Моделювання кінетики накопичення 137cs в органах та тканинах свиней

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделювання кінетики накопичення ¹³⁷cs в органах та тканинах свиней

Грабар І.Г.

В статті представлено результати експериментальних досліджень по накопиченню ¹³⁷Cs в тканинах та органах свиней та моделювання кінетики його накопичення в організмі.

Ключові слова: ¹³⁷Cs, органи та тканини свиней, концентрація, «забруднені» корми.

Сьогодні, на пізній стадії після аварії на Чорнобильській АЕС, основним дозоутворюючим радіонуклідом був і залишається ¹³⁷Cs. Вклад у сумарну дозу опромінення ⁹⁰Sr в середньому становить кілька відсотків, а плутонію та америцію - частки процента [2, 4].

Важливе значення при оцінці впливу рівнів забруднення на формування доз опромінення має тип ґрунту для визначення коефіцієнтів переходу радіонуклідів та особливості накопичення радіонуклідів рослинами і в подальшого надходження їх до організму тварини та людини [1, 3].

Для довгострокової оцінки радіаційного забруднення організму тварин та людей необхідно враховувати фізико-хімічні особливості радіонуклідів. Біологічний період напіввиведення цезію з організму від 40 до 200 діб, дітей від 10 до 50 діб. Вміст цезію в організмі тварин та людей залежить від структури харчового раціону та ступені забруднення його компонентів. Так як свиней часто використовують як біологічну модель людини, метою наших досліджень було дослідити накопичення ¹³⁷Cs в різних органах та тканинах свиней та визначити коефіцієнти переходу ¹³⁷Cs від корму до їх тканин та органів [5].

Матеріали та методи досліджень. Для того, щоб дослідити накопичення ¹³⁷Сs в організмі свиней після радіоактивного забруднення територій був проведений експеримент по відгодівлі свиней протягом 45 днів в 2-ій зоні радіоактивного забруднення.

З цією метою 13 свиней були завезені з незабруднених територій Південної України. Було встановлено, що тварини не хворіли і не мали фізіологічних відхилень. На фермі біля Житомира вони адаптовувались впродовж 60 днів до проведення експерименту і отримували фіксований раціон з постійною кількістю і складом. Після періоду адаптації свині були привезені на приватну ферму в с. Христинівка Народицького району (2-га зона) де утримувались в окремих боксах. Свині щоденно отримували корм із складових, які точно відповідали щоденному харчуванню жителів 2-ої зони радіоактивного забруднення. Вони отримували корми забруднені радіонуклідами з сільськогосподарських та напівприродних джерел.

Перед початком експерименту 3 свині було забито, щоб визначити початкову концентрацію 137Сs в окремих органах та тканинах. Відгодівля решти тварин продовжувалась без зміни в поєднанні «забруднених» та «чистих» кормів. радіонуклід опромінення рослина кінетика

Окремі свині забивались з 15 дня по 45- день з інтервалом 15 днів після першого контрольного забою для того, щоб визначити збільшення концентрації ¹³⁷Сs в організмі свиней.

Після того, як свині були забиті, для аналізу були взяті різні тканини та органи, їх зважили, перемололи на м'ясорубці Wolf King, заморозили та розтовкли так, щоб отримати однорідні проби для проведення гамма-спектрометричного аналізу.

Радіоактивність зразків вимірювали в Центрі радіаційного захисту та радіоекології Ганноверського університету (Німеччина) на напівпровідникових германійових детекторах високої точності. Для вимірювань зразків використовували геометрії Марінеллі та циліндричні контейнери 0,5-1л. Прилади калібрували по енергії та ефективності реєстрації. Використовувались змішані радіонуклідні стандарти (еталони) та новітні технології АЕА. Розрахунки активності радіонуклідів в зразках проводились за допомогою матриць. Вимірювання зразків тривало від 2 до 16 годин.

Результати досліджень. Годівлю забрудненими кормами здійснювали двічі на день однаковими порціями у вареному вигляді. А так як свині поїдають кормів значно більше ніж доросла людина їжі, то в третю годівлю давали «чистий» корм, який складався з 4 кг вареної картоплі і 1 кг концентрованих кормів.

На початку експерименту свині важили в середньому 50-55 кг віком 80-85 днів. Питома радіоактивність кормів представлена в табл. 1.

Таблиця 1. Питома радіоактивність кормів

В середньому доза радіоцезію яку щоденно споживала кожна свиня становила 2131,4 Бк/добу.

Встановлено, що після згодовування тваринам «забруднених» кормів вміст ¹³⁷Сs в організмі свиней значно підвищився. Через 15 діб найвищим він був в нирках - 435,0 Бк/кг, серці - 300,3 Бк/кг, шлунку- 267,3 Бк/кг та м'язах спини - 260,2 Бк/кг, а найнижча в крові - 62,6, шкірі 104,9 та кістках 110,97 Бк/кг, відповідно. Питому активність ¹³⁷Cs, Бк/кг в органах свиней визначали також через 30 та 45 діб. Так, через 30 діб активність радіонуклідів в організмі свиней продовжували зростати і в нирках досягнула до 528,3 Бк/кг , м'язах лопатки - 472,7, м'язах шиї - 472,7, м'язах спини -456,7, шлунку - 366,1 Бк/кг. Найменший вміст ¹³⁷Сs був в крові 93,4 Бк/кг та щитоподібній залозі 94,0 Бк/кг. Після 45 діб експерименту темпи зростання його вмісту в деякій мірі знизилась, проте як і у попередні періоди досліду найвищим був у нирках - 565 Бк /кг та у м'язах в середньому складав 516 Бк/кг.

Рис.1. Середні значення вмісту ¹³⁷Cs в тканинах та органах свиней.

Аналізуючи результати досліджень з накопичення ¹³⁷Сs в організмі свиней за весь період досліду (рис.1), слід відмітити, що найвищим його вмістом характеризуються нирки та всі м'язи свиней, найменше накопичення спостерігали в шкірі, крові та кістках.

Запропонована кінетична модель дозволяє з єдиних позицій описати процес накопичення ¹³⁷Сs для кожного з вказаних органів. Нехай - функція накопичення ¹³⁷Cs в органах свиней. За результатами досліджень показано, що функція накопичення добре описується лінійним диференційним рівнянням першого порядку: (1)

З формули (1) випливає, що швидкість зростання функції накопичення пропорційна різниці її максимального і поточного значення. Для нашої задачі , звідки . Тоді із (1) слідує:

(2)

Звідки: (3)

Часто в (3) буває зручно параметр задавати через півперіод накопичення:

Звідки:

Тоді: (4)

В таблиці 1 наведені значення функції накопичення у відносних координатах:

У таблиці 2 наведені теоретичні (за єдиним кінетичним рівнянням (4) та експериментальні значення питомої активності ¹³⁷Cs в органах свиней.

Таблиця 2. Значення питомої активності ¹³⁷Сs

Як слідує з таблиці 3, розраховані значення питомої активності ¹³⁷Cs в органах свиней після 15, 30 та 45 діб відгодівлі їх на «забруднених» кормах добре співпадають з експериментальними значеннями, що підтверджує єдину природу функції накопичення і можливість описання процесу кінетики функції накопичення єдиним рівнянням (4) у відносних координатах.

Таблиця 3. Питома активність ¹³⁷Cs, Бк/кг в органах свиней (чисельник - розрахунок за (4), знаменник - експеримент) після 15, 30 та 45 діб відгодівлі на «забруднених» кормах

Висновки

1. За результатами досліджень встановлено, що кінетика накопичення ¹³⁷Cs для окремих органів та тканин свиней при утриманні на «забруднених» кормах має свої особливості.

2. Показано, що кінетика накопичення задовільно описується лінійними диференційними рівняннями першого порядку.

3. Обробка експериментальних даних показала, що кінетичні рівняння накопичення ¹³⁷Cs в різних органах та тканинах свиней подібні і у відносних координатах можуть бути описані єдиним алгебраїчним рівнянням (4).

Література

1. Концепція ведення агропромислового виробництва на забруднених територіях та їх комплексної реабілітації на період 2000-2010 рр. / Під ред.. Прістера Б.С. - К., 2000. - 48с

2. Москалев Ю.И. Отдаленные последствия воздействия ионизирующих излучений. - М.: Медицина, 1991. - 464 с.

3. Пути миграции исскуственных радионуклидов в окружающей среде, Радиоэкология после Чернобыля: Пер с англ. / Под ред. Ф. Уорнера и Р. Харрисона - М.: Мир, 1999. - 512с.

4. Feiden F. Untersuchungen zum transfer von 134+137Casium aus fall-out kontaminiertem Putter in Damwild und Ango-rakaninchen und zur biologischcn Halbwertszeit des Radio-casium mittels der Gan/,korpergammaspektrometrie. Justus Liebig-Universitat Gie/3en; 1989. Dissertation (in German).

5. Melo DR, Lipsztein JL, Oliveira CAN, Lundgren DL, Muggen-burg BA, Guilmette R. A biokinetic model for 137Cs. Health Phys 73:320-337; 1997.

Размещено на Allbest.ru