Радиобиология
10. Использование радиоактивных изотопов, радионуклидных методов и радиационной биотехнологии в животноводстве и ветеринарии
Основная цель занятия: ознакомиться с использованием «положительных» свойств радионуклидов в интересах общества.
Учебные вопросы:
● Радиационная биотехнология и перспективы ее использования в животноводстве и ветеринарии.
● Тест.
Биологическая наука и практика используют радионуклиды и ядерные излучения в нескольких направлениях. Радионуклиды применяются как индикаторы в исследовательских работах в области физиологии и биохимии животных и растений, а также в разработке методов диагностики и лечения заболевших животных. Радионуклиды и ионизирующие излучения используются в селекционно-генетических исследованиях в области растениеводства, животноводства, микробиологии и вирусологии, Ионизирующие излучения как процесс радиационно-биологической технологии (РБТ) непосредственно применяют для:
- стерилизации, консервирования, увеличения сроков хранения и обеззараживания пищевых продуктов и фуража, сырья животного происхождения, биологических и фармакологических препаратов, хирургического, шовного и перевязочного материала, приборов, инструментария, которые не подлежат температурной и химической обработке;
- стимуляции роста и развития животных и растений с целью повышения хозяйственно полезных качеств;
- борьбы с вредными насекомыми и оздоровления окружающей среды;
- стерилизации животноводческих стоков.
Использование радионуклеидов в роли меченых атомов (индикаторов)
Как правило, применяются при исследованиях в биологии, биохимии, физиологии на молекулярном уровне, следующими методами.
Радиоиндикационный метод (метод меченых атомов). Введенные в организм изотопы распространяются и депонируются в тех же органах, что и стабильные атомы данного элемента. Современные приборы позволяют определить р/а изотопы массой 10-18 -10-20г.
Контроль за распределением и депонированием осуществляется следующими методами.
Авторадиография (радиоавтография) - метод получения фотоизображений радионуклидов, находящихся в тканях.
При этом можно получить картину распределения радио нуклидов в тканях и характер обмена и органотропности радионуклида. Микроавтография позволяет изучать внутриклеточную локализацию радиоактивного вещества, а также клеточные структуры и биохимические процессы в них.
Сущность метода авторадиографических исследований сводится к следующему:
- введение животному радионуклидов,
- взятие у него тех или иных органов и изготовление препаратов (гистосрезы, шлифы, мазки);
- создание тесного контакта между препаратом и фотопленкой;
- обработка фотоматериалов.
Метод радиоактивной индикации весьма результативен при изучении физиологии и биохимии пищеварения, определения скорости обменных процессов в организме, путей синтеза, распада и превращения жиров, белков, углеводов и других биологически важных веществ.
В некоторых случаях, когда количество вещества, необходимое для исследования, необычайно мало, применяют метод нейтронно-активизационного анализа. При этом исследуемое вещество подвергают воздействию потока нейтронов, в результате образуются продукты активации, которые затем подвергаются радиохимическому анализу и радиометрии. Данный метод используется при определении пестицидов в продукции животноводства и растениеводства.
В последнее время получил развитие метод in vitro радиоизотопных исследований. При этом радионуклиды не вводятся в организм. Наиболее часто этот метод применяется в медицинской и ветеринарной лабораторно-клинической практике, эндокринологии, иммунологии, микробиологии, вирусологии, фармакологии.
Для быстрого и надежного определения содержания гормонов, ферментов, рецепторных белков в биологических жидкостях и тканевых экстрактах, а также лекарственных препаратов, различных органических соединений применяется радиоиммунологический метод анализа (РИА). Практически РИА позволяет определять любое вещество в ничтожно малых количествах к которому могут быть получены специфические антитела или конкурирующий носитель.
Для проведения РИА необходимо иметь соответствующие антисыворотки и меченые радиоактивной меткой антитела. Функцию метки антигенов выполняют йод 125, тритий. Принцип РИА не ограничивается иммунными системами. Он применяется в системах, в которых вместо специфического антитела будет действовать специфический реагент или связывающее вещество (специфические плазменные белки, энзим).
На основе РИА предложено несколько методов диагностики лейкозов животных с использованием как интактного вируса, так и структурных полипептидов.
Большого внимания заслуживает РИА в диагностике бешенства у животных. Он основан на связывании меченых специфических антител рабическим антигеном в мазках-отпечатках мозга больных животных и измерении радиоактивности образовавшегося комплекса. Достоинствами этого метода по сравнению с традиционными патоморфологическими являются его высокая специфичность, чувствительность, быстрота выполнения, возможность исследования несвежего разложившегося патологического материала , а также количественно выражать результаты исследования. Диагноз на бешенство считается положительным, если радиоактивность исследуемых препаратов вдвое и выше превышает контрольные.
Для диагностики тяжести лучевого поражения РИА исследуется гормональная система, а именно, определяется содержание кортикотропина и кортизола в крови животных, что позволяет судить о функциональном состоянии главного адаптивного звена: гипоталмо-гипофиз-надпочечниковой системы в различные периоды болезни.
Радиоактивные изотопы для диагностики болезней чаще применяются в медицине, но и начинает расти количество разработок в области ветеринарии.
Изотопы должны отвечать следующим требованиям: иметь малый период полураспада, малую радиотоксичность, возможность для регистрации их излучений, характерные биологические свойства (органотропность) при исследовании различных систем и органов.
Радиоизотопный метод применяют для определения скорости кровотока, объема циркулирующей крови, плазмы и эритроцитов. Этот метод позволяет определить минутный объем сердца, объем крови, циркулирующей в сосудах легких, тканевого и коронарного кровообращения.
С помощью радиоактивных газов определяют функциональное состояние всех компонентов внешнего дыхания: вентиляции, диффузии в легочном кровотоке.
Лечебное применение радио изотопов и излучений основано на их биологическом действии. Поскольку наиболее поражаемы молодые ,делящиеся клетки, то радиотерапия активно применяется при лечении злокачественных новообразований. Применяют аппликации на кожу для контактного действия, вводят в виде коллоидных растворов непосредственно в опухоли, иньецируют внутривенно короткоживущие радионуклиды, избирательно накапливающиеся в опухолевых тканях, используют нейтронные потоки.
Неоценимую помощь оказывает радиоиндикационный метод в изучении фармакодинамики лекарственных препаратов, скорости и путей их проникновения и выведения из организма как в норме, так и в различных патологических состояниях.
Использование ионизирующих излучений в сельском хозяйстве развивается по нескольким направлениям:
- предпосевная обработка семян, селекция животных, стимуляция их роста и развития, стерилизация хирургических инструментов, медицинских препаратов;
- на основе радиационного мутагенеза выведены новые сорта растений, отличающиеся зимостойкостью, раннеспелостью, высоким содержанием белка и лизина, устойчивые к полеганию, болезням.
При изучении стимулирующих свойств радиоактивных излучений было выявлено, что можно ускорять прорастание труднопрорастаемых семян, семян с пониженной всхожестью, улучшить прививаемость черенков. Предпосевная обработка семян, как правило, приводит к повышению урожайности, зелёной массы в среднем на 15-20%.
В животноводстве радиостимуляция дает положительные результаты в птицеводстве. Обработка яиц кур ускоряет постэмбриональный рост и развитие цыплят на 9-12%. Радиостимуляция кур несушек позволила ускорить начало яйцекладки в среднем на 7 дней по сравнению с контролем, яйценоскость возросла на 18%. Также положительный эффект радиостимуляция дает при облучении поросят, 6 месячные поросята из опытной группы на 6-8% превышали массу контрольных.
Разработаны и активно внедряются способы лучевой стерилизации пищевых продуктов в целях их консервации или продления сроков хранения.
Одна из сложных и недостаточно решенных проблем - очистка стоков на животноводческих комплексах, обеззараживание навоза. Наиболее эффективно применение комбинированного способа воздействия (ионизирующее излучение, температура, давление, химические факторы), позволяющего в наибольшей степени снизить количество яиц гельминтов и микроорганизмов в навозных стоках.
Для борьбы с насекомыми вредителями предложено несколько направлений использования ионизирующих излучений:
- радиационная половая стерилизация самцов;
- радиационная селекция болезнетворных для насекомых микроорганизмов;
- радиационной дезинсекции.
Контрольные вопросы
1. Направления использования радионуклидов и ионизирующих излучений в сельском хозяйстве и животноводстве.
2. Использования радионуклидов и ионизирующих излучений в диагностике и лечении.
3. На чём основаны методы радиационной пастеризации и консервации продукции сельского хозяйства?