CC BY
7
С КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 2009 УДК 614.7-073.916
В. Н. Карпов', М. В. Ивлиев2, С. К. Гордеев3, С. К. Солдатов4, И. Б. Ушаков5
РАДИОНУКЛИДНАЯ ИНДИКАЦИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЛОКАЛЬНЫХ ЭКОСИСТЕМ
'ГУП МосНПО "Радон", Москва (т. 129-54-09); 2ГУП МосНПО "Радон"; 3ГУП МосНПО "Радон"; 'Институт военной медицины МО РФ, Москва; 'Институт военной медицины МО РФ, Москва
Теоретически и экспериментально обосновано использование радиоизотопов в качестве индикаторов для сравнения экологической безопасности локальных экосистем. Чем выше концентрация космогенного 7Be и ниже концентрация земного 222Rn и продуктов его распада в окружающей среде, тем безопаснее общая экологическая ситуация в локальной экосистеме. Приведены экспериментальные и сравнительные данные о концентрациях Be в приземном воздухе и траве по территории Москвы по годам и месяцам начала XXI в. Результаты оцениваются как перспективное направление развития радиоэкологии.
Ключевые слова: радионуклидная идентификация, локальные экосистемы, экологическая безопасность
V. N. Karpov, М. V. Ivliyev, S. К. Gordeyev, S. К. Soldatov, I. В. Ushakov. - RADIONUCLIDE INDICATION OF THE RELATIVE ECONOMIC ECOLOGICAL SAFETY OF LOCAL ECOSYSTEMS
The use of radioactive isotopes as indicators has been theoretically and experimentally substantiated for comparison of the ecological safety of local ecosystems. The higher concentration of cosmogeneous7 Be and the lower concentration of terrestrial 222Rn and its disintegration products in the environment are, the safer the total ecological situation is in the local ecosystem. Experimental and comparative data on the concentrations of7Be in the surface air and grass in Moscow are given by the years and months of the early 21st century. The results are assessed as a promising line of the development of radioecology.
Key words: radionuclide indication, local ecosystems, ecological safety.
Целью работы является теоретическое и экспериментальное обоснование возможности использования радиоизотопов в качестве индикаторов для сравнения экологической безопасности локальных экосистем. Идея использования радиоактивных индикаторов в биологии не нова [2], история ее развития насчитывает более 90 лет. Естественные радиоактивные вещества использовались в качестве индикаторов при химических и биологических исследованиях В. И. Спициным еще в 1917 г. для определения растворимости соединении тория в различных растворителях [6]. Естественными требованиями к радиоактивным биологическим, медицинским и экологическим индикаторам являются их участие в изучаемых процессах, большая скорость выведения из системы и малые периоды полураспада, особенно в случаях возможного инкорпорированного или осадочного накопления.
Учение В. И. Вернадского о биосфере как о единой организованной динамической системе для нашего исследования имеет исключительно важное значение. Хозяйственная деятельность человека, добыча полезных ископаемых, сжигание огромного количества топлива, создание новых веществ изменяют состав и структуру биосферы. В то же время наличие глобальных и интенсивных локальных процессов в атмосфере Земли, солнечная и космическая радиация, не подвластные воле человека, позволяют выделять независимую составляющую биосферы — природную экологию, зачастую образующую малозависимые экосистемы различных локализаций и размеров.
По аналогии с биологическими и медицинскими радиоактивными индикаторами жизненных процессов в организме животных и человека для биосферы Земли космогенные радионуклиды (как введенные из космического пространства) можно рассматривать в качестве индикаторов интенсивности биосферного обмена, а значит, относитель-
ной экологической безопасности конкретной местности, обеспечиваемой природными факторами: солнечной радиацией, воздушным, газовым, аэрозольным обменами в атмосфере.
Скорость образования космогенных радионуклидов быстро возрастает с высотой и достигает максимума в нижних слоях стратосферы. Концентрации этих веществ на уровне тропопаузы в тысячи раз превышают приземные. Большие градиенты концентраций космогенных радионуклидов позволяют использовать их в качестве маркеров при исследовании параметров вертикальной миграции атмосферных примесей.
Сравнительные данные об известных космогенных радионуклидах приведены в таблице.
Космогснные радионуклиды
Наименование
Обозначение
Период полураспааа
Короткоживущие
Хлор-38 3,С1 37 мин
Хлор-39 "С1 55 мин
Сера-38 Ms 2,9 ч
Натрий-24 "Na 15 ч
Магний-28 2,Mg 21,3 ч
Среднеживущие
Фосфор-32 Hp 14,3 дня
Фосфор-33 "P 25 дней
Бериллий-7 'Be 53,29 дня
Фосфор-35 35p 87 дней
Натрий-22 "Na 2,6 года
Долгоживущие
Тритий 5H 12,33 года
Углерод-14 l4C 5730 года
Хлор-36 *CI 3,01 • 105 года
Бериллий-10 '"Be 1,51 • 106 года
Иод-129 1,57-10' года
Применение
Для исследования тропосферы
Для исследования любых атмосферных резервуаров
Для хронологических исследований
[гиена и санитария 5/2009
Материалы и методы
Космогенныс изотопы образуются как в атмосфере Солнца, попадая на Землю с солнечным ветром (особенно при мощных вспышках), так и при взаимодействии вторичных космических лучей с основными составляющими земной атмосферы: азотом, кислородом, аргоном. Образовавшиеся ядра окисляются, захватываются частицами аэрозолей и атмосферной циркуляцией заносятся в нижние слои тропосферы. Далее с атмосферными осадками (дождь, снег) попадают в приземную атмосферу, морскую и пресную воду, донные отложения [8). В биосфере в соответствии со своими свойствами они также могут инкорпорироваться растениями, животными и человеком.
Космогенный 7Ве, во-первых, может возникать в земной атмосфере в результате ядерных взаимодействий галактических космических лучей с атмосферой Земли. В этом случае его концентрация в атмосфере должна испытывать временное вариации, характерные дая галактических космических лучей, т. е. быть в антикорреляции с солнечной активностью. Во-вторых, он может возникать также как результат ядерных взаимодействий, но при вторжении в земную атмосферу солнечных энергичных частиц от вспышек. Тогда его концентрация должна, наоборот, быть в прямой корреляции со вспышечной активностью Солнца [3].
Радионуклид 7Ве — универсальный эффективный маркер, который может быть использован в экологических целях [1]. Действительно, он широко распространен, относительно легок и относительно стабилен, тех-ногенно может быть создан лишь на ускорителях элементарных частиц и имеет одну моноэнергетическую у-ли-нию (электронный захват, Е = 0,4776 Мэв) в спектре своего распада. Но главное, это период полураспада 7Ве, равный 53,3 дня. Такой период обеспечивает динамику концентраций элемента в различных средах и не позволяет создаваться многолетним накоплениям и отложениям радионуклида. Обнаружение относительно большой удельной активности 7Ве в объектах окружающей среды свидетельствует о более интенсивном атмосферном (газ, пыль, аэрозоль, туман, дым) обмене по сравнению с другими локальными экосистемами. Кроме того, даже после мощных солнечных вспышек доза внутреннего и внешнего облучения от 'Ве остается пренебрежимо малой величиной по сравнению с дозой внутреннего облучения от радона и продуктов его распада.
Удельное (объемное и массовое) количество космо-генного радионуклида 7Ве определяли с помощью полупроводниковых у-спектрометров. Система обработки спектров определяет положение энергетического пика, его ширину на полувысоте, площадь под пиком, удельную активность изотопа, а также накапливает базу данных измерений и графические диаграммы исследуемых параметров.
Результаты и обсуждение
Анализ гистограмм среднемесячных концентраций космогенного 7Ве в приземном воздухе Вильнюса, усредненных за период 1971 — 1983 гг. [5], и Москвы, усредненных по данным за 2002— 2005 гг. [7], показал, что приведенные данные сравнительно близки. Наблюдаемый июньский максимум соответствует традиционному весеннему максимуму концентраций радионуклидов. В различные годы положение максимума может меняться в интервале от мая до августа, а также спустя десятки дней после сверхмощных солнечных вспышек. При построении гистограммы среднемесячных концен-
траций космогенного ?Ве в приземном слое атмосферы Москвы в различные годы начала XXI в. установили, что максимумы могут смещаться от мая до июля.
Среднегодовые концентрации 7Ве в приземном слое атмосферы Москвы за 2000—2005 гг. примерно постоянны (от 2 до 3 мБк/м3). Такая стабильность среднегодовых данных вместе с представленной динамикой среднемесячных концентраций космогенного радионуклида позволяет верифицировать измеряемые у-спектры.
В качестве индикатора процессов биосферного обмена для Москвы выбрали травяной покров. Это связано, с одной стороны, с тем, что стабильный бериллий обнаруживается не только в костях и тканях животных, но и непосредственно в растениях, произрастающих на бериллийсодержащих почвах, с другой стороны, с тем, что трава хорошо накапливает атмосферные выпадения. Для оценки радиоактивности травяного покрова выбирали преимущественно злаковые травянистые растения, которые без предварительного отряхивания и отмывания после озоления поступали на у-спектромет-рический анализ. Распределение относительной удельной активности 7Ве в траве по территории Москвы летом 2003 г. [7] соответствует известному относительному экологическому неблагополучию юго-востока Москвы.
Кратко можно сформулировать тезис: при одномесячных измерениях на разных территориях чем больше удельная активность 7Ве, тем лучше природная экологическая обстановка и выше способность экосистемы к самоочищению. Без учета техногенных загрязнений природно благоприятными следует признать, например, районы Воробьевых гор, Бусиново, Пресни.
Если 7Ве является индикатором интенсивности биосферного обмена, то, в противоположность ему, избыток тяжелого газа 222Яп и продуктов его распада свидетельствует о наличии застойных явлений в конкретной экосистеме.
Эксхаляция 222Яп за счет геофизических процессов и его концентрация в низинах, ущельях и пещерах, а также элиминация из строительных материалов ангаров, зданий и подземных сооружений создают объемные концентрации 22211п, по-види-мому, экологически связанные с объемными концентрациями 7Ве в воздухе, что позволяет надеяться на их экспериментальную верификацию в природных и бытовых условиях. В перспективе следует ожидать экспериментальной обратно пропорциональной зависимости между удельными активностями 222Яп (с продуктами распада) и 7Ве в воздухе для исследуемых экосистем.
Таким образом, распределение удельной активности космогенного радионуклида 7Ве в приземном воздухе, наземных объектах (например трава) и в атмосферных выпадениях можно рассматривать в качестве относительного индикатора интенсивности природных процессов биосферного обмена. В то же время относительный избыток тяжелого газа 22211п свидетельствует о наличии застойных яв-
лений в конкретной экосистеме. В совокупности получаем перспективное радиоэкологическое направление: относительную радионуклидную оценку, радиоизотопную диагностику локальных экосистем.
Литература
1. Ивлиев М. В., Карпов В. Н., Гордеев С. К. и др. // Экология человека и природа: Материалы VII Международной науч. конф., Москва — Плес, 27 июня - 2 июля 2008 г. — С. 35.
2. Камен М. Д. Радиоактивные индикаторы в биологии. - М., 1948.
3. Кружевский Б. М. // Наука в России. 2002. — Т. 4. - С. 4-11.
4. Луянас В. Ю. Космогенные радионуклиды в атмосфере. — Вильнюс, 1978.
5. Луянас В. Ю. // Аэрозольные и газовые примеси в окружающей среде. — Вильнюс, 1986. — С. 5—9.
6. Несмеянов А. Н., Нейман А. Н. // Успехи химии. — 1948. - Т. 17.
7. Отчеты о результатах радиационно-экологического мониторинга окружающей среды Московского региона за 2000-2006 гг. - М., 2008.
8. Сапожников Ю. А., Алиев Р. А., Калмыков С. Н. Радиоактивность окружающей среды. Теория и практика. — М„ 2006.
Поступило 25.03.09
С КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2009 УДК 613.31-092.9
3. И. Коганова', Р. И. Михайлова2, А. Ю. Сковронский3, И. Н. Рыжова4
ДЕЙСТВИЕ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ, ИЗМЕНЕННОЙ ПО ВОДОРОДНО-КИСЛОРОДНОМУ СОСТАВУ, НА НЕКОТОРЫЕ БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЖИВОТНЫХ
'Канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаборатории биохимии с группой иммунологии НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва (т. 499-245-03-12); :проф., доктор мед. наук, зав. лаб. питьевого водоснабжения и санитарной охраны водоемов НИИ ЭЧ и ГОС им. А. Н. Сысина, Москва (т. 499-246-76-74); 'науч. сотр. НИИ ЭЧ и ГОС им. А. Н. Сысина РАМН, Москва (sysin@comcor.ru); 4науч. сотр. НИИ ЭЧ и ГОС им. А. Н. Сысина РАМН, Москва
В хроническом эксперименте (12 мес) на белых беспородных половозрелых крысах-самцах изучили биологическое действие питьевых вод с различным содержанием дейтерия (7, 30, 60, 90, 250 и 1000 мг/л) на активность М-ацетил-Ь-й-глюкозаминидазы, каталазы и содержание триглицеридов в сыворотке крови и печени. В качестве контрольной группы были выбраны животные, потреблявшие воду с содержанием дейтерия 145 мг/л. Результаты биохимических исследований показали неблагоприятное воздействие на отдельные звенья защиты организма. Наиболее выраженные изменения отмечены в группе животных, потреблявших воду с содержанием дейтерия 1000 мг/л.
Ключевые слова: водородно-кислородные показатели питьевой воды, влияние на организм лабораторных испытаний, биохимические показатели
Z. I. Koganova, R. I. Mikhailova, A. Yu. Skovronsky, I. N. Ryzfiova. - EFFECT OF THE DRINKING WATER CHANGED BY THE HYDROGEN-OXYGEN COMPOSITION ON SOME BIOCHEMICAL PARAMETERS OF EXPERIMENTAL ANIMALS
The biological action of the drinking waters containing different deuterium levels (7, 30, 60, 90, 250, and 1000 mg/ I) on the activity of N-acetyl-b-D-glucosaminidase, catalase, the content of triglycerides in the serum and liver was studied in a chronic (12-month) experiment on outbred albino mature male rats. The animals taking the water containing 145 mg/l of deuterium were chosen as a control group. The biochemical studies showed the negative effect of the waters on some links of the organism's defense of the organism. The most pronounced changes were noted in the group of animals taking the water containing 1000 mg/l of deuterium.
Key words: hydrogen-oxygen parameters of drinking water, effect on laboratory animals, biochemical parameters.
Как известно, для нормальной жизнедеятельности вода является одним из ведущих субстратов, так как организм человека состоит на 70% из жидкой фазы. Соответственно, большое внимание уделяют качеству питьевой воды, а именно, сбалансированности не только по солевому, но и изотопному составу [5]. В настоящее время используют различные технологические методы в процессе водо-подготовки воды для питьевых целей [6].
В хроническом эксперименте изучили биологическое действие питьевых вод, технология обработки которых сопровождалась изменением их изотопного водородно-кислородного состава. Эксперимент выполнен на белых беспородных половозрелых крысах-самцах, которых в течение 12 мес поили питьевой водой, содержавшей различные концентрации дейтерия: 7—10, 30, 60, 90, 250 и 1000 мг/л. В качестве контрольной группы были
выбраны животные, потреблявшие воду с концентрацией дейтерия 145 мг/л. Воздействие вышеперечисленных вод на организм экспериментальных животных оценивали по активности мембраннос-вязанного лизосомального фермента Ы-ацетил-Ь-О-глюкозаминидазы (КФ 3.2.1.30), каталазы (КФ 1.11.1.6.) и содержанию триглицеридов в сыворотке крови, а после 12-месячного запаивания — и в го-могенате печени [1,4]. Выбор данных показателей, с одной стороны, позволяет оценить состояние мембран, а с другой — характеризует защитные свойства организма. Известно, что лизосомы ведут себя как осмотические системы и легко проницаемы для воды, их мембраны более проницаемы для протонов. Доказано, что рН в лизосомах на единицу ниже, чем в окружающей их среде [8]. Другой изучаемый фермент — каталаза, локализованная в периксосомах, участвует в катаболизме эндогенно-
