Заметки фитохимика. Радио-банан

Каждое чудо должно найти свое объяснение, иначе оно просто невыносимо…
К.Чапек

Я практически не касаюсь в своих статьях вещей, которые повсеместно описаны и легко доступны, к примеру макро- и микроэлементного состава фруктов/овощей. Но вот для банана решил сделать исключение. В банане много калия! Подними любого среди ночи и спроси, что полезное есть в банане — получишь ответ “калий для сердца” (утрирую, но не далеко от истины). А калий, он элемент непростой. В общем, чтобы узнать так ли велика радиоактивность от банана и так ли она страшна — идем под кат.
p.s. заметка “по просьбам трудящихся”.

Калий относится к т.н. биогенным элементам, т.е. он постоянно присутствует в живом организме и играет важную биологическую роль. В теле человека содержится около 0,35% калия. 98% из этого количества приходится на клетки, а остальные 2% — это внеклеточная жидкость (в том числе и кровь). Градиент концентраций поддерживается т.н. “Na+/K+ насосом”. Факт наличия электрохимического градиента калия между внутриклеточным и внеклеточным пространством важен для работы нервной функции (реполяризация клеточной мембраны, например). При гипокалиемии (недостатке калия) вследствие замедления реполяризации желудочков увеличивается риск нарушения сердечного ритма, который зачастую может привести к остановке сердца. В общем, ясно что очень организму нужен. Поступает он, в большинстве случаев (как и другие микроэлементы) с продуктами питания.

Важно! При необходимости уточнить какие-то данные по определенным микроэлементам, я пользуюсь базой департамента США по сельскому хозяйству (United States Department of Agriculture Agricultural Research Service, оно же USDA) и вам настоятельно советую.

Так вот, по данном этой базы, в бананах примерно 358 мг калия на 100 г продукта, сравнимой “мощностью” из доступных тропических “гостей” обладает только киви со своими 522 мг калия. Все остальное достаточно редкие штуки (тамаринд — 628 мг, авокадо — 485 мг (не редкое, в суши часто встречается), дуриан — 436 мг, гуава — 417 мг, маракуйя — 348 мг). При этом сравните с родненькими “возле каждого выхода из метро” продуктами: укроп — 738 мг, шпинат — 558 мг, петрушка — 554 мг, кинза — 521 мг, даже щавель тот лесной и то 390 мг на 100 грамм продукта содержит. Есть и в овощах кой-чего: капуста брюссельская — 389 мг, тыква — 340 мг, смородина черная — 322 мг. Так что перед очередным “найти %nutrient% за 60 секунд на полке с субтропическими фруктами”, гляньте по USDA базе, может все уже есть в морковке или кабачках…

В любом овоще/фрукте/зелени помимо калия, есть и его изотопы. Стабильными являются 39K (93,08% от общей массы), 40K (0,01% от общей массы, период полураспада 1,248*109 лет), 41K (6,91% от общей массы). Все остальные живут от часов до наносекунд и распадаются:

Необычен наш микроэлемент (относительно других) тем, что имеет изотоп 40K, который является редким примером изотопа, который подвергается обоим типам бета-распада. Приблизительно в 89,28% случаев он распадается на кальций-40 (40Ca) с испусканием бета-частицы (β, электрон ) с максимальной энергией 1,31 МэВ и антинейтрино. Около 10,72% времени он распадается на аргон-40 (40Ar) путем захвата электронов с испусканием гамма-излучения с энергией 1,460 МэВ и нейтрино. Радиоактивный распад этого конкретного изотопа объясняет большое содержание аргона (почти 1%) в земной атмосфере, а также высокое его содержание по сравнению с 36Ar. Очень редко (в 0,001% случаев) он распадается до40Ar, испуская позитрон (β+) и нейтрино. Про последнюю реакцию писалось в Хабра-статье . Дескать банан-источник антиматерии.

Благодаря озвученным фактам, именно 40K является крупнейшим источником естественной радиоактивности животных, включая человека. В грамме природного калия происходит в среднем 32 распада калия-40 в секунду (32 беккереля, или 865 пикокюри или примерно одна триллионная часть кюри). Человеческое тело весом 70 кг содержит около 175 г калия, следовательно, каждую секунду происходит около 5400 распадов (≈ 5400 беккерель), притом непрерывно на протяжении всей человеческой жизни.

Беккерель (русское обозначение: Бк; международное: Bq) — единица измерения активности радиоактивного источника в Международной системе единиц (СИ). Один беккерель определяется как активность источника, в котором за 1 секунду происходит в среднем 1 радиоактивный распад. Единица названа в честь французского учёного Антуана Анри Беккереля, одного из первооткрывателей радиоактивности.

В принципе, ничего тут удивительного нет. В природе существуют и более радиоактивные продукты питания, притом радиоактивные не только из-за 40K, но и, к примеру, радия (изотопы 226Ra, 228Ra). В качестве примера отлично подойдет бразильский орех, радиоактивность которого может достигать 12000 пикокюри на килограмм и выше (450 Бк/кг и выше).

На заметку: хуже всех в этом плане приходится курильщикам, так как табак содержит не только уже упомянутый радий 226Ra, но торий 234Th, полоний 210Po и еще кучу всего.

Но почему-то товарищ Гэри Мэнсфилд из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, делая рассылку по ядерной безопасности RadSafe в 1995 году, написал именно про “банановую эквивалентную дозу” и началась новая эпоха. Эпоха радиактивного банана (банановый эквивалент — штука гораздо более ядреная, чем банановый аргумент, описанный в статье).

Эквивалентная доза банана (BED) — это абсолютно неофициальная единица, которая характеризует воздействия ионизирующего излучения. Ее основное назначение — выступать в качестве доступного даже рядовому пользователя эталона, с которым можно легко сравнить дозы радиоактивности. Фактически это инструмент для описания бесконечно малых доз радиации (и бесконечно малых рисков для населения от них). Выдержка из Википедии (RU):

… Поскольку смерть или тяжелое заболевание, вызванное малой дозой облучения (ниже 0,5 Гр) крайне редки, выяснилось, что уверенно связать их с воздействием радиации на организм невозможно — потребуются наблюдения в течение длительного времени (более 12-ти лет) над огромной выборкой людей, подвергшихся облучению в такой дозе. Более того, было обнаружено положительное влияние малых доз радиации на живые организмы — гормезис. С малыми дозами радиации также связан феномен массового сознания, когда неопределенность в вопросе безопасности (или уверенность в том, что существующая опасность незначительна) трактуются как заведомое наличие опасности и формируется массовый страх перед малыми дозами радиации.

Пару слов про радиационный гормезис:

Термин радиационный гормезис был предложен в 1980 году Т. Д. Лакки и означает благоприятное воздействие малых доз облучения. Механизм радиационного гормезиса на уровне клетки теплокровных животных состоит в инициировании синтеза белка, активации гена, репарации ДНК в ответ на стресс — воздействие малой дозы облучения (близкой к величине естественного радиоактивного фона Земли). Эта реакция в конечном итоге вызывает активацию мембранных рецепторов, пролиферацию спленоцитов и стимуляции иммунной системы. (1994 г. — доклад Международного комитета ООН по действию атомной радиации).

Будучи воспитанником кафедры химии высоких энергий, я к понятию гормезиса (~радиационного гормезиса) отношусь с уважением (уважение, в свое время подкрепилось экспериментальной куросовой работой в одной из больниц). Но таки считаю, что маленькое но постоянно, вреднее чем большое, но единоразово. Капля камень точит.

Чтобы получше ориентироваться, что малая доза, а что НЕ малая — можно использовать, помимо бананового эквивалента и наглядное пособие — сводную таблицу доз облучения (увеличить), созданную инженером и популяризатором науки Рэндаллом Патриком Монро (прим. мое — банановый эквивалент обведен красной рамкой).

Ну а если таблица по каким-то параметрам не устравивает, возвращаемся к нашему банановому эквиваленту. 1 BED приблизительно равен дозе радиоактивности, которую человек получает при употреблении в пищу одного среднего размера банана, весом около 150 г (5,3 унции) с активностью изотопов примерно 15 Бк. Рассчитывается это все умножая ожидаемую эквивалентную дозу которую может хватануть взрослый человек за 50 лет от чистого изотопа 40K на активность изотопа и на массу калия в банане. Получаем:

1 BED ≈ 5,02 нЗв/Бк х 32 Бк/г х 0,537 г ≈ 86 нЗв = 0,086 мкЗв (µSv) = 8,6 микрорентген (μrem)

В основном принято округлять это значение до 0,1 мкЗв (10 микрорентген) для упрощения расчетов и простоты восприятия. В общем, если съедать по одному среднему банану в год, суммарная эквивалентная доза будет ≈ 37 мкЗв ≈ 3,7 мбэр.

Кстати, ожидаемая эквивалентная доза (5,02 нЗв/Бк) взята из американских источников (EPA). А вот Международная комиссия по радиологической защите использует другое значение для этого коэффициента = 6,2 нЗв/Бк и тогда при пересчете циферка получится не такая красивая. Считать будет сложнее, представлять масштабы и т.п. Поэтому используют американские данные.

На заметку: т.е. теоретически, используя приведенную формулу может создать свой %ОВОЩ/ФРУКТ% эквивалент относительно 40K. К примеру, средний вес товарного клубня сорта (мешок которого Лукашенко подарил Путину на Новый год) составляет 100 грамм. Идем смотреть базу департамента США по сельскому хозяйству на факт содержания калия в картофеле. Важно еще выбрать правильный вариант (с кожицей/без и т.п.). Ну пусть в среднем будет 430 мг калия. Считаем и получаем 6,9 микрорентген. Выводы делайте самостоятельно (или не делайте, а читайте дальше).

Почему единица является неофициальной (и даже шуточной)? А потому что “внешний” калий (а значит и его изотопы), поступивший в организм с пищей, в нем не накапливается (т.е. “банановая доза” не является кумулятивной). Виной тому гомеостаз человеческого организма.

Гомеоста́з (др.-греч. ὁμοιοστάσις от ὅμοιος «одинаковый, подобный» + στάσις «стояние; неподвижность») — саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия.

Т.е. любой избыток компонента, поступивщий с пищей, достаточно быстро компенсируется выводом такого же количества с выделениями организма. Фактически, дополнительное облучение, вызванное употреблением банана, длится всего несколько часов после приема, то есть до тех пор, пока почки не восстановят нормальное содержание калия в организме. Говорит нам об этом и документ, выпущенный Агентством по охране окружающей среды США. Процитирую:

Для радиоизотопов элементов, активно участвующих в гомеостазе человеческого тела поправочные коэффициенты для расчета риска вдыхания или проглатывания, приведенные в этом документе, не подходят для применения в некоторых случаях. Например, коэффициент риска проглатывания для 40К не подходит для расчета при употреблении природных продуктов, содержащих повышенное содержание 40К. Это связано с тем, что биокинетическая модель, используемая в этом документе, подразумевает относительно медленное удаление этого элемента (биологический период полураспада 30 дней), что имеет место при среднестатистических объемах поступления калия в организм. Резкое же повышение употребления калия с продуктами приводит к выведению из организма равной массы биогенного калия (в том числе и изотопа 40К) за короткий период.

Плюс ко всему, если предполагаемое время нахождения некой массы, насыщенной изотопом, в организме уменьшается в N раз (из-за одновременного приема слабительного, к примеру), то и расчетная эквивалентная поглощенная доза уменьшается в N раз тоже.

Так что… Гораздо более вредным явлением, на мой взгляд, является случай, когда множество маленьких источников излучения объединяются (в хранилищах или на складах). Недаром ходят байки о ложных срабатываниях датчиков ионизирующей радиации на таможнях США, когда через пропускной пункт проезжали машины груженые бананами.

Не знаю, многие ли в курсе, но Канада, Беларусь и Россия — являются крупнейшими производителями калийных удобрений в мире (!). Чаще всего эти удобрения идут в виде хлорида калия КCl, калимагнезии K2SO4*MgSO4 и редкой калийной селитры KNO3. А тут уже масштабы далеко не банановые. К примеру, в 1 кг самого распространенного калийного удобрения KCl (хлорид калия) ~ 524 грамма калия, т.е. это почти 1000 BED (тысячу бананов). Естественно никто в здравом уме есть это удобрение не будет, да и не сможет, т.к. довольно сильный яд. Но вот часто видел, особенно во время весенней посевной в Беларуси, мужиков, прилегших отдохнуть на мешки с удобрениями.

Грубо говоря — нашпигует электронами (распад с выделением гамма-кванта не берем в расчет) спину довольно быстро. Полиэтилен мешка не спасет. Ниже картинка для тех кто забыл уроки ГО (или у кого их попросту не было 🙁 )

Бета-частицы (электроны) более или менее могут поглощаться только несколькими миллиметрами алюминия. Обматывайтесь фольгой, перед тем как прилечь, что ли…

В завершение, как всегда, маленькая лабораторная работа на тему “изучаем дозиметр”. На картинках сравнение бананов и некоторых солей, содержащих калий.

Излучение от свежей китайской щелочи

Вот такая банка с китайским КОН (гидроксид калия). Думаю средство для прочистки труб “Крот” шпигует электронами похоже (если там используется KOH, а не более дешевый NaOH)

Дает вот такой фон

А вот такие значения у китайского же KCl (хлорид калия)

Ну и разговор про соли был бы неполным, если не упомянуть КBr (тот самый, седативный, который якобы скармливают солдатикам в козармах для уменьшения либидо), советского еще производства

Разница, как говорится, видна невооруженным глазом. Так что…

Мораль заметки: радиоактивность банана=существующая тысячелетиями радиоактивность изотопа 40К. Если вы прибыли из созвездия Сириуса (и это смогут подтвердить все догоны) с другим уровнем фоновой радиации — от бананов придется отказаться (и от беларуской картошечки, кстати, тоже), а всем остальным — “не думайте про это”. Курение, кстати, вредит гораздо сильнее (по объективным причинам, вроде того, что гамма-излучение, возникающее при распаде изотопов имеющихся в табаке, проникает сильнее, чем какой-то там электрон из банана).

Cергей Бесараб (Siarhei V. Besarab)

 
Источник

BED, банан, банановая эквивалентная доза, банановый эквивалент, беккерель, гомеостаз, догоны, дозиметрия, заметки фитохимика, изотопы калия, калийные удобрения, малые дозы радиации, радиационный гормезис, радиация Сириуса, радиация табака, радиоактивность, фоновая радиация

Читайте также