В період, коли російську агрономію розвивали А. Болотов і І.Комов (18-19 ст), важливим продуктом тваринництва вважався гній, навіть більш важливим ніж молоко. На Русі тоді був культ “гною”: його ретельно збирали, дотримувались правил зберігання, своєчасно вивозили на поле. Гній перемішувався з соломою, яку використовували для підстилання худобі, в гноєсховища зсипали всю “органіку” – починаючи від старих лаптів. Все це перегнивало, компостувалося і потім використовувалося для відновлення родючості грунтів.
В наш час на невеликих твариницьких фермах (до 100 голів) гній також змішується з соломою і аналогічним чином готується для внесення на поля. Але інше положення на великих твариницьких комплексах великої рогатої худоби і свиней, де для підстилки солому не використовуютья, а гній змивають водою. В результаті отримують вже зовсім інший, безпідстилочний гній, який для безпосереднього внесення на поля не придатний. Більш того рідкі стоки, якщо вони вириваються ізсховищ, потрапляють в річки, озера, стають шкідливими забруднювачами. Комплекс де розташовані 50-100 тис голів свиней забруднює навколишнє середовище більше, чим середнє місто з його стоками. Проблема переробки безпідстилочного ною є однією з самих відчутних в сучасній агроекології. Які ж існують способи його утилізації?
Один з них пов¢язаний з отриманням біогазу. В Росії цей метод лише апробується, але в багатьох країнах вже використовується. Суть його в наступному. Гній розміщують в спеціальні ємності і зброжують. При цьому він втрачає свої негативні якості, в першу чергу – очищується від патогенної мікрофлори, що здатна викликати захворювання людини і тварин. В процесі бродіння виділяється метан, в кількості, що може забезпечити енергією ферму, що “виробляє” цей гній. Отримується подвійна користь: гній стає менш шкідливим і збагачується азотом, а ферма постачається енергією.
Інший спосіб знезараження безпідстилочного гною – компостування його з соломою чи іншою органікою. Через рік такий компост “дозріває”: більшість наявних в ньому хвороботворних бактерій загинули, насіння бур¢янів втратило здатність досхожості, а хімічний склад покращився.
Ще одни спосіб – використання так званих полів зрошення, тобто полів, на які в визначених нормах виливають розчинений гній. При цьому проводять постійний контроль за кількістю нітратів в вирощених на таких полях травах і за процесом знезараження, що проходить в грунті. Що стосується рідкого свинячого гною, то він виробляється в таких кількостях, що полів для зрошення не вистачить. Еколог М.С. Боч розробила оригінальний спосіб знезараження такого гною – на низинних болотах. В 150 м від кінця труби, через яку на болото надходить гній у воді вже немає його запаху.
Розробляються і інші біометоди знезараження, в тому числі з використанням личинок мух, які можуть харчуватися свинячим гноєм, і крім того, бути кормом для харчування птахів в бройлерному виробництві.
Використовувати те корисне, що є в гної, і не допустити щоб він став причиною шкідливих забруднень навколишнього середовища, - задача на сьогоднішній час першочергова. Але вирішується вона, так само повільно, як і інші гострі проблеми агроекології.
На заключення можна підкреслити, що тварини – важливий компонент агроекосистеми, роль тварин, які виступають “транспортний” засіб, що задає напрямку енергії та речовині, що накопичується рослинами тим самим зменшуючи навантаження на цей більш активно використовуваний людиною компонент агроекосистеми. Однак якщо між площиною луки та кількістю худоби і розмірами пашні немає балансу, то худоба із елемента, що підтримує і об¢єднує екосистему, стає її руйнівником.
БІОЛОГІЧНИЙ ВПЛИВ ІОНІЗУЮЧОЇ РАДІАЦІЇ
Проблема впливу малих доз іонізуючої радіації на організм людини у зв¢язку з аварією на Чорнобильській АЕС нині є предметом широкого обговорення не лише на сторінках спеціальної наукової літератури, вона стала темою дискусій серед широких верств населення.
Існує дві концепції щодо впливу малих доз радіації на організм людини. Прихильники порогової концепції вважають, що людський організм – це стійка біологічна система, і до певних дох (порога) іонізуюча радіація в організмі людини негативних наслідків не спричинює. Інші дослідники, які дотримуються безпорогової концепції, стверджують, що абсолютно достовірних даних про нешкідливість малих доз немає, і тому їх слід вважати шкідливими.
Незнання біологічного впливу іонізуючої радіації може призвести до фатальних наслідків, бо смерть організму іноді настає внаслідок дії дуже малих енергетичних доз. А щодо безпечних рівнів опромінення, то, оскільки абсолютної безпеки взагалі не існує, тут неможливо провести чітку розмежувальну лінію. Водночас зміни, що їх було виявлено в людському організмі й у організмах піддослідних тварин, очевидно, не можна однозначно пов¢язувати тільки з дією підвищеного радіаційного фону в місцевості, де проводять спостереження. Причиною цих змін можуть бути й інші несприятливі екологічні фактори, які, діючи в комплексі з радіацією, спричинюють негативні зміни в організмі.
Усе, що сказано вище, свідчить про необхідність всебічно вивчати проблеми радіації, знати про можливі негативні наслідки її впливу на організм людини, щоб розробляти й застосовувати доступні методи профілактики.
Радіоактивність – всюдисущий і постійно діючий фактор навколишнього середовища. Вчені виділяють три основні компоненти, що формують природну радіоактивність на поверхні Землі. Це – космічне проміння, джерела якого перебувають поза Землею; радіоактивні елементи (радіонукліди), що постійно утворюються в атмосфері нашої планети внаслідок дії космічного випромінювання (космогенні ізотопи), та природні радіоактивні речовини Землі, земної кори – ровесники її народження, а також дочірні продукти розпаду цих речовин.
Усе живе на Землі пристосувалося до життєдіяльності за умов природного радіоактивного фону і його місцевих варіацій. Проте за останні 90 років людина відкрила і створила своїми руками джерела іонізуючої радіації, які за сумарною потужністю в тисячі разів перевищують природний радіоактивний фон, а також ядерну зброю, що становить реальну загрозу для людства й загалом для життя на Землі.
З-поміж природних радіоактивних елементів земної кори безпосередньо входить до складу живих організмів передусім калій-40 (він є в кожній клітині тіла людини). Радіоактивні гази радон і торон потрапляють до організму разом із вдихуваним повітрям, особливо в певних професійних і побутових умовах, але вони дуже швидко розпадаються і тому не накопичуються в організмі. Радій у мізерній кількості є в артезіанських та поверхневих водах. Потрапивши в організм він нагромаджується здебільшого в скелеті. Полоній накопичується в деяких рослинах, наприклад, у тютюні, з тютюновим димом він може надходити в легені. Деякі радіоактивні елементи нагромаджуються в фіто- і зоопланктоні водойм, у рачках і рибах. У міру просування так званим харчовим ланцюгом концентрація радіонуклідів поступово збільшується, інколи в десятки й сотні разів.
У деяких регіонах через близьке залягання біля поверхні Землі уранових руд, торієвих (так званих монацитових) пісків, через вихід на поверхню радонових джерел локальний радіаційний фон може перевищувати пересічні його значення в 20-100 і навіть 1000 разів. Такі великі за площею райони є в Індії, Бразилії, Ірані, Італії, Франції, Нігерії, Канаді, Чехо-Словаччині, ПАР. Є вони і на Україні (Хмільник, Миронівка). Природний радіоактивний фон тут досягає 1130-3814 мрад/рік, а місцями – до 4-8 рад/рік, тобто перевищує середній фон у 10-80 і більше разів. Тут багата флора і фауна, з давніх-давен живуть люди. Багаторічні ретельні дослідження не виявили жодних відхилень у стані й життєдіяльності рослин, тварин, людей. Показники тривалості життя, частоти викиднів, мертвонароджень, виродливостей, захворюваності на лейкози, рак та інші хвороби в жителів цих районів не відрізняються від таких самих показників у сусідніх районах, де природний радіоактивний фон є значно нижчим. Те саме можна сказати й про гірські райони, де радіоактивний фон вищий як внаслідок більшої інтенсивності там космічного випромінювання, так і внаслідок більшого вмісту природних радіоактивних елементів у вивержених гірських породах (граніти, базальти).
Із космогенних ізотопів найважливіше значення мають утворені з атмосферного азоту радіоактивний ізотоп вуглець-14 (період його піврозпаду становить 5568 року) і важкий ізотопводню – тритій (період піврозпаду 12,26 року). Вуглець і водень, як відомо, - основні елементи всіх живих організмів на Землі. Із вдихуваним повітрям вони потрапляють у легені, потім у кров і, зрештою, включаються в усі тканини тіла людини. Отже, космогенні ізотопи – складники природної радіоактивної біосфери – неодмінний компонент кожної клітини людського тіла.
У літературі є суперечливі дані щодо біоефектів низьких рівнів, а інтерес до цієї проблеми нині дуже великий. У зв¢язку з аварією на ЧАЕС величезні території забруднено радіонуклідами, тому потрібно мати медико-біологічний прогноз можливих віддалених наслідків. Проблемі біологічного впливу радіації присвячено величезну кількість праць у різних країнах світу. Особливо багато досліджень проведено в роки інтенсивного вивчення впливу випромінювання ядерного вибуху на живі організми.
Розвиток променевої хвороби спостерігається при опроміненні дозою понад 100 рад. Променева хвороба тяжкого ступеня може розвинутися після одноразового опромінення всього тіла дозою 400 рад і більше. У зв¢язку з аварією на ЧАЕС нас цікавлять передусім малі рівні, тобто дози, що в 5-10 разів перевищують природний радіоактивний фон. Однак у літературі є вказівки, що до малих доз відносяться дози до 100 бер, тому ми проаналізували всю доступну літературу щодо дії радіації зазначених доз на живі організми. Нині ми не можемо однозначно твердити, що всі зміни, які виявлені в людей, пов¢язані тільки з дією підвищеного радіаційного фону в певній місцевості. Причиною таких змін можуть бути і інші екологічні фактори, зокрема підвищений вміст нітрозосполук, пестицидів, різних синтетичних барвників, а також вплив багатьох факторів побуту, харчування тощо. Проблема комбінованого впливу різних факторів середовища на біологічні об¢єкти є найменш вивченою в радіаційній медицині та біології. Потрібні об¢єднанні зусилля вчених різних країн, щоб науково обгрунтувати допустимі концентрації шкідливих факторів середовища, що діють як комплекс.
У цій статті розглянуто насамперед питання безпосереднього впливу малих доз радіації на кровотворні органи та імунну систему з урахуванням можливого прояву захворювань і патологічних змін плода й потомства.
Радіаційне ураження кровотворної тканини різних видів ссавців, у тому числі й людини, - один із основних біологічних ефектів іонізуючого випромінювання.
Якщо опромінено нормальну клітину, то ступінь і вид ушкодження можуть бути різні. Залежно від дози радіації ти типу клітини, вони можуть гинути безпосередньо внаслідок глибоких ушкоджень, які проявляються вже через кілька хвилин або годин після опромінення без зв¢язку з поділом клітини.
Найтяжчі радіаційні ушкодження спостерігаються у молодих клітин. Зрілі клітини набагато радіорезистентніші. У системі клітинного оновлення кісткового мозку є два окремі компоненти, з яких один складається з тих клітин, що діляться, а другий – з тих, що не діляться. Незрілі клітини, що діляться, - радіочутливіші, а більш зрілі, ті, що не діляться, - менш радіочутливі.
Протягом перших хвилин після впливу іонізуючого випромінювання виникає неспецифічний синдром адаптивних реакцій. Він включає гальмування клітинного розмноження і перехід метаболізму на режим відновлення ушкоджень, які виникають. На клітинному рівні реєструються три типи радіаційних ушкоджень: летальні, які спричинюють загибель клітин, сублетальні, що безпосередньо не спричинюють загибелі клітин, але підвищують їхню чутливість до наступного опромінення, і потенційно летальні.
Відновлення клітинної популяції зумовлене розмноженням клітин, що вижили після впливу радіації. За рахунок цього відновлюється частина популяцій стовбурових клітин критичних органів (кістковий мозок, епітелій кишечника) і відбувається відновлення їхньої функціональної активності.
Специфічна особливість летальних реакцій клітин на опромінення полягає в тому, що загибель окремих клітин може бути зареєстрована вже за незначних доз опромінення, хоч і за дуже великих доз можуть зберігатися життєздатні клітини.
Лейкемія, спричинена впливом радіації, починає виявлятися через 2-3 роки з моменту опромінення. Через 6-8 років кількість виявлених лейкемій досягає максимуму, а з часом зменшується. Проте у Хіросімі навіть у 1981-85 рр., коли минуло 40 років з часу опромінення, спостерігалися випадки лейкемії. Чим молодшою є опромінена людина, тим раніше проявляється лейкемія. У молодих частота виникнення лейкемії швидко досягає максимуму, а потім зменшуєтсья. У старших за віком людей, які зазнали опромінення, лейкемія проявляється значно пізніше.
Імунна система ссавців належить до найбільш радіочутливих. У більшості населення, що зазнало впливу радіації, незалежно від місця проживання й від дози опромінення, є ті чи інші імунні порушення. Оскільки кількість цих порушень не корелює з дозою опромінення, їх розглядають як наслідок дії зміненої радіоекологічної обстановки.
Розглядаючи цю проблему, слід враховувати велику складність будови й функціонування імунного апарата людини. Як відомо, основними діючими елементами імунної системи є Т-лімфоцити, та їхні субпопуляції: Т-ініціатори, які запускають імунну реакцію; Т-хеплери, що визначають інтенсивність клітинних і гуморальних реакцій імунітету; цитоксичні Т-лімфоцити, що беруть участь у руйнуванні пухлинних клітин чи трансплантованих тканин; Т-супресори, які обмежують тривалість і вираженість імунних реакцій; Т-ефектори уповільненої гіперчутливості та ін.
Інший клас лімфоцитів представлено В-клітинами, які під дією антигенів і за участю Т-хелперів перетворюються на плазматичні клітини – своєрідні фабрики, де виробляються антитіла.
За сучасними уявленнями, однією із функцій імунної системи є розпізнавання й видалення з організму, чужих для нього молекул і клітин різного роду й походження. І немає значення, чи проникли вони ззовні, чи утворились у самому організмі. Яскравим прикладом цього є здатність імунної системи розпізнавати й знищувати ракові клітини. Причому в цьому процесі беруть участь не лише згадані вище клітини, ай особливий вид лімфоцитів, так звані природні кілери (ПК-клітини). Іншою важливою функцією імунної системи є регулювання процесів розмноження й диференціювання інших клітин, яке проявляється тоді, коли треба відновлювати ушкоджені органи й тканини.
Отже, складність структури та багатогранність функцій імунної системи ставлять її в розряд найважливіших для забезпечення життєдіяльності організму. Водночас імунна система є однією з найвразливіших. Практично будь-які шкідливі фактори можуть істотно змінити імунну реактивність. Щодо цього іонізуюча радіація не є винятком.
Однією з основних особливостей опромінення є зниження реакції імунної системи організму на різноманітні антигени. Це виявляється в ослабленні захисту від бактеріальних та вірусних інфекцій, у формуванні імунних реакцій і неспроможності знищувати “пухлинні” клітини, зокрема індуковані саме радіацією.
Слід також зазначити, що тривалість змін в імунному апараті безпосередньо залежить від дози й від того, скільки часу діє іонізуюча радіація. Це пояснюється здатністю імунних клітин швидко відновлюватися після того, як перестає впливати радіація. Наприклад, навіть за сублетальних одноразових доз кількість лімфоїдних клітин спочатку невелика, а через кілька тижнів вона досягає вихідних величин. Проявом високої чутливості лімфоїдних клітин є досить швидка загибель їх внаслідок впливу іонізуючої радіації. При цьому, на відміну від більшості інших клітин, руйнування лімфоцитів відбувається до їхнього поділу. Цей феномен дістав назву “інтерфазна загибель”.
Пістрадіаційний імунодефіцит розвивається, якщо на організм діють дози опромінення понад 1 Гр, коли відчутно знижується й кількість інших Т-клітин. При цьому імунодефіцит може утримуватися протягом тривалого часу здебільшого через неможливість відновлення процесів лімфоцитоутворення внаслідок масової загибелі родоначальних клітин – стовбурових кровотворних клітин. Зрозуміло, що такий стан призводитиме до зниження протиінфекційної і протипухлинної стійкості організму. Функціональна недостатність імунної системи робить можливою і репарацію зруйнованих радіацією інших клітин і тканин, а це полегшує розростання сполучної тканини й розвиток післяпроменевого фіброзу. Один із наслідків цього – швидке формування склерозу кровоносних судин.
Імунна система є чутливою й до малих рівнів іонізуючого випромінювання, але в цьому випадку спостерігається протилежний ефект. Такі явища мають місце при одноразовому опроміненні дозами 0,12 Гр. Загалом це сприяє підвищенню протиінфекційної резистентності, зниженню виходу пухлин і збільшенню тривалості життя. Виникає так званий гормезисний ефект, пов¢язаний із здатністю малих доз опромінення стимулювати функцію геному лімфоцитів і прискорювати їхню проліферацію й диференціювання.
З огляду на сказане, за аварійних ситуацій, коли населення зазнає невеликого опромінення, треба було б чекати стимуляції імунних функцій. А насправді в більшості людей функції імунної системи знижуються. Це пов¢язане з одночасним впливом інших факторів, серед яких найбільшу роль відіграє психоемоційний стрес. Одним з його проявів є зниження активності ПК-клітин. Реєстровані зміни в системі імунітету повинні насторожувати, бо вони можуть відображати погіршення стану здоров¢я населення в цілому, що вимагає спеціальних масових профілактичних заходів, які зменшують ризик захворювань на інфекційні, онкологічні, аутоімунні й алергійні хвороби.
Вплив радіації на зародок або плід (внаслідок опромінення матері під час вагітності) заслуговує на спеціальне обговорення.
Наші знання про виплив радіації на зародок і плід, що розвивається, базуються здебільшого на лабораторних дослідах на тваринах. Деякі важливі дані про вплив радіації на людину дало обстеження жертв атомного бомбардування Хіросіми й Нагасакі, що пережили її у внутрішньоутробний період свого розвитку. А цей період розвитку людини й ссавців відбувається в однаковій послідовності. Отже, індуковані радіацією вади розвитку в них мають подібну спрямованість, якщо ушкоджуючий агент діє на відповідних гомологічних стадіях розвитку. У внутрішньоутробному розвитку дитини можна виділити три великі періоди: передімплантація, органогенез і фетогенез (плодовий період). У період передімплантації радіочутливість зародка дуже залежить від віку (значення мають навіть години), в якому він зазнав опромінення. Зміни радіочутливості, очевидно, зумовлені кількістю клітин, які вже є в нього на момент опромінення, і фазою генераційного циклу, в якій ці клітини перебувають.
Найбільшою радіочутливість є невдовзі після проникнення сперматозоїда в яйцеклітину. В експериментах з опроміненням рентгенівським промінням і гамма-промінням 50%-загибель спричинювалась, коли на момент проникнення сперматозоїдів доза опромінення становила 1,5 Гр, а через 4-6 год. такий самий результат був за дози всього 0,3 Гр. У цей час у заплідненій яйцеклітині починається процес подвоєння хромосом, який передує першому поділу. Другий пік радіочутливості збігається з “розвитком” зародка із зародкового пухирця безпосередньо перед імплантацією. Треба відзначити, що сполуки, які впливають на репарацію, відновлення початкової структури ДНК після її радіаційного ушкодження, різко посилюють негативний радіаційний вплив. До них належать, зокрема, кофеїн, що міститься в зернах кави і в чайному листі, іони важких металів, деякі антибіотики.
Про ступінь радіаційного ризику для передімплантаційного зародка можна судити з даних обліку поламів і втрат хромосом – носіїв спадкової інформації в клітині. Збільшену частоту дефектів виявляли вже за доз опромінення, не вище 0,1 Гр.
Серед найчутливіших індикаторів радіаційних тератогенних ефектів (виродливості розвитку) фігурують зміни в скелеті, що формується. Наприклад, у лабораторної миші різні його ушкодження було зафіксовано в інтервалі до 0,05-0,25 Гр на сьомий день після зачаття. А загалом стадія індукції скелетогенезу виявилась чутливішою ніж наступні.
У процесі органогенезу спеціалізація клітин часто супроводжується їхньою міграцією. Таке об’єднання досягає найвищого ступеня складності під час розвитку нервової системи, зумовлюючи тим самим виключну чутливість до радіації її відділів, що формуються, і, зокрема, головного мозку. Дефекти нервової системи індукуються дозами рівня 0,1 Гр на найчутливіших стадіях розвитку. Серед наслідків опромінення в період ембріогенезу в піддослідних тварин і в людини домінують порушення центральної нервової системи, структурні й функціональні. У дітей із Хіросіми і Нагасакі, які у внутрішньоутробний період зазнали опромінення, не було значного збільшення порушень у всіх органах, крім органів нервової системи. Саме станом цієї системи – значно вищим процентом мікроцефалій у поєднанні з розумовою відсталістю – вони відрізнялися від неопромінених дітей. Мінімальна доза, що відчутно впливала на обхват голови дітей, які зазнали радіаційного впливу внаслідок вибуху атомної бомби, згідно з оцінками, виявилася нижчою за 0,2 Гр. Порушення структури кори головного мозку було зафіксовано в них за дози близько 0,1 Гр.
Література
1. Барабой В.А. Популярная радиобиология. – Киев: Наук.думка, 1988.
2. Бочково Н.Н., Пилосов Р.А. Влияние Y-облучения на хромосомы человека. Зависимость частоты хромосомных аберраций от пола и возраста. // Генатика. – 1968. - 4 №11.
3. Бриллиант М.Д., Воробьев А.И., Тогин Е.Е. Отдаленные последствия малых доз ионизирующей радиации на человека. // Терапвт.архив. – 1987. - №6.
4. Григорьев Ю.Т.Эффекты длительного хронического гамма-облучения. // Биологические эффекты малых доз радиации. – М.: Медицина, 1983.
5. Ильин Б.Н. Биологические и медицинские аспекты действия малых уровней радиации. // Радиац.гигиена: Сб. науч. тр. / Ленингр. НИИ радиац.гигиены. – 1986. –Вып.15.
6. Книжников В.А. Канцегоненное действие низких доз ионизирующей радиации. // гигиенические проблемы канцерогенного и мутагенного действия факторов окружающей стреды. – М.: Медицина, 1985.
7. Москалев Ю.И., Кудрицкий Ю.А. Состояние и перспективы исследований влияния на человека малых доз ионзующего излучения. // Мед.радиология. – 983. – Т.28, №4.
8. Руднев М.И. Влияние малых доз радиации на здоровье населения. –Киев: Знание, - 1991.
9. Руднев М.И. Защита от радиации. – Киев:Здоровье, 1991.
10. Пыб А.Ф., Пальга Т.Ф. Состояние и перспективы развития научных исследований действия малых доз ионизирующих излучений на гонады и плод млекопитающих. // Действие малых доз ионизирующих излучений на гонады и плод: Тез.док. Всесоюз.конф. – Обнинск: НИИМР АМН СССР, 1988.
11. Beebe G.W. The atomic bomb survivors and the problems of low dose radiation effect. // Amer. J. Epidemiol. – 1981. – 114, №6.
12. Deusset M.Effect pathologiques fiables doses. Rayonnments a fiable transfert lineibue d energie. // J. Radiol. – 1981. – 61, №1.
13. Feinendegen L.E. Das Problem der Kleinen Strahlendosen Eine Herausforderund fur die Beurteilung von Shesdenafolgen. // GDR. – Ber. – 1987. – 64.
14. Ho c., Matssubare H., Jamakido M., Jamada H. Comperison of medical date of atomic bomb survivors resident in the US and Hiroshima. // Hiroshima J. Med. Sci. – 1982. – 31, №2.
15. Marshall E. Recalculating the cost Chernobyl. // science. – 1987. – 236, № 4804.
