Эффективность использования сорбентов для выведения радионуклидов из организма животных, выпасающихся на радиационно-загрязненных территориях



Researches on this subject were conducted within the Agreement No. 14.616.21.0034 on work on a grant from the Ministry of Education and Science of the Russian Federation on the subject "Monitoring of Infectious Diseases of Animals in Regions of the World, a Way of Prevention of Their Distribution and Elimination in the conditions of Ecological Trouble" within cooperation with the research organizations and universities of EU Member States".

Keywords: Sorbents, ferocin, caesium-137, dose loading, specific activity.

Введение. В результате катастрофы на Чернобыльской АЭС значительные площади сельскохозяйственных угодий на территории Белоруссии, Украины и России подверглись радиоактивному загрязнению различного уровня. После аварии на Чернобыльской АЭС загрязнение цезием-137 было наиболее масштабным, поэтому для составления карт загрязненных районов Беларуси, России и Украины или определения уровня загрязнения берут за основу именно данные по содержанию цезия-137.

Несмотря на то, что после аварии прошло уже более 25 лет, 137Cs продолжают выявлять в продукции животноводства, вследствие глобальных выпадений и миграции радиоизотопа с грунтовыми водами из глубоких в верхние слои почвы. Цезий-137 (с периодом полураспада 30 лет) является на сегодняшний день основным дозообразующим радионуклидом.

Высокое содержание радионуклидов в грибах, ягодах рыбе и дичи, а также радиоактивное загрязнение кормов и продукции животноводства является сегодня основными причинами попадания радионуклидов в пищу. Загрязнение мяса и молока можно уменьшить, используя чистые корма (сено) и кормовые добавки (сорбенты), а также ограничив время выпаса скота на загрязненных пастбищах.

Авария на Чернобыльской АЭС драматически высветила основную проблему XX века: прогресс науки и техники все чаще сопряжен с негативными "побочными явлениями" экстенсивной и интенсивной эксплуатацией сил природы – поражение радионуклидами, попадание в почву солей тяжелых металлов, загрязнение воды и атмосферы. Одной из наиболее актуальных проблем современной медицины является изыскание эффективных методов профилактики и патогенетической терапии радиационных поражений организма. Острота постановки этой проблемы определяется все расширяющимся контингентом лиц, подвергающихся воздействию ионизирующей радиации, а также практическим отсутствием действенных противорадиационных препаратов.

Таким препаратами могут быть сорбенты органического и синтетического происхождения.

Цель – Установить эффективность использования сорбентов для выведения радионуклидов из организма животных в реальных условиях.

Задачи:

1. Рассчитать коэффициенты перехода и накопления цезия-137 из почвы в корма и из кормов в организм животного в СХП «Верещаки»;

2. Определить токсичность ферроцин-содержащих сорбентов по гематологическим и гормональным показателям коров;

3. Рассчитать годовую эффективную дозу на организм коров; проживающих на загрязненных территориях, где применяются сорбенты;

4. Рассчитать годовую эффективную дозу на организм коров, проживающих на загрязненных территориях, где не применяются сорбенты;

5. Рассчитать годовую эффективную дозу на организм коров, проживающих на чистой территории.

Материалы. Материалом послужили коровы, находящиеся в СХП «Верещаки», где в качестве контрмеры для снижения дозовой нагрузки на организм используют сорбенты, коровы, находящиеся на частных подворьях Новозыбковского района Брянской области с плотностью радионуклидного загрязнения в пределах 17 Кu/кв. км, а также коровы, находящиеся в СХП «Григорьевка» Куйбышевского района Калужской области.

Исследования были проведены на коровах 4 - 5-летнего возраста швицкой породы. Из каждого хозяйства было исследовано по 15 коров.

Методы исследования. Во всех исследуемых хозяйствах была проведена прижизненная спектрометрия по измерению удельной активности цезия-137 в органах и тканях животных при помощи переносного гамма-спектрометра СКС-99 с твердым сцентилляционным детектором.

Для расчета годовой эффективной дозы на организм коров применялась формула расчета дозовой нагрузки от цезия-137 на организм при внутреннем облучении, утвержденная МКРЗ (Международной комиссией по радиационной защите):

H = 1,38∙10-7∙Eэф∙С(t) Kp

где:

H – эквивалентная эффективная доза гамма-облучения (мЗв);

C(t) – удельная активность ткани на момент времени (органа) (Бк/кг);

Eэф – эффективная энергия (мЭв);

Kp – коэффициент риска.

Сведения о применяемом препарате

В качестве сорбирующих препаратов на загрязненных территориях применяют: фероцинсодержащие препараты (ФСП) в виде болюсов. Ферроцин представляет собой мелкодисперсный порошок темно-синего цвета, состоящий из железо-гексацианоферрата калия – (5%) и железо – гексацианоферрата.

Результаты исследований

Расчёт коэффициентов перехода (Кп) и коэффициентов накопления (Кн) радиоцезия из почвы в растения

Так как содержание радионуклидов в кормах растительного происхождения находится в прямой зависимости от содержания их в почвах, то для прогнозирования поступления радионуклидов в корма необходимы количественные характеристики, связывающие концентрацию радионуклидов в почвах, кормах и животноводческой продукции. Эта связь осуществляется с помощью коэффициента перехода, под которым понимают отношение содержания радионуклида в каждом последующем звене к предыдущему.

Расчет коэффициентов перехода искомых радионуклидов из почвы в корма растительного происхождения проводят по следующей формуле:

Кп = Ауд корм (Бк/кг)/ А почва (кБк/м2)* 100%

Здесь: А почва – плотность загрязнения почвы цезием-137;

Ауд корм – суммарная активность радионуклида в суточном рационе.

Село Верещаки Новозыбковского района:

Используемые при расчётах на данной территории Кп, значение плотности загрязнения по цезию-137 составило 629 кБк/м².

Коэффициент перехода радиоцезия в звене миграции почва-корм равен:

Кп Сs силос = 26%;

Кп Сs сено = 27%;

Кп Сs концентрат = 5,1%.

Расчет коэффициентов накопления радионуклидов из почвы в корма растительного происхождения проводят по следующей формуле:

Кн = Ауд корм (Бк/кг)/ А почва (Бк/кг )* 100%

Здесь: А почва – плотность загрязнения почвы цезием-137;

Ауд корм – суммарная активность радионуклида в суточном рационе.

Кн Сs силос = 0,9%;

Кн Сs сено = 0,16%;

Кн Сs концентрат = 0,03%.

Расчёт коэффициентов перехода (Кп) радиоцезия из рациона в продукцию животного происхождения

Так как содержание радионуклидов в продукции животноводства находится в прямой зависимости от содержания их в кормовых растениях и почвах, то для прогнозирования поступления радионуклидов в продукцию животноводства необходимы количественные характеристики, связывающие концентрацию радионуклидов в почвах, кормах и животноводческой продукции. Эта связь осуществляется с помощью коэффициента перехода, под которым понимают отношение содержания радионуклида в каждом последующем звене пищевой цепи к предыдущему.

Расчет коэффициентов перехода искомых радионуклидов из рациона в мясо проводят по следующей формуле:

Кп = Амясо / Арац * 100% (Бк/кг / Бк/сут)

Здесь: Амяса – удельная активность радионуклида в мясе;

Арац – суммарная активность радионуклида в суточном рационе.

Расчет коэффициентов перехода искомых радионуклидов из рациона в молоко проводят по следующей формуле:

Кп = Амол / Арац * 100% (Бк/л / Бк/сут)

Здесь: Амол – удельная активность радионуклида в молоке;

Арац – суммарная активность радионуклида в суточном рационе.

Поступление цезия-137 с кормом

Суточное поступление радиоцезия с кормом в стойловый составило 3139 Бк/сут исходя из расчета рациона, используемого для кормления крупного рогатого скота со средним удоем молока 10л.

Коэффициент перехода радиоцезия в звене миграции рацион-мясо равен: Кп Сs = 3,5%.

Коэффициент перехода радиоцезия в звене миграции рацион-молоко в стойловый период содержания равен: Кп Сs = 0,4%

Суммарная радиоактивность годового рациона коров, содержащихся на данной территории, составила – 0,359 МБк/год.

Определение токсичности ферроцин-содержащих сорбентов по гематологическим и гормональным показателям коров

По данным гематологических (гемоглобин, концентрация эритроцитов, лейкоцитов, лейкоцитарная формула), биохимических (концентрация тиоцианатов гормонов щитовидной железы, макро- и микроэлементов в крови), иммунологических (бактерицидная и лизоцимная активность сыворотки крови) исследований применение ферроцин-содержащих сорбентов с целью получения нормативно чистой продукции не оказывает негативного действия на организм животных.

Таблица 1

Биохимические показатели крови КРС

Показатели	Единицы измерения	Данные анализа в опытном хозяйстве	Данные анализа в контрольном хозяйстве	Ошибка измерения
Билирубин Общий	мкмоль/л	5,11	5,6	0,65
Билирубин Прямой	мкмоль/л	1,94	1,4	0,27
АСТ	ед./л	113,8	109	7,87
АЛТ	ед./л	34,8	48	3,58
Коэф. Ритиса	-	4,376	3,86	0,25
Мочевина	ммоль/л	97,7	80	4,02
Креатинин	мкмоль/л	64,9	69	0,80
Общий белок	г/л	34,3	32	0,56
Альбумин	г/л	108,7	100	13,43
Щелочная фосфатаза	ед./л	82,8	98	8,16
Амилаза	ед./л	3,78	3,3	0,16
Глюкоза	ммоль/л	1178,1	1071	58,08
ЛДГ	ед./л	36,91	49,7	3,26
ГГТ	ед./л	3,662	3,56	0,25
Холестерин	ммоль/л	0,637	0,4	0,05
Триглицериды	ммоль/л	149,9	131	9,89
КФК	ед./л	4,563	4,54	0,14
Калий	ммоль/л	132,07	132,1	0,45
Натрий	ммоль/л	1,316	1,18	0,08
Фосфор	ммоль/л	1,903	1,63	0,08
Кальций	ммоль/л	22,09	18,4	1,07
Железо	мкмоль/л	1,143	1,42	0,08
Магний	ммоль/л	98	92	1,93
Хлор	ммоль/л	7,413	7,39	0,01
Кислотность	ед. рН	5,11	5,6	0,65

Таблица 2

Гематологические показатели крови коров

Показатели	Единицы измерения	Данные анализа в опытном хозяйстве	Данные анализа в контрольном хозяйстве	Ошибка измерения
Гематокрит(Ht,PCV)	%	28,154	27,9	0,43
Гемоглобин (Hb)	г/м	111,7	111	1,61
Эритроциты (RBC)	х1012/л	5,842	5,5	0,10
Цветовой показатель		0,575	0,61	0,01
Среднее содержание Hb в эритроците(MCH)	Пг	19,15	20,2	0,36
Средняя концентрация Hb в эритроците (MCHC)	%	76,85	39,8	37,35
Средний объём эритроцита (MCV)	мкм3(фл)	48,3	51	1,04
Показатель анизоцитоза эритроцитов (RDW)	%	18,28	17,6	0,30
Ретикулоциты	% от RBC	-	-	-
СОЭ	мм/ч	1	1	0,00
Лейкоциты (WBC)	х109/л	7,941	5,11	0,65
Палочкоядерные нейтрофилы	%	0,5	3	0,34
Сегментоядерные нейтрофилы	%	34,9	39	2,79
Эозинофилы (EOS)	%	8	3	1,71
Моноциты (MONO)	%	4,6	4	0,58
Базофилы (BAS)	%	0	0	0,00
Лимфоциты (LYM)	%	52	51	2,24
Тромбоциты (PLT)	х109/л	206,9	232	24,68

При исследовании содержания гормонов щитовидной железы у животных в опытном хозяйстве наблюдали некоторое снижение содержания тироксина (Т₄ ) и трийодтиронина (Т₃) в крови. Это свидетельствует о пониженном уровне содержания гормонов щитовидной железы, характерное для всего стада коров, связанного, по-видимому, с эндемично низким содержанием йода в почвах этой зоны.

При исследовании содержания гормонов щитовидной железы у животных в контрольном хозяйстве, изменений содержания тироксина (Т₄) и трийодтиронина (Т₃) в крови от нормы не выявлено.

Таблица 3

Бактерицидная (БАС) и лизоцимная активность (ЛАС) сыворотки крови коров

Группа коров	Б А С, %	Л А С%	М + т
Эксперимент «Верещаки»	80,6+4,5	34,9+6,1	184+4,6
Контроль «Григорьевка»	87,9+8,2	36,9+5,5	174+3,9

При скармливании сорбентов отмечено некоторое снижение бактерицидной активности сыворотки крови, как в контрольной, так и в опытной группе животных. Одним из важных показателей функциональной активности нейтрофилов, ответственных за неспецифическую иммунную реактивность, является активность миелопероксидазы, фермента, локализующегося в азурофильных гранулах клетки. Ферментативная активность нейтрофилов у животных, находится без изменений.

Таблица 4

Концентрация цезия-137 в органах, годовая дозовая нагрузка на организм животных из исследуемых хозяйств.

Хозяйства	Тип органа	А уд по цезию-137 (Бк/кг)	Годовая дозовая нагрузка на организм мЗв/год
СХП «Верещаки»	мышцы	111	2,01
	почки	23384
	печень	10656
	жкт	20350
Частные подворья	мышцы	160	3,01
	почки	33706
	печень	15360
	жкт	29333
СХП «Григорьевка»	мышцы	7	0,03
	почки	346,8
	печень	48,3
	жкт	204,3

Коровы из СХП «Григорьевка» Калужской области имеют самые низкие значения по удельной активности и по дозовой нагрузке цезия-137 в органах коров (0,03мЗв/год), так как плотность загрязнения цезия-137 земель данной территории является незначительной и составляет в среднем 1-3 Ки/м². Максимальные значения удельной активности наблюдается в органах коров, находящихся на территории хозяйств Брянской области при плотности загрязнения земель в среднем до 20 Ки/м². Значения дозовой нагрузки у исследуемых коров СХП «Верещаки» и частных подворий примерно в 10 раз выше по сравнению с коровами Калужской области, (2,01 мЗв/год и 3,01 мЗв/год) соответсвенно.

Рис. 1. Эффективная годовая доза при внутреннем облучении цезием-137 на организм коров

При использовании сорбентов на радиационно-неблагополучных территориях в качестве добавки к основному корму у сельскохозяйственных животных приводит к снижению дозовой нагрузки от внутреннего облучения организма на 34% по сравнению с теми неблагополучными регионами, где сорбенты не применяются.

Заключение:

При применении ФСП в качестве сорбентов, снижающих поступление радиоактивного цезия в молоко коров, не установлено негативного воздействия на организм животного.

На величину годовой эффективной дозы у КРС по цезию-137 влияет плотность загрязнения почвы радионуклидами, регионов, где находятся животные.

Использовании сорбентов на радиационно-неблагополучных территориях приводит к снижению дозовой нагрузки от внутреннего облучения организма на 34% по сравнению с теми неблагополучными регионами, где сорбенты не применяются.

Литература:

1. Белов А.Д., Киршин В.А., Лысенко Н.П., Пак В.В. и др.Радиобиология/ Москва: Колос, 1999. 384 с.
2. Губарев В.С.,Камиока И., Лаговский И.К. и др. Ядерный след/ Москва: ИздАТ, 1992. 256 с.
3. Кашпаров В.А. Проблемы ведения агропромышленного производства на загрязненных территориях в отдаленный после Чернобыльской катастрофы период/ Материалы конференции // Москва: Информагротех. 1999. С. 19 - 22.
4. Лысенко Н.П., Пастернак А.Д., Рогожина Л.В., Павлов А.Г. Ведение животноводства в условиях радиоактивного загрязнения среды/ СПб.:Лань, 2005. 240 с.
5. Сироткин А.Н. Проблемы ведения Агропромышленного производства на загрязненных территориях в отдаленный после Чернобыльской катастрофы период/Материалы конференции// Москва, Информагротех, 1999. С.29 - 30.
6. Ковалев И.И. Оценка эффективности выведения радиоцезия из орга­низма адсорбирующими препаратами природного происхождения// Ветеринарная патология. 2015. №3 (53). С. 55-59.
7. Лысенко Н.П., Ковалев И.И., Волков М.Ю., Кусурова З.Г. Выведение препаратом энтеросгель радиоактивного цезия и радиоактивного стронция из организма лабораторных животных// Известия МААО. 2015. №25. Т. 1. С. 38-44.
8. Лысенко Н.П., Ковалев И.И., Гнездилова Л.А., Сидорчук А.А., Щукин М.В., Волков М.Ю. Использование сорбентов для снижения дозовой нагрузки у крупнорогатого скота при внутреннем облучении цезием-137 и стронцием-90 в условиях радиационного загрязнения окружающей среды// Биоэкономика и экобиополитика. - № 1 (1). С. 101-104.
9. Лысенко Н.П., Сидорчук А.А., Гнездилова Л.А., Ковалев И.И. Эффективность применения иммунных препаратов и сорбентов для крупного рогатого скота в зоне радиационного неблагополучия на фоне сочетанного применения вакцины// Вестник АПК Ставрополья. 2015. №4 (20). С. 106-109.

References:

1. Belov AD, Kirshin VA Lysenko NP, Pak VV etc. Radiobiology / Moscow:. Kolos, 1999. 384 p.
2. Gubarev V.S., Kamioka I., Lagovskiy I.K. Nuclear and other trace / Moscow:. IzdAT, 1992. 256p.
3. Kashparov V.A. The problems of conducting agricultural production in the contaminated territories in the remote period after Chernobyl / Materials Conference // Moscow: Informagroteh. 1999, pp. 19 - 22.
4. Lysenko N.P., Pasternak A.D., Rogozhina L.V., Pavlov A.G. Keeping livestock in conditions of radioactive contamination / St. Petersburg: Lan, 2005. 240 p.
5. Sirotkin A.N. The problems of conducting agricultural production in the contaminated territories in the remote period after Chernobyl / Materials Conference // Moscow, Informagroteh, 1999. pp. 29 - 30.
6. Kovalev I.I. Evaluating the effectiveness of removal of cesium orga¬nizma adsorbing drugs of natural origin // Veterinary Pathology. 2015. №3 (53). pp. 55-59.
7. Lysenko N.P., Kovalev I.I., Volkov M.Y., Kusurova Z.G. Withdrawal enterosgel radioactive cesium and radioactive strontium from the body of laboratory animals // News MAAO. 2015. №25. T. 1. pp. 38-44.
8. Lysenko N.P., Kovalev I.I., Gnezdilova L.A., Sydorchuk A.A., Shchukin M.V., Volkov M.Y. The use of sorbents to reduce radiation dose in cattle at an internal irradiation of cesium-137 and strontium-90 in terms of radiation pollution // Bioeconomy and ecobiopolitic. - № 1 (1). pp 101-104.
9. Lysenko N.P., Sydorchuk A.A., Gnezdilova L.A., Kovalyov I.I. The effectiveness of immune drugs and sorbents for cattle in the radiation zone of trouble on the background of combined use of vaccines // AIC Bulletin Stavropol. 2015. №4 (20). pp. 106-109.