WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Разработка методологии логико-информационного моделирования для оценки напряженности радиоэкологической обстановки

ОБЪЯВЛЕНИЕ

Павлова Светлана Анатольевна

Разработка методологии логико-информационного моделирования для оценки напряженности радиоэкологической обстановки

03.01.01

биологические науки

Д-220.012.01

Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности

420075, г. Казань, Научный городок -2, тел. (843) 239.53.20

E mail: vnivi@mail.ru

Предполагаемая дата защиты диссертации – 19 июня 2012 г.

На правах рукописи

ПАВЛОВА СВЕТЛАНА АНАТОЛЬЕВНА

Разработка методологии логико-информационного моделирования для оценки напряженности радиоэкологической обстановки

03.01.01 - радиобиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Казань - 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности» (ФГБУ «ФТЦРБ-ВНИВИ») г. Казань

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Сургучева Лилия Михайловна
Официальные оппоненты: -доктор ветеринарных наук, профессор Низамов Рамзи Низамович, заведующий лабораторией радиационной иммунологии ФГБУ «ФЦТРБ-ВНИВИ»;
-доктор ветеринарных наук, профессор Василевский Николай Михайлович, заведующий кафедрой «Организаия и экономика ветеринарного дела Московской госакадемии ветмедицины и биотехнологии
-доктор биологических наук, профессор Тукшаитов Рафаил Хасьянович, заведующий кафедрой «Медико-биологическая электроника» Казанского государственного энергетического универ-ситета

Ведущее учреждение: ВНИИ ветеринарной санитарии, гигиены и экологии

Защита диссертации состоится «19» июня 2012 г. в 1000 ч. на заседании диссертационного совета ДС-220.012.01 при Федеральном центре токсикологической, радиационной и биологической безопасности (420075, г.Казань, Научный городок -2).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУ «ФТЦРБ-ВНИВИ».

Автореферат разослан «___» __________ 2012 г. и размещен на официальном сайте ФГБУ «ФЦТРБ-ВНИВИ» www.vnivi.ru и на официальном сайте ВАК РФ www.vak2.ed.gov.ru.

Ученый секретарь диссертационного

совета, Степанов В.И.

1 ОБЩАЯ ХАРАКТРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время накоплен достаточно большой экспериментальный материал по эффектам действия различных доз радиации на животных. В ряде районов, пострадавших от аварий на АЭС ведётся мониторинг радиационного фона и радионуклидного загрязнения территории. Существуют методики оценки последствий радиационного воздействия на компоненты экосистемы. Определена особенность развивающейся патологии у сельскохозяйственных животных, находящихся в зоне повышенного радиационного фона и потребляющих загрязненный радионуклидами корм. Приоритет отдается исследованиям, которые направлены на поиск информативных показателей; расчетных коэффициентов; выявления дозовой динамики; специфической характеристики патологии на радиационное воздействие, методам биотестирования.

Для системного анализа экологической ситуации и оценки физиологического статуса животных необходимо более широко использовать в радиобиологических исследованиях математические методы. Методы системного анализа и моделирования используют в соответствии с поставленными целями и задачами исследований.

Авария на ядерном реакторе в Чернобыле 26 апреля 1986 г., привела к радиоактивному загрязнению значительной территории СССР и европейских стран. 11 марта 2011 года произошла авария на Фукусимской атомной станции Японии. Значительная часть территории суши (Чернобыльская авария) и морской среды (японская авария) оказались загрязненными радионуклидами. После Чернобыльской аварии особое значение приобрели работы в области мониторинговых исследований, создания банка данных, разработки научно-практических методов системного анализа информации, методов оценки и прогноза экологической обстановки. Мировой опыт ликвидации последствий и ведения хозяйства на радиоактивно загрязненных территориях пополнится за счет аварии на Фукусимской АЭС.

Существует множество методик и математических подходов для решения прикладных задач экологической безопасности в результате загрязнения экосистем радионуклидами. Поиск новых информативных методов системного анализа для оценки радиоэкологической обстановки, основанных на всемирно признанных и утвержденных методах, в том числе и на методах биотестирования, по-прежнему актуален.

В случае диагностики радиационной патологии у сельскохозяйственных животных оценивают степень тяжести лучевой болезни и возможность их хозяйственного использования. Рентабельность животноводческого комплекса влияет на экономическую эффективность агропромышленного комплекса (АПК). В результате аварий на ЧАЭС 26 апреля 1986 г., был нанесен значительный урон сельскому хозяйству и животноводству. В случае возникновения подобных ситуаций, исследования в АПК будут направлены на оценку загрязненности кормов, рентабельности сельскохозяйственных угодий и на выявлении степени тяжести радиационной патологии у сельскохозяйственных животных. В ряде НИИ ветеринарного профиля и в частности в ФГБУ «ФЦТРБ-ВНИВИ» (г. Казань) были изучены клинико-морфологические изменения, возникающие после лучевого воздействия, состояние иммунных систем, репродуктивные и продуктивные показатели у сельскохозяйственных животных при воздействии различных доз ионизирующей радиации. В результате была получена ценная информация об особенностях течения лучевой болезни у животных при воздействии различных доз, изучены хозяйственно-полезные качества пораженных животных, оценено качество животноводческой продукции, определены направления ее дальнейшего хозяйственного использования, а так же определены возможные сроки восстановления продуктивных показателей. В последствие на основе этой информации разработана и осуществлена программа крупномасштабных радиобиологических исследований на различных видах и возрастных группах сельскохозяйственных животных, подверженных радиационному воздействию. В случае радионуклидного загрязнения территории, чем раньше и быстрее будет определена напряженность радиоэкологической ситуации, тем быстрее будут предприняты меры по ее стабилизации.

Работы в области системного анализа имеют особо ценное значение в соответствии с существующими Государственными и Международными программами. Программы разработаны с целью снижения негативных последствий катастроф, проведения обширных исследований, направленных на:

- изучение физико-химических свойств радиоактивных выпадений; распределения и динамики трансформации различных форм соединений радионуклидов в почве;

- биологической доступности радионуклидов; изучение закономерностей накопления радионуклидов в сельскохозяйственных культурах и лугово-пастбищной растительности;

- разработку эффективных мероприятий по снижению загрязнения сельскохозяйственной продукции радионуклидами и т.д.

Вопросам ведения животноводства на загрязненной территории, особенно молочного и мясного скотоводства, на загрязненных территориях уделяется пристальное внимание. Для стабилизации ситуации в районах, прилегающих к аварийной зоне, после аварии на ЧАЭС, были практически использованы «Рекомендации по ведению сельского хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения территории», подготовленные и изданные в 1977 г. Минсельхозом СССР, «Рекомендации по ведению сельского и лесного хозяйства при радиоактивном загрязнении внешней среды», М., 1973 г. После аварии на ЧАЭС, были разработаны рекомендации - «Руководства…» по ведению агропромышленного комплекса в условиях радиоактивного загрязнения в союзных республиках. Комиссией научных экспертов по сельскохозяйственной радиологии, созданной в мае 1986 г., были подготовлены и введены в действие Госагропромом СССР 47 нормативно-технических и инструктивных документов по вопросам снижения загрязнений и возможности ведения животноводства на загрязненной территории.

Собранные различными научными центрами данные радиобиологических экспериментов, имеют большое значение. Величины показателей, полученные в ходе экспериментов, являются эталонными. Их можно использовать в модельных исследованиях. Модельные методы должны помочь не только охарактеризовать радиоэкологическую обстановку, но и рассчитать возможные варианты ее развития. Для целей получения эколого-экономических характеристик и оценок ущерба агропромышленному комплексу, в случае радиационного воздействия, а так же для прогноза целесообразно использовать универсальные методы системного анализа информации и модельные исследования.

Рациональное планирование и рентабельное ведение хозяйства должно основываться на достоверной информации. Использование результатов экспериментальных исследований в модельных исследованиях позволяют наиболее точно спрогнозировать ситуацию. В настоящее время существуют модели, оценивающие коэффициенты переходов по звеньям трофических цепей. Они используются в экологических исследованиях, но их использование сопряжено с рядом трудностей. Разработанные методы логико-информационного моделирования позволяют быстро систематизировать большой объем разрозненных информационных данных, создать банк данных и моделировать возможные варианты развития напряженности радиоэкологической обстановки для прогнозирования последствий.

Цели и задачи исследований. Разработать модельную систему оценки радиационной патологии и радиоэкологической ситуации в АПК.

В задачи исследований входило:

- Изучить и систематизировать результаты экспериментальных и полевых исследований.

- Определить наиболее адекватные математические методы и модели, описывающие динамику изменений физиологических показателей при воздействии радиации на сельскохозяйственных животных.

- Представить в виде формул, графиков, логических цепей степень тяжести лучевой патологии для сельскохозяйственных животных.

- Разработать методологию и представить в виде структурно-логических моделей прогнозную оценку изменения клинических и продуктивных показателей у сельскохозяйственных животных при воздействии на них разных доз радиации.

- Определить варианты радиоэкологической обстановки в хозяйствах, которые могут сложиться в районах, подверженных радионуклидному загрязнению.

- Разработать практические рекомендации для управления агропромышленным комплексом с помощью модельных исследований.

Работа выполнена в соответствии с тематическим планом института «Радиационная безопасность» (№ госрегистрации 01990005332).

Научная новизна работы. С помощью методов системного анализа описана радиационная патология сельскохозяйственных животных и напряженность радиоэкологической ситуации; получены тест-индикаторные таблицы и графики для диагностики лучевой болезни сельскохозяйственных животных; разработана научная концепция модельных исследований для изучения и лучевой патологии, продуктивности животных и оценки напряженности радиоэкологической ситуации; с помощью методов системного анализа и разработанных моделей на примере загрязненных хозяйств Гомельской области проведена оценка напряженности радиоэкологической обстановки после аварии на ЧАЭС.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическое значение работы заключается в том, что методы системного анализа и логико-информационного моделирования позволяют математически описать и оценить радиационную патологию у сельскохозяйственных животных, оценить напряженность радиоэкологической обстановки и смоделировать варианты перспективного развития экологической ситуации в агропромышленном комплексе в условиях радиационного воздействия.

Практическое значение работы состоит в том, что результаты работы легли в основу «Методического руководства по проведению мониторинга в случае радиоактивного загрязнения», которое предложено к практическому использованию при проведении мониторинга в случаях возникновения чрезвычайных ситуаций. Разработанные принципы и методы руководства могут практически быть использованы при проведении мониторинга для любых территорий и отраслей народного хозяйства.

Результаты работы вошли составной частью в монографии и научно-практические рекомендации, утвержденные Министерством сельского хозяйства Российской Федерации, Крымским отделением Академии Наук Украины.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и одобрены на международных конференциях и учебно-методических сборах в России и Украине, в городах Москве, Севастополе, Тамбове, Санкт-Петербурге, Смоленске и др. в 1997-2011 годах. Результаты научной работы легли в основу учебно-методических курсов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Концепция модельной системы оценки радиационной патологии и радиоэкологической напряженности.

2. Методы системного анализа для систематизации и расчета данных радиобиологических экспериментов и радиоэкологического мониторинга.

3. Тест-системы для практического использования при диагностике лучевой болезни у сельскохозяйственных животных.

4. Структурно-логические модельные схемы сбора, систематизации и расчета информационных показателей как основы системы комплексных оценок.

5. Модельная оценка напряженности радиоэкологической ситуации в радиоактивно загрязненных хозяйствах Гомельской области после аварии на ЧАЭС (1986 – 1989 г.).

Публикация результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано 60 научных работ, в том числе 18 монографий, 15 статей в рекомендованных ВАК РФ изданиях («Экология и промышленность», «Ветеринария», «Ветеринария и кормление», «Вестник РУДН», «Аграрная наука», «Вестник МОГУ», «Экономика природопользования»).

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 341 стр. стандартного компьютерного набора и включает общую характеристику работы, обзор литературы, материалы и методы исследований, результаты собственных исследований, обсуждение, выводы, практические предложения. Библиографический список включает 718 источников, в том числе 175 иностранных авторов. Работа иллюстрирована 59 таблицами и 60 рисунками.

Внедрение. Результаты исследований доведены до научных работников, опубликованы и легли в основу разработки экспертных систем оценки радиоэкологической ситуаций. Разработанные методы сбора, обработки данных используются при системном анализе показателей компонент морских био- и экосистем в научно-исследовательских лабораториях Москвы (УНЭБ ВС РФ), Новороссийска (ЭС ВС РФ), Севастополя (МГИ НАНУ), Киева (КГУ). Разработанные методы системной обработки данных и методы логико-информационного моделирования используются при проведении экомониторинга (ЭС ЧФ РФ). Разработанные методы сбора, обработки данных легли в основу “Методического руководства по проведению мониторинга, в случаях радионуклидного загрязнения территории, на основе логико-информационных модельных схем исследования”, утверждено Министерством экологии и природных ресурсов республики Крыма, Министерством сельского хозяйства России. «Методическое руководство…» предложено к практическому использованию при проведении мониторинга в случаях возникновения чрезвычайных ситуаций. Монографии и научные разработки используются в вузах России, Украины, Белоруссии (Черноморский филиал МГУ, Социально-экономический университет г. Севастополь, Украинский морской институт, Севастопольский институт ядерной энергетики, СФ Саратовский социально-экономический университет, Новороссийская государственная морская академия, Институт экономики и права филиала Московской академии труда и социальных отношений, Киевский национальный авиационный университет, Киевский государственный университет).

2 СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Материалы и методики

Диссертационная работа выполнена в отделе радиобиологии ФГБУ «ФЦТРБ–ВНИВИ» в 2000–2011 гг.

Материал исследований. Опыты проведены с использованием: крупного рогатого скота – 100 голов, мелкого рогатого скота – 82 головы, 800 проб крови, 800 проб сывороток, 150 проб из органов, 850 экспертиз лабораторных исследований проб от пораженных радиацией животных, 1500 статистических данных по результатам радиомониторинга, проведенного в Гомельской области Республики Беларусь, радиоактивного изотопа йода-131, цезия-134, цезия-132, стронция-90, водного раствора йодистого калия; биохимические показатели периферической крови; костномозговые пунктаты; гормоны щитовидной железы; ферменты крови (ц-АМФ, ц-ГМФ); сыворотки, гормоны.

Методика эксперимента.

В модельных экспериментах на овцах («ФЦТРБ-ВНИВИ» г. Казань) в качестве лучевого фактора использовали внутреннее облучение йодом-131 (одно- или многократно), внешнее гамма-облучение и сочетанное: внешнее гамма-облучение с йодом-131. Затравку йодом, проводили с утра до кормления, в виде водного раствора йодистого калия без носителя, в пищевод с помощью поливиниловой трубки и шприца, ежедневно равными порциями вводили в течение 30 дней или однократно, из расчета, что наибольшее поступление его с кормом в составе “молодых“ продуктов отмечается в первые 30 суток после выпадения на местность. Гамма облучение -лучами с помощью установки «Пума». Дозы выбирались согласно нормам ПДУ загрязнения кормов “молодыми” продуктами ядерного деления и нормами потребления кормов овцами.

В периферической крови определяли общее количество лейкоцитов в камере Горяева, лейкограмму в мазках крови, окрашенных по Май-Грюнвальду в соответствии с общепринятыми в гематологии методами.

Моделирование легкой, средней, тяжелой и крайне тяжелой степени острой лучевой болезни проводили путем -облучения животных в дозах 1-2 Гр, 2-4 Гр, 4-6 Гр и более 6 Гр соответственно.

Методика полевых исследований.

Мощность поглощенной дозы внутреннего бета-облучения у животных, подвергнутых радиоактивному воздействию в результате аварии на ЧАЭС, рассчитывали из условия равномерного распределения радиоизотопов цезия-134; 137 в организме и 4П-геометрии тканей, а внутренне гамма-облучение определяли с помощью гамма-метода прибор СРП 68-01.

2.2 Расчетные математические методы

Данные радиобиологических исследований рассчитаны в соответствии с выбранными математическими методами.

Метод аппроксимации использовали для систематизации разбросанных по плоскости графика точек и определения волнового типа динамики процесса. В большинстве случаев графики динамики изменения величин показателей как отклики на внешнее воздействие, имеют характер затухающего колебательного процесса. Результаты радиобиологических экспериментальных исследований аппроксимированы экспоненциально затухающей гармонической функцией, определяемой конечным числом коэффициентов.

Расчет функции полиномов проведен на основе экспериментальных данных гематологических показателей овец, облученных разными дозами в соответствии с математическим методом. Для лучевой болезни оптимальной для гематологических показателей является степень полинома 3 или 4.

Структурно-модельные схемы разрабатывали для исследования процессов и систем различного уровня сложности в соответствии с целью исследования и задачами. Это концептуальные модели. С их помощью проводили модельные расчетно-числовые эксперименты.

Для изучения сложных многоступенчатых процессов, в иерархических системах с большим количеством разного рода показателей использовали модели в соответствии с теорией графов.

Диагностические тесты - это метод определения и оценки состояния биоиндикаторных показателей, характеризующих состояние организма. Отклонения от нормы величин показателей – это возникновение изменений в организме на действие фактора среды. Расчеты вели в соответствии с установлением причинно-следственных связей по схеме: окружающая среда организм биоструктура. Диагностические тесты - это подбор достаточно малого числа показателей большой диагностической ценности. Основная ценность тестов – выявления изменений на основе небольшого количества информативных показателей.

Использование диагностических показателей подразумевает их параметризацию. Временная динамика изменения величин показателей характеризуется параметрической функцией. Математический смысл заключается в нахождении функции какой-либо переменной, зависящей от другой переменной. Параметризацию величин показателей проводили на основе выбора нормативных параметров с учетом временного периода.

Описание сложных процессов и схему оценки возникающих при радиационном воздействии эффектов проводили знаково-цифровой методикой условных обозначений.

Степень приоритетности – это условный показатель, который выбирается исходя из числовых данных, характеризующих величину диагностируемого показателя. Он чаще всего выражается в балльных единицах. Степень приоритетности находили методом ранжирования показателей. Его использовали для систематизации качественно-количественных показателей, имеющих различное выражение. Ранг (степень приоритетности) выбирали в соответствии с ранжируемой шкалой: по максимальному показателю; минимальному показателю; выбору количественной шкалы и т.д., для систематизации данных. Ранг может быть равным единице или максимальному числу исследуемых показателей. Он может быть расчетным коэффициентом. С величинами рангов или степеней приоритетности (баллами) проводили математические операции, рассчитывая, например сумму и получая общую бальную оценку ситуации или комплекса показателей.

Степень приоритетности – это показатель, который может быть включен в логико-информационную модель исследования. Расчет качественно-количественных показателей по модельной схеме позволяет получить оценку. Для экологических исследований метод позволяет рассчитывать системы, содержащие большое число компонент, показателей и процессов. Информация по блокам или по звеньям в результате проведенных преобразований сжимается, система оценивается в виде условного балла, а информация кодируется в виде семантического кода.

Для анализа радиобиологической информации подходит метод оценки изменений физиологических показателей относительно нормы. Принимают, что диапазон физиологической нормы обозначается как (0) - числовое выражение, или как N – качественное выражение, тогда отклонения от нормы в область отрицательных значений будет (-1) или <N – ниже нормы, а (+1) или >N – больше нормы. Таким образом, систематизация данных становится универсальной и на ее основе можно получить качественно-количественную оценку. Перерасчет относительно нормы дает условную величину со знаком (-) или (+), что позволяет качественно-количественно оценить процесс.

После аварии на ЧАЭС был проанализирован большой объем отчетных данных. В связи с тем, что сбором данных занимались различные лаборатории, институты и не было общей схемы сбора, информацию трудно было анализировать. Приведенные методы позволили провести работу по систематизации информации.

Моделирование проводили на основе разработанной концептуальной модели и выбранной методики обработки информации. Модельную оценку осуществляли по специально разработанной под цели и задачи исследования, универсальной модели и расчетных методов. Тип модели выбирали в соответствии с целью и задачами исследования. В рамках модельной схемы обрабатывали данные с помощью выбранных методов расчета или статистики.

В результате проведенных модельных исследований собранные данные визуально представляли в виде расчетного комплекса, в виде комплексных оценок, графиков, кодов или шифров.

Для быстрой обработки информации, была разработана компьютерная программа по сбору, хранению и обработки данных «Системный Анализ Данных».

1) Логико-информационную цепь взаимосвязанных структурных компонент представляли в виде электронных таблиц, которые служили банком данных. Концептуальная модель блочная.

Величины, отклоняющихся от нормы показателей, выраженные через диапазон: <N; >N или в виде условных единиц и с учетом знака изменения (-), (+) использовали экспресс тест-таблицы временной динамики изменения показателей на основе граничных отклонений величин от нормы (max и min) с учетом временной точки их изменений при диагностике. С помощью метода тест-таблиц определяли временные отклонения величин показателей в соответствии со степенью тяжести лучевой болезни у животных.

2) Сервис Справочник - сравнение диагностируемых величин показателей со справочными величинами или коэффициентами. Информация в Справочнике хранится в виде табличных эталонных величин или в виде графических зависимостей показателей.

3) Сервис математического расчета - обработка данных, хранящихся в электронных таблицах с помощью математических методов: статистические (среднестатистические величины); методы расчета коэффициентов; матричный расчет. Величины коэффициентов так же можно рассчитывать по модели. Результат расчета шифруется или кодируется.

4) Графические возможности - подключение стандартной программы построения карт и поверхностей, позволяют определять графические зависимости величин показателей, разрабатывать карты на основе данных мониторинга.

Разработанная компьютерная программа является универсальной и может быть использована при обработке данных мониторинга, оценки ситуации и прогноза.

Результаты полевых исследований по хозяйствам Гомельской области после аварии на ЧАЭС, за период 1986 – 1990 гг. легли в основу модельных расчетов. Для обработки данных и расчета показателей использовали компьютерные программы: «САД» - разработанная под задачи исследования; «Статистика»; “Math CAD”; “Surf”.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Применение методов системного анализа для оценки гематологической патологии животных при лучевой болезни

В соответствии с первой задачей исследования, на первом этапе проводили моделирование лучевой патологии у сельскохозяйственных животных. Для этого проводили облучение 39 голов взрослых овец, которые были разделены на 12 групп по 3 животных и 3 ягнят породы «Прекос». Животных облучали гамма лучами с помощью установки «Пума». Внутреннее облучение проводили путем затравки йодом-131 (одно- или многократно), внешнее гамма-облучение и сочетанное: внешнее гамма-облучение с йодом-131. Затравку йодом проводили с утра до кормления, в виде водного раствора йодистого калия без носителя, в пищевод с помощью поливиниловой трубки и шприца, ежедневно равными порциями в течение 30 дней или однократно из расчета, что наибольшее поступление его с кормом в составе “молодых“ продуктов отмечается в первые 30 суток после выпадения на местность. Дозы выбирались согласно нормам ПДУ загрязнения кормов “молодыми” продуктами ядерного деления и нормами потребления кормов овцами.

Результаты наблюдения за животными показали, что в соответствии с интенсивностью облучения и в зависимости от дозы, проявляется лучевая болезнь различной степени тяжести.

При облучении овец в дозе 1,5 Гр развивалась легкая, при дозе 3,0 Гр +4,5 мкКи/кг – средняя, при дозе 6 Гр, 3 Гр + йод-131 (45 мкКи/кг в течение 30 дней) – тяжелая и при дозах 10 Гр, 6 Гр + йод-131 (1 мкКи/кг) – крайне тяжелая степень тяжести острой лучевой болезни.

Хроническая лучевая болезнь I, II и III степени тяжести наступала у животных, получавших радионуклиды с кормом при дозах: 1,5 мкКи\кг.30 сут. (0,055 ГБк\кг) у ягнят; 4,5 мкКи\кг.30 сут. (0,1665 ГБ\кг) у взрослых овец; 45 мкКи\кг.30 сут. (1,665 ГБк\кг) у взрослых овец; 450 мкКи\кг.30 сут. (16,65 ГБк\кг) у взрослых овец, соответственно.

Анализ сравнения физиологических показателей облученных животных с показателями физиологической нормы здоровых, показал, что при радиационном воздействии у животных диагностируются отклонения от нормы. Изменения тем более выражены, чем больше поглощенная доза. Если пересчитать диагностируемые величины больных животных в соответствии с известной величиной физиологической нормы, то можно получить ряд численных значений, которые будут характеризовать изменения, происходящие в организме относительно физиологической нормы. Эти значения при построении графиков располагаются в положительной и отрицательной области относительно (0) уровня – физиологической нормы.

В соответствии с расчетами относительно физиологической нормы отмечается связь между гематологическими показателями. Эта связь и динамика изменений в течение времени является информативной на воздействующую дозу. Например, парциальная миелограмма (лейкограмма, эритробластограмма, мегакариограмма) информативна при изучении реакции костного мозга (нейтрофильной, эозинофильной и т.д.) на воздействующую дозу. В каждой парциальной миелограмме определяют костномозговой индекс созревания нейтрофилов, эозинофилов, эритронормобластов и др. Известно, что существуют соотношения между молодыми и зрелыми клетками. Например, костномозговой индекс созревания нейтрофилов – отношение молодых гранулоцитарных клеток к зрелым нейтрофилам выражается в виде формулы:

Промиелоциты + Миелоциты + Метамиелоциты

Палочкоядерные + Сегментоядерные

Физиологическая норма всегда меньше единицы. Например, для КРС костномозговой индекс равен 0,2 – 0,8.

Индекс созревания эритронормобластов – отношение числа гемоглобинизированных форм нормоцитов к количеству всех клеток эритробластического ростка:

Полихроматофильные + Оксифильные нормобласты

Все клетки эритроидного ростка

Для КРС он равен 0,8 – 0,9.

Зависимость между гематологическими элементами сложная и обусловлена тяжестью лучевой патологии, т.е. зависит от дозы.

Полученные расчетные коэффициенты от физиологической нормы ранжированы и переведены в условные шкалы. В соответствии с физиологической нормой (N=0) они отклоняются: >N (+1) – больше нормы; <N (-) – меньше нормы. Динамику изменения гематологических показателей можно описать в виде тест-таблиц, выделяя временные точки максимума и минимума.

Полученные тест-таблицы целесообразно использовать не только для сбора, хранения и систематизации данных, но и как биоиндикаторные характеристики для диагностики тяжести лучевой патологии. Найденные графические зависимости временного изменения показателей на действующую дозу (в эксперименте), так же могут быть эталонными. Разработаны тест таблицы по данным, полученным в эксперименте в результате облучения овец различными дозами (Табл. 1А,Б,В).

А) Острая лучевая болезнь. Костный мозг.

Время диагностики от 2суток до 9 месяцев (у выживших).

Диагностика - содержание молодых клеток миэлоидного ряда в костном мозге.

Таблица 1А - Тест-таблица на лучевую патологию – максимальные отклонения от физиологической нормы гематологических показателей в зависимости от времени после облучения.

Степень тяжести Мin значения по временной шкале Мax значения по временной шкале Время гибели
I 1мес. <N 15cут. >N -
II 12мес. <N 2мес. >N -
III 1,5мес. <N 9мес. >>N 12мес.

Условные обозначения: N – физиологическая норма (исход или контроль); <N – меньше нормы; <<N – намного меньше нормы; >N – больше нормы; >>N - намного больше нормы; н.зн. – нет значений (0).

Б) Хроническая лучевая болезнь. Функционирующий пул крови.

Время диагностики от 2суток до 12 месяцев.

Диагностика - содержание сегментоядерных нейтрофилов (миелограмма).

Таблица 1Б

Степень тяжести Мin значения по временной шкале Мax значения по временной шкале Время гибели
Легкая 2мес. <<N 2сут.>>N 9мес.
Средняя 1мес. <<N 2сут.>>N -
Тяжелая 15сут. <<N 7сут.>>N 1мес.
Крайне тяжелая 15сут. >>N 7сут.>>N 1мес.

В) Острая лучевая болезнь. Функционирующий пул крови.

Время диагностики до 9 месяцев (у выживших). Диагностика - содержание сегментоядерных нейтрофилов (миелограмма).

Таблица 1В

Степень тяжести Мin значения по временной шкале Мax значения по временной шкале Время гибели
Легкая 2мес. <<N (15н.зн.) 2сут. >N -
Средняя 1мес.<<N (7cут. далее н.зн) 12мес.>N 9мес.
Тяжелая 15сут.<<N (гибель) 7сут. <N 1мес.
Крайне тяжелая 15cут. <<N (7cут. далее н.зн.)(гибель) 2сут. <N 1мес.

3.2 Модель многовариантной кубической интерполяции

С целью детального исследования динамики изменения гематологических показателей у овец, облученных в эксперименте разными дозами, использовали модельный метод кубической интерполяции. Расчеты проводились для всех клеток крови и для всех групп, облученных разными дозами овец. С помощью этого метода лучевая болезнь разной степени тяжести представлена в виде графических временных зависимостей изменения гематологических показателей от воздействующей дозы. Математические расчеты проводились с помощью компьютерной программы «Math Card», что позволило быстро обработать большое количество данных (Рис. 1).

Метод позволил восстановить зависимости между гематологическими элементами. В результате радиационная патология у овец, с разной степенью тяжести лучевой болезни, описана как графическая картина временной динамики изменения гематологических показателей на действующую дозу.

Результаты исследований показали, что динамика изменения гематологических показателей, вызванная воздействием различных доз радиации, является характеристикой лучевой патологии. Она специфична. Метод можно использовать в качестве тест-системы с целью диагностики лучевой патологии у сельскохозяйственных животных.

Алгоритм модели многовариантной кубической интерполяции

 Расчетный алгоритм модельного метода кубической интерполяции. -0

Рис. 1. Расчетный алгоритм модельного метода кубической интерполяции.

Полученные в ходе расчетов результаты исследований свидетельствуют, что математический метод кубической интерполяции (сspline method) эффективно использовать для изучения динамики изменения гематологических показателей при воздействии на организм различных доз радиации. Вид математически рассчитанных кривых с помощью модельного метода отражает картину изменения гематологических показателей на воздействующую дозу и характеризует степень тяжести лучевой патологии. Диагностика степени тяжести лучевой патологии с использованием полученных графиков позволяет сократить количество заборов крови, что снижает травматизм животных и использовать те методы и реактивы, которые будут в наличии для гематологической диагностики. Таким образом, лучевая патология диагностируется при сравнении тест-графиков и диагностируемых гематологических элементов.

3.3 Методология логико-информационного моделирования

Для системного анализа информации использовали блочный подход. Информация анализировалась по блокам в соответствии со структурной схемой, логически связанных блоков.

I Блок II Блок III Блок IV Блок V Блок

Радиационный фон Район Корм Животные Клинические

показатели

Блок Клиническое состояние животных (крупный рогатый скот) (или подблок, в зависимости от цели исследования), может быть основным или включать в себя ряд подблоков. Он может исследоваться как отдельно, так и входить в структуру системы исследования. Внутри блока выделяли информативные – приоритетные показатели, величины которых изменяются под воздействием факторов среды и характеризуют клиническое состояние КРС.

На рис. 2,3 представлены схемы системного анализа информации. В соответствии с ней по блокам осуществлялся системный анализ радиобиологической и радиоэкологической информации.

Собранные данные экспериментальных и полевых исследований систематизировали в соответствии с разработанной концептуальной моделью. Анализ существующих методов системного анализа показал, что есть ряд методов, которые можно использовать для решения поставленных задач. Наиболее приемлемые методы: расчет коэффициентов; статистические; методы экстраполяции и интерполяции данных. Они были использованы при системном анализе. С помощью методов системного анализа разработаны варианты оценок радиобиологических изменений. По ним осуществлялся сбор, системный анализ, расчет данных. Разделение структурных звеньев шло с выделением отдельных блоков, логически соединенных в единую цепь.

 Структурная схема сбора, обработки и анализа информации. -1

Рис. 2. Структурная схема сбора, обработки и анализа информации.

Рис. 3. Структурная схема методов исследования показателей.

3.4 Использование метода логико-информационного моделирования в целях оценки напряженности радиоэкологической ситуации

С целью определения напряженности радиоэкологической обстановки в хозяйствах Гомельской области после аварии на ЧАЭС был применен метод логико-информационного моделирования. Сбор и системный анализ информации проходил на основе разработанных логико-информационных модельных схем исследования. На их основе создан банк данных, проведен системный анализ, оценена напряженность радиоэкологической обстановки в животноводческих комплексах загрязненных хозяйств Гомельской области в первые годы после аварии.

По логической схеме, физиологические изменения у облученных животных, оценивали в сравнении с показателями физиологической нормы (рис. 4).

Вариант 1:

Корм КРС Оценка Оценка

Загрязненный клинического продуктивных

Радионуклидами состояния качеств

Оценка Оценка Оценка Оценка

гематологических гормонального биохимических радиорезитентности

показателей статуса показателей

Вариант 2:

Оценка Оценка Показатели

клинического продуктивных -гормональные;

состояния качеств -гематологические;

-биохимические

-иммунологические

Оценка Оценка

органов воспроизводства

Рис. 4. Варианты расчетов оценки физиологических показателей КРС по структурно-модельным схемам.

Оценка по отдельным информативным показателям входила в комплексную оценку клинического состояния исследуемого облученного животного или группы животных. Информационные показатели системного анализа представлены в виде: таблиц; графиков; диаграмм; карт; цифровых кодов.

Блочные исследования

Для этих исследований информацию собирали и рассчитывали. В Блоке «Фактор среды – Радиация» проводили анализ данных мониторинга по хозяйствам Гомельской области после аварии на ЧАЭС за период 1987-1990 гг. Для примера были выбраны загрязненные цезием - 134 и 137 (Бк/км2) и стронцием-90 (Бк/км2) хозяйства Гомельской области. Была исследована динамика изменения плотности загрязнения. Хозяйства Витебской области рассматривались для сравнения как чистые. Загрязнение цезием-134 и 137 за все годы исследования было высокое во всех “грязных” хозяйствах. Ранжирование показало, что более напряженная радиоэкологическая обстановка характерна для наиболее загрязненных хозяйств. Максимально загрязненные изотопами были: совхоз “Высокоборский” Ветковского района; совхоз “Стреличе­во” Хойникского района; колхоз “Советская Белоруссия” Наровлянского района.

Анализ сравнения по степени загрязненности стронцием-90 и цезием-134 и 137 показал, что загрязненность стронцием-90 меньше, чем цезием-134 и цезием-137. Среди рассматриваемых хозяйств, наиболее загрязнена стронцием-90 территория совхоза “Стреличево” Хойникского района. Результаты проведенных исследований представлены в табл.2.

Таблица 2 - Гамма-фон на территории и в животноводческих помещениях (прибор СРП 68-01) (по рангу, 1 - max). Блок «Фактор среды – Радиация».

Показатель Годы С-з Высокоборский Ветковский р-он (1) К-з Советская Белоруссия (3 степень) С-з Стреличево Хойникский р-он (2) Оценка (балл)
доза ранг доза ранг доза ранг
Гамма-фон воздуха (мкГр) 1987 0.8-1.2 1 0.2-300 1 0.3-0.6 1 3 (1)
1988 0.6-0.8 2 0.1-0.25 2 0.2-0.4 2 6(2)
1989 0.5-0.7 3 0.09-0.18 3 0.15-0.3 3 9(3)
Гамма-фон помещений (мкГр) 1987 0.4-0.6 1 0.12-0.21 1 0.25-0.45 1 3 (1)
1988 0.35-0.45 2 0.085-0.12 2 0.18-0.28 2 6(2)
1989 0.3-0.4 3 0.06-0.08 3 0.12-0.22 3 9(3)
Содержание Сs -137 в кормах (кБк\кг) 1987 2,2 – 4,0 1 0,6-2,2 1 0,6-3,0 1 3 (1)
1988 0,8-2,7 2 0,3-1,9 2 0,07-2,7 2 6(2)
1989 0,3-1,0 3 0,1-0,4 3 0,04-0,2 3 9(3)

На основе результатов исследований, хозяйства были разделены по рангу - степени радиационного загрязнения (принимая 1 ранг или степень изменения)- за максимальную величину показателя (max степень)), соответственно: 1 (max) - Ветковский район, с\з “Высокоборский”; 2 - Хойникский район, с\з “Стреличево”; 3 - Наровлянский р-он, с\з “Наровлянский” 4 - к\з “Советская Белоруссия”; 5 - Октябрьский район с\з “Октябрьский”; 6 - Брагинский район (контроль); 7- Витебская область, Бешенковичский район - “чистая” зона

Исследования по загрязненности радионуклидами кормов в хозяйствах Гомельской области за период 1987 - 1989 гг. проводили в Блоке «Рацион». Результаты показали, что активность кормов, полученных с естественных угодий, падает с годами. Максимальная загрязненность отмечается для хозяйств с общим высоким загрязнения: с-з «Высокоборский» Ветковского р-на; с-з «Стреличево» Хойникского р-на; к-з «Советская Белоруссия» Наровлянского района. Наиболее загрязненными были: сено луговое 4,8 - 16 мкКи\кг, трава 2,65 - 4,86 мкКи\кг с-з «Высокоборский» Ветковского района; сено луговое 3,42 - 5,28 мкКи\кг к-з «Советская Белоруссия» Наровлянского района; трава 0,72 - 3, 65 мкКи\кг с-з «Стреличево» Хойникского района. Активность по отдельным видам кормов не превышала ПДУ загрязнения для военного времени, максимальная активность рациона по Сs-134, 137 отмечалась: 5,18 - 17,0 мкКи\кг (силос кукурузный) и 2,69 - 4,9 мкКи\кг (трава) с-з «Высокоборский» Ветковского р-на; 4,06 - 6,46 мкКи\кг к-з «Советская Белоруссия» Наровлянского района; 0,158 - 6,76 мкКи\кг (силос кукурузный) и 0,74 - 3,76 мкКи\кг (трава) с-з «Стреличево» Хойникского района.

При радионуклидном загрязнении территории, в случаях употребления сельскохозяйственными животными загрязненных кормов с местных угодий, радиоактивность рациона повышается. В связи с тем, что рацион животных Гомельской и Витебской области в первый период после аварии состоял из кормов, полученных с местных угодий, уровень их загрязнения в “грязных” хозяйствах был достаточно высок (рис.5). Наиболее загрязненным радионуклидами было сено, полученное с естественных угодий.

 Гамма-фон территории и животноводческих помещений хозяйств Гомельской-2

Рис. 5. Гамма-фон территории и животноводческих помещений хозяйств Гомельской области за период 1987 – 1989 гг. (по максимальному показателю).

Хозяйства с высокой плотностью загрязнения совхозы: “Высокоборский”; “Стреличево”; “Наровлянский” до 1989 года не получали стабильно “чис­тую” продукцию животноводства. Но агротехнические, мелиоративные и ветеринарно-санитарные мероприятия, проведенные в хозяйствах, улучшили обстановку. В отдаленный период после аварии продукция растениеводства и животноводства, в большинстве загрязненных хозяйств Гомельской области, соответствовала нормам предельно допустимых уровней радиоактивного загрязнения.

В Блоке «Клинические показатели» исследовали патофизиологические изменения у крупного рогатого скота хозяйств Гомельской области. После аварии на ЧАЭС, животные с явными признаками лучевой болезни были выбракованы. С целью выявления радиобиологических эффектов у остальных животных использовали методы лабораторной диагностики и аналитические методы системного анализа. По группам облученных животных были проведены статистические исследования. Системный анализ информации проводили на основе модельных структурно-логических схем исследования по хозяйствам. С учетом радионуклидного загрязнения территории Гомельской области после аварии на ЧАЭС исследовали и физиологические показатели у сельскохозяйственных животных из хозяйств Гомельской и Витебской областей. Результаты расчетов представлены в виде таблиц и логико-информационных модельных схем.

Системный анализ полевых данных с целью оценки клинического состояния скота, оценки продуктивности и определения жизнеспособности потомства проводили по группам животных:

а) скот, оставленный на загрязненной территории;

б) скот, эвакуированный в “чистые” районы;

в) потомство, полученное от животных с разной поглощенной щитовидной железой дозой.

Для каждого животного в группе определяли степень тяжести радиационного поражения. Исследовали:

1) Гематологические показатели: лейкоциты; эритроциты; моноциты; тромбоциты; лимфоциты; эозинофилы; базофилы и т.д.

2) Гормональные показатели: тироксин, трийодтиронин.

3) Биохимические показатели сыворотки крови: калий, натрий, кальций, амилазу, общий белок; глюкозу; циклические нуклеотиды.

4) Иммунологические показатели: глобулины, противоинфекционные поствакцинальные антитела.

5) Продуктивные показатели: привес, удой, настриг шерсти.

6) Показатели репродукции и воспроизводства.

7) Показатели потомства (поколения: F1 и F2) от исследованных ранее производителей.

8) Коровы с пораженной щитовидной железой и их потомство.

Поглощенная доза от внутреннего и внешнего облучения регистрируется у коров в 1986 г. в пределах 3,0 – 33,2 рад в наиболее загрязненных районах (Ветковский, Наровлянский, Хойникский). В последующие годы суммарная поглощенная доза у коров снижалась и в 1988 г. не превышала 1,0 – 4,3 рад. Наибольшая суммарная поглощенная доза (внешнее и внутреннее облучение) (рад) отмечается в более загрязненных хозяйствах с тенденцией снижения, что обусловлено снижением активности рационов в связи с переводом животных на чистый корм (рис. 6).

В результате проведенных исследований по выявлению изменений по гематологическими биохимическим у крупного рогатого скота в хозяйствах Гомельской области после аварии на ЧАЭС у сельскохозяйственных животных в хозяйствах Гомельской области с разной степенью радионуклидного загрязнения, были выявлены изменения в динамике гематологических и биохимических показателей крови. Регистрация дозы и длительность воздействия радиационного облучения была затруднена и поэтому связь с дозой не определена. Мониторинговые данные по хозяйствам Гомельской области (овцы) сравнивали с данными, полученными в результате экспериментального облучения. Установлено, что соответствия между экспериментальными животными и животными загрязненных хозяйств по исследуемым показателям нет. У крупного рогатого скота из чистых и “грязных” колхозов, отмечаются отклонения в гематологической динамике, но дозовые зависимости не выявлены. Выявлены изменения у сельскохозяйственных животных из грязных хозяйств Гомельской области в виде нарушения эритроидного кроветворения, но это характерно и для животных Витебской области (чистая зона). Вероятно эти изменения обусловлены дефицитом микроэлементов кормов.

Рис. 6. Суммарная поглощенная доза у коров (внешнее и внутреннее облучение) (рад) хозяйств Гомельской области (за 1987 – 1989 гг.).

Результаты изучения изменений гормонального статуса крупного рогатого скота в загрязненных хозяйствах Гомельской области из загрязненных хозяйств, например, из совхоза “Высокоборский” (1степень загрязнения), указывают на то, что: 1) существуют сезонные особенности изменения; 2) определяется изменчивость по возрастным группам; 3) доля связанного кортизола и его активность у коров в 2 раза ниже, чем у бычков; 4) у коров с радиационным поражением щитовидной железы наиболее глубокие и стойкие изменения сопровождались:

а) снижением уровня содержания Т4 и Тз;

б) нарушением межгормональных взаимоотношений;

в) повышением содержания биологически активной свободной фракции кортизола;

г) у коров, получавших дозу 17-19 кРад (I группа) на щитовидную железу - изменение уровня гормонов менее выражено, чем у коров, получавших большую дозу - 27-28 кРад (II группа). Следовательно существует дозовая зависимость изменений уровня Т4, Тз, инсулина и кортизола.

По группам овец Гомельской области полного соответствия с данными экспериментальных исследований не выявлено. Лучевая болезнь у животных не развивалась.

Результаты изучения изменения гормонального статуса у коров и телят за 1987-1989 гг. показали, что: 1) существует динамика изменения концентрации гормонов у коров “чистых” хозяйств, как физиологическая норма, и грязных хозяйств, как результат действия радиационного излучения; 2) для КРС, находящегося на загрязненной и “чистой” территориях, в осеннее время, динамика изменений величин показателей инсулина и общего кортизола сходна; 3) у коров и телят, находящихся на “чистой” территории, выявлен скрытый гипотиреоз. В весеннее время снижен уровень биологически активных, несвязанных с белками тиреоидных гормонов, незначительно увеличена в крови концентрация тироксинсвязывающего глобулина; 4) среди патологий органов репродукции у коров в загрязненных районах преобладает гипофункция яичников. Подобные отклонения от нормы, согласно литературным данным, могут обуславливаться инкорпорацией Sr-90 в кости таза.

Исследования по определению временной динамики изменения ферментативных показателей на примере -амилазы и соотношения ц-АМФ и ц -ГМФ в крови коров (по группам КРС) в хозяйствах с разной степенью радионуклидного загрязнения по сезонам 1989 года показали, что: 1) существует сезонная и возрастная изменчивость; 2) для КРС хозяйств Гомельской области ферментативные показатели недостаточно изучены; 3) не выявлена дозовая зависимость изменений.

При изучении радиационной патологии у сельскохозяйственных животных необходимо проводить определение ферментативных показателей. Они могут охарактеризовать многие физиологические процессы, происходящие в организме, на биохимическом уровне.

Системный анализ разрозненных статистических данных полевых исследований по показателям иммунитета у сельскохозяйственных животных из хозяйств Гомельской области выявил, что: 1) существует сезонная динамика изменения иммунного статуса КРС, находящегося на территории с различной степенью загрязнения; 2) при введении вакцины против ящура, сибирской язвы, парагриппа-3, колибактериоза, существенных отклонений в клинико-физиологическом состоянии животных нет, в том числе и у коров с признаками радиационного поражения щитовидной железы.

На примере группы коров, которым была введена противоящурная вакцина, изучали формирование иммунитета (21 сутки). Коровы содержались в хозяйствах Гомельской области с разной степенью загрязнения. У всех животных развивался иммунный отклик на вакцинацию. Результаты исследований по выявлению изменений гематологических показателей у привитого крупного рогатого скота Хойникского р-она с.”Стреличево” (2 степень загрязнения) Гомельской области в IV квартале 1988 г., представлены в виде структурно-блочной логико-информационной модели исследования).

Особый научно-практический интерес представляют исследования сельскохозяйственных животных с пораженной щитовидной железой. Йод-131, как показали эксперименты, вызывает развитие лучевой болезни разной степени тяжести. Исследованы животные, у которых поглощенная доза Йод-131 на щитовидную железу в 1986 г. после длительного пребывания в 30 км зоне составила от 16,0 до 27,0 кРад, в прилегающих загрязненных районах – от 5, 5 до 9,8 кРад.

У крупного рогатого скота с высокой поглощенной дозой в щитовидной железе (18,0 – 28,0 рад) отмечались изменения в клинических показателях и патология репродуктивной системы в первые два года после аварии. Определено, что при хроническом поступлении радионуклидов, мощность поглощенной дозы в течение года не менялась.

В группах коров с радиационным поражением щитовидной железы (27-28 кРад - I группа; 17-19 кРад на щитовидную железу - II группа) были выявлены нарушения в системе воспроизводства. В группе коров, полу­чавших дозу 27-28 кРад на щитовидную железу, заметно снижен индекс оплодотворяемости в 1987 г. В 1989 г. падение значений индекса оплодотворяемости в отмечается в обеих группах. При сравнении оплодотворяемости и продолжительности сервис периода - сходная картина динамики по годам для обеих групп. В 1988 г. они низкие в I группе. Изменения показателей гормонального статуса у коров с радиационным поражением щитовидной железы, вероятно обусловили изменения других показателей.

Динамические исследования клинико-гормонального статуса крупного рогатого скота и овец с выраженными признаками радиационного поражения щитовидной железы показали, что в послеаварийный период отмечается общее улучшение клинического состояния у большинства поголовья, но у отдельных особей - выраженные признаки микседемы. У животных, получивших более высокую дозу на щитовидную железу (I группа), спустя 4 года после аварии отмечается тенденция к восстановлению воспроизводительных качеств и продуктивных показателей.

У потомства, полученного от коров с радиационным поражением щитовидной железы, обнаруживали: 1) изменения в коагулограмме - гиперкоагуляция (телята 1-2 месяца); 2) повышение уровня циклических нуклеотидов в 1,5-1,9 раза; 3) снижение уровня эритроцитов; 4) содержание тромбоцитов в 2 раза выше контрольного.

Отклонения от нормы по биохимическим показателям крови у потомства, полученного от I группы коров, характеризовались: для бычков - снижение относительно нормы; для телят - небольшое преобладание выше нормы, но есть и снижение относительно нормы.

Оценить продуктивные качества скота можно на основе прижизненной оценки показателей продуктивности – привес, удой, настриг шерсти, количество и жизнеспособность потомства, и как продукцию животноводства. Логико-информационную модель следует использовать для оценки продуктивности сельскохозяйственных животных. При оценке продуктивности овец, облученных в эксперименте, необходимо определить - при каких дозах и в каких целях могут быть использованы сельскохозяйственные животные.

Чем тяжелее лучевая болезнь, тем ниже продуктивные показатели, воспроизводство и жизнеспособность потомства. Например, установлено, что при I степени хронической лучевой болезни, острой легкой и средней степени тяжести у овец в эксперименте существенных отклонений от нормы массы тела не отмечалось; при II и III степенях тяжести хронической лучевой болезни (через 60 суток), острой тяжелой и крайне тяжелой степени тяжести (через 15 суток) наблюдалось достоверное снижение прироста живой массы в прямой зависимости от величины дозы облучения.

Результаты системного логико-информационного моделирования напряженности радиоэкологической ситуации в изучаемом регионе показали, что хозяйственное использование сельскохозяйственных животных с лучевой болезнью ограничено. Из проведенного анализа явствует, что овцы, перенесшие легкую степень острой или I степень хронической лучевой болезни, могут использоваться с хозяйственными целями без ограничения, а овцы, перенесшие среднюю степень острой или II степень хронической лучевой болезни, могут использоваться для получения мяса, шерсти в течение 4-5 лет, для воспроизводства стада последующих 2-3 года. Мясная и шерстная продуктивность у них снижается на 25-30%, а выход потомства на 30-50%. В дальнейшем развивается бесплодие, а в случае получения от них потомства – оно не жизнеспособно; овцы с тяжелой или крайне тяжелой степенью острой или III степенью хронической лучевой болезни, подлежат убою на мясо, которое используется только при проведении соответствующих мероприятий по переработке туши или для технических целей.

На основе структурных модельных схем оценены продуктивные качества овец с разной степенью тяжести лучевой болезни, исследована патология, в том числе и у их потомства.

Результаты исследования показателей воспроизводства по группам коров с пораженной щитовидной железой (I, II группа) в хозяйствах Гомельской области показали существенные различия. Так, количество стельных во все годы исследования было больше во второй группе и от них было получено больше жизнеспособных телят.

Анализ сравнения показателей продуктивности коров с пораженной щитовидной железой, полученного от них молодняка и группой контрольных животных, показал, что существуют отклонения в продуктивных показателях от нормы, которые связаны с дозой облучения щитовидной железы.

Исследования воспроизводства и продуктивности сельскохозяйственных животных, подвергавшихся воздействию радиации после аварии на ЧАЭС, показали, что наиболее выраженные изменения регистрировались у животных с большей поглощенной щитовидной железой дозой, вследствие потребления загрязненного корма и пребывания на территории с высокой плотностью загрязнения; стельность коров и патология репродуктивных органов по хозяйствам с разной степенью загрязненной не различается. При этом установлено, чем выше доза, тем меньше продуктивные показатели. При хронической лучевой болезни III степени тяжести и острой лучевой болезни крайне тяжелой степени тяжести стоимость прироста и шерсти минимальна, потомства нет. За четыре года исследования не установлена зависимость изменения показателей от полученной дозы.

Спустя 4 года после аварии отмечали тенденцию к восстановлению воспроизводительной функции и репродуктивных показателей, в том числе и у скота с пораженной щитовидной железой.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что при лучевой болезни, не вызывающей летальных исходов, отмечается снижение продуктивных показателей у сельскохозяйственных животных. В случае легкой степени тяжести лучевой болезни, животных можно использовать. В случае средней – использование животных ограничено. Но для всех групп необходимо разрабатывать сбалансированные рационы кормов.

Проведенные исследования указали на необходимость методического сбора и системного анализа информации, на актуальность использования универсальных методик. Структурно-логические схемы позволяют целенаправленно проводить исследования. Они должны помочь выявить сочетанные воздействия. На их основе можно проводить оценочные исследования.

В результате проведенных исследований нами разработаны 3 математические модели, которые могут быть использованы как по отдельности, так и в комплексе. Математическая модель по методу кубической интерполяции между тремя переменными (гематологическими) показателями определяет временную зависимость изменчивости генетически связанных гематологических показателей от дозы, характеризует лучевую патологию, указывает на исход лучевой болезни. Она является прогностической и может использоваться как тест-модель на воздействующий фактор. Временная динамика генетически связанных гематологических показателей является специфической картиной изменения на воздействующий фактор.

Логико-информационное моделирование устанавливает причинно-следственные связи, выявляет «слабое или сильное звено», что позволяет разработать мероприятия по стабилизации и улучшения ситуации. Он позволяет проводить имитационное моделирование и делать прогнозные оценки. На его основе разработаны универсальные модели системного анализа радиобиологической ситуации и оценена напряженность радиоэкологической напряженности в загрязненных хозяйствах Гомельской области.

На основе разработанного методологического подхода к изучению радиационной патологии и радиоэкологической напряженности ситуации можно не только систематизировать большие объемы информации, оценивать и прогнозировать ситуацию, но и определять варианты ее развития. Это важно для достижения цели обеспечения рационального планирования и рентабельного ведения агропромышленного комплекса в условиях радионуклидного загрязнения территории.

Предложения для ведения радиоэкологических исследований

Результаты проведенных исследований легли в основу разработанных нами и утвержденных Минсельхозом РФ, “Методических рекомендаций” для проведения мониторинга в хозяйствах с радионуклидным загрязнением.

Предложены варианты использования разработанной компьютерной программы для сбора, хранения, обработки информационных показателей, системному анализу данных и модельных исследований.

Проведенные исследования доказывают эффективность разработанных методов. Использование их в диагностике радиационной патологии и оценке напряженности радиоэкологической ситуации реализуется путем: биоиндикаторных тест-систем и системы экспертных оценок включением в расчет интегральной оценки развития лучевой патологии сельскохозяйственных животных; временные и дозово-зависимые на радиационную патологию тест-карты качественно-количественных изменений по гематологическим элементам, на основе которых следует проводить экспертный анализ; структурных модельных логико-информационных графовых схем исследования радиобиологических процессов и радиоэкологических ситуаций. Расчет комплексной оценки состояния системы и модельных исследований эффективен при использовании:

- математического метода кубической интерполяции (сspline method) для изучения динамики изменения гематологических показателей при воздействии на организм различных доз радиации;

- метода структурно-графовых логико-информационных модельных схем исследования и методов математического системного позволяет изучать динамику радиобиологических и радиоэкологических процессов, оценивать радиационную патологию, радиационно-гигиеническую ситуацию в животноводческом комплексе и его рентабельность.

При оценке радиационно-гигиенической ситуаций и выявления радиоэкологической напряженности эффективно использовать результаты ГИС и логико-информационного моделирования.

Разработанные методы системного анализа данных и моделирования позволяют делать прогнозные оценки и эффективно управлять агро-промышленным комплексом в условиях радионуклидного загрязнения территории.

4 ВЫВОДЫ

1. Впервые разработан метод логико-информационного моделирования радиационной патологии и радиоэкологической ситуации. Принцип моделирования - расчет данных по модели графа, включая результаты методов системного анализа информативных данных.

2. Достоверность результатов математического моделирования лучевой болезни различной степени тяжести на примере гематологических элементов, подтверждено результатами экспериментального моделирования радиационной патологии у овец.

3. Впервые на основе анализа одного гематологического показателя (трех форменных элементов крови), определенного не менее трех – четырех раз за время эксперимента с использованием модели cspline, можно диагностировать степень тяжести лучевой патологии у сельскохозяйственных животных, находящихся в условиях радиационного воздействия. Вид математически рассчитанных кривых с помощью модельного метода, отражает картину изменения гематологических показателей на воздействующую дозу и характеризует степень тяжести лучевой патологии.

5. С помощью логико-информационной модели в соответствии с теорией графа, используя метод ранжирования показателей – результатов перерасчета относительно нормы, определена напряженность радиоэкологической ситуации по хозяйствам Гомельской области в первые годы после аварии на ЧАЭС. Результаты моделирования свидетельствуют об улучшении ситуации. На основе типов напряженности радиоэкологической ситуации после аварии на ЧАЭС по хозяйствам Гомельской области, разработана балльная система оценки напряженности ситуации.

6. Установлено, что с помощью имитационного моделирования по разработанной модели возможно прогнозное моделирование, с целью эффективного управления ситуацией в агропромышленном комплексе.

7. Разработанные методы и модели легли в основу “Методического руководства по проведению мониторинга, в случаях радионуклидного загрязнения территории, на основе логико-информационных модельных схем исследования”, утвержденного Минсельхозом России. Они могут быть использованы с практическими целями для оценки экологической ситуации.

5 СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии и методические пособия

1. Павлова С.А.Фермент - структурно-функциональная единица модельных исследований. Симферополь: Издательский центр КГМУ, 2000.- 170 с.

2. Павлова С.А.Динамические факторы. Некоторые общие методы исследования динамики показателей морских экосистем различного уровня сложности. Симферополь: Издательский центр КГМУ, 2000.- 240 с.

3. Павлова С.А.Фактор радиации – радиобиологические, радиоэкологические эффекты. Симферополь: Издательский центр КГМУ, 2000 г. 260 с.

4. Павлова С.А.Фактор радиации – биосистемы и радиоэкологические ситуации. Симферополь: Издательский центр КГМУ, 2000.-.250 с. Соавтор Ильязов Р.Г.

5. Павлова С.А.“Методическое руководство по проведению мониторинга, в случаях радионуклидного загрязнения территории, на основе логико-информационных модельных схем исследования”. 2000.- 66 с. Утверждено: Национальной академией наук Украины, Крымским отделением академии наук Украины, Минсельхозом России.

6. Павлова С.А. Математические понятия и методы в радиобиологических исследованиях. Севастополь: ЭКОСИ “Гидрофизика”, 2002.- 84 с.

7. Павлова С.А.Основы общей экологии. Научно-учебное пособие. Севастополь: ЭКОСИ “Гидрофизика”, 2002.-200 с.

8. Павлова С.А.Основы социальной экологии. Научно-учебное пособие. Севастополь: ЭКОСИ “Гидрофизика”, 2002.- 220 с.

9. Павлова С.А. Рекомендации к получению экспертной оценки экологической ситуации на основе методов системного анализа (методические руководства). Социально-экономический ун-т, Артпринт. 2004. 108 с. Утверждено: Национальной академией наук Украины, Крымским отделением академии наук Украины, Минсельхозом России. 2000.- 66 с.

10. Павлова С.А., Павлов И.Е., Чупров К.А. Инвестиции в природоохранную деятельность при строительстве крупных промышленных объектов. СФ СГСЭУ, Артпринт.2009.-150 с.

В журналах ВАК России

1. Павлова С.А. Рекреационные ресурсы города Севастополя. // Вестник МГУ, География, 2003.- № 4, серия 5, С. 28-30. Соавтор Привалова И.П.

2. Павлова С.А. Изучение сопряженных геосистем Севастопольской бухты. //Проблемы региональной экологии. № 4, 2006.- С. 70-73.

3. Павлова С.А. Структурные особенности морского прибрежного природно-техногенного комплекса на примере Севастополя. // Проблемы региональной экологии. № 3, 2008.- С.40-44.

4. Павлова С.А. Особенности изменения гематологических показателей – основа диагностики радиобиологических эффектов. //Ветеринария и кормление. 2008.- № 5. -С. 30-31.

5. Павлова С.А. Особенности воздействии радиоактивного йода на сельскохозяйственных животных. //Ветеринария и кормление.. 2008.- № 6.-С.30-31.

6. Павлова С.А. Схемы исследования патологии щитовидной железы у животных в зоне радиоактивного загрязнения. // Ветеринария. 2008.- № 7.-. С. 47-49.

7. Павлова С.А. Методы системного анализа для оценки радиоэкологической ситуации. //Ветеринария.. 2008.- № 11.- С. 41-44.

8. Павлова С.А. Исследование экологической ситуации на основе модельных логико-информационных методов. // Вестник РУДН, серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». 2008.- № 4.- С. 134–135.

9. Павлова С.А. Структурно-логические схемы как метод оценки экологической ситуации. // Экология и промышленность. 2005.- № 5.- С. 40-42.

10. Павлова С.А. Тест-индикаторные системы радиобиологических эффектов. // Аграрные науки. 2008.- № 9.- С.39-40.

11. Павлова С.А. Методы получения экспертной оценки ситуации в агро-промышленном комплексе. // Аграрные науки. 2008.- № 11.- С.12-14.

12. Павлова С.А. Понятие сопряженных систем морского прибрежного региона. // Вестник МГОУ. Серия «Естественные науки». 2008.- № 4.- С. 23-26.

13. Павлова С.А. Зональное районирование сопряженных систем морского прибрежного региона. // Вестник МГОУ. Серия «Естественные науки». 2008.- № 4.- С. 16-22.

14. Павлова С.А. Не делить Черное море, а сообща беречь. // Экология и жизнь. 2008,- № 11.- С.16-21.

15. Павлова С.А. Структура системы экологического управления ПТК Севастополя. // Экономика природопользования., 2009.- № 2.- С.46-59.

16. Павлова С.А., Павлов И.Е., Чупров К.А.Историческая обусловленность напряженности геоэкологической ситуации морского прибрежного экорегиона. // Столыпинские чтения. 2011.- № 2.- С. 15-18.

17. Павлова С.А., Павлов И.Е., Чупров К.А. Активы сельского и лесного хозяйства Севастопольского региона. // Столыпинские чтения. 2011.- № 2.- С. 34-37

18. Павлова С.А., Павлов И.Е., Чупров К.А. Международные и внутригосударственные правовые механизмы России и Украины по обеспечению экологической безопасности в Черноморском регионе. // Столыпинские чтения. 2011.- № 2.- С. 41-43

19. Международное сотрудничество России и Украины по обеспечению экологической безопасности в Черноморском бассейне. //Евразийский юридический журнал. 2011.- № 7.- С.6-8.

20. Павлова С.А., Сургучева Л.М. Оценка напряженности радиоэкологической обстановки. //Ветеринарный врач. 2011.- № 6.- С.29-31.



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.