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 Т1/2=19,4 года, b-излучатель.
Радон. Радиологический интерес представляют два радиоизотопа Rn: прежде всего Rn222 и несколько меньше Rn220. Rn222 — газообразный дочерний продукт Ra226 (Т1/2=3,825 суток, a-излучатель), Rn220 — продукт распада Ra224 из семейства Th232 (Т1/2=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 (Т1/2=28,1 года, b-излучатель), и Sr89, более короткоживущий радионуклид (Т1/2=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 (Т1/2=30,17 года, b- и g-излучатель).
Йод. Природный йод представлен одним стабильным изотопом I127. Среди радиоизотопов йода наиболее радиологическими значимыми являются I129 (Т1/2=1,57×107 лет, b-излучатель) и I131 (Т1/2=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:
· радионуклиды применяются как индикаторы (меченые атомы) в исследовательских работах в области физиологии и биохимии животных и растений, а также в разработке методов диагностики и лечения заболевших животных;
· радионуклиды и ионизирующие излучения используются в селекционно-генетических исследованиях в области растениеводства, животноводства, микробиологии и вирусологии;
· непосредственное применение ионизирующих излучений как процесса радиационно-биологической технологии для:
1. стерилизации, консервирования, увеличения сроков хранения и обеззараживания пищевых продуктов и фуража, сырья животного происхождения, биологических и фармакологических препаратов, хирургического, шовного и перевязочного материалов, приборов, устройств и инструментария, которые не подлежат температурной и химической обработке;
2. стимуляции роста и развития животных и растений с целью повышения хозяйственно полезных качеств;
3. борьбы с вредными насекомыми и оздоровления окружающей среды;
4. стерилизации животноводческих стоков и др.
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.