Подход к оценке радиочувствительности свиней на основании живой массы с применением поправочного коэффициента

Ведение сельского хозяйства на территориях, загрязненных радионуклидами, создает дополнительные нагрузки на организм продуктивных животных, что может привести к снижению качества и количества продукции животноводства. Для уменьшения негативного воздействия облучения на животных необходима разработка комплекса мероприятий, ключевым звеном которых служит нормирование действия радиационных факторов на организм, что, в свою очередь, невозможно без изучения радиочувствительности. Для количественного изучения радиочувствительности организма пользуются кривыми доза-эффект, при построении которых на оси абсцисс откладывают дозы излучения, на оси ординат — процент гибели в течение определенного срока наблюдения. Для всех млекопитающих такая кривая имеет S-образную форму. На этой кривой выделяют несколько точек: MLD — минимальная летальная доза (LD 1 или LD 5 ), или летальная доза, при которой практически не наблюдается гибели животных; LD₅₀ — доза облучения, при которой погибают 50 % животных, и MALD — минимальная абсолютно летальная доза, приводящая к гибели практически всех подопытных животных. Интегральным показателем радиочувствительности служит величина LD₅₀, которая зависит от вида, возраста и физиологического состояния животного (1, 2).

Работа по определению параметров гибели особей разного возраста может быть выполнена в три этапа. На первом этапе необходимо определить эти параметры для животных одного возраста при разной мощности дозы облучения, проанализировав как минимум четыре S-образные кривые. Аналогичные исследования должны быть выполнены не менее чем на четырех возрастных группах. Затем необходимо определить зависимость параметров гибели от возраста животных. Заключительный этап состоит в верификации полученной зависимости. Если каждую экспериментальную группу сформировать из пяти особей, а кривые гибели построить с использованием пяти групп, то для выполнения этой работы необходимы данные, полученные хотя бы на 600 животных.

В литературе число работ, посвященных радиочувствительности крупных сельскохозяйственных животных, ограничено, поскольку эксперименты на них связаны с большими материальными затратами. Так, данные о гибели взрослых свиней, облученных с мощностями доз 0,6; 6 и 30 Гр/ч, представлены в работе D.G. Brown с соавт. (3). Единичные эксперименты были выполнены на облученных свиньях с живой массой 30; 80 и 107 кг с мощностями доз 1,0; 0,5; 18 и 6 Гр/ч (4-6). Однако этих сведений недостаточно для определения параметров кривой гибели свиней, облученных с разными мощностями доз. В то же время имеются сведения, что при облучении взрослых овец и свиней с мощностью дозы 6,0 и 6,6 Гр/ч (живая масса 45 и 114 кг) LD50 составляет соответственно 2,37 (2,15-2,57) и 4,30 (4,10-4,60) Гр (3, 7). То есть радиочувствительность животных снижается при увеличении живой массы. Это позволяет предположить, что радиочувствительность взрослых овец и свиней в определенной степени зависит от живой массы, а параметры количественной зависимости, полученные на овцах, можно использовать для определения радиочувствительности у свиней с поправкой на видовые особенности животных и их живую массу.

Известно, что живая масса увеличивается в период роста животных, и молодые животные более чувствительны к внешнему облучению, чем взрослые особи. Это связано с преобладанием в организме у первых молодых делящихся клеток и высокой активностью основного обмена (1, 2, 8). Пониженная чувствительность к внешнему Y -облучению у взрослых особей по сравнению с молодыми обусловлена наличием запасов энергии при переходе на эндогенное питание и низкой активностью основного обмена, которая уменьшается при увеличении живой массы (8, 9). Живая масса у животных одного возраста может различаться весьма значительно, что способно повлиять на их радиочувствительность. Так, LD₅₀ / ₃₀ при облучении помесных свиней и свиней породы дюрок в возрасте 8 мес (при живой массе 80 и 114 кг) составляет соответственно 6,30 Гр (5,14-7,10 Гр) и 6,82 Гр (6,26-7,49 Гр) (3, 5).

Таким образом, радиочувствительность животных зависит от возраста, активности основного обмена и связанной с ними живой массы, которую можно считать интегральным показателем, определяющим радиочувствительность. Это подтверждается результатами экспериментальных исследований. Так, при рентгеновском облучении в дозе 3 Гр погибают все поросята (живая масса 20 кг), тогда как при аналогичной дозе радиационного воздействия (⁶⁰Co) не наблюдается гибели животных с живой массой 107 кг (7, 10). Известно, что интенсивность метаболизма в организме животного связана с их живой массой. Следовательно, зависимость активности метаболизма от массы животного m является степенн о й, или аллометрической (11).

В литературе отсутствуют данные о радиочувствительности особи в зависимости от живой массы. Между тем решение этого вопроса позволит разработать подходы к нормированию действия внешнего облучения на сельскохозяйственных животных.

Ранее в нашей работе были обобщены экспериментальные данные и определены параметры количественной зависимости гибели овец с живой массой 40-45 кг от мощности и дозы внешнего облучения, закономерности которой легли в основу определения радиочувствительности у свиней с разной живой массой (12):

L 50/60 = 100/ [ 1 + exp{4,594 - (P) ^{- 0,031} - 1,3 3 0 - (P)^0,118 - П } ] .             [1]

Цель настоящего исследования состояла в разработке методического подхода к оценке радиочувствительности свиней, имеющих разную живую массу, с использованием данных по животным другого вида.

Методика . Для решения поставленной задачи были проанализированы экспериментальные данные, полученные на 48 подсвинках крупной белой породы с живой массой 40 кг, 32 помесных свиньях с живой массой 80 кг; 56 и 73 свиньях породы дюрок с живой массой 100 и 114 кг, подвергнутых двухстороннему у -облучению с мощностью дозы соответственно 0,4; 18,0; 6,0 и 0,6 Гр/ч. Неравномерность облучения не превышала 10-15 % (3, 5, 7). Для оценки адекватности выявленной зависимости использовали экспериментальные данные, которые были зафиксированы на 48 подсвинках крупной белой породы с живой массой 30 кг; 56 подсвинках породы ландрас с живой массой 60 кг, облученных с мощностью дозы 1 и 9 Гр/ч, а также 80 свиньях породы дюрок (живая масса 114 кг), облученных с мощностью доз соответственно 6 и 30 Гр/ч (3-5). Все экспериментальные животные содержались в условиях вивария на сбалансированном рационе.

Гибель животных оценивали по формуле логистической кривой, полученной при облучении взрослых овец (12). Расчет LD50 осуществляли с помощью программы Probit Analysis 2008. Поправочные коэффициенты подбирали, применяя программу MathCAD 2001.

Оценка адекватности полученной формулы осуществлялась по независимым данным LD50, полученным в диапазоне мощности доз от 1,0 до 30,0 Гр/ч.

Для характеристики точности прогноза гибели свиней использова- ли коэффициент несовпадения Тейла (13).

Доза облучения, Гр

Гибель свиней крупной белой породы с живой массой 40 (1) и 140 кг (2) при внешнем экспериментальном у -облучении с мощностью дозы 0,4 Гр/ч (виварий).

Резулътаты . Для свиней с живой массой 40; 60; 100 и 114 кг были подобраны поправочные коэффициенты на мощность дозы (K) и установлена функциональная зависимость этих коэффициентов от живой массы (m) относительно значений изучаемых параметров для овец.

На рисунке представлены кривые, отражающие гибель (в течение 30 сут) свиней крупной белой породы с живой массой 40 и 140 кг (соответственно 64 и 36 гол.), об лученных с мощностью дозы 0,4 Гр/ч: при увеличении живой массы кривая смещалась вправо и становилась более пологой. Аналогичную зако-80

номерность отмечали у взрослых овец при увеличении мощности дозы у -облучения (12).

Представленные закономерности были использованы при построении графика, описывающего количественную зависимость частоты гибели облученных свиней от их живой массы на основе следующих положений. При заданной мощности дозы (P) гибель животных описывается логистической (или S-образной) кривой. С уменьшением мощности дозы (P) кривая доза-эффект становится более пологой и смещается вправо относительно оси ординат. С увеличением живой массы (т) кривая доза—эффект также становится более пологой и смещается вправо относительно оси ординат. Кроме того, свиньи и овцы обладают аналогичным типом кроветворения. Следовательно, гибель свиней может быть описана кривой гибели овец с использованием поправочного коэффициента (K) на радиочувствительность животных. Зависимость коэффициента K от массы животного (т) подчиняется аллометрическим закономерностям и является степенн о й величиной.

Для определения радиочувствительности свиней по сравнению с овцами и ее зависимости от живой массы свиней был введен поправочный коэффициент, который количественно отражает эффект изменения мощности дозы излучения:

ЭИМД = KP , [2] где ЭИМД — эффект изменения мощности дозы; P — мощность дозы при облучении свиней; К — поправочный коэффициент на мощность дозы излучения. Для животных с живой массой 40, 80, 107 и 114 кг величину коэффициентов К подобрали таким образом, чтобы полученные значения гибели в зависимости от дозы, рассчитанные по формуле [1] с учетом формулы [2], описывали исходные данные с наименьшим суммарным отклонением от экспериментальных данных (табл. 1). Методом наименьших квадратов была определена степенн а я зависимость коэффициента К от массы свиней (формула [3]). Также для этих групп животных по экспериментальным данным рассчитали значения LD₅₀ (табл. 1).

1. Значения поправочного коэффициента (К) для определения радиочувствительности свиней в зависимости от живой массы (т_св) и возраста по сравнению с овцами для разной мощности дозы (Р) при экспериментальном у -облучении

Живая масса тсв, кг	Возраст, мес	P, Гр/ч	LD50/30	К     |	R2
40	3	0,4	4,10 (3,36-4,74)	0,675
80	8	18,0	2,80 (2,20-3,10)	0,112	0,98
107	8	6,0	4,05 (3,59-4,43)	0,063
114	8	0,6	6,82 (6,26-7,49)	0,035

K = 8150 ( т_св ) ^{- 2,59} .

Для удаления размерности коэффициента К в основание степени было внесено значение массы «средней» овцы (45 кг), использованных для расчета формулы [1] в работе, представленной нами ранее (12):

K = 8150 • ( т _се ) ^{- 2,59}

•

m ов m ов

2,59                  /       \ -2,59

I |

= 0,426 •! — с I

I ^— ов )

.

Таким образом, зависимость параметра К от живой массы быть представлена следующей функцией [5]:

- 2,59

может

I

K = 0,426 • ! -св-

I ^— о=.

,

где тсв — живая масса свиней, кг; тов — живая масса овец (45 кг); К — коэффициент, отражающий радиочувствительность животных. Величина множителя не зависит от массы животных и описывает радиочувствительность свиней в сопоставлении с овцами. Его значение, равное 0,426, указывает на большую устойчивость к внешнему у-облучению у свиней по сравнению с овцами, что подтверждается данными литературы (3). При увеличении живой массы свиней значения коэффициента К резко умень шаются, что свидетельствует о снижении радиочувствительности животных.

Таким образом, окончательная формула, описывающая гибель сви ней с учетом их массы и полученная на основании формул [1]-[5], выгля дит следующим образом:

L = 100/[1 + exp{3,475 ■ т_св⁰ ’ ⁰⁸⁰³ ■ P ^{- 0} ’ ⁰³¹ - 3,85 ■ т_св^-0,30 6 • P⁰ ’ ¹¹⁸ • D } ]

Тогда LD₅₀ можно определить по следующей формуле: LD ₅₀ = [ 3,475 ■ m_св⁰ ’ ⁰⁸⁰³ ■ P ^- °’⁰³¹ ] / [ 3,85 ■ m_св^-0 ’ ³⁰⁶ ■ P⁰ ’ ¹¹⁸ ]

2. Рассчитанные и экспериментальные значения LD 50/30 для свиней в зависимости от живой массы и мощности дозы у -облучения

Живая масса, кг	Возраст, мес	P, Гр/час	Расчет LD 50/30 , Гр
			по формуле	по экспериментальным данным
30	2	1	3,7	3,8 (3,6-4,0)
60	4	9	3,2	3,1 (1,9-3,9)
114	8	6	4,3	4,3 (4,1-4,6)
114	8	30	3,4	3,5 (3,2-3,8)
Примечание. Формулу, использованную для расчета, см. в тексте статьи.

Для оценки адекватности полученной формулы были взяты независимые экспериментальные данные, по которым были рассчитаны значения LD50 (табл. 2). Из данных, представленных в таблице 2, видно, что значения LD50, рассчитанные по результатам эксперимента и по формуле [7], в целом хорошо согласовывались между собой. Расчет коэффициента несовпадения Тейла (S = 0,0093) показал, что предложенная формула достаточно адекватно описывает гибель облученных свиней. Это позволяет использовать полученную зависимость в качестве рабочего инструмента при построении кривой гибели для свиней с живой массой от 30 до 114 кг, облученных в диапазоне мощности доз от 0,6 до 30 Гр/ч.

Итак, живая масса отражает породные особенности, возраст и физиологическое состояние животных, что делает возможным ее использование для оценки радиочувствительности. С возрастом и соответствующим увеличением живой массы кривая гибели свиней смещается вправо относительно оси ординат и становится более пологой. Аналогичная закономерность наблюдается при росте мощности дозы у -излучения. Свиньи и овцы обладают аналогичным типом кроветворения, что позволяет использовать закономерности, полученные на овцах, для изучения радиочувствительности у свиней. Значение множителя 0,426 в формуле [4] показывает, что при одинаковой живой массе свиньи менее чувствительны к внешнему у -облучению, чем овцы. Кроме того, при облучении крупных животных, вероятно, играет роль снижение поглощенной дозы у -облучения в расчете на объем костного мозга. Следовательно, исход лучевого поражения животных определяется такими показателями организма, как возраст особей, их физиологическое состояние, состояние основного обмена веществ и живая масса, которая, в свою очередь, отражает все вышеперечисленные параметры. В дальнейшем требуется уточнение пространственного распределения дозы у -излучения с учетом базовой локализации гемопоэза. Методический подход, разработанный на свиньях, вероятно, может быть использован для определения радиочувствительности у крупного рогатого скота.

ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ

• 1.    Àííåíêîâ Á.Í. Ðàäèàöèîííûå êàòàñòðîôû è êîíòðìåðû â ñåëüñêîì õîçÿéñòâå. Ì., 2008.

• 2.    ßðìîíåíêî Ñ.Ï. Ðàäèîáèîëîãèÿ ÷åëîâåêà è æèâîòíûõ. Ì., 1984.

• 3.    Brown D.G., Gramly W.A., Cross F.H. Effect of cobalt-60 gamma radiation dose rate on 30-day mortality in swine. Am. J. Vet. Res., 1972, 33(5): 957-962.

• 4.    ×åïèêîâ Í.Ñ., Àííåíêîâ Á.Í., Êðóãëèêîâ Á.Ï. è äð. Âëèÿíèå âíåøíåãî γ -îáëó÷åíèÿ íà ñîñòîÿíèå çäîðîâüÿ è ïðîäóêòèâíîñòü ñâèíåé.  ñá.: Ïðîáëåìû æèâîòíî-âîäñòâà â çîíå íàçåìíîãî ÿäåðíîãî âçðûâà. Îáíèíñê, 1980: 144-160.

• 5.    Jones T.D., Morris M.D., Wells S.M., Young R.W. Animal uniform exposures to radiations: calculated LD₅ 0 and a compilation of experimental data. Oak Ridge, Tennessee, 1986.

• 6.    Nacthwey D.S., Ainsworth E.J., Leong G.F Recovery from radiation injury in swine as evaluated by the split-dose technique. Rad. Res., 1967, 31: 353-367.

• 7.    Page N.P., Ainsworth E.J., Leong G.F. The relationship of exposure rate and exposure time to radiation injury in sheep. Rad. Res., 1968, 33(1): 94-106.

• 8.    Åïèìàõîâ Â.Ã. Áèîýíåðãåòè÷åñêèé ïîäõîä ê îöåíêå ðàäèî÷óâñòâèòåëüíîñòè îâåö. Àâ-òîðåô. êàíä. äèñ. Îáíèíñê, 1990.

• 9.    Ìîäÿíîâ À.Â. Êîðìëåíèå îâåö. Ì., 1978.

• 10.    Prochazka Z., Hampl J., S edla M., Kodak L. Optimization of irradiation of LD₅₀ in pigs. Strahlentherapie, 1975, 150(5): 526-531.

• 11.    Makarieva A.M., Gorshkov V.G., Li B.-L. Revising the distributive networks models of West, Brown and Enquist (1997) and Banavar, Maritan and Rinaldo (1999): Metabolic inequity of living tissues provides clues for the observed allometric scaling rules. J. Theor. Biol., 2005, 237: 291-301.

• 12.    Ñàðóõàíîâ Â.ß., Èñàìîâ Í.Í., Åïèìàõîâ Â.Ã., Êîëãàíîâ È.Ì. Êîëè÷åñò-âåííàÿ çàâèñèìîñòü ãèáåëè îâåö îò äîçû è ìîùíîñòè äîçû âíåøíåãî γ -èçëó÷åíèÿ. Ðà-äèàöèîííàÿ áèîëîãèÿ, ðàäèîýêîëîãèÿ, 2010, 50(5): 548-551.

• 13.    Тейё Г . Экономические прогнозы и принятие решении. М., 1971.

ГНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной           Поступила в редакцию радиологии и экологии Россельхозакадемии,                 13 августа 2013 года

ESTIMATION OF RADIOSENSITIVITY IN PIGS USING BODY WEIGHT AND AN ADJUSTING COEFFICIENT

V.Ya. Sarukhanov, G.V. Konyukhov, I.M. Kolganov