CC BY
44дв^рнушм <ЕМЕСЯЧНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ ЖУРНАЛ
воздействие урановых хвостохранилищ на биосферные объекты в Кыргызстане
Бердибаева А.Б., Быковченко Ю.Г., Жунушов А.Т. Тухватшин Р.Р.
институт биотехнологии нан кр, кыргызская Государственная медицинская академия
Кыргызстандагы биосфералык объектилерге уран калдыктары сакталган жайлардын таасири
Бердибаева А.Б., Быковченко Ю.Г, Жунушов А.Т. Тухватшин РР
Impact on biosphere uranium tailings objects in Kyrgyzstan
Berdibaeva AB Bykovchenko JG, Zhunushov AT, Tuhvatshin RR Biotechnology Institute National Academy of Sciences, Kyrgyz State Medical Academy
Проблемы экологической безопасности в Кыргызстане, как и в других государствах Центрально-Азиатского региона, возникли с деятельностью горнорудных комбинатов по добыче, переработке и утилизации отходов урана и других токсических химических элементов (сурьмы, кремния, ванадия, никеля). По данным Ковальского В.В.(1963), Верховской И.Н. и др.(1971), Бондажевского Ю.И. и др.(1995), Айтматова Д.И., Апарина К.Б. (2003) и многих других, все эти элементы попадая в биосферу оказывают отрицательное воздействие на отдельные ее компоненты, в том числе на растения животных и человека. Даже сегодня, когда потенциальные и реальные экологические угрозы стали достоянием гласности и понятны всем, многие принимаемые здесь решения остаются декларативными, а финансовые приоритеты по-прежнему отдаются другим экономическим и социальным вопросам.
Кыргызстан является одним из экологически опасных регионов планеты по радиоактивному заражению. На его, сравнительно небольшой территории (199,9 тыс. км2) находится 49 урановых хвостохранилищ и 80 отвалов горных пород, где захоронено около 70 млн.мЗ высокотоксичных радиоактивных отходов, или по 14 м3 на каждого жителя республики (Быковченко Ю.Г. и др., 2005). Все эти отходы остались в наследство республики от бывшего Союза, куда транспортировался переработанный уран. Прошло уже около 50 лет после прекращения деятельности горнорудных комбинатов по добыче урана, но учитывая, что его период полураспада составляет более 4 миллиардов лет, то законсервированные его отходы будут угрожать человечеству на протяжении всего периода его существования.
Имеющиеся на территории республики урановые хвостохранилища и отвалы горных пород, за истекшее годы, интенсивно подвергались сейсмической, ветровой, водной и селевой эрозиям и поскольку все они находятся в межгорных отрогах, то над многими из них возникла опасность оползневого разрушения. Однако, реабилитация их желает оставлять лучшего. Насколько стали экологически опасны эти зоны видно из следующих
наших наблюдений.
Общее мощность экспозиционной дозы гамма-излучения каждого уранового хвостохранилища составляет 30-100 тыс. мкР/час. На поверхности хвостохранилищ радиационный фон колеблется от 27 до 60 мкР/час, а на отдельных участках он достигает 600 - 1000 мкР/час, что в 20-50 раз выше предельно допустимой концентрации (ПДК). В целом в зонах урановых провинций допустимый предел дозы искусственного гамма - облучения в год на человека превышен в 5 раз.
Среди всех биосферных объектов почва, как считал В.И.Вернадский, является исключительно важным звеном, через которое осуществляется связь между неживой и живой природой. В этом плане в почве и грунтах урановых провинций Кыргызстана содержание радионуклидов в 5 - 8 раз выше, чем в сопредельных территориях и в чистых зонах. Как установлено, вынос урана из почвы в другие объекты биосферы осуществляется путем выветривания, через растения и подпочвенными водами. Такая миграция обусловлена: во первых высокой сорбционной способностью органического вещества по отношению к урану; во вторых - восстановительными свойствами его, в результате чего 6-валетные формы урана переходят в малорастворимые формы 4-х валентного урана, которые выпадают в осадок; и в третьих - за счет образования комплексных урана - органических соединений типа гуматов и фульватов уранила. Кроме того, на миграционные способность урана из почвы большое влияние оказывает ее окислительные свойства, содержание в ней гумуса и другие.
В водных объектах биохимических провинций концентрация урана в 10 - 150 раз выше, чем в чистой зонах. В этом отношении надо отметить, что Кыргызстан является местом формирования водных ресурсов для государств Центрально-Азиатского региона, а уран, образуя хорошо растворимые карбонатные и другие соединения, может мигрировать с водой на большие расстояния и оказывать негативное влияние на биосферные объекты. При аварийных ситуациях (землетрясение, сели) создается опасность трансграничного переноса водой
ВОЗДЕЙСТВИЕ УРАНОВЫХХВОСТОХРАНИЛИЩ НА БИОСФЕРНЫЕ ОБЪЕКТЫ В КЫРГЫЗСТАНЕ
рек, протекающих в районах хвостохранилищ, огромного количества радиоактивных отходов на территории соседних государств. Такая ситуация может привести к необратимой деградации био-фитоценозов в локальном и в межрегиональном масштабах. Следовательно, вопросы охраны и реабилитации, существующих урановых хвостохранилищ должны быть объектом пристального внимания государств, где они находятся.
Следующий биосферный объект, в котором концентрируется уран и радионуклиды, являются растения, произрастающие как на самих хвостохпра-нилищах так и на сопредельной территорий. Как показали наши исследования этих растений, а это более 80 видов из 50 ботанических семейств, содержание в них урана в десятки и сотни раз выше, чем в кларковой зоне Курского заповедника. Причем, содержание урана в травянистой растительности значительно больше, чем в кустарниковой и древесной. Поэтому дальнейший путь миграции урана
- это сельскохозяйственные животные, питающиеся травянистой растительностью. Ведь в зонах урановых провинций до сих пор разводится довольно большое количество крупного рогатого скота, овец и лошадей. Следовательно, сельскохозяйственные животные принимают самое активное участие в биогенной миграции урана из источников радионуклидов до человека, а основными его каналами поступления является воздушная среда, водные источники и корма. Причем, чем продолжительнее животное находится в зоне повышенной радиации и радионуклидов, тем больше в его организме концентрация урана, т.к. в процессе жизни он не весь выводится из организма. Как нами установлено у крупного рогатого скота она выше, чем у овец. Наши исследования показали, что аккумуляция урана в организме животных имеет свои особенности. Наибольшее его количество содержится в опорно-покровных тканях - в костях, в копытном роге, шерсти и коже. В других органах его концентрация находится в такой убывающей последовательности: мышцы, желудочно-кишечный тракт, внутренние органы, кровь, эндокринная система. Мы считаем, что выяснение особенностей накопления и распределения урана в организме животных в условиях их длительного и естественного обитания в зонах урановых провинций крайне важны для понимания характера биогенной миграции урана в цепи
- хвостохранилище - человек. Ведь большинство известных литературных источников, опубликованных в этом отношении, посвящены опытам на собаках, крысах, мышах и других мелких животных в лабораторных условиях при подкармливании их урансодержащим кормом, или при искусственном введении его в организм в виде раствора при высокой концентрации урана. Поэтому не всегда эти данные можно экстраполировать на крупные животные или человека, содержащихся в естественных условиях урановых провинций. В конечном итоге возникает вопрос, насколько опасен повышенный
радиационный фон и накопление урана в организме на его здоровье и защитные функции. Нами проведены специальные гематологические, биохимические и иммунологические исследования на экспериментальных животных - кроликах, коровах и овцах, содержащихся в урановых провинциях и в чистых зонах. Изучена морфоструктура костного мозга, тимуса, почек и головного мозга. Резюмируя эти исследования можно сказать, что под влиянием радионуклидов у кроликов отмечено снижение эритроцитов и гемоглобина крови. Картина белой крови характеризуется лейкоцитозом (120,4 - 139,03% к контролю) и моноцитозом (до 211,3%). Наблюдаются заметные изменения активности ферментов переаминирования - аланин - и аспартаттрансами-наз, что указывает на патологию метаболизма в тканях печени и сердца. Подтверждением этому также служит значительное сокращение уровня билирубина в крови на 59,3 - 65,2%, а также увеличение показателя тимоловой пробы и достоверное увеличение уровня холестерина. В тимусе, как в одном из главных органов иммунитета отмечен распад тимоцитов и аксидентальная инволюция железы, а в селезенке - соединительно-тканной склероз и тканевой детрит. Отмеченные изменения является следствием дегенеративных процессов в иммунной системе под действием радиации и радионуклидов, которые оказывают деструктивное влияние и на другие жизненно-важные органы - почки и головной мозг. В частности в морфоструктуре последних обнаружены существенные патологические изменения, влияющие на их нормальную функцию.
Естественно, что нас интересовала проблема - каким образом, отвечает иммунная система у сельскохозяйственных животных на повышенный радиационный фон и радионуклиды. Для решения этого вопроса, мы изучали биохимию крови и иммунитет у коров и овец в сравнении с их аналогами чистой зоны. Установлено, что в зонах урановой провинции наблюдается дефицит железа у коров на 17,1, а у овец на 52,9%, а дефицит кальция соответственно на 23,8 - 27,9%, по сравнению с чистой зоной. При этом, дефицит железа обусловлен анемическим эффектом, а дефицит кальция включением этого элемента в периферические органы и ткани. Количество альбумина в сыворотке крови, на который приходится около 50% всех белков, было снижено у коров урановой провинции на 43,7%, а у овец на 14,6%, при высокой достоверности разницы. Повышенный радиационный фон и радионуклиды снижают у коров и овец синтез эффекторных иммунокомпетентных Т-клеток на 9,4 - 18,1% и В-клеток - на 18 - 20,6%, что можно рассматривать как патологию. Снижение главного клеточного и гуморального звена иммунитета негативно отражается на синтезе таких важных компонентов иммунитета как антитела, нейтро-филы, моноциты и фагоциты. Общий иммунный дефицит у животных, постоянно разводимых в урановых провинциях, составляет у коров 21,3%,
МЕДИЦИНА
<ЕМЕСЯЧНЫИ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИИ МЕДИЦИНСКИМ ЖУРНАЛ
а у овец 14,1%.
В формировании радиоактивной патологии важное значение имеет тот факт, что ионизирующее излучение оказывает специфическое повреждающее действие, прежде всего, на радиочувствительные ткани и органы (стволовые кроветворные клетки, ткани тонкого кишечника и кожи, эпителий яичек и др.) и неспецифическое - раздражающее действие на нейроэндокринную и нервную системы.
Сегодня в зонах геохимических провинций Кыргызстана проживает около 100 тыс. населения и нами проведен анализ показателей заболеваемости жителей этих провинций, а также клинико-лабораторные исследования. Коротко обобщая эти исследования надо отметить, что у жителей урановых провинций в 33,3% случаях выявлен лейкоцитоз, а в 8,69% случаях - лейкопения, что указывает на коррозию иммунной системы и процессы кроветворения. Кроме того, по сравнению с населением чистых зон, у 26,3% жителей урановых провинций наблюдается анемия, у 27%- снижено содержание глюкозы и уровня холестерина крови, на 24% - уменьшена концентрация фермента АЛТ и в 2,2 раза - концентрация триодтеронина щитовидной железы. Наблюдения показали, что в зонах урановой провинции в 2,5 раза увеличены пороки развития у младенцев, имеются нарушения в репродукции у женщин.
Понятно, что точно диагностировать хроническую лучевую болезнь не всегда удается. Однако, вследствие изменений в иммунобиологической резистентности организмов, находящихся длительное время в зонах повышенного радиационного фона и радионуклидов, активизируется экзо-и эндогенная микрофлора, что клинически может проявляться в синдроме инфекционных осложнений, в возникновении различных простудных, желудочно-кишечных, сердечно-сосудистых, почечных, гематологических и других заболеваний.
В настоящее время радиоактивные элементы и радионуклиды можно встретить в любых объектах живой и неживой природы. В малых дозах они возможно и не оказывают столь стремительного патологического действия на организм, но в определенных концентрациях они губительно опасны. Правоцируя возникновение различных заболеваний радиоактивные элементы сами являются источниками патологических изменений в организме, протекающих как на физиолого- биохимическом, так и генетическом уровнях.
Подводя итоги сказанному невольно приходим к мысли, что в истории человеческой цивилизации вряд ли еще имеется такой прецедент когда научные открытия или разработки приносили для людей определенные блага, так и значительную угрозу для существования всего живого. Дело в том, что до сего времени еще не разработано надежных и безвредных методов утилизации радиоактивных отходов, хотя исследования в этом плане ведутся в различных направлениях. В частности, сущест-
вует Международная программа по биоиндикации антропогеного загрязнения природной среды (5), ведутся поиски биоремедиации почв микроорганизмами от тяжелых металлов, за счет интродукции в места загрязнений специальной бактериальной массы, способной утилизировать загрязнитель. При этом биоремедиация, как установлено, идет в двух направлениях: путем осаждения загрязнителя на мембране микробной клетки и путем поглощения токсического элемента и его трансформация в другие соединения за счет метаболических процессов в клетке и использования загрязнителя в дыхании и жизнедеятельности микробной клетки. Подобные исследования на материале урановых хвостохрани-лищ Кыргызстана уже начаты в институте биотехнологии НАН КР, которые в будущем позволят не только улучшить экологию геохимических провинций, но и положительно повлияют на здоровье людей.
список литературы:
1. Ковальский В.В. Геохимическая экология и ее эволюционные направления. - Изв. АН СССР, сер. биол., 1963.-№6.
2. Верховская И.Н. и др. Обмен урана, радия и тория в системе почва- растение - животные в природных и экспериментальных условиях. - Инф. бюллетень по радиобиологии АН СССР, 1971. - №13.
3. Бандажевский Ю.И. и др. Клинико - экспериментальные аспекты влияния инкорпорированных радионуклидов на организм. - Гомель, 1995.
4. Айтматов Д.И., Апарин К.Б. Хвостохранилищарадиоактивных отходов и их влияние на компоненты окружающей среды на территориях урановых рудников Майлуу-Суу и Черкесар. // «Наука и новые технологии». - Бишкек, 2003. -№3.
5. Быковченко Ю.Г. и др. Техногенное загрязнение ураном биосферы Кыргызстана. //Монография, -Бишкек, 2005. -171 с.
6. Соколов В.Е. и др. Международная программа по биоиндикации антропогенного загрязнения природной среды.// Экология, 1990.-№2.-С. 90-94.
Сведения об автиорах:
Бердибаева Аида Бердибаевна - кандидат биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории биохимии Института биотехнологии НАН КР Бишкек, пр. Чуй 265 Тел. 64-63-29, моб. 0554544366, эл.почта: aidaberdibaeva@rambler.ru Быховченко Юрий Григорьвич - доктор биол. наук, профессор, Лауреат Государственной премии КР, зав. лабораторией биохими института биотехнологии НАН КР,
жунусов асанкадыр темирбнкович - докт.вет. наук, профессор, Заслуженный деятель науки КР, Лауреат Государственной премии КР, член-корр. НАН КР, академик РАСХН и МАИ, диретор института биотехнологии НАН КР, Бишкек, проспек Чуй 265, тел. 996 (312) 392014
тухватшин рустам романович - докт. мед. наук, профессор, Лауреат Государственной премии КР, зав. кафедрой патологической физиологии КГМА.
