Вилен Барабой - Ядерные излучения и жизнь

Метод меченых атомов позволяет биологам и медикам изучить физиологические процессы в условиях эксперимента, наиболее приближающихся к тем, которые имеют место в неповрежденном организме.

Уже вскоре после применения этого метода были получены очень интересные и важные результаты. Новым явилось для биологов прямое доказательство постоянного и непрерывного обновления всех составных частей организма и та неожиданная быстрота, с которой совершаются процессы перемещения вещества, сложные процессы белкового обмена и обмен минеральных веществ.

Ничтожно малое количество радиоактивного вещества, не нарушающее равновесия между протекающими в теле процессами, легкость выявления и определения местоположения изотопа, возможность в некоторых случаях проведения исследований на живом организме обусловили успешное применение метода радиоактивных индикаторов почти во всех областях биологии. Полученные этим методом данные в настоящее время широко используются в медицине и сельском хозяйстве. Например, через четыре часа после подкожного введения крысам фосфора 18,6% его было найдено в костях, 15,4% - в мышцах и 0,16% - в мозгу. Установлено, что 30% фосфора, находящегося в скелете белых крыс, обновляется в течение одного дня.

Обмен азота в белке многих тканей (печени, почках, крови) на меченый азот происходит с большой быстротой и заканчивается на протяжении трех-четырех суток. В таких тканях, как мышцы, сердце, селезенка, обмен идет медленнее, но не дольше одной-двух недель.

Исследования, проведенные с радиоактивным кальцием, показали, что в костной ткани молодого животного концентрируется 90% введенного кальция, в то время как в кости старого поступает только 40%.

При введении беременным крольчихам радиоактивного железа, связанного с β-1 глобулином, через 17 час. третья часть железа была обнаружена в организме плода. При этом 1 г печени плода, где главным образом концентрируется железо, оказался в 120 раз активнее такого же количества печени матери.

В области физиологии метод меченых атомов дал возможность получить интересные данные относительно перемещения вещества через клеточные оболочки и мембраны и естественные границы между органами и тканями. Так, при помощи воды, меченной тритием, было установлено, что в течение одной минуты 70% воды, содержащейся в русле кровотока, выходит за его пределы и до 70% воды возвращается в этот же срок обратно. С большой скоростью происходит проникновение ионов натрия и калия из русла кровотока во внесосудистую жидкость организма, а ионов калия - и внутрь клеток. Ценные результаты были получены при изучении скорости проникновения вводимых в кровь веществ в спинномозговую жидкость.

Вводя в кровяное русло радиоактивный изотоп, можно определить скорость кровотока. Для этого нужно измерить время, необходимое для того, чтобы радиоактивный изотоп, введенный в вену одной конечности,- был обнаружен счетчиком у другой конечности.

Интересно, что при введении в организм здорового животного солей железа только незначительная часть их поглощается организмом. В том случае, когда животному предварительно было произведено кровопускание, почти все введенное в организм железо усваивается.

При изучении функции щитовидной железы с помощью радиоактивного йода установлено, что уже через несколько минут после введения в организм небольшого количества йодистого калия концентрация радиоактивного йода в щитовидной железе во много раз выше, чем в других органах, тканях и крови. В то же время способность избирательного поглощения йода щитовидной железой значительно изменяется в зависимости от ее функционального состояния. Это позволило разработать применяемые в клинике методы исследования функциональной деятельности щитовидной железы.

В области энтомологии практически важные результаты были получены при изучении дальности и путей миграции различных вредных насекомых, вопросов физиологии насекомых, их питания, механизма действия инсектицидов, переноса насекомыми болезнетворных грибков, бактерий, вирусов. Исследуемых насекомых (или их личинки) метили либо при кормлении, вводя вместе с пищей радиоактивный изотоп, либо путем обработки тела насекомых радиоактивными препаратами. Оказалось, что основная масса домашних мух, являющихся переносчиками таких заболеваний, как дизентерия, в населенных местах перемещается на расстояние до 1 - 2 км от места вылета, а иногда и на более далекие расстояния - до 10 км. С помощью меченных фосфором пчел изучался вопрос о переносе заболеваний пчел из одного улья в другой.

Широко используется метод меченых атомов и в исследованиях по сельскому хозяйству. А. Л. Курсанов, А. М. Кузин, Н. Г. Крюков с помощью радиоактивного углерода - 14 обнаружили новую функцию корневой системы - поглощение корнями углекислоты из почвы и передачу ее в зеленые части растений.

Использование изотопов углерода позволило также лучше изучить один из наиболее сложных биологических процессов - фотосинтез.и наметить пути управления им. Как известно, растения в течение дня "вдыхают" из воздуха углекислый газ и под действием света вырабатывают из него углеводы. Процесс этот, протекающий с участием зеленого красителя растений - хлорофилла, имеет огромное значение в развитии жизни на Земле. Практическое управление этим процессом и возможность осуществления его в искусственных условиях могли бы привести к тому, что человечество не зависело бы, как сейчас, от урожаев сельскохозяйственных культур.

Декабрьский Пленум ЦК КПСС 1963 г. рассмотрел вопрос об ускоренном развитии химической промышленности - важнейшего условия подъема сельскохозяйственного производства и роста благосостояния народа.

Увеличение производства минеральных удобрений дает возможность добиться устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, повысить эффективность сельского хозяйства. Но для того чтобы минеральные удобрения давали наибольшую пользу, нужно уметь правильно их использовать, знать, когда, как и в каком количестве их следует применять. Тут может оказать огромную помощь работникам сельского хозяйства метод меченых атомов.

Путем введения радиоактивного изотопа фосфора - 32 в почву было установлено, что фосфор поступает в растения кукурузы через 2 мин., фасоли - через 5 и ячменя через 10 мин. после набухания семян. Следовательно, обмен веществ у растений с внешней средой начинается сразу же после того, как их семена набухнут или прорастут. Этим была обоснована необходимость внесения фосфорных удобрений в грядки под семена или совместно с семенами при посеве.

Тот же изотоп фосфор - 32 служит для установления коэффициента использования фосфора из удобрений, выбора способов внесения удобрений, оценки работы сельскохозяйственных орудий и машин для внесения удобрений. Применяя этот изотоп, а также радиоактивный углерод, удалось подтвердить выдвинутое советскими учеными положение о том, что основным местом синтеза сахарозы являются листья сахарной свеклы, а в корнях она только отлагается в запас, и что в повышении сахаристости свеклы важная роль принадлежит фосфатному питанию.