База данных по действию ионизирующих излучений на сельскохозяйственных животных

База данных по действию ионизирующих излучений на сельскохозяйственных животных

Мозолин Е.М., Саруханов В.Я., Спиридонов С.И., Спирин Е.В., Санжарова Н.И.

Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии» Россельхозакадемии, Обнинск

Представлена база данных (БД), предназначенная для хранения, просмотра и анализа информации о действии ионизирующих излучений на сельскохозяйственных животных. Описана структура БД, способы ввода и извлечения данных. Дана характеристика содержащейся в БД информации. Приведены примеры отбора и анализа данных по действию острого облучения на различные виды животных.

Ключевые слова: база данных, ионизирующие излучения, сельскохозяйственные

животные.

Данные по действию ионизирующих излучений на живые организмы являются основой для оценки последствий радиоактивного загрязнения окружающей среды. Значительный объём накопленной к настоящему времени информации требует специальных методов работы с большими массивами данных. Одним из главных инструментов по анализу этих материалов являются базы данных (БД), позволяющие производить систематизацию, объединение и статистическую обработку экспериментальных и мониторинговых данных.

Особый интерес представляют данные по оценке воздействия радиации на компоненты агроэкосистем из-за их большого значения для системы жизнеобеспечения человека. Сельскохозяйственные животные обладают наиболее высокой радиочувствительностью и значимостью с точки зрения ведения агропромышленного производства.

С использованием СУБД Access разработана БД [10], включающая информацию по острому, хроническому и фракционированному облучению различных видов сельскохозяйственных животных от внешних источников и инкорпорированных радионуклидов. В БД внесены также результаты исследований, полученные в условиях совместного действия нескольких стрессоров.

Информация в БД систематизирована в рамках организованной структуры, предназначенной для хранения, поиска и первичной обработки информации. БД открыта для внесения новых и изменения, в случае необходимости, уже существующих данных.

Особенности структурирования информации в базе данных

Всю информацию, содержащуюся в БД, можно разделить на три основных блока. В первом блоке приводятся данные о литературном источнике, включая ссылку на него в электронном каталоге. Во втором - содержатся поля с качественными характеристиками экспериментов, а в третьем - даны количественные значения уровней радиационного воздействия на организм и наблюдаемых биологических эффектов.

Мозолин Е.М.* - н.с., к.б.н.; Саруханов В.Я. - с.н.с., к.б.н.; Спиридонов С.И. - зав. лаб., д.б.н.; Спирин Е.В. - зав. отделом, д.б.н.; Санжарова Н.И. - зам. директора, чл.-корр. РАСХН. ГНУ ВНИИСХРАЭ РАСХН.

‘Контакты: 249032, Калужская обл., Обнинск, Киевское шоссе, 109 км; тел. (48439) 9-69-68; e-mail: evgen2005.ru@mail.ru.

В составе второго информационного блока (с качественным описанием эксперимента) представлены поля с характеристиками: сельскохозяйственных животных, условий радиационного воздействия и наблюдаемых биологических эффектов.

К основным характеристикам животных относятся: вид, порода, пол, стадия развития, возраст, масса и состояние здоровья. Три последних показателя являются наиболее важными при сопоставлении данных, полученных для животных одного вида. Чувствительность животных к действию радиационных факторов существенно меняется с возрастом. Выделены следующие возрастные группы: новорождённые, молодняк и взрослые особи. От массы и размеров животного зависит распределение поглощённой дозы в организме в условиях внешнего облучения. Состояние здоровья животных влияет на исход лучевого поражения. Любое заболевание можно рассматривать в качестве дополнительного негативного фактора при радиационном воздействии. Наличие в БД показателя «состояние животных» дает возможность оценить вклад конкретного заболевания в развитие радиационно обусловленной патологии.

Радиационное воздействие на животных характеризуется видом ионизирующего излучения, локализацией источника относительно организма, сценарием облучения и условиями воздействия стрессоров. Включение в БД информации, описывающей различные варианты облучения животных, обусловило необходимость выделения совокупности сценариев радиационного воздействия:

1. Экспериментальное облучение - все варианты внешнего облучения организма или его части в контролируемых условиях (нанесение радионуклида известной активности на кожу, облучение на стационарной установке, выпас на загрязнённой площадке);

2. Пероральное поступление - все варианты поступления радионуклидов в организм через желудочно-кишечный тракт (с кормом и водой или в условиях введения через зонд);

3. Внутривенное введение - непосредственное введение раствора, содержащего радионуклид, в кровеносную систему (инъекцией);

4. Авария на ЧАЭС - эта группа объединяет все исследования на животных, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на ЧАЭС;

5. Комбинированное облучение - составные варианты радиационного воздействия, объединяющие несколько вышеизложенных сценариев.

Поле БД «условия облучения» включает параметры радиационного воздействия, к которым относятся: количество и расположение радиационных источников относительно животного, радионуклид источника, энергия рентгеновского излучения (для внешнего облучения), периодичность и форма затравки животных радионуклидами (для перорального поступления радиоактивных веществ) и т.д.

Количественное описание эксперимента отражает уровни радиационного воздействия на организм и количественные характеристики биологического эффекта. Величина радиационного воздействия может выражаться в единицах удельной активности радионуклида в пище, воде, тканях и органах животного, а также характеризоваться мощностью дозы облучения и величиной накопленной дозы.

Общая характеристика информации в БД

На данный момент в БД внесена информация почти из 200 литературных источников, из которых менее четверти - иностранные, преимущественно англоязычные. Самые ранние публикации относятся к 1952 г., а последние - к 2010 г. Основная часть англоязычных источников, представленных в БД, издана до 70-х годов, тогда как большинство русскоязычных публикаций - в более позднее время.

Наибольший объём представленной в БД информации характеризует действие радиационного фактора на овец, крупный рогатый скот (КРС) и свиней, что объясняется значимостью этих видов сельскохозяйственных животных с точки зрения получения продукции животноводства (рис. 1). Основная часть экспериментов по облучению сельскохозяйственных птиц выполнена на курах. В большинстве случаев для облучения животных использовались внешние источники у- и рентгеновского излучения (рис. 2, 3, табл. 1). Значительное количество данных описывает результаты экспериментов с пероральной затравкой животных как отдельными радионуклидами 90Эг, 1311 и 137Сэ, так и смесью продуктов ядерного деления (ПЯД), которые показаны на рисунках 2, 3 и в таблице 1.

Овцы

КРС В Козы

Кролики И Куры ЕЛошади

Ослы

Свиньи

Утки

31%

Рис. 1. Виды сельскохозяйственных животных, представленные в базе данных.

Авария на ЧАЭС

вводили внутривенно

в комбинированное облучение

пероральное поступление

экспериментальное облучение

59%

0 Со-60

Сэ-137 вСв-137, Сэ-134

1-131

Р-32

Ри-239

Бг-90

У-90 В Ер-65

е бета-облучение

гамма-облучение

нейтронное облучение

ПЯД

рентгеновское облучение в смешанное облучение

Рис. 2. Сценарии радиационного Рис. 3. Стрессоры,

представленные в БД.

воздействия на животных.

Работа с информацией в БД

В БД можно производить просмотр, поиск, отбор по определённым критериям и первичную обработку информации. Работать с данными можно в режимах «таблицы» и «формы», а также при помощи запросов.

В режиме «формы» целиком отображается только одна запись из БД. Поля этой записи размещены на одном экранном листе последовательно и их положение постоянно. В каждой форме отражается встроенная таблица с полями, в которых представлены численные значения эксперимента. В этом режиме удобно просматривать информацию, но сложно извлекать и сопоставлять данные из разных записей.

Таблица 1

Распределение записей в БД по действующим стрессорам для основных сценариев радиационного воздействия

Сценарий радиационного воздействия Стрессор Вклад количества записей, %

Пероральное поступление Со-60 Ов-137 1-131 Р-32 вг-90 2п-65 в-облучение* ПЯД 3,7 12,1 20,5 0,5 28.4 8,9 6,3 19.5

в-облучение** 1,8

Экспериментальное у-облучение 83,7

облучение нейтронное облучение 1,1

рентгеновское облучение 12,8

смешанное облучение 0,6

* - в-облучение от перорально поступивших химически инертных оплавленных радиоактивных частиц;

** - в-облучение от нанесённых на кожу радионуклидов.

В режиме «таблицы» выводится несколько записей, каждая из которых занимает отдельную строку и представляет собой набор полей с качественным описанием эксперимента. Каждой записи соответствует встроенная таблица с количественными характеристиками исследования. Расположение и перечень выводимых на экран полей в обеих таблицах можно менять. Этот режим удобен для просмотра и сопоставления данных из разных записей.

Запрос позволяет производить отбор данных по определённым условиям в заданном порядке. В результате формируется таблица, каждая строчка которой содержит поля с качественным и количественным описанием эксперимента. Это наиболее удобный способ поиска и извлечения информации. Запрос создаётся и изменяется при помощи конструктора путём добавления или удаления необходимых полей. В любое поле можно внести дополнительное уточнение или задать условие сортировки выводимых значений.

Примером использования результатов запросов может служить анализ массивов данных по действию экспериментального острого у- и рентгеновского облучения на сельскохозяйственных животных. На рисунках 4а и 4б представлены данные по гибели облучённых коров и цып-

лят. Видно, что с увеличением мощности дозы зависимость доза-эффект становится более крутой и смещается влево по оси абсцисс. Для обоих видов характерна пороговость эффекта [2, 8, 17]. Наличие порога летального эффекта у животных было показано и во многих других работах [3, 4, 11, 12, 14, 16]. Аналогичные особенности кривых доза-эффект выявлены на основе анализа данных по гибели овец и свиней при воздействии радиационного фактора [3, 4, 6, 9, 14].

КРС, взрослые

Куры, молодняк

Ж 16,8 Гр/ч  22,8 Гр/ч

—і—О—ОА-------1—

1 2

Доза, Г р

10 15

Доза, Г р

Рис. 4. Зависимость гибели коров и цыплят от дозы облучения при разных мощностях доз.

1 Гр/ч д 53,88 Гр/ч  198,6 Гр/ч

0

0

0

3

4

0

5

а

б

Все виды животных отличаются друг от друга по радиочувствительности. Для их сравнения используют такой критерий, как летальная доза (1_й), вызывающая гибель определённого процента животных на конкретный срок после облучения. Чаще всего используют летальную дозу гибели половины животных на 30-е и 60-е сутки после облучения (Ю50/30 и 1_й50/60).

На рисунке 5 приведены значения Ю50/30 для животных, облучённых в диапазоне мощностей доз менее 1 Гр/ч. Данный показатель у овец, лошадей и КРС меняется от 3,2 до 5,3 Гр. Кролики и куры отличаются большей устойчивостью к облучению. ЛД50/30 у кроликов составляет 11 Гр, а у кур - 18,3 Гр [2, 5, 15, 18]. Аналогичная картина наблюдалась в интервале мощностей доз 3-4,5 Г р/ч. ЛД50/30 у овец и коз составляла 2,5-3 Г р, тогда как у кур - 8,5 Гр [7, 16, 19].

5 5,34

3,27

Овцы Лошади КРС Кролики Куры

Животные

Рис. 5. Ю50/30 для разных видов животных.

18,3

15

11

5

Вследствие высокой радиочувствительности костного мозга при облучении животных наблюдается поражение системы кроветворения. Облучение овец в дозах 2 и 6 Гр (рис. 6а) привело к резкому, зависящему от дозы, падению концентрации лейкоцитов в крови. У животных, облучённых в дозе 2 Гр, довольно быстро начинается восстановление клеточной популяции, тогда как после облучения в дозе 6 Гр восстановления не отмечено [13].

На рисунке 6б представлены данные изменения концентрации лейкоцитов в крови цыплят, облучённых в дозах 2 и 10 Гр. После облучения наблюдалось снижение количества лейкоцитов с последующим восстановлением численности до исходного уровня [1].

Аналогичный быстрый спад концентрации клеток крови (нейтрофилов) с последующим плавным подъемом до исходного уровня наблюдался в эксперименте с облучением свиней в дозах от 1 до 6 Гр [6].

Овцы, взрослые

Куры, молодняк

8

7

£

6

« 5 л

їт 4 .а

I 3 §

’35 2 с;

1

0

10 20 30 40 50 60

Время после облучения, сутки

2 Гр

30 г

і 25 -5 20 і- -2

15 - -

.а

ё

о 10 - * *

>5

Ф

с; 5 *-

0 —

Время после облучения, сутки

2 Гр

Рис. 6. Число лейкоцитов в крови животных в разные сроки после облучения.

0

10

0

б

а

Выводы

1. Разработанная база данных позволяет осуществлять хранение, просмотр, сравнение, поиск и отбор по определённым критериям, а также первичную статистическую обработку внесённой в неё информации по действию ионизирующих излучений и сопутствующих им факторов на сельскохозяйственных животных.

2. Основной объём информации относится к данным о действии радиации на овец, КРС и свиней, подвергнутых экспериментальному у- и рентгеновскому облучению, а также затравке 90Эг, 1311, ПЯД и 137Сэ для имитации радиационного воздействия на организм при выпасе на загрязненной территории.

3. Собранная в БД информация может быть использована для построения радиобиологических моделей по действию ионизирующих излучений на организм животных и при разработке норм радиационного воздействия на живые организмы при загрязнении окружающей среды.

Литература

1. Асташева Н.П., Анненков Б.Н., Храмцова Л.К., Козьмин Г.В. Влияние гамма-излучения на цыплят бройлеров-6 и леггорнов //Радиационная биология. Радиоэкология. 2004. Т. 44, № 1. С. 47-51.

2. Асташева Н.П., Анненков Б.Н., Храмцова Л.К., Финов В.П. Действие гамма-излучения на выживаемость, развитие и продуктивность цыплят бройлеров //Радиационная биология. Радиоэкология. 2004. Т. 44, № 1. С. 43-46.

3. Асташева Н.П., Фрунзе В.Я. Действие продолжительного облучения на сперматогенез баранов //Проблемы сельскохозяйственной радиологии. 1993. Вып. 3. С. 184-196.

4. Анненков Б.Н., Кругликов Б.П., Бурцев А.И., Морозов И.А. Влияние гамма-излучения на овец //Первая всесоюзная конференция по сельскохозяйственной радиологии. 1979. С. 194-195.

5. Анненков Б.Н., Кругликов Б.П. Разработка комплекса тестов для оценки тяжести лучевой болезни и прогноза восстановления продуктивных качеств овец при внешнем гамма-облучении. Обнинск: ВНИИСХРАЭ, 1976. 107 с.

6. Бонд В. Сравнительная клеточность и видовая радиочувствительность. М.: Атомиздат, 1974. С. 5-16.

7. Краснова Е.Г., Васильев А.В., Сироткин А.Н. Модифицирующий эффект антибиотиков при облучении кур //Проблемы нормирования ионизирующих излучений в условиях воздействия модифицирующих факторов /Под ред. академика АМН Л.А. Булдакова. М.: Ордена Ленина Институт биофизики, 1991. С. 213-217.

8. Кусурова З.Г., Белов А.Д. Влияние кратковременного и пролонгированного гамма-облучения на кур разного возраста //Проблемы молекулярной биологии и патологии сельскохозяйственных животных. М.: Моск. вет. акад., 1982. С. 71-73.

9. Саруханов В.Я., Исамов Н.Н., Епимахов В.Г., Колганов И.М. Количественная зависимость гибели овец от дозы и мощности дозы внешнего у-излучения //Радиационная биология. Радиоэкология. 2010. Т. 50, № 5. С. 548-551.

10. Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2011620631 «Систематизация результатов исследований воздействия ионизирующих излучений на животных». Правообладатель: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии Российской академии сельскохозяйственных наук. Авторы: Санжарова Н.И., Спиридонов С.И., Мозолин Е.М., Саруханов В.Я., Спирин Е.В. 7 сентября 2011.

11. Спирин Е.В., Санжарова Н.И., Круглов С.В. и др. Научные основы нормирования воздействия техногенных факторов различной природы на компоненты агроэкосистем. Обнинск: ВНИИСХРАЭ, 2009. 89 с.

12. Томсон Ф. Защита млекопитающих от ионизирующих излучений. М.: Энергоатомиздат, 1964. 179 с.

13. Четокин А.М. Гиперчувствительность замедленного типа при острой лучевой болезни сельскохозяйственных животных: Автореферат дисс. ... канд. с-х наук, 1991. 19 с.

14. Brown D.G., Gramly W.A., Cross F.H. Effect of cobalt-60 gamma radiation dose rate on 30-day mortality in

swine //American Journal of Veterinary Research. 1972. V. 33, N 5. P. 957-962.

15. Brown D.G., Thomas R.E., Jones L.P, Cross F.H, Sasmore D.P. Dose studies with cattle exposed to whole-body 60Со gamma radiation //Radiation Research. 1961. V. 15. P. 675-683.

16. Hanks G.E., Page N.P., Ainsworth, Leong G.F., Menkes C.K., Alpen E.L. Acute mortality and recovery

studies in sheep irradiated with cobalt-60 gamma rays or 1-Mvp X-rays //Radiation Research. 1966. V. 27, N 3. P. 397-405.

17. Koch F., Scafer M., Kamprad F., Mehlhorn G. Die klinische Symptomatik des akuten Strahlensyndroms beim Rind - Vergleich zwischen Milchkuh und Kalb //Wiss. Z. Karl-Marx-Univ. Leipz., Math.-nat.wiss. Reihe. 1989. V. 38, N 5. P. 457-464.

18. Rust J.H., Glenn D.F., Lane J.J., Trum B.F. The lethal dose of total-body 60to gamma radiation for the rabbit //American Journal of Roentgenology, Radium Therapy and Nuclear Medicine. 1955. V. 74, N 1. P. 135-138.

19. Taylor J.F., Still E.T., Page N.P., Leong G.F., Ainsworth E.J. Acute lethality and recovery of goats after 1 MYp X-lrradiation //Radiation Research. 1971. V. 45. P. 110-126.

Database on ionizing radiation effects on agricultural animals

Mozolin E.M., Sarukhanov V.J., Spiridonov S.I., Spirin E.V., Sanzharova N.I.

Russian Institute of Agricultural Radiology and Agroecology, Russian Academy of Agricultural Sciences, Obninsk

A database (DB) is presented for storage, viewing and analysis of the information on ionizing radiation effects on agricultural animals. The DB structure, ways of input and extraction of the data are described. The characteristic of the information contained in the Db is given. Examples of selection and analysis of the data on acute radiation effects on various species of animals are provided.

Keywords: database, ionizing radiation, agricultural animals.

Mozolin E.M.* - Researcher, C. Sc., Biol.; Sarukhanov V.J. - Senior Researcher, C. Sc., Biol.; Spiridonov S.I. - Head of Laboratory, D. Sc., Biol.; Spirin E.V. - Head of Depart., D. Sc., Biol.; Sanzharova N.I. - Deputy Director, Corresponding Member of RAAS. RIARAE. ‘Contacts: Kievskoe Sh., 109 km, Obninsk, Kaluga region, Russia, 249032. Tel. (48439) 9-69-68; e-mail: evgen2005.ru@mail.ru.