[2] Silibin (SLB)

[3] Phytic acid (PA)

[4] Diethylenetriaminepentaacetic acid

[5] Standard Mortality Ratio

[6] Ethylenediaminetetraacetic acid

[7] Niska Banja

[8] Daphnia magna

[9] Modified reconstituted water  

[10] Half maximal effective concentration