Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

Л.И. Баюров
Курс лекций по сельскохозяйственной радиологии

Учебное пособие. – Краснодар: КубГАУ, 2009. – 112 с.

Предыдущая

Лекции 11-12. Использование ионизирующего излучения в растениеводстве и животноводстве

3. Радиоактивные индикаторы в физиологии и биохимии растений и животных

Каждый радиоактивный атом, подвергаясь радиоактивному распаду, как бы помечен склонностью к неизбежному распаду. Такая «метка», отличающая подобный атом от стабильных атомов данного или другого элемента, и послужила причиной введения в науку термина «меченый атом».

Метод меченых атомов был впервые предложен в 1913 г. венгерским радиохимиком Дьёрдем Хевеши (Нобелевская премия по химии, 1943) и немецким ученым Фридрихом Панетом.

В 1923 г. Д.Хевеши сообщил, что с помощью радия и тория ему удалось проследить распределение свинца в растениях. Далее он продолжил свои исследования и на животных – это было первое применение радиоактивных индикаторов в биологии.

Хевеши впервые применил Р32 для изучения фосфорного метаболизма у крыс, а потом использовал и многие другие изотопы для исследования биологических объектов.

Изучение искусственной радиоактивности редкоземельных элементов привело Д. Хевеши к идее создания одного из самых чувствительных методов анализа - радиоактивационного.

Широкое использование радиоактивных индикаторов стало возможным благодаря развитию ядерной техники, позволившей получать изотопы в больших количествах. Метод меченых атомов является в настоящее время самым чувствительным. Он позволяет определить в элементах биосферы до 1017 г элемента, тогда как спектральный анализ имеет предел измерения до 10-8 г, а люминесцентный – до 10-11 г.

Таким образом, меченые атомы, а точнее радиоактивные индикаторы, играют роль указателей или сигналов, свидетельствующих о присутствии в исследуемом субстрате ультрамалых количеств данного радионуклида, недоступных определению иными методами.

Установлено, что меченые атомы при введении в организм распространяются и депонируются в тех же органах, что и стабильные изотопы данного элемента. Они же имеют те же и пути выведения из организма. Это обстоятельство позволяет проследить судьбу не только радиоизотопов, но и различных частей меченых молекул органических и неорганических соединений и контролировать их превращение в ходе обмена веществ.

Пригодность радиоизотопов для использования в качестве индикаторов зависит от ряда факторов: скорости их радиоактивного распада, его типа и энергии излучаемых частиц. Наиболее удобными для применения оказались радионуклиды, излучающие ß-частицы максимальной энергии (водород-3, углерод-14, фосфор-32, сера-35, кальций-45, железо-59, цинк-65 и калий-42).

Метод радиоактивных индикаторов дал возможность определить не только содержание макро- и микроэлементов в отдельных частях живого организма, но и проследить за поступлением, перемещением и депонированием меченых радиоизотопами веществ в растущем организме.

В растениеводстве, например, этот метод был применен для изучения хода метаболизма у привитых растений. В частности было установлено, что в процессе взаимодействия привоя и подвоя фосфор передвигается в обоих направлениях в зависимости от возраста привитых растений и их отдельных органов.

Радиоактивные индикаторы широко используются для изучения взаимодействия удобрений с почвой, поступлением питательных веществ и их участием в метаболизме в ходе различных физиологических и биохимических процессов. Так, например, благодаря этому методу было доказано, что глубина заделки суперфосфата влияет на снабжение растений фосфором: при неглубокой заделке утилизация растениями фосфора происходит только в начальный период вегетации, а при глубокой - в течение почти всего ее периода.

Применение изотопа С14 дало возможность глубоко изучить химизм процесса фотосинтеза, последовательность биохимических реакций, в ходе которых происходит усвоение углерода и образование органических соединений, дающих материал для синтеза всех веществ, из которых строятся ткани растений, и формируется урожай.

С помощью меченых атомов стало возможным изучить динамику физиолого-биохимических процессов в растении, обновление состава различных органических и неорганических соединений в таких условиях, когда, вследствие синхронно идущих процессов анаболизма и катаболизма, обычные химические методы не в состоянии выявить эту динамику.

Для изучения использования растениями различных форм азота из удобрений, закрепления этого элемента в почве, его потерь в виде газов или растворах с грунтовыми водами, применяют удобрения, обогащенные стабильными изотопами стабильных элементов.

Использование радиоактивных изотопов С14 и N15 позволило глубже понять процесс разложения органических веществ в почве: внесенная в почву свежая органическая масса ускоряет разложение органического вещества гумуса и его обновление, повышая тем самым плодородие почвы. Или еще один пример: метод меченых атомов позволил выяснить, что фосфорные удобрения усваиваются картофелем в течение всей вегетации, кукурузой только в ее начале, а табаку они вообще не нужны.

В ветеринарии и животноводстве в настоящее время радиоактивные изотопы используются:

1) в качестве индикаторов при изучении промежуточного обмена, процессов усвоения составных частей кормов животными, путей синтеза в организме белков, жиров, углеводов, процессов образования молока, яиц, шерсти и т.д.;

2) при изучении обмена минеральных веществ и особенно кальция, фосфора, йода, различных микроэлементов в организме животных при различных физиологических состояниях, а также при болезнях (рахит, остеомаляция и др.);

3) для изучения механизма действия лекарственных веществ при разработке новых методов лечения животных;

4) для изучения функций эндокринных желёз у сельскохозяйственных животных при различных физиологических состояниях.

По всем указанным направлениям интенсивно ведутся научно-исследовательская работа, разрабатываются конкретные методы применения радиоизотопов в физиологии, биохимии и клинике для изучения нормального и патологического состояния организма.

Применение радиоактивных индикаторов разрешило многие теоретические вопросы промежуточного обмена веществ в организме животных. Так, обоснованы теории образования мочевины в организме, а также пуриновых оснований, бета-окисления жирных кислот и др. Доказаны пути образования кетоновых тел, синтеза гликогена в печени и мышцах, механизм анаэробного и аэробного гликолиза, пути синтеза белков печени, синтеза жиров при участии низкомолекулярных летучих жирных кислот и многое другое.

Исследования, проведённые с применением меченых атомов, показали, что содержащийся в организме животного запасный жир является не малоподвижным, как считалось ранее. Жиры подвижны и обновляются с высокой интенсивностью. Точно также считалось, что белки тканей и клеток организма относительно долговечны, что в процессе жизнедеятельности тратятся, главным образом, пищевые белки, а белки тканей и органов тратятся в меньшей степени. В связи с этим в науке установилось представление о существовании так называемого экзогенного и эндогенного обмена белков. Радиоизотопные методики показали полную несостоятельность такого представления.

Исследованиями с применением изотопных методов установлено, что в организме животного обратимо совершается постоянный обмен белков между кровью и тканями без предварительного их распада до аминокислот. Этими данными обосновано совершенно новое представление о быстрой обновляемости и подвижности белков организма.

Для ветеринарных врачей и зоотехников большое значение приобрели исследования с применением радиоизотопного метода при изучении минерального обмена в организме растущих и высокопродуктивных животных.

Радионуклиды используют при изучении процессов поглощения пищи, ускорения тех или иных её компонентов. Недостаток тех или иных её компонентов может привести к снижению продуктивности скота. Радионуклиды позволяют своевременно диагностировать нарушения в метаболизме, установить, что необходимо добавлять в кормовые рационы.

В последние годы успешно применяются радиоиммунологические методы анализа. Создание радиоиммунологического метода в 1960 г. (Yalow, Berson) – одно из наиболее важных достижений в развитии биологических методов исследования за последние десятилетия. Радиоиммунный анализ как метод выявления антигенов и антител основан на определении комплекса «антиген-антитело» за счет введения в один из компонентов реакции радиоактивной метки с последующим ее детектированием.

Для метки антител или антигенов чаще всего используется изотоп I125, который имеет период полураспада 60 дней и высокую удельную радиоактивность. Измерение радиоактивной метки, т. е. излучения, проводится на специальных счетчиках-радиоспектрометрах.

Вместе с родственными методами радиоиммунологический метод произвёл революцию в такой важной области, как эндокринология, и оказывает преобразующее влияние на развитие гематологии, фармакологии, а также приобретает большое значение для ранней диагностики многих заболеваний животных.

Предыдущая