Данные литературного обзора, посвященного изучению параметров перехода радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию, Грин Н. [8], где обобщена информация 300 публикаций, документы МАГАТЭ [11], обобщение Фесенко С. и др. [5, 6] показывают, что переходу трансурановых радионуклидов в животноводческую продукцию посвящены единичные работы. Необходимо отметить работу по исследованию перехода 241Am и 239+240Pu в органы и ткани овец [4], проведенную в Британии. Подобные исследования проводились на Семипалатинском полигоне в низкогорном массиве Дегелен [2]. Настоящая работа является продолжением этих исследований, но они проведены на радиационно-загрязненной площадке «Опытное поле» СИП, которая расположена в пустынно-степной зоне. Данный участок характеризуется более значительным содержанием радионуклидов 241Am и 239+240Pu.
В данной статье представлены результаты исследований, проведенных в 2010 году. Исследования посвящены изучению динамики перехода радионуклидов 241Am и 239+240Pu в системе «степное разнотравье – продукция овцеводства»; исследованию особенностей распределения радионуклидов в различных органах и тканях овец.
Полученные знания о параметрах перехода радионуклидов будут использованы для построения прогнозных моделей и оценки дозовых нагрузок на население, потребляющее полученную на территории СИП продукцию.
Материалы и методика исследования
Исследования проведены на площадке «Опытное поле» СИП, где ранее проводились наземные ядерные испытания. В качестве исследуемых животных использовалось 6 голов двухгодовалых кастрированных баранов казахской курдючной грубошерстной породы («Едильбаевская») с живым весом 51 ± 2 кг. Все животные были схожими по клиническому состоянию и экстерьерно–конституциональным данным.
Исследования проводились в летний период, животные находились в условиях стойлового содержания. До начала эксперимента животные выпасались на чистых участках со степным разнотравьем. За 1,5 месяца до начала исследования все животные были острижены. После завоза баранов на место проведения эксперимента для адаптации к новым условиям (стойловому содержанию) в течение 10 дней всех баранов кормили только чистым кормом. Далее животным начали скармливать сухостепное разнотравье (на участке доминирует полынно-ковыльное сообщество), произрастающее на радиоактивно-загрязненном участке.
Растительность скашивалась ежедневно вручную. Сроки кормления баранов составляли – 3, 7, 14, 28, 56, 112 суток. В конце каждого срока, после 12 часовой голодной выдержки ‒ производился забой одного животного методом обескровливания. Подкормка концентрированными и другими видами кормов не осуществлялась. Для контроля поступления радионуклида в организм каждого барана проводился отбор проб растений из заготовленного для кормления сена и ежедневный учет количества съеденного корма.
Отбор и подготовка проб растений (сена). Пробы растений отбирались ежедневно из общей массы корма, предназначенного для скармливания, по 300 г в течение недели, формируя одну пробу массой 2,1 кг (300 г×7 дней). Образец пробы растений (2,1 кг) не промывался, измельчался (длиной 3–5 см), сушился, дополнительно измельчался на мельнице и просеивался через сито d = 1 мм. Далее проба помещалась в измерительную кювету для проведения γ-спектрометрического определения. После чего пробы готовились для радиохимического определения 239+240Pu.
Отбор и подготовка проб животного происхождения. Мышечная ткань срезалась с внешней и внутренней части бедра. Сердце, легкие, печень, почки и селезенка полностью передавались на анализ. Костная ткань (передние три ребра) очищалась от мясосальных частиц. Хрящевая ткань – у забитого животного отбиралась верхняя часть уха площадью 35–40 см2. Далее хрящевая ткань вручную освобождалась от кожи. Шкуры – производилась очистка волосяного покрова (отделение) шерсти от кожи. Очищенная кожа отмывалась от грязи, крови, лимфы и очищалась от мясосальных частиц. Шерстная ткань – отмачивалась в растворе, а затем промывалась проточной водой, ополаскивалась дистиллированной водой, высушивалась.
Подготовка биопроб на гамма-спектрометрические измерения (241Am). Пробы мышечной ткани, почек, легких, селезенки, сердца, печени и шерсти растворялись в концентрированной азотной кислоте до полного разложения, и уже раствор подвергался анализу. Пробы костной и кожной ткани высушивались при температуре 250 °C в течение 96 часов, после этого истирались на мельнице и далее помещались во взвешенный стакан для измерения.
Подготовка биопроб на альфа-спектрометрические измерения (239+240Pu). Радиохимическое разложение всех биологических образцов (растений, органов и тканей) проводилось посредством разложения в азотной кислоте, сжигания в муфельной печи, перевода золы в раствор. Из полученного раствора проводилось осаждение изотопов плутония на мембранных фильтрах. Полученные источники передавались на измерения.
Гамма-спектрометрические измерения. Для определения содержания гамма-излучающего радионуклида 241Am в пробах использовались гамма-спектрометрические установки c планарным (ВЕ 2020) германиевым детектором фирмы «Canberra». Измерения проводились в соответствии с методикой выполнения измерений на гамма-спектрометре № 5.06.001.98 РК [1].
Альфа-спектрометрические измерения. Определение удельной активности 239+240Pu в пробах проводилось радиохимическим выделением по соответствующей методике [3] с последующим измерением на альфа-спектрометре «Alpha Analyst» фирмы «Canberra».
Расчет коэффициента перехода радионуклидов в продукцию. В качестве параметра уровня перехода радионуклидов из внешней среды в животноводческую продукцию использовался коэффициент перехода Кп, который рассчитывается как отношение удельной активности органа или ткани (Бк/кг) к суммарному количеству радионуклида, поступившего в течение дня в организм животного (Бк/сут).
Результаты исследования и их обсуждение
Расчет поступления 241Am и 239+240Pu в организм баранов с кормом. Содержание 241Am в растительном корме за весь период эксперимента изменялось в пределах от ˂ 4 до 55 ± 5 Бк на кг сухого вещества (n = 16, 19 ± 15 Бк/кг), 239+240Pu – в пределах от 10 ± 1 до 235 ± 12 Бк на кг сухого вещества (n = 16, 82 ± 70 Бк/кг). В среднем каждое животное ежедневно потребляло 0,9 ± 0,2 кг сухого вещества сена. На основании этих данных проводился расчет среднесуточного поступления радионуклидов с кормом в организм каждого барана. Количество среднесуточного поступления радионуклидов с кормом в организм баранов представлено в таблице (табл. 1).
Заметное снижение количества суточного поступления 239+240Pu и 241Am с кормом у животных с более длительным сроком объясняется тем, что по мере отдаленности от воронки при ежедневном скашивании сена загрязненность участка снижалась.
Исследование особенностей перехода 241Am в организм баранов. К сожалению, в большинстве случаев активность 241Am в тканях и органах была ниже уровня обнаружения при использованных методиках и аппаратурно-методическом обеспечении. Лишь на единственное значение в мышечной ткани был получен коэффициент перехода, который составил 3,0∙10–3. В справочнике МАГАТЭ по параметрам перехода радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию имеется одно значение коэффициента перехода 241Am в баранину, которое составляет 1,1∙10–4. Откуда следует, что полученный коэффициент перехода больше на один порядок, чем представленный в справочнике. При этом понятно, что единственное значение является статистически недостоверным. Возможно, что полученный коэффициент перехода 241Am в мышечную ткань овец, полученный в условиях СИП, меньше, чем 3,0∙10–3.
Таблица 1
Количество суточного поступления радионуклидов с сеном в организм баранов
|
Радионуклид |
Сроки содержания баранов на эксперименте, суток |
|||||
|
3 |
7 |
14 |
28 |
56 |
112 |
|
|
Среднесуточное поступление радионуклидов в организм, Бк/сут |
||||||
|
239+240Pu |
212 ± 42 |
205 ± 41 |
192 ± 38 |
142 ± 28 |
93 ± 19 |
82 ± 16 |
|
241Am |
45 ± 9 |
43 ± 9 |
32 ± 6 |
27 ± 5 |
25 ± 5 |
21 ± 4 |
Исследование особенности распределения 241Am в различных органах и тканях баранов показало, что одним из основных органов депонирования может являться кожная ткань. Коэффициент перехода радионуклида в кожную ткань баранов при более длительном содержании увеличивается от 5,5∙10–4 до 2,6∙10–3. В данном случае предполагается факт перкутанного поступления 241Am в кожную ткань (на участках, где располагались животные, содержание 241Am в почве достигало от 200 до 1500 Бк/кг), что предполагает зависимость уровня проникновения 241Am вглубь кожной ткани от периода поступления радионуклида. Подтверждение данного предположения требует дополнительных исследований. При этом, если данный факт подтвердится, то кожная ткань животных, выпасающихся на загрязненных участках, будет являться одним из критичных продуктов сельского хозяйства при расчете дозовых нагрузок на население. Тем более, что кожа, помимо использования в промышленности, может входить в состав рациона питания местного населения (студень, местные деликатесы).
Исследование особенностей перехода 239+240Pu в организм баранов. В результате проведенных альфа-спектрометрических измерений было зафиксировано содержание 239+240Pu во всех пробах мышечной ткани, печени, легких, коже и шерсти. В селезенке и сердце этих же баранов не получены численные значения активности радионуклида, так как они, ниже уровня обнаружения при использованном аппаратурно-методическом обеспечении. В пробах почек, хрящевой и костной ткани обнаружены единичные значения 239+240Pu. Значения удельной активности радионуклида 239+240Pu в тканях и органах представляют убывающий ряд: шерстная ткань > кожная ткань > печень > легкие > мышечная ткань ≥ костная ткань ≥ почки ≥ хрящевая ткань ушей > сердце ≥ селезенка.
В результате были рассчитаны коэффициенты перехода 239+240Pu в мышечную ткань, печень, легкие, ребра, шерсть и кожу, представленные в таблице (табл. 2).
Таблица 2
Коэффициенты перехода 239+240Pu в органы и ткани баранов
|
Органы и ткани |
Сроки содержания баранов на эксперименте, суток |
|||||
|
3 |
7 |
14 |
28 |
56 |
112 |
|
|
Удельная активность 239+240Pu, Бк/кг (на сырой вес) |
||||||
|
Мышцы |
4,6∙10–5 |
1,1∙10–4 |
6,3∙10–5 |
3,1∙10–5 |
нет |
1,2∙10–4 |
|
Печень |
7,1∙10–5 |
1,7∙10–4 |
5,0∙10–4 |
9,0∙10–4 |
2,1∙10–3 |
3,4∙10–3 |
|
Легкие |
9,0∙10–5 |
1,4∙10–4 |
1,6∙10–4 |
1,5∙10–4 |
4,3∙10–4 |
3,5∙10–4 |
|
Костная ткань (ребра) |
˂ 4,4∙10–4 |
˂ 5,4∙10–4 |
1,4∙10–3 |
˂ 7,7∙10–4 |
˂ 1,2∙10–3 |
˂1,2∙10–3 |
|
Шерсть |
8,7∙10–4 |
2,0∙10–3 |
1,5∙10–3 |
7,6∙10–3 |
4,0∙10–3 |
4,1∙10–3 |
|
Кожа |
1,8∙10–4 |
2,4∙10–4 |
4,1∙10–4 |
1,0∙10–3 |
5,7∙10–4 |
нет |
Мышечная ткань. По переходу 239+240Pu в мышечную ткань можно сделать следующие выводы:
1. Параметры перехода не меняются и не зависят от длительности поступления (табл. 2).
2. Коэффициенты перехода 239+240Pu в мышечную ткань баранов составили (7,7 ± 3,0)∙10–5.
В отмеченной выше работе британских ученых [4] было установлено, что коэффициент перехода 239+240Pu в мясо молодого кастрированного молодняка с живым весом 22 ± 1,6 кг составляет (8,5 ± 2,45)∙10–5, в мясо овцы с живым весом 53 ± 3,3 кг составляет (2,0 ± 0,7)∙10–5. Как видно из приведенных цифр, полученные данные сопоставимы.
Печень. В ранее проведенных исследованиях было определено, что изотопы плутония и америция у сельскохозяйственных [9] и лабораторных животных [10] накапливаются в печени и скелете. Динамика обмена 239Рu в печени может быть объяснена динамикой обмена комплексных соединений радионуклида с глобулинами [12]. Из представленной выше таблицы видно, что концентрация 239+240Pu пробах печени увеличивается в зависимости от длительности поступления. При этом если коэффициент перехода 239+240Pu в печень на третьи сутки равен 7,5∙10–5, то через 112 суток кормления коэффициент перехода увеличился до 2,8∙10–3 (табл. 2).
Легкие, сердце, селезенка. Во многих работах легкие не рассматривают как основной орган, который накапливает 239+240Pu. Однако в проанализированных пробах легких был обнаружен 239+240Pu, при этом концентрация последнего всегда больше в легких, чем в мышечной ткани. Также необходимо отметить, что сердце и селезенка являются менее критичными органами, чем легкие. Поэтому для них можно использовать коэффициент перехода, полученный для легких, который варьирует от 4,0∙10–4 до 9,5∙10–5. Результаты показали, что концентрация 239+240Pu в легких не увеличивается и не зависит от длительности поступления радионуклида в организм.
Почки. Из 6-ти проанализированных проб почек в 3-х были получены удельные активности 239+240Pu. Коэффициенты перехода при этих значениях достаточно высокие и составляют от 1,7∙10–3 до 4,4∙10–4, что более значительно, чем для мышечной ткани, легких, сердца и селезенки. Увеличение удельной активности радионуклида в почках в зависимости от длительности эксперимента нечетко выражено, как этот процесс отмечается в печени. Возможно, это связано с погрешностью измерений или варьированием суточного поступления радионуклида в организм в последние дни перед забоем животных.
Костная ткань (ребра). Костная ткань считается основным местом депонирования 239+240Pu в организме. Из проанализированных проб лишь в одной пробе удалось получить численное значение, коэффициент перехода при этом составил 1,3∙10–3. Известно, что разные кости по-разному депонируют техногенные радионуклиды. Так, в работе [7], где выпасали коров на загрязненных участках, установлено, что плутоний из сыворотки крови больше переходит в позвоночную кость, чем в бедренную. В данной работе на анализы костной ткани были выбраны ребра на основании данных по накоплению 90Sr. Откуда известно, что для расчета активности целого скелета можно ограничиться только анализом одного-трех ребер, взятых целиком, или лопатки. В результате были получены значения ниже уровня обнаружения при использованном аппаратурно-методическом обеспечении. Возможно, что переход 239+240Pu в ребра проходит с меньшей интенсивностью, чем в позвоночную и бедренную кости. К настоящему времени данных об особенностях перехода трансурановых радионуклидов в различные части скелета овец нет.
Шерсть. Результаты настоящих исследований показали, что содержание 239+240Pu в шерстной ткани животных не увеличивается при длительном поступлении радионуклида, хотя наибольшие активности его в организме сконцентрированы именно здесь. Диапазон значений коэффициентов перехода для шерстной ткани составил от 7,2∙10–3 до 9,3∙10–4. Известно, что шерстная ткань в основном состоит из белков группы кератинов, которые, как и коллагены, составляющие основу соединительной ткани животных (кость, хрящ, сухожилие), входят в состав фибриллярных белков. Схожие химические составы позволяют предположить, что шерсть, как и костная ткань, будет являться основным местом депонирования 239+240Pu. В случае подтверждения данного предположения, а также выявления закономерности распределения 239+240Pu в этих тканях это позволило бы оценивать содержание нуклидов в организме, не забивая животное. Для выявления зависимости распределения 239+240Pu между органами (тканями) и шерстью было рассчитано отношение удельной активности радионуклида того или иного органа (или ткани) к его удельной активности в шерсти. В результате был получен большой разброс значений, который показал отсутствие какой-либо зависимости распределения 239+240Pu между органами и шерстью.
Кожа. Как и в шерстной ткани, так и в коже животных были найдены наиболее высокие концентрации радионуклида. Диапазон значений коэффициентов перехода 239+240Pu в кожную ткань составил от 1,9∙10–4 до 9,9∙10–4. Вероятнее всего высокое содержание плутония в кожной ткани связано с перкутанным поступлением. Содержание 239+240Pu в почве на участке, где содержались животные, достигало 15 кБк/кг. Попавшие на поверхность кожи частицы 239+240Pu проникают вглубь кожи через гомогенную ткань и через поры и каналы.
Хрящевая ткань. В овцеводстве отрезание верхней части уха овец используется как метка животных, предназначенных на забой (или брак). В связи с чем была попытка использовать хрящевую ткань ушей как часть тела, по которому возможно оценить содержание радионуклида в организме, не забивая животное К сожалению, лишь в двух случаях были получены численные значения. Диапазон значений коэффициентов перехода 239+240Pu в хрящевую ткань составил от 1,3∙10–3 до 2,3∙10–3. Полученные результаты сопоставимы с параметрами перехода в костную ткань, что предполагает возможность использования части уха как индикатор накопления в костной ткани.
Заключение
В представленной работе проведена оценка параметров перехода трансурановых радионуклидов 241Am и 239+240Pu в продукцию овцеводства при различных сроках скармливания загрязненных кормов и в условиях содержания на загрязненных участках Семипалатинского испытательного полигона.
В результате проведенных работ получены оценочные коэффициенты перехода 241Am в мышечную и кожную ткань овец. При этом выявлено, что кожная ткань животных, выпасаемых на загрязненных участках, может являться одним из критичных сельскохозяйственных продуктов, используемых при расчете дозовых нагрузок на население.
Установлено, что основным органом депонирования 239+240Pu в организме баранов является печень. Изучение динамики перехода радионуклида 239+240Pu в различные органы и ткани овец, показало, что при увеличении сроков его поступления в организм животного концентрация этого нуклида в печени растет. Переход 239+240Pu в другие органы и ткани: шерстную ткань, кожную ткань, легкие, мышечную ткань, костную ткань, хрящевую ткань ушей, сердце, селезенку – не зависит от длительности поступления.
Рецензенты:
Кожебаев Б.Ж., д.с.-х.н., декан аграрного факультета Семипалатинского государственного университета им. Шакарима, г. Семей;
Арынова Р.А., д.б.н., профессор кафедры животноводства и охотоведения с основами морфологии Семипалатинского государственного университета им. Шакарима, г. Семей.
Работа поступила в редакцию 06.03.2014.