Материал: полный текст

При выпасе скота одновременно с травой поступают радиоактивные частицы, почвенный грунт и отмершие части растений, содержащие радионуклиды. В организм крупного рогатого скота может поступать 300-600 г почвы. С водой поступление радионуклидов на несколько порядков ниже, чем с кормом.

В желудочно-кишечный тракт с кормом и почвой радионуклиды поступают в различных формах: 1) ионы, входящие в состав травянистого корма; 2) аэрозоли, адсорбированные на поверхности растений; 3) структурные и химические соединения, входящие в состав кормов; 4) силикатные и карбонатные частицы различной растворимости и др. Радионуклиды, попавшие в организм с кормом, включаются в основные процессы обмена веществ, т.е. всасывание в кровь, транспорт с кровью по организму, поступление и накопление в органах и тканях организма и выведение из организма. Основное место всасывания радионуклидов — кишечник, отделы которого по интенсивности всасывания располагаются в убывающем порядке.

На величину и скорость всасывания влияет концентрация радионуклидов в корме (прямая связь) и количество поступивших радионуклидов (чем больше видовой состав радионуклидов, тем меньше всасывается каждый отдельный радионуклид. 
Из физиологических особенностей животных наибольшее влияние на всасывание оказывают:

- строение пищеварительного тракта (у животных с однокамерным желудком всасывание выше, чем у животных с четырехкамерным желудком);

- возраст животных (у молодых животных интенсивный обмен веществ и высокая проницаемость мембран клеток кишечника, поэтому всасывание радионуклидов в 2-10 раз выше, чем у старых животных);

- масса животных (у мелких животных активный обмен веществ и активное всасывание радионуклидов с последующим распределением на меньшую массу);

- режимы организма (подвижные, активные животные имеют большие коэффициенты всасывания, чем пассивные);

- продолжительность контакта радионуклидов с клетками желудочно-кишечного тракта и скорость переваримости корма. Чем быстрее переваривается корм и чем меньше времени он находится в ЖКТ, тем меньше всасывание;

- степень заполненности ЖКТ кормом до поступления радионуклидов (натощак всасывание в 2-5 раз выше).

На всасывание радионуклидов влияет качество корма, особенно содержание в кормах клетчатки, которая хорошо поглощает радионуклиды, снижая их всасывание, а также содержание калия, кальция, микроэлементов, витаминов и веществ, связывающих радионуклиды в трудно доступные соединения. В звене клетки кишечника – кровь имеет место дискриминация стронция относительно кальция. При дефиците усвояемого кальция активно всасывается стронций. Всасывание стронция-90 в кишечнике уменьшается в 1,5–5 и более раз при введении в рацион трикальцийфосфата, а также кормового мела или доломитовой муки. Препараты на основе ферроцина содержат обменные катионы алюминия, которые вступают в ионно-обменные реакции с одновалентными ионами, особенно активно с ионами цезия. Благодаря этим реакциям цезий связывается в коллоидные соединения и значительно меньше всасывается. Цезий поглощается ферроцином в 1000 раз сильнее, чем натрий и в 100 раз сильнее, чем калий, поэтому введение ферроцина, с одной стороны, уменьшает всасывание цезия-137 и переход его в мясо в 2–5 раз, а в молоко – в 5-7 раз, а с другой стороны, – не уменьшает в организме содержание натрия и калия и не разрушает процессы обмена веществ в организме.

Поступившие в кровь радионуклиды разносятся по организму, откладываются в органах и выводятся из организма.
Поведение всосавшихся в кровь радионуклидов зависит от физико-химических свойств радионуклидов и их биологического значения для организма, возраста и физиологического состояния животных, кратности и длительности поступления радионуклидов в организм. Цезий-137 накапливается преимущественно в мышечной ткани и во внутренних органах (133).

Установлено, что кальций и стронций связываются с альбуминами, иттрий и церий – с глобулинами крови. Естественные комплексообразователи организма – молочная, глутаминовая и лимонная кислоты – легко «отрывают» стронций от белка, образуя со стронцием комплексы. В тканях под действием ферментов комплексы разрушаются, при этом возникают свободные катионы стронция и фосфаты стронция, которые включаются в процессы формирования костной ткани. Максимальная концентрация стронция в губчатых и компактных костях, минимальная – в трубчатых, с разницей в 1,7-2,6 раз. Кальций может вытеснять стронций, что следует помнить при составлении рациона кормления животных. Накопление стронция-90 в мышечной ткани и внутренних органах в сотни раз ниже, чем в костной ткани. В отличие от стронция-90 и цезия-137 йод-131 относится к короткоживущим радионуклидам (Т1/2=8,06 сут). По прочности связи с белками организма йод-131 превосходит все радионуклиды. Более 70% поступившего йода-131 связывается с белками крови и с тиреоидными гормонами, причем в крови йод-131 связывается с эритроцитами. Плутоний и америций связываются с белками крови и органов и откладываются в скелете, печени, селезенке, семенниках и надпочечниках.

Радионуклиды нейтронной активации (59Fe, 60Co, 65Zn) активно всасываются и накапливаются в паренхиматозных органах, тканях и скелете, при этом максимальное количество откладывается в печени.
По типу распределения в организме радионуклиды разделяются на 4 основные группы:

1-я группа – равномерный – элементы 1 группы периодической системы: водород, литий, натрий, калий, рубидий, цезий, рутений;

2-я группа – скелетный (остеотропный) – щелочноземельные элементы: бериллий, кальций, стронций, барий, радий, цирконий, иттрий;

3-я группа – печеночный: лантан, церий, плутоний, марганец, торий;

4-я группа – почечный: висмут, сурьма, мышьяк, уран.

В особую группу с тиреотропным типом распределения выделяют йод, астат, бром.

При длительном (хроническом) поступлении радионуклидов в организм животных с кормом сначала происходит интенсивное накопление, а затем, по мере насыщения радионуклидами тканей, постепенно замедляется до наступления равновесия между поступающими в организм радионуклидами и радионуклидами, выводимыми из организма, при этом содержание радионуклидов стабилизируется. Равновесие может нарушаться при изменении содержания радионуклидов в корме.
Например, увеличение содержания радионуклидов в корме приводит к возрастанию накопления радионуклидов до установления нового равновесия, но на более высоком уровне. Снижение содержания радионуклидов в корме способствует выведению их из организма и уменьшению накопления. Эти особенности учитываются при откорме животных в условиях радиоактивного загрязнения кормовых угодий.

Время установления равновесия зависит от свойств радионуклида, интенсивности обмена веществ, вида, возраста и физиологического состояния животных. В мышечной ткани и внутренних органах равновесие для цезия-137 устанавливается у крупного рогатого скота в интервале времени между 60-ми и 150-ми сутками. Выявлено, что радионуклиды из организма стельных самок переходят через плаценту к развивающимуся эмбриону и плоду. Плацента свободно пропускает калий и цезий, при этом кальций проникает в 3-12 раз активнее, чем стронций. Распределение радионуклидов по организму плода в утробе самки подобно распределению по организму взрослого животного (89).

Неотъемлемым процессом поведения радионуклидов в организме является процесс выведения через желудочно-кишечный тракт и почки с калом и мочой, а также в меньшем количестве через легкие и кожу. У стельных и лактирующих животных часть радионуклидов выводится с плодом и молоком.

Время, в течение которого исходное количество радионуклида уменьшится в два раза, называется эффективным периодом полувыведения (Тэфф.). Уменьшение концентрации радионуклидов происходит за счет 2-х основных факторов – это радиоактивный распад и обмен веществ.
Эффективный период полувыведения определяют по формуле:

Т эфф=

где Тфиз – физические процессы, обусловленные радиоактивным распадом, т.е. период полураспада радионуклида – время, за которое количество радионуклида за счет распада ядер уменьшится в два раза; Тбиол. – физиологические процессы, обусловленные обменом веществ, т.е. биологический период полувыведения – время, за которое выводится половина поступившего количества радионуклида.
Эффективный период полувыведения короткоживущих радионуклидов определяется периодом полураспада, долгоживущих – биологическим периодом полувыведения.

Радионуклиды быстро выводятся из тканей с высокой скоростью обмена веществ, т.е. из мышечной ткани. Водорастворимые и свободные радионуклиды, которые хорошо всасываются в кровь (натрий, цезий, калий, йод), выводятся через почки. Радионуклиды, которые плохо всасываются (кальций, стронций, барий, церий, кобальт), выводятся через желудочно-кишечный тракт. Эффективный период полувыведения цезия-137 из мышечной ткани КРС составляет 20-30 суток, причем 35% цезия-137 выводится через 3 суток. Остеотропные радионуклиды выводятся очень медленно. Для выведения радионуклидов используют различные методы, ускоряющие выведение из первичных мест поступления, а также методы, способствующие выведению радионуклидов из органов и тканей организма (133). 

Важным объектом исследования при радиохимическом анализе на содержание цезия -137 является мясо разных животных. При исследовании трех видов мяса (говядины, баранины и свинины) наибольшая концентрация этого радионуклида установлена в баранине; в говядине в 2 раза меньше, а в свинине - в 3 раза, а вот в оленине в 10 раз выше, чем в мясе других животных. Высокое содержание его в оленине обусловлено тем, что олени в зимний период питаются мхами и лишайниками, в которых большая концентрация цезия-137.

При нахождении кур-несушек на загрязненной местности радиоактивные вещества попадают в яйцо. Суммарное количество радиоактивных веществ, выводимых из организма кур с яйцами, невелико (сотые доли процента от поступившего количества радиоактив­ных веществ в организм).

В яйце радиоактивные вещества распределяются неравномерно. Независимо от «возраста» радионуклидов, подавляющая доля радиоактивности сосредоточивается в скорлупе. При этом по мере отдаления срока яйцекладки после выпадения радиоактивных веществ их абсолютное содержание в яйцах убывает, но относительная радиоактивная загрязненность скорлупы (по отношению к общему количеству радиоактивных веществ в яйце) непрерывно нарастает, в то время как в белке и желтке отмечается уменьшение загрязненности. В скорлупе откладывается стронций, в белок наиболее интенсивно включается цезий-137, причем его концентрация в белке в 2-3 раза выше, чем в желтке. При длительном поступлении количество цезия-137 в яйцах быстро возрастает, равновесие наступает примерно через неделю, причем в белке быстрее, нежели в желтке. Концентрации цезия-137 в желтке и белке составляют соответственно 0,3-0,5 и 1,6-2,4%. В желтке накапливается йод-131, концентрация ко­торого в 20-50 раз больше, чем в белке и скорлупе (101).

6 Радиационное воздействие на сообщества живых организмов

Поступление радионуклидов во внешнюю среду неиз­бежно связано с дополнительным облучением живых организмов от искусственных источников ионизирующего излучения. Всесто­ронняя оценка последствий использования ядерной энергии предпо­лагает детальное исследование влияния облучения на объек­ты окружающей среды—микроорганизмы, растения и животных и их сообщества с целью анализа ра­диационной безопасности применения ионизирующих излучений в экологической перспективе.

При облучении природных экосистем реализация радиаци­онного воздействия осуществляется одновременно на различных уровнях интеграции биологических процессов, начиная от молеку­лярного и клеточного и кончая популяционным и биогеоценотическим.

Биогеоценотический уровень радиационных изменений в при­роде—это не просто суммирование радиационных эффектов отдельных организмов, их популяций, а специфически сложная система ответных реакций биогеоценоза, как целостного природного обра­зования (4).

Одним из факторов, определяющих особенности проявления
радиационных эффектов в биогеоценозах, является режим облучения, который можно охарактеризовать мощностью поглощенной дозы, продолжительностью воздействия ионизирующих излучений (кумулятивной поглощенной дозой) и типом излучения.

Если источником излучения служат мигрирующие в природных
сообществах радионуклиды, то распределение поглощенных доз в биогеоценозе выглядит очень сложно. При этом суммарная доза облучения живых организмов складывается из дозы внешнего облучения (от излучателей, находящихся вне объекта облучения) и дозы от инкорпорированных излучателей (от радионуклидов, которые включены в ткани растений и животных вследствие биологического усвоения). К внешнему облучению надо также отнести воздействие первично сорбированных на поверхностях растений и животных радионуклидов (4).

Если источником излучения являются оседающие из атмосферы радиоактивные вещества, то выпадающие радионуклиды представляют собой смеси радиоактивных продуктов деления различного возраста, а испускаемые ими излучения — смешанное β-и γ-излучение. В молодой смеси продуктов деления, возраст которой не превышает 10 суток, на каждый γ-квант приходится приблизительно 1 β-частица, а для более старых смесей это отношение в несколько раз ниже. Средние энергии β-частиц и γ-квантов для молодых смесей продуктов деления приблизительно одинаковы, а для выдержанных смесей общая энергия β -излучения в несколько раз выше (4).

Значимость действия β - и γ -излучений при радиоактивных выпадениях с экологической точки зрения существенно различна. Дело в том, что β -излучение—слабопроникающее, поэтому после оседания радионуклидов на внешние покровы животных излучение, воздействует лишь на поверхностные слои тканей животных и существенной опасности не представляет. Вклад β -излучения в поглощенную дозу внутренних органов животных относительно невелик, так как размеры крупных животных значительно превышают длину пробега β-частиц. Кроме того, при малом отношении площади поверхности тела животных к их массе количество задержанных
радионуклидов на животных при оседании радиоактивных аэрозолей невелико. Для мелких животных, размеры которых сравнимы с длиной пробега β-частиц, значение этого вида излучения в лучевых эффектах возрастает.

Совершенно иную роль играет β -излучение в радиационном поражении растений. Растительный покров представляет в большинстве случаев хороший фильтр для оседающих из воздуха радиоактивных аэрозолей. У большинства растений отношение площади поверхности к массе значительно выше, чем у животных, поэтому относительная доля β-излучения, поглощенного в фитомассе, существенно выше доли γ-излучения. При воздушном выпадении смеси β-, γ -излучающих нуклидов основное значение в лучевом повреждении может иметь β-излучение, т.к. осевшие на открытые части растений β-излучатели производят облучение жизненно важных органов (4,49)

Дозы облучения различных компонентов природных биогеоценозов в поле излучений, созданном мигрирующими радионуклидами, варьируют в широких пределах. Причем, мощности доз облучения разных ингредиентов сообществ также изменяются во времени вследствие разнях темпов накопления радионуклидов растениями и животными и их очищения. При разовом поступлении радиоактивных аэрозолей в биогеоценоз в первый период после выпадении наибольшие поглощенные дозы наблюдаются в надземных частях растений, а также у животных, обитающих в этой части биогеоценоза (например, у птиц в гнездах, листогрызущих насекомых и т. п.). В последующий период, по мере миграции радиоактивных веществ на поверхность почвы, максимальные поглощенные дозы приходятся на нижние части стеблей, верхние части корней, семена растений, находящиеся в поверхностном слое почвы. Особенно важное значение для популяций растений имеет повышенное облучение почек, расположенных в верхнем слое почвы, что может снизить потенцию вегетативного размножения растений. В это время сильному облучению подвергаются также животные, обитающие
в лесной подстилке и в верхнем горизонте почвы.