КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

Чижевський Ігор Вікторович

УДК 577.3:636.2 (477.41)

ОЦІНКА ПАРАМЕТРІВ ПЕРЕХОДУ 90Sr і 137Cs ДО ОРГАНІЗМУ ТА ПРОДУКЦІЇ ВЕЛИКОЇ РОГАТОЇ ХУДОБИ ПРИ ПАСОВИЩНОМУ УТРИМАННІ ТВАРИН

(на прикладі зони відчуження Чорнобильської АЕС)

03.00.01 – радіобіологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ – 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі радіобіології Національного аграрного університету та в Державному спеціалізованому науково-виробничому підприємстві “Чорнобильський радіоекологічний центр”, Міністерства України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи.

Науковий керівник:

доктор біологічних наук, професор, академік УААН

Гудков Ігор Миколайович

Національний аграрний університет, завідувач кафедри радіобіології

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор

Серкіз Ярослав Іванович

Інститут ядерних досліджень, провідний науковий співробітник сектору радіаційних технологій

доктор біологічних наук, старший науковий співробітник

Гайченко Віталій Андрійович

Науково-методичний інститут міжнародної освіти та проблем управління, генеральний директор

Провідна установа: Український науково-дослідний інститут сільськогосподарської радіології Міністерства аграрної політики, м. Київ

Захист відбудеться “26” квітня 2004 р. о 1600 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.24 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, проспект академіка Глушкова, 2, корпус 12, біологічний факультет, ауд. 433.

Поштова адреса: 01033, Київ-33, вул. Володимирська, 60, спецрада

Д 26.001.24, біологічний факультет.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий “15” березня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, к.б.н. Андрійчук Т.Р.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Аварія на Чорнобильський атомній електростанції (ЧАЕС), безпрецедентна за своїми масштабами, позначилась на стані екосистем значних територій України, Білорусі та європейської частини Росії. Але особливо значимими екологічні наслідки катастрофи виявилися у прилеглих до ЧАЕС районах.

До теперішнього часу науковцями різних країн, в тому числі і колишнього СРСР, проведений великий об'єм досліджень, спрямованих на вивчення поведінки радіонуклідів в організмі тварин, їх депонування в різних органах та впливу на фізіологічний стан (Корнеев Н.А., Сироткин А.Н., 1987, Алексахин Р.М. и др., 1992). Як правило, ці дослідження виконувались на експериментальних тваринах з використанням штучних джерел радіонуклідів (хімічні розчини) чи забруднених кормів, які вводились у шлунково-кишковий тракт (ШКТ); за такими умовами і були описані закономірності поведінки радіонуклідів в організмі.

Відомості, набуті в галузі сільськогосподарської радіоекології, в тому числі у післячорнобильський період, не можуть бути безпосередньо застосованими для оцінки вагомості специфічного ґрунтового каналу надходження радіонуклідів в організм жуйних тварин. Слід відмітити, що такі роботи проводились, в основному, на пасовищах з низькою щільністю радіоактивного забруднення, обумовленого глобальними випадіннями або наявністю конденсаційних форм радіонуклідів в результаті їх викиду під час аварії на ЧАЕС. Аналіз робіт вітчизняних та зарубіжних дослідників свідчить про недостатню вивченість перорального шляху надходження радіоактивних сполук з ґрунтом до організму жуйних тварин при випасі, що і є основним аргументом щодо необхідності визначення ґрунтового внеску в загальну забрудненість продукції тваринництва.

Отримані характеристики дадуть змогу не тільки прогнозувати рівні забруднення радіонуклідами молока та іншої продукції тваринництва при їх пероральному надходженні до організму тварин з частинками ґрунту, а й також розробити науково-обґрунтовані методи, за допомогою яких можна буде отримати екологічно чисту продукцію. Важливість такого врахування визначається тим, що пасовищний період (180-210 днів) для більшості забруднених областей України є невід'ємною частиною технологічного процесу отримання молока і м'яса великої рогатої худоби (ВРХ).

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в межах Галузевого тематичного плану науково-дослідних робіт Міністерства надзвичайних ситуацій України та Комплексної програми адміністрації зони відчуження і зони безумовного (обов'язкового) відселення, що знайшло відображення в проміжних і заключних звітах 1996-2000 рр. (№ держреєстрації 0298U001468, 0199U002817).

Мета та задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи була оцінка внеску надходження 90Sr та 137Cs з ґрунтового каналу в загальну забрудненість організму і тваринницької продукції ВРХ під час їх пасовищного утримання та визначення ефективності деяких контрзаходів, спрямованих на її очищення від радіонуклідів.

Для досягнення цієї мети потрібно було вирішити наступні задачі:

Визначити кількість ґрунту, яка надходить до організму ВРХ при пасовищному утриманні.

Встановити кількісні показники переходу 90Sr і 137Cs з забрудненого ґрунту у шлунковий та кишковий соки.

З'ясувати параметри накопичення та розподілу 90Sr і 137Cs в організмі ВРХ при затравці тварин забрудненим ґрунтом.

Розрахувати коефіцієнти переходу 90Sr і 137Cs із раціону в молоко корів при різних способах утримання.

Оцінити ефективність застосування ентеросорбентів для зменшення накопичення радіонуклідів в організмі і молоці ВРХ.

Об’єкт дослідження – вплив радіоекологічних умов Чорнобильської зони відчуження на закономірності метаболізму радіонуклідів в організмі жуйних тварин.

Предмет дослідження – внесок ґрунтового каналу надходження 90Sr і 137Cs в забруднення продукції великої рогатої худоби при пасовищному утриманні тварин.

Методи дослідження – розрахунки кількості заковтнутого ґрунту за допомогою радіоактивних маркерів, лабораторні моделі, гамма-спектрометричні та радіохімічні методи визначення питомої радіоактивності у зразках, математична статистика обробки результатів.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше отримані характеристики перорального надходження радіонуклідів з забрудненим ґрунтом до організму й продукцію ВРХ, яка утримувалась на пасовищах у зоні відчуження ЧАЕС, де переважала паливна компонента радіоактивних викидів.

В умовах лабораторного експерименту були визначені кількісні параметри переходу 90Sr і 137Cs з ґрунту до шлункового та кишкового соку корів, а також в імітуючи їх розчини. Показано, що активність ферментативного комплексу і мікрофлори ШКТ більшою мірою впливають на перехід радіонуклідів з твердої фракції ґрунту в розчин, ніж рН середовища.

Вперше показана ефективність застосування ентеросорбенту “Карбоверм” щодо зменшення переходу 137Cs з забрудненого ґрунту до організму ВРХ і їх продукцію.

Практична значимість отриманих результатів. Визначено внесок забрудненого ґрунту у накопиченні радіонуклідів в організмі ВРХ та її продукції при пасовищному утриманні. Отримані кількісні характеристики цього додаткового джерела забруднення організму радіонуклідами, що може використовуватися для прогнозування надходження радіонуклідів в молоко та м'ясо ВРХ, а також при розробці контрзаходів для отримання продуктів тваринництва згідно діючих нормативів (ДР-97). Ефективність одного з таких засобів доведено при використанні ентеросорбентів.

Отримані результати можуть бути застосовані у навчальному процесі при викладанні дисципліни "радіобіологія".

Особистий внесок здобувача. Теоретичне обґрунтування, методична підготовка і постановка експериментів, визначення задач досліджень, вибір об’єкту та місця досліджень проводились спільно з керівником роботи. Всі експериментальні та лабораторні дослідження дисертант висловлює подяку співробітникам ДСНВП “Екоцентр” – Вауліній В.О., Дячук Н.В., Мельніченко П.Н., Давидову М.М. за допомогу при виконанні радіохімічних, радіометричних та гамма-спектрометричних аналізів по визначенню вмісту 90Sr і 137Cs

, аналіз даних літератури, статистична обробка та узагальнення результатів виконані автором особисто. Карти забруднення Чорнобильської зони відчуження (ЧЗВ), які використані та проілюстровані в дисертації, зроблені на основі Атласу ЧЗВ (В.М. Шестопалов, 1996).

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи були представлені і доповідалися на таких конференціях з радіобіологічної та радіоекологічної тематики: науково-практичних конференціях “Наука. Чорнобиль” (Київ, 1996-1998 р.); Міжнародній конференції по агробіотехнологіям рослин та тварин (Київ, 1997 р.); ХХIХ щорічному з’їзді ESNA (European society for new methods in agricultural research) (Великобританія, Лондон, 1999 р.); Міжнародному семінарі “Ендоекологія-2000” (Київ, 2000 р.); Міжнародній конференції “П'ятнадцять років Чорнобильської катастрофи. Досвід подолання” (Київ, 2001).

Публікації За матеріалами досліджень опубліковано 10 наукових праць, у тому числі 5 статей у фахових наукових виданнях, та 5 – у матеріалах і тезах конференцій, в тому числі 2 англійської мовою.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, огляду літератури, матеріалів та методів досліджень, результатів власних досліджень та їх обговорення, висновків та списку літературних джерел, що включає 197 найменувань. Робота викладена на 134 сторінках, містить 31 таблицю та 18 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали та методи досліджень. Експериментальні роботи були проведені на поголів’ї ВРХ в період з 1996 по 2000 рр. на базі віваріїв, розташованих у приміщеннях колишньої молочнотоварної ферми в с. Новошепеличи та с. Куповате. Перший знаходиться в 5-ти км від ЧАЕС у північно-західному напрямку, другий – на відстані 30-ти км у південно-східному напрямку. Проведено 4 експерименти в натурних та один у лабораторних умовах терміном від 11-ти до 70-ти діб на тваринах різних статево-вікових груп. Відібрано 44 голови ВРХ, 23 були забиті для відбору зразків. Разом при виконанні роботи було відібрано та проаналізовано на вміст радіонуклідів проб: органів та тканин – 250, корму – 250, ґрунту – 150, молока – 300, сечі – 50, калу – 200, фізіологічних розчинів – 100.

В дослідах, які проводили в стійловий період, сіно та концентровані корми відбирали безпосередньо з годівниць. Зразки висушували при 800С протягом 24 год до повітряно-сухого стану, подрібнювали та перемішували. Проби молока відбирали одразу після доїння (індивідуально від кожної корови) в той же день, що і корми. Після визначення маси їх випарювали при 60-800С; і спалювали у муфельній печі при поступовому збільшенні температури від 150 до 4000С (8-10 год) до появи попелу білого кольору. Калові маси відбирали з прямої кишки тварин ректальним методом. Проби висушували до повітряно-сухого стану. Забій дослідних тварин проводили шляхом обезкровлення (перерізуючи яремну вену).

Після гомогенізації проби переносили до пластикових посудин (цілбоксів) стандартної геометрії G-4 та визначали питому радіоактивність 137Cs на гамма-спектрометрі фірми "Canberra-Packard". Концентрацію 90Sr вимірювали на рідко-сцінтіляціонному бета-спектрометрі "Quantulus 1220" фірми "Wallak".

Динаміку зниження питомої радіоактивності 137Cs в молоці оцінювали за формулою:

(1)

де Сt – концентрація 137Cs в молоці в момент часу t, Бк/кг; С0 – початкова концентрація 137Cs в молоці, Бк/кг; k1, k2 – частки 137Cs, які виводяться з ефективним періодом напіввиведення T1еф та T2еф.

Для обробки результатів використовували загальноприйняті методи математичної статистики (Плохинский Н.А., 1970), а також програмне забезпечення систем управління базами даних – FoxPro 2.0, Excel 4.0. Достовірність відмінностей оцінювали за критерієм Ст’юдента при рівні значимості р=0,05. Створення графічних залежностей здійснювали за допомогою програми MicroCal Origin, Version 5.0.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Визначення кількості заковтнутого ґрунту тваринами при пасовищному утриманні. З метою визначення кількості заковтнутого ґрунту тваринами з віварію “Новошепеличи” відбирали 12 корів чорно-рябої породи 4-6 річного віку з масою тіла 41515 кг. Тварини знаходились на 2-4-му місяці лактації, середній добовий удій дорівнював 8,30,9 кг.

До початку експерименту корови протягом 15 днів утримувались на полігоні-пасовищі “Чистогалівка”. Потім тварин зважували та розподіляли на пасовищну і стійлову групи (по 6 голів у кожній). Корови стійлової групи отримували корми (траву) з тієї ж ділянки, що і пасовищна група. Щільність радіонуклідного забруднення відведеної для експерименту ділянки дорівнювала за 90Sr і 137Cs, відповідно, 8,93,4 та 20,32,1 МБк/м2.

Заготівлю трави для стійлової групи проводили тракторною косаркою. Висота скошування трави була встановлена на рівні 3-5 см від ґрунту. Кожен день всі тварини одержували по 2,0 кг змішаних з водою концентрованих кормів. Вміст 90Sr і 137Cs в раціоні на протязі експерименту коливався в межах, відповідно, 37037 та 27230 кБк/добу.

Біологічна доступність радіонуклідів із різних кормових об’єктів оцінювалась за коефіцієнтом реальної абсорбції (Аt), який визначався як відношення кількості радіонуклідів, що проникла через кишкову стінку у кров (Intblood), до кількості, яка надійшла з кормом (Intfood) (Mayes R. et. al., 1996).

Для визначення кількості надходження ґрунту до організму корів використовували два метода розрахунку:

через оцінку швидкості ендогенної екскреції радіонукліда (“EFO”);

через оцінку швидкості потрапляння радіонукліда у кров (“RTR”).

Нижче наведено математичні операції розрахунку Аt.

“EFO” метод (Mayes R. et. al., 1996):–

через визначення швидкості ендогенної екскреції 90Sr та 137Cs у ШКТ;

(2)

(3)

“PTR” метод (Mayes R. et. al., 1996):–

через визначення швидкості надходження 90Sr та 137Cs з ШКТ в кров.

(4)

(5)

де INTfood – швидкість надходження 90Sr та 137Cs з кормом; INTblood – швидкість надходження 90Sr та 137Cs в кров; OUTfaecal – швидкість виведення 90Sr та 137Cs з калом; – швидкість виведення маркерів 85Sr та 134Cs з калом; – швидкість введення маркерів 85Sr та 134Cs; – питома активність 90Sr та 137Cs в молоці; – питома активність 85Sr та 134Cs в молоці.

З метою визначення швидкості надходження 90Sr та 137Cs у кров, тваринам проводили внутрішньовенне введення маркерів цих радіонуклідів, відповідно, 85Sr та 134Cs. Для оцінки добової кількості спожитого коровами корму та виведених екскрементів, і, відповідно, надходження радіонуклідів до організму та їх виведення, був застосований метод з введенням маркерів (С32, С36 – n-алкани), які не засвоюються в ШКТ (Mayes R. et. al., 1994). Маркери вводили орально після доїння вранці та ввечері. Експеримент продовжувався протягом 11 днів.

За літературними даними значення Аt іонної форми 90Sr та 137Cs для ВРХ повинні бути в межах, відповідно, 0,04-0,08 та 0,1-0,9 (Корнеев Н.А., Сироткин А.Н., 1987). Проте, при використанні метода оцінки швидкості ендогенної екскреції 90Sr та 137Cs були одержані для обох груп негативні значення (“EFO”). Імовірно, отриманню позитивних значень коефіцієнта заважає велика варіабельність вмісту 90Sr та 137Cs в калі при споживанні ґрунту та надходженні додаткової кількості радіонуклідів до організму (табл. 1, 2).

Таблиця 1

Коефіцієнт реальної абсорбції (Аt) 90Sr, розрахований різними методами

Таким чином, при концентрації 137Cs у верхньому шарі ґрунту 550-770 кБк/кг тварини можуть заковтувати на протязі одного пасовищного дня близько 1-1,5 кг забрудненого ґрунту. Це, як показано (Healy W., 1967; Fries G. et. al., 1982; Mayland H. et. al., 1975), реальні значення заковтування ґрунту коровами на пасовищі. З урахуванням надходження 137Cs з ґрунтом коефіцієнт реальної абсорбції в обох групах буде однаковим.В результаті розрахунків був отриманий коефіцієнт реальної абсорбції (“PTR”) 90Sr, який дорівнював у пасовищних корів 0,1 і стійлових – 0,04 (табл. 1). Розходження Аt в обох групах також може бути пояснено заковтуванням забрудненого ґрунту на пасовищі.

Таблиця 2

Коефіцієнт реальної абсорбції (Аt) 137Cs, розрахований різними методами

Використовуючи вище наведений метод та значення добового надходження 90Sr з раціоном – 370 кБк/кг, питомої радіоактивності 90Sr у верхньому 5 см шарі ґрунту – 370-510 кБк/кг, отримаємо подібні значення заковтування ґрунту 1,0-1,5 кг на добу.

Оцінка кількісних показників переходу 90Sr і 137Cs із забрудненого ґрунту у шлунковий та кишковий соки корів. З метою визначення характеристик переходу радіонуклідів з забрудненого ґрунту у шлунковий та кишковий соки провели забій 6-х корів, які утримувались на відносно "чистих" кормах в умовах віварію "Куповате". Для проведення експерименту відбиралися віджаті та відфільтровані рідкі фракції рубця та сичуга, а також дванадцятипалої, порожньої та ободової кишок. Ці розчини використовували відповідно як шлунковий та кишковий сік. В зразках соку було визначено рН середовища та питому радіоактивність радіонуклідів.

Ґрунт для дослідів був відібраний з найбільш забрудненої ділянки ЧЗВ в районі оз. Глибоке, що розташоване в 5 км на північ від ЧАЕС. Підготовлений ґрунт змішували з шлунковим і кишковим соками або з імітованими розчинами (значення рН в яких були близькими до шлункового та кишкового соків) у співвідношенні 1:5 (10 г ґрунту до 50 мл соку) та проводили інкубацію сумішей за 3-ма варіантами:

Варіант 1. Шлунковий сік з ґрунтом;

Варіант 2. Кишковий сік з ґрунтом;

Варіант 3. Ґрунт зі шлунковим соком та наступним перенесенням ґрунту в кишковий сік з продовженням інкубації.

Інкубацію сумішей проводили в анаеробних умовах при температурі 37-380С впродовж 36 год при періодичному перемішуванні сумішей, які потім фільтрували через паперові фільтри; фільтрат центрифугували (5 хв. при 1200 об./хв.). В супернатанті визначали питому радіоактивність радіонуклідів.

Послідовність операцій для імітованих розчинів була така сама, як й зі шлунковим та кишковим соками.

Результати експерименту з інкубацією забрудненого ґрунту показали, що у шлунковий та кишковий соки за час вилуговування від "запасу" сумарної активності у твердій фазі з ґрунту переходить від 2,0 до 7,4% 90Sr та 1,3-3,7% 137Cs, тоді як в імітовані розчини – 0,3-0,6 і близько 0,1%, відповідно (табл. 3). Ці дані дали підставу припустити, що рН середовищ шлункового та кишкового відділів впливає на вилуговування 90Sr та 137Cs з ґрунту меншою мірою, ніж ентеромікрофлора та ферментативні процеси, які відбуваються у ШКТ.

Дані експерименту свідчать, що перехід обох радіонуклідів у кишковий сік був більш високим, ніж у шлунковий. Різниця у значеннях рН середовища імітованих розчинів ніяк не вплинула на вилуговування 90Sr та 137Cs з твердої фракції ґрунту.

Таблиця 3

Перехід радіонуклідів з ґрунту в рідкі фракції відділів ШКТ,

в % від загального вмісту в зразку

Співставлення результатів експериментів з послідовною інкубацією соків з двох відділів ШКТ показало, що перехід 90Sr та 137Cs з ґрунту в кишковий сік зменшувався у порівнянні з відповідними показниками при окремій екстракції цього компоненту. Очевидно, в організмі при послідовному надходженні радіонуклідів з одного відділу ШКТ до другого основна кількість біологічно доступних фракцій радіостронцію та радіоцезію переходить раніше у шлунковий сік.

Під час інкубації порівняно з радіоцезієм радіостронцій вилуговувався з ґрунту у всіх випадках більш інтенсивно, що в певній мірі узгоджується з даними про його підвищену мобільність (Соботович Э. В., 1995; Кашпаров В.А., 1998).

Оцінка параметрів накопичення та розподілу 90Sr і 137Cs в організмі ВРХ при затравці тварин забрудненим ґрунтом. Для досягнення мети досліду було відібрано 9 голів корів чорно-рябої породи з віварію “Новошепеличи” віком від 5 до 8 років з масою тіла 43025 кг. Тварини знаходились на 6-8-му місяці лактації, середній добовий удій дорівнював в контрольній і дослідній групах 4,11,2 та 4,70,3 кг, відповідно. До початку експерименту тваринам згодовували зелену масу, в якій вміст 90Sr і 137Cs складав 5828 та 5130 кБк/кг, відповідно.

Перед початком експерименту корів ставили на дводенну голодну витримку, зважували, а потім робили контрольний забій однієї голови для визначення концентрації радіонуклідів в органах і тканинах. Після цього тварин поділили на контрольну та дослідну групи по три голови у кожній. Утримання експериментальних тварин було прив'язне, годівля індивідуальна. Годували тварин зеленою масою (різнотрав'я), яка була заготовлена на полігоні "Чистогалівка". Коровам дослідної групи кожен день давали суміш "забрудненого" ґрунту з полігона "Чистогалівка", меленого зерна ячменя і солі в співвідношенні 2:1:0,1 у кількості 2,0 кг. Середня питома радіоактивність суміші дорівнювало за 90Sr і 137Cs 8817 та 14727 кБк/кг. Контрольна група суміш не отримувала.

Через 35 та 70 днів після початку експерименту двох голів з кожної групи забили для відбору проб (серце, легені, нирки, селезінка, печінка, м'язи, п'ясткова кіста).

Результати досліджень показали, що на протязі 70 днів спостережень вміст 137Cs в молоці корів як дослідної, так і контрольної груп поступово збільшувався (рис. 1. б). Зростання концентрації радіоцезію протягом експерименту в молоці корів може відбуватися не тільки внаслідок недостатнього досягнення рівноваги в метаболізмі, а й в результаті варіювання його вмісту в забрудненому раціоні. Після переводу дослідних тварин на раціон з забрудненим ґрунтом вже з другого тижня експерименту відмічався більш інтенсивний ріст концентрації радіоцезію в молоці по відношенню до контрольної групи. Абсолютні значення екскреції 137Cs з молоком на протязі всього періоду дослідження були завжди більші у групі, яка споживала забруднений ґрунт. Починаючи з другого тижня досліду інтенсивність виведення 137Cs з молоком варіювала в контрольній та дослідній групах від 0,42 до 0,48 та від 0,53 до 0,59%, відповідно, від його добового надходження з раціоном (рис 1. б).

Рис. 1 Динаміка концентрації 90Sr (а) та 137Cs (б) в молоці корів контрольної та дослідної груп, % від надходження з раціоном

Інтенсивність екскреції 90Sr в молоці корів обох груп була помітно меншою у порівнянні з виведенням 137Cs (рис. 1. а). Концентрація 90Sr коливалась в контрольній та дослідній групах, відповідно, в межах 0,17-0,21 та 0,19-0,23% від кількості його добового надходження. Слід зазначити, що при постійному надходженні 90Sr з раціоном на протязі досліду в обох групах зафіксовано збільшення вмісту радіонукліду у молоці. Разом з тим, у тварин, які отримували забруднену суміш, темпи зростання концентрації радіоцезію (в % від добового надходження) були значно вищими.

У таблиці 4 наведені результати накопичення та розподілу 137Cs в тканинах обох груп, які відображають особливості його метаболізму при хронічному надходженні до організму.

Співвідношення концентрацій 137Cs в тканинах обох груп практично було однаковим. По ступеню збільшення вмісту 137Cs в органах та тканинах тварин дослідної групи їх можна розташувати у такий ряд: м’язи легені печінка серце селезінка нирки. Майже такий розподіл органів за вмістом радіоцезію був і у контрольних тварин. Слід зазначити, що найбільш висока концентрація 137Cs відмічалася у нирках (у дослідних тварин вона була у 1,4 рази більша, ніж в м’язах), але різниця у контрольних тварин була менш вираженою.

Відповідно проведених розрахунків за допомогою лінійних рівнянь 9, 10 концентрація радіоцезію найбільш інтенсивно зростала у тварин дослідної групи в нирках та селезінці, а контрольної – у нирках, печінці, легенях та селезінці (табл. 5).

Сt = С0 + bt (9) k = b/С0 (10)

де Сt – концентрація 137Cs в тканинах в момент часу t; С0 – концентрація 137Cs в тканинах на початку експерименту; b – коефіцієнт добового приросту концентрації; k - частка добового приросту концентрації 137Cs в тканинах відносно початкової концентрації.

Таблиця 4

Динаміка концентрації 90Sr та 137Cs в органах і тканинах контрольних та

дослідних тварин, в % від добового раціону

Таблиця 5

Параметри росту концентрації 137Cs в тканинах тварин обох груп на протязі 70 діб спостережень, % від надходження з раціоном

В результаті надходження більшої кількості радіонуклідів за рахунок споживання забрудненого ґрунту в молоці, органах та тканинах тварин дослідної групи відбувалося збільшення концентрації 137Cs від 1,5 до 2,5 разів, в порівнянні з контрольною групою.

Оцінка переходу 90Sr і 137Cs із раціону в молоко корів при різних способах їх утримання. З метою оцінки переходу радіонуклідів із раціону в молоко корів, при різних способах утримання провели експеримент на полігоні “Чистогалівка” в умовах, які детально описані у досліді 1.

За результатами досліду питома радіоактивність 90Sr в молоці корів пасовищної та стійлової груп незначно змінювалась навіть протягом останнього тижня експерименту; проте її величини завжди були вищими у тварин першої групи.

В залежності від способу утримання та строків відбору зразків експерименту тенденції змін питомої радіоактивності 137Cs в молоці корів значно відрізнялись. Якщо в молоці пасовищної групи корів концентрація радіоцезію постійно збільшувалась за виключенням останніх днів, то в групі зі стійловим утриманням вона поступово знижувалась.

Треба відмітити, що значення концентрацій 90Sr і 137Cs в молоці стійлової групи співпадають з наведеними у літературі (Куликова В.Г., 1959; Сироткин А.Н., 1973; Ильязов Р.Г., 1994). Діапазони коливань екскреції 90Sr і 137Cs з молоком достатньо великі в обох дослідних групах. Отримані дані відповідають таким щодо умов стійлового утримання худоби. Деяке поверхневе забруднення кормів за рахунок ґрунтових частинок під час їх скошування не суттєво вплинуло на інтенсивність екскреції радіонуклідів з молоком.

Суттєва різниця спостерігалася і в концентрації 90Sr і 137Cs в молоці корів між групами. За рахунок надходження забрудненого ґрунту до організму корів пасовищної групи екскреція 90Sr і 137Cs з молоком відповідно у 1,1-2,5 та 1,1-3,2 рази більша у порівнянні із стійловою групою. (табл. 6). Максимальна кратність зниження питомої радіоактивності 137Cs при різних способах утримання тварин спостерігалась на п'ятий день експерименту і майже не змінювалась до кінця досліду.

Динаміка вмісту 137Cs в екскрементах тварин обох груп мала подібні тенденції. Питома радіоактивність радіоцезію в калових масах пасовищної групи на протязі всього експерименту була завжди вищою, ніж у стійловій групі (рис. 2. б).

Відмічено, що концентрація 90Sr у фекаліях тварин пасовищної групи в 2 рази і більше перевищувала відповідну величину в стійловій. В обох групах спостерігалися значні варіювання питомої радіоактивності 90Sr (табл. 7).

Таблиця 6

Концентрація 90Sr і 137Cs в молоці корів при різних способах утримання,

% від добового надходження з раціоном

Примітки: 1.* – р0,05; 2.** – р0,01; 3*** – р0,001

Таблиця 7

Середня питома радіоактивність 90Sr та 137Cs в екскрементах тварин

пасовищної та стійлової групи, кБк/кг

Таким чином, результати експерименту свідчать, що високий перехід радіонуклідів в молоко пов’язаний із споживанням пасовищними тваринами високорадіоактивних ґрунтових частинок верхнього шару дернини, в якому питома радіоактивність 90Sr і 137Cs значно вища, ніж в рослинах. Таким чином, існує додаткове ґрунтове джерело надходження радіонуклідів до організму тварин та молоко, яке не враховується при розрахунку концентрації 90Sr і 137Cs в 1 кг молока від добового надходження з раціоном.

Оцінка ефективності застосування ентеросорбентів для зниження вмісту 137Cs в продукції тваринництва. Основне завдання досліду - оцінити ефективність застосування ентеросорбентів “Карбопал” та “Карбоверм” (розроблених в Інституті сорбції та проблем ендоекології Національної академій наук України) для зменшення переходу 90Sr і 137Cs в організм та молоко ВРХ, відповідно в умовах віваріїв "Новошепеличи" та "Куповате". “Карбопал” та “Карбоверм” – комбіновані ентеросорбенти, до складу яких входить активоване вугілля, модифіковані фероцианідом міді палигорскіт або вермикуліт (у співвідношенні 2:1). При модифікуванні використовували вспучені при 8400C вермикуліт та палигорскіт. Модифіковані зразки містили таку кількість фероцианіду міді, мг/г: вермикуліт – 26,9; палигорскіт – 18,5.

Дослідам передував підготовчий період тривалістю 30 днів. Дослідні тварини віварію “Новошепеличи” отримували корми з полігону “Чистогалівка”, де щільність забруднення ґрунту як 90Sr, так і 137Cs на ділянках заготівлі кормів коливалася від 3 до 45 МБк/м2. Щільність забруднення ґрунту на території віварію “Куповате”, на якій проводилась заготівля кормів, складала за 90Sr та 137Cs, відповідно, 76,416,3 та 266,170,3 кБк/м2. Перед початком згодовування сорбенту тварин зважували, а потім в кожному віварії було забито по одній особі з метою визначення питомої радіоактивності м'язів та внутрішніх органів.

Сорбенти тваринам дослідних груп давали індивідуально два рази на добу на протязі 30 днів з розрахунку 50 г на 100 кг живої ваги. Для кращого споживання сорбенти змішували з концентрованими кормами та сіллю.

З поголів'я ВРХ обох віваріїв сформували контрольну та дослідну групи, в кожну з яких входили 3 дійних корови. Протягом експерименту тварини знаходились на стійловому утриманні. В кінці експерименту усі тварини були забиті для визначення вмісту радіонуклідів в органах та тканинах.

Отримані дані однозначно свідчать про високу ефективність дії препаратів “Карбопал” та “Карбоверм” щодо зниження переходу 137Cs із раціону в молоко. При хронічному надходженні радіонукліду з раціоном, починаючи з 5-7 доби та в наступному, інтенсивність його елімінації з молоком в умовах віварію “Новошепеличи” варіювала в контрольній групі з 0,19 до 0,92% (в середньому 0,65%), в дослідній з 0,13 до 0,39% (в середньому 0,21%), від добового надходження з раціоном. В іншому стаціонарі ці параметри коливались в межах 0,57-1,58% (в середньому 1,01%) у контрольних і 0,05-0,43% (в середньому – 0,19%) у дослідних тварин.

На протязі всього експерименту спостерігалась чітка тенденція до зниження питомої радіоактивності 137Cs в молоці ВРХ дослідних груп. Різниця в концентрації радіонукліду в молоці між групами була помітною не тільки в одночасно відібраних пробах від різних тварин, але й в послідовно відібраних від однієї особі. Так, при вживанні сорбентів вміст 137Cs в молоці дослідних тварин віваріїв “Новошепеличи” та “Куповате” зменшився по відношенню до контрольних, відповідно, у 4,8-5,5 та 7,2-9,1 разів. На кінець третього тижня питома радіоактивність 137Cs досягла мінімаль-

них значень – 0,70,3 та 0,080,02 кБк/кг, відповідно, у віварії “Новошепеличи” та “Куповате”, і в подальшому практично не змінювалась.

Параметри, які характеризують динаміку зменшення 137Cs в молоці корів при застосуванні “Карбопалу” та “Карбоверму”, виявились досить близькими. Присутність в організмі тварин мобільних та фіксованих форм 137Cs обумовили різні швидкості його виведення. Ці процеси можуть бути описані однокомпонентним рівнянням експоненціальної регресії. Відповідно цим розрахункам, більше 90% 137Cs виводиться з коротким ефективним періодом напіввиведення Т1еф2,4-3,0 доби. Константи довготривалої фракції 137Cs визначались з великою помилкою, що дозволяє в умовах даного експерименту зовсім її не розглядати.

Оскільки до складу ентеросорбентів входили іони міді, були зроблені аналізи зразків молока на вміст Cu2+ до і після застосування “Карбоверму”. При використанні препарату рН середовища, яке існує у ШКТ тварин, не вплинуло на вміст іонів міді в молоці. На протязі експерименту концентрація Cu2+ практично не змінювалась та складала 0,08 мг/л, що знаходиться в інтервалі допустимих рівнів для молока (Нестерина М.Ф., 1979).

Відомо, що радіоцезій, який надійшов в організм тварин з кормом, постійно виводиться через ШКТ та нирки. Тенденції зниження питомої активності 137Cs в сечі тварин обох дослідних груп при згодовуванні сорбентів мали достовірний характер (рис. 3. а, б). Встановлено, що в умовах віварію “Куповате” при надходженні радіонукліду з раціоном (42,31,3 кБк/добу) з сечею виводилось в середньому за період експерименту в контрольній – 26,6, і в дослідній групі – 8,5%. При сумарній радіоактивності раціону 671,780,5 кБк/добу (віварій “Новошепеличи”) частка виведення 137Cs цим шляхом, відповідно, становила – 28,2 та 6,9% (від надходження з раціоном).

Рис. 3 Виведення 137Cs з сечею в контрольній та дослідній групах (а) – “Новошепеличи”, (б) – “Куповате”, % від надходження з раціоном

В результаті використання цих сорбентів концентрація радіоцезію в фекаліях достовірно не відрізнялася між групами. Проте різниця середнього вмісту 137Cs на протязі досліду між дослідною та контрольною групою складала – 38,6 і 0,65 кБк/кг, відповідно, у віваріях “Новошепеличи” та “Куповате”.

Використання сорбентів суттєво зменшує концентрацію 137Cs в органах та тканинах тварин, що свідчить про високу ефективність цього прийому. За ступенем накопичення радіоцезію в окремих органах їх можна розташувати у такий ряд: нирким'язисерцеселезінкапечінкалегені. Треба звернути увагу на те, що концентрація 137Cs в нирках тварин контрольної групи значно перевищувала відповідну величину у м'язах, тоді як у дослідних особин радіаційне навантаження на нирки зменшувалось. Найбільша кратність зменшення відмічена в серці, а найменша в м'язах (табл. 8).

Порівняльний аналіз результатів застосування ентеросорбентів (використовували середні значення ефективності по кожному сорбенту) показав, що кратність зниження концентрації 137Cs в м’яких тканинах тварин, які отримували “Карбоверм”, вище, ніж у варіанті з “Карбопалом”. Такий феномен можна було очікувати в зв’язку з різним вмістом фероціаніду в складі препаратів (табл. 8).

Таблиця 8

Кратність зниження концентрації 137Cs в організмі тварин

при застосуванні ентеросорбентів

Отримані результати дали підстави віддати перевагу для випробування саме “Карбоверму” у досліді з додатковим надходженням радіонуклідів до організму тварин, які утримувались на пасовищному режимі та заковтували ґрунт.

Оцінка ефективності застосування препарату “Карбоверм” у корів для зменшення переходу 90Sr і 137Cs з ґрунту в молоко. Для оцінки ефективності застосування “Карбоверма” щодо зменшення переходу 90Sr і 137Cs з ґрунту в молоко з віварію “Куповате” було відібрано 9 голів корів на 4-6-му місяці лактації. Після зважування тварини були розділені на 3 групи: 1 контрольну та 2 дослідні, по 3 голови в кожній. Під час експерименту усі тварини знаходились на стійловому утриманні та були розміщені таким чином, щоб виключити потрапляння частки раціону від однієї тварини до другої. З метою мінімізування надходження 90Sr та 137Cs до організму корів за рахунок кормів відібрали найменш забруднене сіно та концентровані корми. Вміст 90Sr та 137Cs у раціон становив 15-17 кБк/добу. На 6-й день експерименту тваринам дослідних груп щоденно починали вводити забруднений ґрунт та препарат “Карбоверм”.

Ґрунт для експерименту був відібраний в районі оз. Глибоке. Питома радіоактивність ґрунту за 90Sr та 137Cs складала, відповідно, 1217,228,6 та 941,817,1 кБк/кг. Першій та другій дослідній групі корів кожний ранок вводили через рот у ШКТ 0,1 кг забрудненого ґрунту. Для цього застосовували спеціальний пристрій – болюсоін’єктор, який допомагав запобігати втрат ґрунту при проведенні експерименту. “Карбоверм” давали два рази на день тільки коровам другої дослідної групи індивідуально на протязі 30 днів з розрахунку 50 г на 100 кг живої маси.

Після введення тваринам першої дослідної групи ґрунту з високим вмістом 90Sr та 137Cs вже на наступний день відмічалось інтенсивне збільшення концентрації радіонуклідів в молоці корів. Через тиждень зростання питомої радіоактивності 90Sr в молоці уповільнювалось і в подальшому його рівень стабілізувався, хоча і з деякими флуктуаціями. При введенні в раціон корів дослідної групи №2 препарату “Карбоверм” в дозі 50 г/100 кг живої маси на добу зменшення питомої радіоактивності 90Sr в молоці не відмічено (рис. 4. а).

Характер змін питомої радіоактивності 137Cs в молоці корів дослідної групи при використанні ентеросорбенту був іншим, ніж у 90Sr. Вже на 2-3-й день після початку застосування “Карбоверму” концентрація 137Cs в молоці почала знижуватися і наприкінці експерименту досягла мінімальних значень (42 Бк/кг). У контрольній групі екскреція радіонукліду з молоком на протязі експерименту практично не змінювалась і залишалась в межах 90-125 Бк/кг (рис. 4. б). Це свідчить про те, що у тварин встановилася певна рівновага між швидкістю засвоєння 137Cs у ШКТ та виведенням його з молоком. Проте, справжня рівновага на протязі всього строку спостережень так і не встановилась, причому інтенсивність виведення 137Cs з молоком не тільки зменшувалась, але іноді й збільшувалась в залежності від цілої низки факторів.

Концентрація 90Sr в молоці корів коливалась в межах від 0,10 до 0,15% від добового надходження з раціоном і практично не відрізнялась між групами (рис. 5. а). Отримані результати свідчать, що препарат “Карбоверм”, який використовували на протязі 30-ти діб, не впливає на інтенсивність екскреції радіостронцію з молоком.

Рис. 4 Динаміка питомої радіоактивності 90Sr (а) та 137Cs (б) в молоці експериментальних груп

Починаючи з 5-7-ї доби і в подальшому, виведення 137Cs з молоком у 1-й дослідній та контрольній групах складало від 0,19 до 0,60% від добового надходження його з раціоном (рис. 5. б). Помітне варіювання питомої радіоактивності радіоцезію у молоці спостерігалось не тільки в одночасно відібраних пробах від різних тварин, але й в послідовно відібраних від однієї корови. Такий широкий розподіл даних зумовлений, з одного боку, нерівномірністю надходження 137Cs з раціоном, а з іншого – різницею індивідуального споживання кормів та залежністю темпів елімінації радіонукліду з молоком від величини удою. Для порівняльного аналізу у якості контрольного значення використовували середню концентрацію 137Cs в молоці дослідної групи №1 тварин з початку введення ґрунту (2-а доба) до кінця експерименту (0,510,07% від добового надходження з раціоном).

В молоці дослідних корів, які отримували у суміші ґрунт з препаратом “Карбоверм”, концентрація 137Cs була майже на порядок меншою, ніж у 1-й дослідній групі і складала 0,060,01% від добового надходження з раціоном. В контрольній групі цей показник був на рівні дослідної групи №1 (табл. 9).

Таблиця 9

Середня концентрація 137Cs в молоці дослідних та контрольної групах,

% від надходження з раціоном

Для визначення ефективності застосування препарату “Карбоверм”, було прийнято до уваги те, що на результати ефективності впливають як об'єктивні причини, так і методичний підхід при розрахунку цієї величини. Тому, значення ефективності застосування “Карбоверму” проводились з урахуванням надходження 137Cs з раціоном, величини добового удію та засобу розрахунку.

Співставлення абсолютних значень концентрації 137Cs є найбільш спрощеним методом визначення ефективності, так, як при цьому не враховуються особливості раціону в кожній групі. При порівнянні величин, виражених у відсотках від добового надходження 137Cs з раціоном, були отримані вже інші значення. Екскреція радіоцезію з молоком знаходиться в залежності від продуктивності тварини: чим вище удій, тим нижче концентрація і вище загальний вміст радіонукліда в удої. Оскільки молочна продуктивність тварин в групах мала певні розходження, розрахунок ефективності був виконаний шляхом визначення відношення валового вмісту 137Cs в групах. Такий засіб розрахунку дозволив виявити ефективність препарату у другій дослідній групі – 9,2; 8,9 в порівнянні з контролем.

За результатами досліджень отримані кількісні характеристики внеску забрудненого грунту у накопиченні 90Sr і 137Cs в організмі ВРХ та її продукції при