ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ НАКОПЛЕНИЯ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ ЛЕКАРСТВЕННЫМ РАСТИТЕЛЬНЫМ СЫРЬЕМ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЬЯ

Полный текст

Введение Радионуклиды в настоящий момент к наиболее опасным экотоксикантов, в силу их высокой устойчивости, широкого распространения, способности к биогенным миграциям и кумуляции в живых организмах. Лекарственное растительное сырье (ЛРС) и препараты на его основе не являются важными источникам поступления радиоизотопов в организм человека. Однако учитывать особенности накопления в растительном сырье радионуклидов необходимо, так как некоторые растения способны проявлять способность к аккумуляции данных экотоксикантов, как техногенного (цезия-137 (Cs-137), стронций-90 (Sr-90)), так и природного происхождения (торий-232 (Th-232), радий-226 (Ra-226), калий-40 (К-40)), активно мигрирующие по биологической цепи «почва → ЛРС → лекарственный препарат → организм человека» [13, 16]. Преимущественным источником поступления в окружающую среду техногенных радиоизотопов являются атомные электростанции, хранилища радиоактивных отходов, предприятия по их переработке, ввиду того, что они являются продуктом распада ядер урана. Природные радионуклиды обязательно присутствуют во всех объектах живой и неживой природы, распределены на Земле относительно равномерно и никак не связаны с антропогенным воздействием и техногенными катастрофами [4, 17]. Работы, касающиеся оценки качества ЛРС Воронежской области, относящегося к стратегически важным районам растениеводства, в настоящее время имеются единичны и несистематизированы. В предшествующих отечественных и зарубежных эколого-гигиенических исследованиях качества ЛРС показана различная тропность лекарственных растений к аккумуляции поллютантов из почв, приводимые данные сильно разнятся, что может быть связано с особенностями почв, а также способностью растениями избирательно накапливать необходимые биогенные элементы и тормозить избыточную аккумуляцию фитотоксичных веществ [2-4, 7-9, 14, 15]. Почвы Воронежской области преимущественно представлены черноземами, отличающимися высокими концентрациями глины, гумуса и прочих органических веществ, что обусловливает значительную ёмкость поглощения радионуклидов и их прочную абсорбцию. Поэтому содержание радиоизотопов в черноземных почвах всегда относительно более высокое, чем серых лесных, красноземных или в подзолистых почвах [5]. Одним из оптимальных объектов эколого-фармакогностических исследований является горец птичий (Polygonum aviculare L. (syn. Polygonum monspeliense C.Thiébaut ex Pers., Polygonum heterophyllum L.)) - однолетнее травянистое растение, синантропный евроазиатский вид, широко распространен в лесной и степной зонах Европы, Азии и Северной Америки. Относится к рудеральным видам, устойчив к вытаптыванию. Хорошо формирует заросли на уплотненных почвах. Часто встречается по берегам рек, пустырям, вытоптанным полям, во дворах, при дорогах, на засорённых местах [6, 11]. Трава горца птичьего обладает капилляроукрепляющей, антиоксидантиой, нефролитической, диуретической, гипотензивной, противовоспалительной, спазмолитической, кровоостанав-ливающей, гастропротективной, фунгицидной, антибактериальной, противовирусной, противоопухолевой, гепатопротекторной, желчегонной, гипогликемической, тонизирующей активностью. Важнейшей группой БАВ являются флавоноиды (до 9,5 %), представленные более 30 гликозидами, агликонами которых являются кемпферол, мирицетин, кверцетин, рамнетин. Горец птичий содержит от 0,5% до 4,9 % дубильных веществ (катехины и глюкотанины), фенолкарбоновые кислоты (производные бензойной, кофейной, хлорогеновой, кумаровая, коричной кислот), антраценпроизводные, следы эфирного масла, смолы, горечь, слизь, жиры, углеводы, до 1 % кремнийорганических соединений (водорастворимых - до 0,2 %), до 1% аскорбиновой кислоты, витамины E, K, каротины (до 0,4%), макро- и микроэлементы (калий, магний, кремний, железо, медь, хром и др.) [6, 7, 9, 11, 12, 15]. Повсеместное произрастание, богатый химический состав и высокая способность к накоплению различных элементов из почв делают горец птичий перспективным растительным объектом для проведения эколого-гигиенических исследований, что неоднократно было использовано различными авторами. К настоящему времени подробно изучены особенности накопления тяжелых металлов и мышьяка в траве горца птичьего [6, 10, 12, 14]. При примере лекарственного растительного сырья, заготовленного на территории Воронежской области показано, что трава горца птичьего способна избирательно концентрировать некоторые тяжелые металлы, входящие в активные центры ферментных систем (например, такие как медь и цинк), в том случае, если их содержание в окружающей среде ниже некоторого жизненно важного уровня; при значительном же содержании данных элементов в почвах, растение также физиологически блокировало их поступление в листья. Данный факт свидетельствует, что для горца птичьего в условиях антропогенной нагрузки в результате действия отбора в условиях техногенного загрязнения внешней среды и проявления адаптации к этим условиям происходит формирование эдафотипа [7]. Особенности накопления радионуклидов для горца птичьего изучены гораздо меньше. Исследования по сравнительному анализу накопления радионуклидов в растениях, проводимые на примере 31 вида, произрастающего в Белгородской области, показали относительно высокое накопление Cs-137 в надземной части горца птичьего (до 121 Бк/кг) [10]. Таким образом, данные по особенностям накопления наиболее значимых техногенных радиоизотопов в траве горца птичьего весьма немногочисленны и неоднозначны, а данные по накоплению природных радиоизотопов вообще отсутствуют, что делает настоящее исследование актуальным. Цель исследования - изучение закономерностей аккумуляции радиоизотопов природного и техногенного происхождения в лекарственном растительном сырье на примере травы горца птичьего (Polygonum aviculare L.), заготовленной в Воронежской области. Методика Для заготовки образцов использовали разные с точки зрения антропогенного воздействия территории Воронежской области: промышленные предприятия (рис. 1: 23, 24, 28); теплоэлектроцентраль (рис. 1: 27); атомная электростанция (рис. 1: 8); аэропорт (рис. 1: 30); улица г. Воронежа (рис. 1: 31); высоковольтные линии электропередач (рис. 1: 9); водохранилище (рис. 1: 29); городские населенные пункты (Борисоглебск (рис. 1: 25), Калач (рис. 1: 26)); зона месторождения медно-никелевых руд (рис. 1: 4); зоны загрязнения в результате аварии на Чернобыльской АЭС (рис. 1: 5-7); районы активной сельскохозяйственной деятельности (рис. 1: 10-22); дороги разной степени загруженности (трасса М4 (рис. 1: 32, 34), трасса А144 (рис. 1: 33), проселочная дорога (рис. 1: 35), железная дорога (рис. 1: 36); зоны контроля - Воронежский биосферный заповедник (рис. 1: 1), Хоперский заповедник (рис. 1: 2), Теллермановский лес (рис. 1: 3). В качестве объекта исследования использовали траву горца птичьего (Polygonum aviculare L.), которые заготавливали в соответствии с ФС. 2.5.0069.18 «Горца птичьего (спорыша) трава», в период цветения растения, аккуратно срезали, сушили теневым способом при хорошей вентиляции тонким слоем, периодически переворачивая. Также отбирали пробы почвы на всех исследуемых пробных площадках: методом конверта или по диагонали так, чтобы проба представляла собой часть почвы, типичной для ее изучаемых слоев, в данном случае, верхних слоев (0-10 см от поверхности). Анализ образцов проводили на спектрометре МКГБ-01 «РАДЭК» (НТЦ «РАДЭК», Россия). Взвешивание проводили на аналитических весах «A&D GH-202» (AND, Япония). Определение удельной активности радионуклидов в почве осуществляли по МР 2.6.1/2.3.7.0216-20. Определение удельной активности радионуклидов в ЛРС проводили в соответствии с первым вариантом измерений ОФС.1.5.3.0001.15 [1]. Определяли содержание основных техногенных (Cs-137, Sr-90) и природных (К-40, Th-232, Ra-226) радионуклидов. Каждое определение проводили трижды, полученные результаты статистически обрабатывали при доверительной вероятности 0,95. Рис. 1. Карта отбора образцов почв и ЛРС (обозначения расшифрованы в тексте) Чтобы оценить возможность накопления из почвы различных радионуклидов листьями подорожника большого, использовали коэффициент накопления (КН), рассчитанный по формуле: , где СЛРС - удельная активность радионуклида в ЛРС, Бк/кг, СВСП - удельная активность радионуклида в верхних слоях почв, Бк/кг [9]. Результаты исследования и их обсуждение Удельная активность Sr-90 в отобранных образцах травы горца птичьего варьировала от 2,0 Бк/кг до 5,0 Бк/кг. Среднее значение удельной активности данного радионуклида для все анализируемых образцов составило 3,5 Бк/кг, что более, чем в 50 раз меньше предельно допустимой удельной его активности (200 Бк/кг). Удельная активность Cs-137 в образцах изучаемого лекарственного растительного сырья принимала числовые значения от 20,6 Бк/кг до 83,2 Бк/кг при среднем значении для травы горца птичьего, заготовленной на территории Воронежской области 47,0 Бк/кг, что более, чем в 8 раз меньше предельно допустимой удельной его активности (400 Бк/кг) [1]. Числовые значения сумм показателей соответствия и погрешностей их определения, рассчитанных на основе результатов определения удельных активностей Cs-137 и Sr-90, для проанализированной травы горца птичьего не превышали 1,0, варьируя от 0,07 до 0,23, что позволяет признать все изученные образцы соответствующими критерию радиационной безопасности (первая группа). Таким образом, все заготовленные на территории Воронежской области образцы травы горца птичьего соответствуют фармакопейным требованиям радиационной безопасности [1]. Содержание Th-232 в заготовленных образцах травы горца птичьего характеризуется значениями удельной активности от 1,3 Бк/кг до 14,0 Бк/кг. Среднее значение удельной активности данного радионуклида для всех анализируемых образцов составило 6,6 Бк/кг. При этом значения предельно допустимой удельной активности Th-232, а также, К-40 и Ra-226 для лекарственного растительного сырья, а также другой растительной продукции в настоящее время не нормируются. Удельная активность К-40 в изучаемой траве горца птичьего варьировала от 423 Бк/кг до 1197 Бк/кг при среднем значении для всех анализируемых образцов 690 Бк/кг. Среднее значение удельной активности Ra-226 составило 4,5 Бк/кг, а данный показатель принимал числовые значения от 2,0 Бк/кг до 7,2 Бк/кг. Все значения удельных активностей определяемых в траве горца птичьего радионуклидов можно считать относительно невысокими [4, 5, 9, 14, 15, 17]. Для каждого анализируемого радионуклида распределение числовых значений удельных активностей по местам заготовки лекарственного растительного сырья относительно равномерное. Корреляционный анализ удельных активностей природных и техногенных радиоизотопов в почве и траве горца птичьего (табл. 1) показал наличие сильной взаимосвязи между данными числовыми показателями, что подтверждает преимущественное транспочвенное загрязнение ЛРС радионуклидами. Таблица 1. Коэффициенты корреляции между удельной активностью радионуклидов в траве горца птичьего и почве его произрастания ЛРС Sr-90 Cs-137 Th-232 К-40 Ra-226 Трава горца птичьего 0,77 0,99 0,71 0,97 0,94 Данные, представленные на рис. 2-6, показывают, что при увеличении удельной активности Sr-90, Cs-137, Th-232, К-40, Ra-226 в почве возрастала их удельная активность в траве горца птичьего. Закономерности перехода описаны математическими зависимостями c максимальным коэффициентом достоверности аппроксимации. Рис. 2. Зависимость удельной активности Sr-90 в траве горца птичьего от его удельной активности в почве Рис. 3. Зависимость удельной активности Cs-137 в траве горца птичьего от его удельной активности в почве Рис. 4. Зависимость удельной активности Th-232 в траве горца птичьего от его удельной активности в почве Рис. 5. Зависимость удельной активности К-40 в траве горца птичьего от его удельной активности в почве Рис. 6. Зависимость удельной активности Ra-226 в траве горца птичьего от его удельной активности в почве Анализ коэффициентов накопления техногенных и природных радионуклидов показал, что трава горца птичьего наиболее активно аккумулировала из почв К-40 (коэффициенты накопления варьируют от 1,19 до 1,48 при среднем значении 1,36) и Cs-137 (рассчитанные коэффициенты составили от 0,85 до 1,29 при среднем значении 1,09), то есть удельная активность этих радиоизотопов в траве горца птичьего в целом, выше, чем в почве, на которой оно заготовлено. С относительно невысокой активностью накапливался в траве горца птичьего Sr-90 - средний рассчитанный коэффициент накопления радиоизотопа составил 0,55 и варьировал в образцах региона от 0,40 до 0,73, и Ra-226 - средний коэффициент накопления составил 0,50, варьировав от 0,37 до 0,60. В наименьшей степени в траве горца птичьего накапливался Th-232: среднее значение коэффициента накопления составило 0,17 (варьировало от 0,10 до 0,26) [4, 9, 17]. Степень перехода Sr-90, Cs-137 из почв в траву горца птичьего (рис. 7-11) имела тенденцию к снижению по мере увеличения удельной активности радионуклидов в почве, что свидетельствовало о физиологической возможности регуляции их аккумуляции в растении. Коэффициент накопления Th-232, К-40, Ra-226, напротив, возрастали при увеличении содержания радионуклидов в почве. Рис. 7. Зависимость коэффициентов накопления Sr-90 в траве горца птичьего от его удельной активности в почве Рис. 8. Зависимость коэффициентов накопления Cs-137 в траве горца птичьего от его удельной активности в почве Рис. 9. Зависимость коэффициентов накопления Th-232 в траве горца птичьего от его удельной активности в почве Рис. 10. Зависимость коэффициентов накопления К-40 в траве горца птичьего от его удельной активности в почве Рис. 11. Зависимость коэффициентов накопления Ra-226 в траве горца птичьего от его удельной активности в почве Заключение Таким образом, изучено накопление природных и техногенных радионуклидов травой горца птичьего, заготовленных в естественных и искусственных фитоценозах Воронежской области. Все исследуемое лекарственное растительное сырье соответствует существующим требованиям радиационной безопасности (первая группа). Корреляционный анализ удельной активности природных и техногенных радионуклидов в почве и траве горца птичьего показал наличие тесной взаимосвязи между данными числовыми показателями, что подтвердило преимущественное транспочвенное их загрязнение. При увеличении удельной активности Sr-90, Cs-137, Th-232, К-40, Ra-226 в почве возрастала их удельная активность в траве горца птичьего. Для травы горца птичьего, произрастающей в Воронежской области, отмечено интенсивное аккумулирование из верхних слоев почв Cs-137 и К-40. Детальный анализ зависимости рассчитанных коэффициентов накопления природных и техногенных радиоизотопов в траве горца птичьего позволил отметить тенденции к снижению их при увеличении удельной активности радионуклида в почве, что говорит о наличии физиологических механизмов регуляции поступления их в растение. Впервые выявленные в результате исследования закономерности и математические зависимости накопления техногенных и природных радионуклидов в траве горца птичьего позволяют прогнозировать особенности загрязнения растительного сырья данными экотоксикантами.

Об авторах

Нина Алексеевна Дьякова

Воронежский государственный университет

Email: email@example.com
доктор фармацевтических наук, доцент, доцент кафедры фармацевтической химии и фармацевтической технологии ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет» Россия, 394006, Воронеж, Университетская площадь, 1

Список литературы

Дополнительные файлы