Оценка биологического действия комбинированного облучения овец для определения «безопасных» уровней радиационного воздействия

Известно, что после наземного ядерного взрыва в атмосферу инжектируется большое количество грунта, одна часть которого расплавляется, а другая – испаряется в огненном шаре вместе с остатками неразделившегося урана и материала взрывного устройства [1]. По мере охлаждения огненного шара образуются радиоактивные частицы диаметром от субмикронного размера до 2-3 мм. Крупные аэрозольные частицы выпадают в пределах десятков километров от места взрыва (местные или локальные выпадения), а более мелкие частицы – на расстоянии сотен и тысяч километров в форме радиоактивных осадков. Оплавленные радиоактивные частицы (ОРЧ) с пастбищной травой могут поступать в желудочно-кишечный тракт пастбищных животных, что может быть причиной комбинированного радиационного поражения животных. Это необходимо учитывать при организации ветеринарно-санитарных мероприятий на территориях, загрязнённых ОРЧ. В работе Bell и соавт. [2] по изучению биологического действия комбинированного облучения овец (ОРЧ 90Y+2 Гр) показано, что пероральное введение ОРЧ в сочетании с тотальным облучением привело к гибели 50% облучённых овец. В этом исследовании использовалась только одна активность ОРЧ в сочетании с тотальным облучением и с нанесением ОРЧ

Саруханов В.Я.* – ст. науч. сотр., к.б.н.; Епимахов В.Г. – ст. науч. сотр., к.б.н. НИЦ «Курчатовский институт» – ВНИИРАЭ.

на кожный покров. Влияние комбинированного облучения на овец было изучено в 1976 г. коллективом отдела животноводства ВНИИСХР под руководством профессора Б.Н. Анненкова. Овцы потребляли ОРЧ с пастбищной травой активностью от 9,99 до 51,80 МБк/кг живой массы в сочетании с тотальным облучением. Было установлено, что ОРЧ накапливаются в вентральных участках рубца, книжки и сычуга и через 5-7 сут переходят в тонкий и толстый отделы кишечника. Это определяет радиационное поражение желудочно-кишечного тракта, особенно рубца и сычуга, где образуется множество крупных язв. Комбинированное радиационное поражение характеризуется потерей аппетита и снижением потребления воды на фоне выраженной диареи, анорексии, с признаками травматического ретикулита [3].

Цель настоящего исследования – оценка биологического действия комбинированного облучения овец (ОРЧ+1,6 Гр) для определения «безопасного» уровня облучения животных.

Материалы и методы

Исследования по комбинированному облучению овец были выполнены во ВНИИСХР под руководством профессора Б.Н. Анненкова в 1978 г. Эти данные, долгие годы являвшиеся недоступными для широкой научной общественности, сохраняют свою актуальность и в настоящее время. Для имитации внутреннего облучения овец использовались трёхкомпонентные модельные частицы, предложенные С.П. Целищевым. ОРЧ представляют собой стеклянные шарики диаметром 80-160 мкм, которые получали, облучая в потоке нейтронов (1,2х1013 Н/см2с) в течение 10 ч навеску частиц, в структуру которых были вплавлены стабильные элементы 164Dy, 141Pr и 90Y [4]. В работе были использованы экспериментальные данные, полученные на 40 овцах, облучённых в дозе 1,6 Гр в сочетании со скармливанием овцам ОРЧ активностью 9,99, 24,05, 35,89, 38,85, 51,80 МБк/кг живой массы. Ещё одна группа животных (8 овец) служила контролем и не была подвергнута радиационному воздействию. Также в настоящей работе были использованы экспериментальные данные, полученные на 10 овцах, облучённых в дозе 2 Гр с мощностью дозы 1 Гр/ч на гамма-установке ГУЖ-24 с источником 137Cs. Клинические исследования подопытных животных проводили общепринятыми методами. Обработка экспериментальных данных велась с использованием методов математической статистики [5].

Результаты и обсуждение

Рис. 1. Потребление кормов, воды и моторика рубца у облучённых овец (1,6 Гр+ОРЧ 9,99 МБк/кг).

После радиационного воздействия (ОРЧ 9,99 МБк/кг живой массы+1,6 Гр) снижение лейкоцитов имело место на 25-30% на 5-е и с 20-х по 25-е сут (рис. 2). Концентрация лейкоцитов у необлучённых животных находилась в пределах физиологической нормы и колебалась от 6,4±0,8 до 6,8±1,0х10 9 кл/л.

1,5

0            5           10           15          20          25          30

Сроки исследования, сутки

Рис. 2. Концентрация лейкоцитов в крови овец (1,6 Гр+ОРЧ 9,99 МБк/кг).

После комбинированного облучения достоверное снижение концентрации лейкоцитов в крови на 60% отмечалось уже на 5-е сут после скармливания ОРЧ в сочетании с тотальным облучением. На 10-е сут наблюдалась нормализация этого показателя, что, вероятно, связано со сгущением крови вследствие поражения желудочно-кишечного тракта ОРЧ, чего не наблюдалось после тотального облучения овец в дозе 2 Гр. В последующие сроки исследования имело место прогрессирующее снижение этого показателя. Так, у овец, облучённых в дозе 2 Гр, в латентный период (с 5-х по 7 сут) наблюдалась тенденция к снижению концентрации лейкоцитов, которая сменилась достоверным уменьшением на 30-45% по сравнению с необлучёнными животными в период разгара и в период разрешения лучевой болезни. При более высокой активности ОРЧ лейкопения носила более выраженный характер. Кроме того, после комбинированного облучения овец отмечалось повышение вязкости крови, тогда как у тотально облучённых животных повышение вязкости крови не наблюдалось.

Нарушение пищеварения привело к прогрессирующему снижению живой массы подопытных животных в зависимости от активности ОРЧ. Так, у контрольных и тотально облучённых овец, а также у животных, подвергнутых комбинированному облучению (ОРЧ 9,99 МБк/кг живой массы+1,6 Гр), не наблюдалось снижения живой массы, тогда как при дозе ОРЧ 24,05 МБк/кг живой массы имело место снижение этого показателя на 20% уже на 5 сут (рис. 3). Увеличение активности ОРЧ сопровождалось прогрессирующим снижением живой массы на 20-30% по сравнению с контролем, тогда как снижение этого показателя также не наблюдалось после тотального облучения в сублетальных дозах сельскохозяйственных животных [3, 6, 7].

Сроки исследования, сутки

Рис. 3. Живая масса облучённых овец (1,6 Гр+ОРЧ 9,99 МБк/кг).

Интегральным показателем биологического действия ионизирующих излучений является гибель облучённых животных [8]. Как видно из представленных данных на рис. 4, гибель овец зависит от активности ОРЧ. Так, при минимальной активности гибель животных составила 16,6%, тогда как при более высоких дозах погибло от 80 до 100% животных. Пробит-анализ показал, что доза ОРЧ в сочетании с тотальным облучением, вызывающая гибель половины животных, составила 20,82 (28,9-8,92) МБк/кг живой массы (рис. 4). Расчётная активность ОРЧ, которая может привести к гибели от 1 до 5% животных, составила соответственно 4,07 и 6,57 МБк/кг живой массы. Такие уровни облучения не приведут к снижению их мясной продуктивности. Например, даже после комбинированного облучения овец в дозах, вызывающих гибель 16,6% животных, не наблюдалось изменения живой массы, тогда как при более высоких дозах живая масса снижалась на 20-30% по сравнению с контролем (рис. 3). Поэтому можно полагать, что при скармливании животным ОРЧ активностью от 4,05 до 9,9 МБк/кг живой массы в сочетании с тотальным облучением в дозе 1,6 Гр не приведёт к снижению продуктивности, а вероятная гибель будет минимальной.

120,00

Для определения критериев оценки физиологического состояния облучённых овец использовали соотношения экспериментальных данных потребления кормов (комбикорм, сено), воды и физиологических показателей в ранние сроки исследования по отношению к контрольным значениям, выраженные в процентах (рис. 5). Из представленных данных видно, что наиболее значимые изменения после комбинированного лучевого поражения наблюдались в желудочно-кишечном тракте животных, что манифестировалось уже на 5-е сут почти полным прекращением руминации даже при минимальной дозе ОРЧ. При больших дозах эти явления были более выражены. У животных не только отсутствовала моторика рубца, но и потребление комбикорма и воды было минимальным. Кроме того, при комбинированном радиационном воздействии наблюдали уменьшение концентрации лейкоцитов в более ранние сроки, чем можно было ожидать после тотального облучения, а снижение аппетита привело к значительному уменьшению живой массы.

о О. H X о

^

5х 30

руминация

Рис. 5. Потребление кормов, воды и физиологические показатели организма овец (1,6 Гр+ОРЧ 35,9 МБк/кг живой массы).

Следовательно, наиболее информативным показателем после перорального введения овцам ОРЧ является гипотония и атония моторики рубца, что указывает на нарушение пищеварения у облучённых животных. На рис. 6 представлена зависимость числа руминаторных движений от активности ОРЧ на 5 сут после введения перорально. При максимальных дозах ОРЧ румина-ция у животных практически падает до нулевых значений. Была выполнена аппроксимация представленных экспериментальных данных, которые могут быть описаны экспоненциальной зависимостью, с величиной достоверности R2 – 0,9286:

P = 4,0'e ^-0-⁰⁸A (1)

где Р – количество руминаторных движений (движ./2 мин) на 5 сут после введения ОРЧ; А – активность скормленных ОРЧ (МБк/кг); 4,0 – количество руминаторных движений в начале эксперимента ( A =0 МБк).

Рис. 6. Моторика рубца 2 овец.

Количество руминаторных движений колеблется в норме от 3 до 6 за 2 мин. Полученная формула (1) путём преобразования позволяет вычислить активность ОРЧ, при которой румина-ция может снизиться ниже граничного значения (P=3 движ./2 мин) при количестве руминаторных движений в начале эксперимента Р=4 движ./2 мин:

4 = -12,5 • ln( ^ ) =-12,5-ln(0,75)=3,6 МБк/кг. (2)

Следует ожидать, что при количестве руминаторных движений в начале эксперимента Р=6 движ./2 мин снижение руминации ниже граничного значения (P=3 движ./2 мин) будет достигнуто при активности ОРЧ 3,6⋅6:4=5,4 МБк/кг (рис. 6).

Заключение

прекращением руминации и жвачки c синдромом травматического ретикулита, который может диагностироваться различными методами (проба Рюгга, проба Нордстрема и др.) [3, 4]. Следовательно, основными клиническими признаками, характеризующими комбинированное облучение в ранние сроки после радиационного воздействия, являются нарушения руминации на фоне лейкопении и повышенной вязкости крови. Однако, гипотония и атония моторики рубца у жвачных животных могут быть вызваны изменением условий их кормления и содержания. В этом случае у животных развивается лейкоцитоз, а уровень гемоглобина и кислотная ёмкость крови снижаются [9]. Лейкоцитоза и снижение уровня гемоглобина не наблюдается как после тотального, так и комбинированного радиационного воздействия [2-4, 6, 7].

Изучение динамики гибели облучённых овец (пробит-анализ) показало, что минимальные расчётные значения гибели (1 и 5%) после комбинированного облучения могут колебаться при активности от 4,07 до 6,57 МБк/кг живой массы соответственно. Аналогичные значения были получены при анализе значений моторики рубца у облучённых овец (3,6+1,6 Гр и 5,4 МБк/кг+1,6 Гр).