Почвенная оболочка биосферы — один из основных компонентов в природе, где происходит локализация искусственных радионуклидов, сбрасываемых в окружающую человека среду вследствие его техногенной деятельности.

Сорбция радионуклидов в почве имеет двоякое значение для их миграции в биосфере и, в частности, в сельскохозяйственной сфере. С одной стороны, закрепление их в верхних горизонтах почвы — в корнеобитаемом слое растений — обеспечивает существование в природе длительно действующего источника радионуклидов для корневого накопления растениями. С другой стороны, сильная сорбция твердой фазой почвой радионуклидов ограничивает их усвоение через корневые системы растений.

В различных радиологических ситуациях, связанных с введением радионуклидов в сельскохозяйственную сферу, аккумуляция радионуклидов растениями из почвы определяет исходные масштабы включения радионуклидов в пищевые цепи в системе радиоактивные выпадения–почва–сельскохозяйственные растения–сельскохозяйственные животные–человек. С этим связано важное значение звена почва–растение в общем цикле круговорота радионуклидов в наземной среде в целом и в агропромышленной сфере в частности.

Радионуклиды, как правило, находятся в почвах в ультрамикроконцентрациях. Исключение составляет небольшая группа радионуклидов с периодами полураспада порядка десятков–сотен миллионов лет и больше. Очень низкая массовая концентрация искусственных и естественных радионуклидов в почвах и почвенных растворах обусловливает существенную зависимость поведения радионуклидов в почвах от концентрации и свойств их изотопных или неизотопных носителей (стабильных изотопов данного химического элемента или химических элементов, сходных по физико-химическим свойствам с радионуклидами).

Тритий. Н³ — единственный радиоактивный изотоп водорода (Т_1/2=12,34 года). Распад Н³ сопровождается b-излучением с очень низкой энергией. В результате взаимодействия космических излучений с N, О и Ar в атмосфере образуется природный тритий. В Мировом океане находится 65 % природного Н³, на земной поверхности и в наземной биоте — 27 %. Антропогенный тритий образуется и поступает в окружающую среду при производстве ядерной энергии. Кроме того, источником поступления Н³ в окружающую среду являются испытания ядерного и термоядерного оружия. Около 99 % количества природного трития превращается в тритированную воду — Н³НО. Поведение Н3 в почве описывается закономерностями поведения воды и зависит от взаимодействия различных процессов ее переноса.

В виде Н³ОН и других соединений Н³ включается практически во все реакции, присущие биогеохимическому циклу водорода, включая процессы почвообразования, образования биоорганического вещества и др.

Углерод. Основной радиоактивный изотоп углерода — С¹⁴ (b-излучатель, Т_1/2=5730 лет). Поступление С¹⁴ во внешнюю среду происходит как в результате природных явлений (космическое излучение), так и в результате антропогенных процессов (ядерные взрывы, производство ядерной энергии, сжигание ископаемого топлива, использование препаратов, меченных С¹⁴).

Миграция С¹⁴ в биосфере подчиняется закономерностям углеродного геохимического цикла. Благодаря круговороту углерода в природе происходит постоянный обмен С¹⁴ между атмосферой, с одной стороны, и гидросферой, литосферой, педосферой и живыми организмами, — с другой. В почвах С¹⁴ входит в состав гумусовых соединений, карбонатов, С¹⁴О₂ в почвенном воздухе и другие углеродсодержащие соединения. Общеизвестен метод определения возраста почв по содержанию С¹⁴.

Калий. В природной среде присутствуют три основных изотопа калия: два стабильных — К³⁹ и К⁴¹, а также один радиоактивный — К⁴⁰. К⁴⁰ является b-излучателем с Т_1/2=1,28×10⁹ лет. При распаде К⁴⁰ превращается в основном в стабильный изотоп кальция Ca⁴⁰.

К⁴⁰ — один из основных (по активности) естественных радионуклидов в почвах, растениях и объектах агропромышленного производства. Учитывая это, введено специальное понятие "калийный фон", отражающее вклад К⁴⁰ в суммарное содержание радионуклидов.

Уран. Природный уран состоит из 3 радиоактивных изотопов — U²³⁴, U²³⁵ и U²³⁸, причем два последних являются родоначальниками радиоактивных семейств. Наиболее важным в токсикологическом и радиологическом отношениях по химическим свойствам является U²³⁸ (Т_1/2=4,5×10⁹ лет, a-излучатель).

Ведущим источником U в биосфере является земная кора. Содержание урана в почвах определяется, прежде всего, его концентрацией в материнских породах.

Торий. Природный торий состоит из 6 радиоактивных изотопов, а наиболее важный в радиологическом отношении Th²³² (Т1/2=1,41×10¹⁰ лет, a-излучатель) является родоначальником радиоактивного семейства.

Источником загрязнения внешней среды Th²³² является широкое применение фосфорных удобрений, где его содержание колеблется от 1,5 до 25 Бк/кг, и сжигание ископаемого органического топлива.

Радий. Природный радий имеет 4 основных радиоизотопа. Главный из них Ra²²⁶ (Т_1/2=1622 года, a-излучатель). Для Ra²²⁶ в природе характерно рассеянное состояние. Он не входит в состав отдельных минералов, а широко распространен в виде включений во многих образованиях.

Полоний. Природный Po имеет 7 радиоизотопов: 6 короткоживущих и один — Po²¹⁰ с Т_1/2=138,4 суток (a-излучатель).

Свинец. Природный свинец состоит из 4 стабильных и 4 радиоактивных изотопов. Наиболее важный из радионуклидов свинца Pb²¹⁰ является дочерним продуктом Rn²²²; в почве находится в равновесии с Ra²²⁶, его Т_1/2=19,4 года, b-излучатель.

Радон. Радиологический интерес представляют два радиоизотопа Rn: прежде всего Rn²²² и несколько меньше Rn²²⁰. Rn²²² — газообразный дочерний продукт Ra²²⁶ (Т_1/2=3,825 суток, a-излучатель), Rn²²⁰ — продукт распада Ra²²⁴ из семейства Th²³² (Т_1/2=54,5 с, a-излучатель). Они образуются в почве из своих материнских радионуклидов, а также поступают из подстилающих пород в почву в газообразной форме. Как инертные газы Rn²²² и Rn²²⁰ мало вовлекаются в круговорот их почвы, но их роль как источников внешнего облучения (компонентов естественного фона) человека и живых организмов весьма значительная.

Стронций. Природный стронций состоит из 4 стабильных изотопов с массовыми числами 84, 86, 87 и 88. В число продуктов деления входят два радиоизотопа: Sr⁹⁰, относящийся к числу самых биологически подвижных (Т_1/2=28,1 года, b-излучатель), и Sr⁸⁹, более короткоживущий радионуклид (Т_1/2=50,5 суток, b-излучатель).

Цезий. Природный цезий представлен одним стабильным изотопом Cs¹³³, содержание которого в земной коре равно 6,5×10^-4 %. В состав продуктов деления входят два радиоизотопа — Cs¹³⁷ и Cs¹³⁴, относящихся к числу биологически подвижных в сельскохозяйственных цепочках. Cs¹³⁷ — один из основных дозообразующих радионуклидов среди продуктов деления (Т_1/2=30,17 года, b- и g-излучатель).

Йод. Природный йод представлен одним стабильным изотопом I¹²⁷. Среди радиоизотопов йода наиболее радиологическими значимыми являются I¹²⁹ (Т_1/2=1,57×10⁷ лет, b-излучатель) и I¹³¹ (Т_1/2=8,04 суток, b-излучатель).

Метаболизм радионуклидов в организме сельскохозяйственных животных

Поступление радионуклидов с кормом — основной источник радионуклидов для сельскохозяйственных животных, тогда как другие пути перехода радиоактивных веществ играют, как правило, незначительную роль. Попавшие в организм животных радионуклиды вступают в процессы метаболизма, включающие всасывание, передвижение по отдельным органам и тканям, депонирование и выведение. От интенсивности этих процессов зависит, в конечном счете, накопление радионуклидов в продукции животноводства.

Скорость и место всасывания радионуклидов в ЖКТ можно определить путем учета времени, в течение которого после приема содержащих радиоактивные вещества кормов или воды в крови наблюдается максимальная концентрация радионуклидов. Это время варьируется в широких пределах. Так, у жвачных F¹⁸, Na²², Mo⁹⁹ и I¹³¹, для которых отмечается максимальная концентрация в крови в течение 2–8 ч после потребления корма, всасываются в основном в верхней части ЖКТ (по-видимому, в рубце). У H³, Ca⁴⁵, Sr⁹⁰, Te¹³², Cs¹³⁷ и W¹⁸⁵ пики концентрации в крови регистрируются в более отдаленные сроки — спустя 12–60 ч после орального поступления, эти радионуклиды всасываются главным образом в средней части ЖКТ — в тонком кишечнике.

У свиней основным методом поступления из ЖКТ в кровь I¹³¹ является желудок, а у крупного рогатого скота, овец и коз — рубец, книжка и тонкий кишечник. При этом у жвачных животных скорость резорбции радионуклидов из ЖКТ в кровь медленнее, чем у животных с однокамерным желудком.

Интенсивность и величина всасывания радионуклидов зависят от химической формы соединения, в которое включен радионуклид, и его физико-химических свойств. В ЖКТ радионуклиды могут поступать в различных формах: в ионизированном состоянии, адсорбированных на поверхности растений аэрозолей, включенными в состав растительных и животных кормов, в составе оплавленных силикатных частиц разной растворимости.

Усвоение радионуклидов у различных сельскохозяйственных животных может варьироваться в широких пределах. Действительно, если всасывание I¹³¹ в ЖКТ взрослых жвачных составляет 100 %, то у свиней оно в 1,3–3,0 раза меньше. Напротив, Cs¹³⁷ всасывается из ЖКТ свиней на 100 %, а из ЖКТ представителей жвачных — крупного рогатого скота, овец и коз соответственно в 1,3–2,0, 1,8 и 1,5 раза меньше. У кур всасывание Fe⁵⁹ и Co⁶⁰ выше, чем у крупного рогатого скота в 18 и 15 раз, а у свиней соответственно в 4 и 12 раз меньше, чем у кур.

Всасывание радионуклидов зависит от возраста животных, и у очень молодых особей оно может приближаться для некоторых радионуклидов к 100 %.

Радионуклиды, всосавшиеся в ЖКТ, поступают в кровь, распределяются в компонентах ее сыворотки и форменных элементов. Распределение радионуклидов в органах и тканях сельскохозяйственных животных определяется их видом, возрастом, длительностью поступления радиоактивных веществ в организм и другими факторами.

В сыворотке крови овец Na²², K⁴² и Cs¹³⁷ практически не связаны с ее белками и находятся в диализированном состоянии, Ca⁴⁵ и Sr⁹⁰ лишь частично концентрируются в белках сыворотки (29–41 %), а Y⁹⁰ и Ce¹⁴⁴ содержатся преимущественно (99 %) в белковосвязанной форме.

Радионуклиды, транспортированные кровью к органам и тканям, частично задерживаются и избирательно концентрируются в них. Концентрация в органах и тканях радионуклидов при увеличении сроков их поступления в организм возрастает. Но через определенный период времени устанавливается равновесие между поступившими в организм количествами радионуклидов и их выделением. Равновесное состояние Sr⁹⁰ в мягких тканях сельскохозяйственных животных устанавливается на 5–7 сутки (КРС, овцы, козы) и на 30–90 сутки (свиньи, куры); для Cs¹³⁷ оно наступает позднее: у овец через 105 суток, а у КРС через 150 суток после начала введения.

Наибольшая концентрация в щитовидной железе сельскохозяйственных животных I¹³¹ при длительном поступлении в организм наблюдается на 10–15-е сутки и у КРС составляет 150 % суточного поступления с кормом (в расчете на массу всего органа). Коэффициент накопления I¹³¹ в щитовидной железе по сравнению с другими органами примерно в 100 раз больше.

Радионуклиды, поступившие в организм, не только концентрируются в органах и тканях, но и выводятся из них через ЖКТ, почки, легкие, кожу и молочную железу. Наиболее быстро удаляются радионуклиды, депонирующиеся в мягких тканях, — Mo⁹⁹, I¹³¹, Cs¹³⁷ и др. (преимущественно почками). Напротив, остеотропные радионуклиды выводятся медленно.

Поступление радионуклидов в продукцию животноводства

Среди пищевых продуктов, с которыми радионуклиды поступают в организм человека, продукты животноводства — молоко, мясо, яйцо и др. занимают одно из ведущих мест.

Переход радионуклидов в мясо и субпродукты из рациона животных определяется физико-химическими свойствами радионуклидов, а также видовыми особенностями и возрастом животных.

После однократного орального поступления в организм лактирующих коров радионуклидов наиболее интенсивное выведение их с молоком наблюдается в течение первых двух суток. Через 12 ч после введения в 1 л молока обнаруживают 0,12 % Са⁴⁵, 0,05 % Sr⁹⁰, 0,0005 % Zr⁹⁵, 0,002 % Ru¹⁰⁶, 0,12 % Cs¹³⁷, 0,011 % Ва¹⁴⁰ и 0,001 % Се¹⁴⁴ от количества, поступившего в организм. В дальнейшем концентрация быстро увеличивается и через 24–48 ч достигает наибольшей величины.

Выделение радионуклидов с молоком у животных даже одного вида может варьировать и зависит от молочной продуктивности.

Переход Sr⁹⁰ из рациона в яйцо не превышает 40 % суточного поступления радионуклида, а у низкопродуктивных кур оно может достигать 60 %. Максимальное его содержание в скорлупе (96 %), далее следует желток (3,5 %), а минимальное количество приходится на белок (0,2 %). Наибольшая концентрация радионуклидов в скорлупе, белке и желтке бывает в первые сутки после введения.

Использование радионуклидов и ионизирующих излучений в животноводстве и ветеринарии

Применение современных достижений ядерной физики в животноводстве и ветеринарии, а также в других отраслях сельского хозяйства развивается в следующих основных направлениях:

·         

·         

·         

1.     

2.     

3.     

4.     

В биологии, биохимии и физиологии в качестве веществ, позволяющих проводить исследования на молекулярном уровне, широко используют радиоактивные изотопы. Они позволяют изучать перемещения тел субмикроскопически малых размеров, а также отдельных молекул, атомов, ионов среди себе подобных в организме, без нарушения его нормальной жизнедеятельности.

Радиоиндикационный метод основан на использовании химических соединений, в структуру которых включены в качестве метки радиоактивные элементы. В биологических исследованиях обычно применяют радиоактивные изотопы элементов, входящих в состав организма и участвующих в его обмене веществ — Н³, С¹⁴, Na²⁴, P³², S³⁵, K⁴², Ca⁴⁵, Fe⁵⁹, I¹²⁵, I¹³¹ и др. Введенные в организм радионуклиды ведут себя в биологических системах так же, как их стабильные изотопы.

Контроль за распределением и депонированием радионуклидов в различных органах может осуществляться внешней радиометрией подопытных животных или соответственно подготовленных биоматериалов (кровь, ткань органов, моча, кал и др.).

Авторадиография — метод получения фотографических изображений в результате действия на фотоэмульсию излучения радиоактивных элементов, находящихся в исследуемом объекте.

Сущность метода авторадиографии сводится к следующему:

1.      

2.      

3.      

4.      

Нейтронно-активационный анализ является высокочувствительным методом определения ультрамикроколичеств стабильных изотопов в различных биологических материалах (кровь, лимфа, ткани различных органов). Он заключается в том, что исследуемый материал подвергается воздействию в условиях ядерного реактора потока нейтронов. В результате этого образуются радиоактивные продукты, которые затем подвергаются радиохимическому анализу и радиометрии.

Радиоиммунологический метод анализа (РИА) позволяет быстро и надежно определять содержание белков в биологических жидкостях и тканевых экстрактах, а также лекарственных препаратов и различных органических соединений.

В радиоиммунологическом анализе сочетается специфичность, свойственная реакциям антиген–антитело, с чувствительностью и простотой, что дает применение радиоактивной метки. Для проведения РИА необходимо иметь соответствующие антисыворотки и меченые радиоактивной меткой антигены.

Функцию метки антигенов выполняет радиоактивный изотоп — обычно I¹²⁵ или Н³. Эта метка используется затем для обнаружения присутствия связанного комплекса.

При проведении радиоиммунологического анализа гормонов и других биологически важных соединений используют готовые стандартные коммерческие наборы реагентов, выпускаемые многими фирмами.

Использование радиоактивных изотопов и ионизирующих излучений для диагностики болезней и лечения животных

Радионуклиды и ионизирующее излучение для диагностических и лечебных целей успешно и широко применяется в медицине. В ветеринарии эти способы пока еще мало доступны для практического использования.

А.Д. Белов (1968) создал глазной аппликатор и разработал методику его применения при заболевании глаз у животных. С помощью аппликатора, заряженного Р³² и Sr⁸⁹, были получены положительные результаты при язвенных и инфекционных конъюнктивокератитах, васкуляризации роговицы у телят и собак.

Радиоактивные изотопы, используемые для диагностики, должны отвечать ряду требований: иметь малый период полураспада и малую радиотоксичность, возможность для регистрации их излучений, характерные биологические свойства (органотропность) при исследовании различных систем и органов. Так, для определения интенсивности формирования костной мозоли и выявления очагов пониженной минерализации при различных патологических состояниях используют Ga⁶⁷, который участвует в минеральном обмене костной ткани; Sr⁸⁵ и Sr⁸⁷ — для диагностики первичных и вторичных опухолей скелета, остеомиелита.

Радиоизотопные методы можно использовать для определения скорости кровотока, объема циркулирующей крови, плазмы и эритроцитов. Они позволяют определить минутный объем сердца, объем крови, циркулирующей в сосудах легких, тканевого и коронарного кровотока.

С помощью радиоактивных газов определяют функциональное состояние всех компонентов внешнего дыхания — вентиляции, диффузии в легочном кровотоке.

Изотопный метод оказался единственно эффективным при исследованиях водного обмена в норме, нарушений обмена веществ, а также инфекционной и неинфекционной патологии, сопровождающейся отеками и другими изменениями.

Широкое применение в клинической практике получило сканирование исследуемых органов — селезенки, печени, почек, поджелудочной железы и т.д. При помощи этого метода можно получить "карту" распределения радиоактивного изотопа в исследуемом органе и судить о функциональном состоянии последнего.

Лечебное применение радиоизотопов основано на их биологическом действии. Поскольку наиболее радиопоражаемы молодые, энергично размножающиеся клетки, то радиотерапия оказалась эффективна при злокачественных новообразованиях.

Радиометрия объектов ветеринарного надзора

В связи с развитием атомной индустрии и широким использованием атомной энергии в народном хозяйстве появились потенциальные источники загрязнения искусственными радионуклидами окружающей среды, особенно за счет выбросов радиоактивных продуктов, перерабатывающими атомными предприятиями, атомными электростанциями и аварийными ситуациями на них. В целях профилактики повышения естественных фоновых величин радиоактивности систематически проводится контроль уровней радиации окружающей внешней среды. В объектах ветеринарного надзора (фураж, водоемы, рыба, мясо, молоко, яйца и т.д.) эту работу выполняет ветеринарная радиологическая служба.

Задачей радиометрической и радиохимической экспертизы являются:

ü 

ü 

ü 

Определение радиоактивности в объектах ветеринарного надзора включает отбор и подготовку проб к радиометрии и радиохимическому анализу. Как в обычных условиях, так и при аварийных ситуациях для отбора проб определяют контрольные пункты, более полно отражающие характеристику данного района, с тем, чтобы взятые пробы были наиболее типичными для исследуемого объекта.

На исследование рекомендуется брать среднюю пробу. Для этого каждый объект берут в нескольких равных повторностях (не менее трех).

Пробы нумеруют и составляют опись, которую прилагают к сопроводительной в лабораторию. На взятые пробы составляют акт в двух экземплярах, в котором указывают: кем взяты пробы (учреждение, должность, фамилия); место и дату отбора проб; название продукта; куда направляют пробы, цель исследования. Один экземпляр оставляют в хозяйстве для списания взятых проб.

Присланный материал перед взятием средней пробы тщательно перемешивают. Величина средней пробы должна быть достаточной для надежного определения того или иного радионуклида. В целях концентрации пробы проводят минерализацию. Используемые при этом методы могут быть различными в зависимости от вида исследуемого материала, химической природы определяемых радионуклидов, схемы радиохимического анализа.

Вначале определяют суммарную b-активность, которая отражает удельную радиоактивность (Ки/кг, Ки/л) объекта ветнадзора. Это позволяет оперативно получить ориентировочные сведения о радиоактивности исследуемой пробы. Для выяснения изотопного состава радионуклидов в кормах и других объектах осуществляют радиохимический анализ.

В практике ветеринарно-радиологических исследований в первую очередь проводят радиохимический анализ главных РПД