Радиобиология с основами радиоэкологии

рационов кормления и включения в рацион различных добавок и специальных препаратов, препятствующих этому переходу.

Путем изменения рациона можно в 2–5 раз снизить уровень поступления радионуклидов в организм животных и, соответственно, их накопление в продукции. Разумеется, что в основе составления рационов должен быть постоянный контроль над состоянием загрязнения кормов радиоактивными веществами. Необходимо также учитывать способность различных видов растений к накоплению отдельных радионуклидов, о чем говорилось выше. Большое внимание следует уделять коэффициентам их перехода в продукцию.

Так, коэффициенты перехода 90Sr и 137Сs в молоко и мясо коров, питающихся зелеными травами, в 1.5–2.0 раза выше, чем у животных, основу рациона которых составляют зерно, грубые корма (жмыхи, отруби), кормовые овощи. Сенной и силосный тип кормления в большей степени способствует переходу в молоко и мясо этих радионуклидов, чем смешанный, в состав которого входят зерно и грубые корма. Таким образом, наиболее неблагоприятные условия ведения животноводства на загрязненных радионуклидами сельскохозяйственных угодьях складываются при выпасе животных на лугах и пастбищах. Именно поэтому говядина и баранина содержат обычно большее количество радиоактивных веществ, чем свинина.

В зимний стойловый период, когда определенную часть рациона составляют иные более чистые корма, поступление радионуклидов в продукцию животноводства существенно снижается.

Важное значение в минимизации перехода радионуклидов в организм животных имеет оптимизация минерального питания. Наибольший интерес и практическое значение в этом отношении на загрязненных искусственными продуктами деления, как и при разработке систем минерального питания растений, представляют кальциевое и калийное питание. В организме позвоночных животных кальций играет особую роль, составляя основу скелета, а у млекопитающих – и главный минеральный компонент молока. При дефиците в организме кальция его место могут занимать его химические аналоги – преимущественно элементы второй группы, среди которых находится и стронций. Именно поэтому нарушение кальциевого питания приводит к увеличению накопления в организме животных 90Sr. В то же время обогащение рациона богатыми кальцием кормами, например, люцерной, викой и другими бобовыми травами, добавление минеральных подкормок в виде углекислых и фосфорнокислых солей кальция представляет собой дешевый и доступный способ защиты от проникновения 90Sr из желудочно-кишечного тракта в продукцию животноводства.

Включение кальция в рацион коров снижает количество 90Sr в молоке в 8–12 раз (рис. 14.3). При этом увеличение его содержания в кормах более 80 г в сутки, что является верхней границей нормальной физиологической потребности животных в этом элементе (40–80 г), оказывается нецелесообразным, так как практически уже не влияет на накопление радионуклида.

Уже была рассмотрена роль калия как химического аналога цезия в отношении ограничения поступления 137Сs в растения. В научной литературе имеется очень мало сведений о влиянии калийного питания на переход этого радионуклида в организм животных. Тем не менее, учитывая важнейшее значение калия в функционировании многих физиолого-биохи- мических систем животных, в частности, углеводного обмена, многих ферментов, гормонов, клеточных мембран, можно ожидать, что обогащение рациона за счет кормов, содержащих повышенное количество калия, будет способствовать снижению в них накопления 137Сs. Это, в первую очередь, кукурузный силос, картофель, кормовая свекла, некоторые виды бобовых растений и кормовых злаковых трав.

Важная роль в уменьшении поступления радионуклидов в организм животных, а также в повышении их устойчивости к ионизирующим излучениям принадлежит микроэлементам. В особенности это касается загрязненных в результате аварии на Чернобыльской АЭС регионов Полесья, почвы которых и соответственно корма, как уже отмечалось, бедны по содержанию большинства микроэлементов. Обогащение рационов солями кобальта, цинка, меди, марганца, йода и др. является важнейшим элементом противорадиационной защиты в системе ведения животноводства в этих условиях.

Большое влияние на загрязнение продукции животноводства имеет состояние лугов­ и пастбищ. При слаборазвитом или вытоптанном травостое значительное количество радионуклидов может поступать в организм животных с остатками прошлогодней растительности, а главное – с захватываемыми частица-

ми почвы. В течение пастбищного периода в организм коровы поступает до 500 кг почвы, овцы – до 100 кг. Это, без сомнения, может быть существенным источником поступ­ ления радионуклидов и на это

Рис. 14.3. Зависимость количества 90Sr в молоке от содержания кальция в рационе коров (Н.А. Корнеев, А.Н. Сироткин, 1987).

чем их содержание в соответствующей продукции превысит допустимые уровни. Но это совсем не означает, что такая продукция должна быть уничтожена. При технологических переработках, которые предусматривают разделение продукта на несколько компонентов, оказывается, что преобладающая часть радиоактивных веществ может концентрироваться в одном из них. Нередко таким компонентом оказывается не основной, а побочный продукт переработки. Главное, необходимо иметь в виду, что радиоактивные вещества поступают в растения и передвигаются далее по трофической цепочке преимущественно в форме растворимых в воде соединений и сосредоточиваются, как правило, в водном компартменте продукта. Поэтому любая технологическая переработка, которая предусматривает отделение воды путем отжима, фильтрации, центрифугирования и других приемов обезвоживания, но не выпаривания и не высушивания, будет приводить к ее дезактивации.

Так, после сепарирования молока лишь 10–15% 90Sr, 131І и 137Сs остается в сливках, а остальное переходит в обрат. Двухтрехразовое промывание сливок теплой водой уменьшает содержание в них 90Sr еще в 50–100 раз. При переработке сливок в масло до 2/3 радионуклидов переходит в пахту. Перетапливание масла приводит к удалению еще половины радионуклидов. Переработка молока в сыры снижает содержание 90Sr на 70%. Поэтому не вызывает сомнений, что из загрязненного, безусловно, до определенного уровня радионуклидами цельного молока оказывается возможным и целесообразным изготавливать многие молочные продукты.

Известны также технологические методы, которые позволяют очищать молоко от радионуклидов без существенного изменения его состава и свойств. Высокой эффективностью в этом отношении обладают ионообменные смолы. Так, один объем хорошо известного анионита Дауэкс 2 позволяет извлечь 95% 131I и 50% 90Sr из 200 объемов молока, а с помощью одного объема катионита – 70% 137Сs из 30 объемов молока. Электродиализный метод позволяет вывести из молока до 90% 90Sr и до 99% 137Сs, а в комбинации с анионообменными мембранами – и до 90% 131I. Препараты на основе альгинатов при добавлении в молоко способны связывать и переводить в нерастворимое состояние до 90% 90Sr.

При длительном вываривании мяса 65–80% радионуклидов переходит в бульон, т.е. в мясе их содержание уменьшается в 3–10 раз (рис. 14.4). При этом половина переходит в бульон уже через 10 мин. и может быть откинута. Подкисление бульона пищевыми кислотами повышает эффективность вываривания. Снижается количество радионуклидов в мясе при продолжительном хранении в засоленном виде и последующем вымачивании в воде. Разумеется, степень дезактивации при этих пере-

Рис. 14.4. Кинетика снижения количества 90Sr (1) и 137Cs (2) в курином мясе при вываривании (А.Н. Сироткин и др., 1994).

работках зависит от размеров кусков, времени вымачивания, реакции среды, наконец, степени загрязнения и химической природы радионуклидов. При перетопке сала более 95% 137Сs

остается в шкваре, вследствие чего его концентрация в жире уменьшается в 20 раз.

Очень высокой степени очистки можно достичь при переработке загрязненного радиоактивными веществами картофеля на крахмал. Технология выделения крахмала предусматривает измельчение клубней с последующим отделением клеточного сока и извлечением из мезги крахмальных зерен с помощью промывания водой. При этих операциях отходит преобладающая часть радионуклидов, и получаемый продукт полисахарид крахмал содержит их в среднем в 50 раз меньше, чем картофель. Аналогичным путем после предварительного намачивания в воде извлекается крахмал из зерен злаков.

При переработке всех углеводсодержащих продуктов растениеводства в этиловый спирт все радиоактивные вещества остаются в среде брожения. Получаемый вследствие дистилляции продукт оказывается в тысячу раз чище, чем исходный материал.

Загрязнение радиоактивными веществами «не опасно» для растений сахарной свеклы. Технология получения сахара состоит в измельчении корнеплодов в тонкую стружку и его извлечением горячей водой, в которую вместе с сахаром, конечно же, переходят и радионуклиды. Но при последующих операциях выделения и очистки сахара – дефекации, сатурации, сульфитации, выпаривания, а главное кристаллизации получается так называемый «белый сахарный песок» с содержанием радио­ нуклидов в 50–70 раз меньшим, чем в корнеплодах. При рафинировании сахарного песка происходит дополнительная очистка его от многих примесей, в том числе и от радиоактивных.

В качестве примера дезактивации продукции растениеводства с помощью различных переработок можно привести и множество других широко известных технологий, которые позволяют выделять из загрязненных радиоактивными веществами растений самые разнообразные «чистые» продукты, представ-

ляющие собой высокую пищевую, кормовую и технологическую ценность. Это технологии получения всевозможных углеводов, не только крахмала и сахарозы, но и глюкозы, фруктозы, рафинозы, инулина, а также аминокислот, органических кислот, ферментов, витаминов и многих других биологически активных соединений.

Необычайно высокая степень очистки растительного сырья достигается при получении жирных растительных масел из различных продуктов и, в первую очередь, из семян подсолнечника, льна, сои, конопли, хлопчатника, кукурузы и других видов растений. Технология выделения масел предусматривает проведение нескольких операций – отжим, экстрагирование, очистка, в ходе которых происходит и отделение радионуклидов от основного продукта. Главная операция – экстрагирование жиров органическими растворителями, в которых большинство радионуклидов, в том числе 90Sr и 137Сs, не растворяются. И уже на этом этапе получается практически очищенный от радиоактивных веществ промежуточный продукт, который при последующей дистилляции и очистке путем отстаивания, фильтрации, гидратации и в особенности рафинирования доводится до необычайно высокой степени чистоты. Считается, что при переработке масличных культур по такой технологической схеме практически во всех случаях, т.е. при любой степени загрязнения растений радиоактивными веществами, получаемое масло будет пригодно для безопасного употребления в пищу.

Высокорадиоактивные отходы, остающиеся после выделения основного продукта, всевозможные выжимки, жмыхи и другие экстрагенты, могут быть использованы для получения этилового спирта и как питательная среда для получения кормового белка с помощью микроорганизмов и дрожжей, имеющих невысокие коэффициенты накопления радионуклидов.

Хотя зерно, находящееся на последнем этапе миграционной цепочки в растении, накапливает во много раз меньше радиоактивных веществ, чем солома, обычная очистка его от отрубей позволяет избавиться от половины радионуклидов. А добавление к муке некоторых сорбентов предупреждает их всасывание и отложение в тканях.

14.5. Особенности минимизации поступленияинакоплениярадионуклидовворганизмечеловека

Концепция минимизации поступления и накопления радио­ нуклидов в организме человека с целью уменьшения формирования дозы внутреннего облучения базируется на трех основных положениях: ограничение поступления радионуклидов с пищей; блокирование процессов всасывания радионуклидов в ЖКТ и их депонирования в отдельных органах и ускорение вы-

ведения поступивших в организм радионуклидов. Принципиально эта концепция не отличается от системы приемов защиты животных, но многие из них, применение которых по тем или иным причинам считается нецелесообразным или экономически неоправданным по отношению к животным, используются в комплексной противорадиационной защите человека.

Совершенно очевидно, что основная цель всех рассмотренных в предыдущих разделах приемов и мероприятий по защите различных объектов окружающей среды от накопления радиоактивных веществ в конечном итоге направлена на реализацию первого положения – ограничение поступления радионуклидов в организм человека с пищей. Что касается осуществления второго и третьего, то в целом они основаны на соблюдении принципов рационального питания и потребления отдельных специальных веществ, которые с учетом особенностей поведения радионуклидов препятствуют их усвоению в организме и ускоряют их выведение естественными путями.

При поступлении большинства радионуклидов с пищей значительное их количество, независимо от исходных форм в пищевом продукте, вследствие кислой реакции среды в желудке переходит в растворимое состояние. С одной стороны, это ускоряет их всасывание в ЖКТ, с другой – создает и относительно благоприятные условия для конкурентного взаимодействия и связывания различными веществами. Среди этих веществ, получивших общее название радиоблокаторов, выделяют три основных класса: антагонисты-конкуренты радионуклидов, сорбенты и комплексообразователи.

Антагонистами-конкурентами основных дозообразующих радионуклидов 90Sr и 137Сs являются уже неоднократно упоминавшиеся элементы, соответственно кальций и калий. Нормальное обеспечение организма кальций- и калийсодержащими продуктами снижает переход этих радионуклидов в ткани. Поэтому совершенно недопустимым является дефицит данных элементов в пище населения, в особенности детей и подростков, проживающего на загрязненных радионуклидами территориях. В первую очередь это касается кальция – главного минерального компонента скелета, потребность в котором у растущего и формирующегося организма особенно велика. При недостатке кальция, стронций, в том числе и радиоактивный, имея к нему четко выраженное сродство, легко включается в каркас кристаллической решетки оксиаппатита (структурной основы костной ткани) и накапливается в ней.

Основными источниками кальция для человека являются молоко и молочные продукты. В условиях проживания на загрязненных радионуклидами территориях в рационе питания человека акцент следует делать на обезвоженных молочных продуктах – сливках, сметане, твороге, сырах, сливочном

масле, из которых значительная часть радионуклидов удаляется в процессе упомянутых технологических переработок. Источником кальция являются также бобовые растения – горох, фасоль, бобы, соя и др. Повышенное его количество, по сравнению с другими растениями, содержат плоды некоторых видов розоцветных – шиповника, абрикосов, клубники, земляники.

Главным источником калия являются овощи и фрукты. Такие популярные растения, как капуста, картофель, свекла, гречиха, кукуруза, овощной перец, составляющие существенную часть в рационе жителей средней полосы Евразии, накапливают его в больших количествах, относясь к растениям-калие­ филам. Очень много калия содержат виноград и абрикос – их можно считать чемпионами по содержанию этого элемента среди видов, культивируемых в южных регионах России и на Украине.

Практически все виды растений являются основными поставщиками в организм человека микроэлементов, многие из которых, в первую очередь железо, цинк, марганец, кобальт, медь, литий, никель, также проявляют антагонистические свойства по отношению к стронцию и цезию, блокируя их всасывание в ЖКТ. Особенно много микроэлементов содержат салатные овощи – салат-латук, обычный салат, шпинат, петрушка, сельдерей.

Наиболее хорошо известный сорбент активированный уголь, широко применяемый в лечебной практике при различных пищевых отравлениях, по некоторым данным оказался малоэффективным в качестве средства поглощения продуктов деления урана, в том числе 137Сs и в особенности 90Sr. Эффективными сорбентами 137Сs в ЖКТ являются упомянутые выше ферроцины. Однако если в животноводстве они нашли довольно широкое использование, то для защиты человека применяются только в особых случаях под строгим медицинским контролем. Это обусловлено неоднозначным отношением к возможности проявления некоторых отрицательных побочных эффектов препаратов на их основе, в частности, повышенного выведения вместе с цезием и калия, влиянием на печень, почки, селезенку.

Способностью избирательно адсорбировать 90Sr, снижая его всасывание в ЖКТ, уменьшать переход в ткани и отложение в организме, обладают альгинаты натрия, калия, кальция, магния – соли альгиновых кислот – кислые полисахариды, выделяемые из некоторых видов морских бурых водорослей – ламинарии беломорской, японской, экваториальной, цитозиры. На основе альгинатов созданы специальные сорбенты, обладающие селективностью к радиостронцию. Так, препарат «Альгисорб» предупреждает всасывание в ЖКТ 60–85% 90Sr. В связи с тем, что этот радионуклид представляет особую опасность для де-

тей, альгинаты добавляются к некоторым продуктам детского питания.

Вместе со стронцием альгинаты могут блокировать и поступление кальция. Но показано, что суточное потребление 3–4 г альгината натрия ребенком и 6–8 г – взрослым человеком, снижая всасывание 90Sr в 3.0–3.5 раза, существенно не влияет на кальциевый обмен. Такое поступление препарата может обеспечить употребление 200–300 г хлеба с 2%-ным содержанием препарата.

Альгинаты, главным образом натриевая соль, широко применяются в различных производствах в качестве эмульгирующих средств. Особенно широко они используются как стабилизаторы при производстве мороженого. И этот молочный продукт, в особенности его высшие сорта, со всеми основаниями можно отнести к продуктам питания, обладающим радиозащитным действием.

Подобным эффектом обладают упоминавшиеся пектиновые вещества – также кислые полисахариды, содержание которых довольно велико в корнеплодах, особенно в свекле и моркови, многих растениях семейства тыквенных и в первую очередь именно в тыкве, плодах цитрусовых, в частности, лимоне, плодах семечковых плодовых пород – яблони, груши, айвы, некоторых косточковых – сливы, абрикоса, шиповника, клюквы, смородины.

Аналогичное действие проявляет агар-агар, хорошо известный бактериологам и микробиологам высокомолекулярный полисахарид, выделяемый из некоторых видов красных (багряных) водорослей, используемый для приготовления твердых питательных сред. Агар-агар широко применяется и в кондитерской промышленности при изготовлении мармелада, пастилы, различных фруктовых желе, джемов.

Пожалуй, самыми простыми комплексообразующими веществами следует назвать соединения фосфора – производные­ фосфорных кислот и некоторые другие, которые способны образовывать со многими металлами, преимущественно второй группы периодической системы элементов, в том числе со стронцием, довольно простые, но слаборастворимые и практически нерастворимые в воде комплексы – так называемые вторичные и третичные фосфаты, т.е. способны переводить их в малодоступное для усвоения организмом состояние. Поэтому при наличии в составе рациона человека достаточного количества фосфора значительная часть 90Sr может транзитом проходить через ЖКТ. Показано, что дополнительное введение в рацион человека фосфатов, например, в виде глицерофосфата, связывает в пищеварительном тракте до четверти поступившего 90Sr. Источником фосфора в рационе человека являются рыба, мясо, орехи, довольно много его в зерне злаковых, бобовых, масличных видах растений, салатных овощных растениях.

Особенно эффективным оказывается совместное повышение содержания в рационе фосфора и кальция, т.е. эти элементы проявляют аддитивность в своем влиянии на накопление 90Sr. Это вполне логично, так как механизмы блокирования ими всасывания этого радионуклида в организме принципиально различны.

Избирательной способностью к комплексообразованию с цезием и стронцием обладают антоцианы – пигменты полифенольной, точнее, флавоноидной природы, придающие растениям, главным образом цветкам, плодам, реже листьям, характерное красное, коричневое, синее, фиолетовое до черно-фио- летового окрашивание. Химической основой всех антоцианов являются фенольные гликозиды, образующие комплексные соединения с ионами калия и кальция, а соответственно – цезия и стронция. Антоцианы, придающие растениям красные оттенки, обязаны этому свойству особым соединениям с ионами калия. Именно они образуют комплексы и с радиоцезием, пигменты, придающие синие и фиолетовые оттенки – соединениям с ионами кальция. Они образуют комплексы и с радио­ стронцием. Большое количество антоцианов содержат плоды черной смородины, черноплодной рябины, ежевики, баклажанов, темно окрашенные сорта сливы, винограда, шелковицы, сорта красной капусты. Но у плодов томатов красный цвет обусловлен за счет пигмента каротина, перца – капсаицина, растения столовой свеклы обязаны фиолетовой окраске пигменту бетаидину – соединениям иной природы.

Ускорение выведения из организма отложившихся в определенных тканях и органах радионуклидов является очень актуальной, но необычайно сложной задачей. Имеются сведения, что такой способностью обладают и некоторые формы антоцианов.

Ускоряют выведение из организма радионуклидов различные чаи и настои на основе растительных сборов из лекарственных трав. Есть данные о том, что зеленый и даже обычный черный чай также обладают способностью к ускорению выведения не только относительно хорошо растворимого 137Сs, но и 90Sr. Это также связывается с содержанием в чае и некоторых видах растений большого количества способных к комплексообразованию веществ флавоноидной природы – флавонов, катехинов, тех же антоцианов, рутина, гесперидина, кверцетина и др, а также дубильных веществ. Все эти вещества относятся к обширному классу фенольных соединений, способность которых связывать ионы тяжелых металлов в устойчивые комплексы хорошо известна, хотя нередко ускорение выведения радионуклидов в данной ситуации объясняется обычным их растворением и «вымыванием» из организма.