Радиобиология

Материал из «Знание.Вики»
Наука
Радиобиология
Радиационная биология
The effect of uranium, thorium, radium, radon and polonium on the body.svg
Предмет изучения действие ионизирующего излучения на живые организмы
Период зарождения XX век
Основные направления радиационная генетика, радиоэкология, радиационная гигиена, радиационная эпидемиология
Commons-logo.svg Медиафайлы на Викискладе

Радиобиология — наука о действии всех видов ионизирующих излучений на живые организмы, их сообщества и биосферу в целом.

История

Исследование биологического действия ионизирующих излучений началось почти тотчас за открытием этих излучений Вильгельмом Рентгеном в 1895 году и Антуаном Беккерелем в 1896 году и открытием радия Марии Склодовской-Кюри и Пьера Кюри в 1898 году. В 1896 году русский физиолог Иван Тарханов опубликовал работу о возможном влиянии рентгеновских лучей «на ход жизненных функций». В начале XX века в России влияние ионизирующих излучений на живые организмы изучал Ефим Лондон, опубликовавший в 1911 году монографию «Радий в биологии и медицине»[1][2][3].

В 1904 году Георг Питерс обнаружил нарушение деления в облученных клетках, а в 1905 году было обнаружено появление токсических веществ в крови облученных животных. В 1906 французские исследователи Жан Бергонье и Луи Трибондо обратили внимание на зависимость радиочувствительности клеток от интенсивности и длительности их делений, а также степени дифференцировки. К 20-м годам накопилось много разрозненных наблюдений о действии рентгеновского и гамма-излучений на разные биологические объекты. Однако эти исследования проводились различными специалистами — физиологами, зоологами, ботаниками, медиками в рамках своих наук, а не одной. В 20—30-е годы принесли ряд крупных открытий и новых идей, ускоривших становление Радиобиологии как науки. В 1925 советские учёные Георгий Надсон и Григорий Филиппов открыли на низших грибах мутагенное действие рентгеновских лучей; работы по радиационному мутагенезу осуществили в 1927 году Герман Меллер (на дрозофиле) и в 1928 году Льюис Стедлер (на высших растениях). Эти открытия легли в основу радиационной генетики[1][2][3].

В 1920 году Надсон, а в 1925 году Пол Анцель пришли к выводу, что наблюдаемые радиационные повреждения клетки — результат двух противоположных процессов: развития повреждения и одновременно идущего процесса восстановления. Работами Фридриха Дессауэра в 1922 году, Фернанда Хольвека в 1928—1938 годах были развиты представления о дискретности ионизирующих излучений, о процессе поглощения энергии как сумме единичных актов взаимодействия фотона или частицы с отдельными молекулами или структурами клетки. Общий закон фотохимии, согласно которому химическую реакцию в веществе может вызвать только поглощённая часть падающего на него света, распространяется и на ионизирующие излучения. В конце 20 — начале 30-х годов Джеффри Кроутер, а также Фернанд Хольвек и Александр Лакассань, анализируя кривые зависимости эффекта (гибель клеток) от дозы облучения, для объяснения его вероятностного характера вводят представление о наличии в клетке особого чувствительного объёма — «мишени»; попадание ионизирующей частицы в «мишень» и вызывает наблюдаемый эффект. Мишени теория как формальное обобщение многих наблюдаемых явлений была окончательно сформулирована Николаем Тимофеевым-Ресовским и английским учёным Дейвид Ли в 1946 году. В 40-е — начале 50-х годов благодаря быстрому развитию ядерной физики и техники, а также в результате радиоактивного загрязнения окружающей среды вследствие испытаний ядерного оружия резко возрос интерес к последствиям биологического действия ионизирующих излучений. Именно в эти годы Радиобиология формируется как самостоятельная область науки[1][2][3].

Задачи радиобиологии

Электромагнитный спектр (свет выдвинут на первый план)

Радиобиология граничит с научными дисциплинами, исследующими биологическое действие электромагнитных волн инфракрасного, видимого и ультрафиолетового диапазонов и радиоволн миллиметрового и сантиметрового диапазонов. Специфика Радиобиологии обусловлена большой энергией квантов и частиц (α-частиц, электронов, позитронов, протонов, нейтронов), значительно превосходящей энергию ионизации атомов, и способностью частиц проникать в глубь облучаемого объекта, воздействуя на все его структуры, составляющие их молекулы и атомы[1][2][3].

В связи с интенсивными испытаниями ядерного оружия и повсеместным загрязнением Земли радионуклидами, в первую очередь долгоживущими нуклидами 90Sr и 137Cs, перед Радиобиологией встают новые задачи изучения особенностей действия проникших внутрь организма (инкорпорированных) излучателей с их специфическим распределением по тканям, различной длительностью выведения из организма и хроническим облучением клеток. Проблемы хронического действия малых доз радиации приобретают большую актуальность и в связи со всё убыстряющимися темпами развития ядерной энергетики[1][2][3].

Проблемы радиобиологии

Перед Радиобиологией возникают новые проблемы: всестороннее исследование радиационного поражения многоклеточных организмов при их тотальном облучении, познание причин различной радиочувствительности организмов, роли радиации в возникновении вредных мутаций, изучение закономерностей и причин возникновения отдалённых последствий облучения (сокращение продолжительности жизни, возникновение опухолей, снижение иммунитета). Актуальными для Радиобиологии становятся такие практические задачи, как изыскание различных средств защиты организма от излучений и путей его пострадиационного восстановления от повреждений, прогнозирование опасности для человечества повышающегося уровня радиации окружающей среды, изыскание новых путей использования ионизирующих излучений в медицине, сельском хозяйстве, пищевой и микробиологической промышленности[1][2][3]. Строительство ускорителей ядерных частиц, применение в медицине плотноионизирующих излучений, проникновение человека в космос поставили перед Радиобиологией ряд новых проблем, в том числе исследование относительной биологической эффективности нейтронов и протонов больших энергий, многозарядных ионов, пи-мезонов; изучение одновременного действия радиации и других факторов космического полёта (невесомости, вибрации); исследование действия радиации на высшую нервную деятельность человека в условиях космоса[1][2][3].

Разделы радиобиологии

Преимущества работы с микроорганизмами при проведении радиобиологических исследований способствовали быстрому развитию и оформлению самостоятельной ветви Радиобиологиирадиационной микробиологии, основы которой были заложены в 20-е годах XX века. Микроорганизмы широко используются для выяснения общих закономерностей воздействия ионизирующих излучений на клетки или различные внутриклеточные структуры — органоиды, для выяснения механизмов радиационного мутагенеза и многих других проблем Радиобиологии. Исследования по радиочувствительности микроорганизмов, показавшие поразительную устойчивость некоторых из них к облучению, значительно изменили наши представления о возможных границах существования жизни в экстремальных радиационных условиях. Многогранность задач, стоящих перед современной Радиобиологией, привела к развитию радиоэкологии, радиационной генетики. Исследования в области Радиобиологии лежат в основе практического применения ионизирующих излучений в лучевой терапии злокачественных новообразований; на их базе разработаны эффективные методы лечения лучевой болезни, они послужили теоретическим фундаментом для использования ионизирующих излучений в борьбе с сельскохозяйственными вредителями, для выведения новых сортов сельскохозяйственных растений (радиационная селекция), повышения урожая путём предпосевного облучения семян, продления сроков хранения сельскохозяйственного сырья, для лучевой стерилизации медицинских препаратов. Интенсивно развивающаяся ветвь Радиобиологиикосмическая радиобиология — решает эти вопросы как в земных условиях (эксперименты с использованием современных ускорителей, специальных стендов), так и при полётах в космос. Данные космической радиобиологии необходимы для прогнозирования и обеспечения безопасности полётов человека в космос[1][2][3].

Объекты и методы в радиобиологии

В соответствии с объектами радиобиологических исследований (уровней организации живого) в радиобиологии выделяют три раздела:

Важной чертой радиобиологических методов исследования является количественное сопоставление рассматриваемого эффекта с вызвавшей его дозой излучения, её распределением во времени и объёме реагирующего объекта[3].

Примечания

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 Радиобиология / Большая советская энциклопедия // Глав. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — Москва : Сов. энциклопедия, Т. 21: Проба-ременсы. — 1975. — 639 с.
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 Радиобиология / Большая медицинская энциклопедия // гл. ред. акад. Б. В. Петровский ; [Акад. мед. наук СССР]. — 3-е изд. — Москва : Сов. энциклопедия, Т. 21: Преднизон - Растворимость. — 1983. — 544 с.
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 Основы радиационной биологии / Акад. наук СССР. Ин-т биол. физики ; Под ред. чл.-кор. АН СССР А. М. Кузина и д-ра биол. наук Н. И. Шапиро. — Москва : Наука, 1964. — 404 с

Литература

  • Радиобиология / Большая Российская энциклопедия // научно-редакционный совет: председатель - Ю. С. Осипов и др. — Москва : Большая Российская энциклопедия, Т. 28: Пустырник - Румчерод. — 2015. — 766 с. — ISBN 978-5-85270-365-1
  • Радиобиология / Большая советская энциклопедия // Глав. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — Москва : Сов. энциклопедия, Т. 21: Проба-ременсы. — 1975. — 639 с.
  • Радиобиология / Большая медицинская энциклопедия // гл. ред. акад. Б. В. Петровский ; [Акад. мед. наук СССР]. — 3-е изд. — Москва : Сов. энциклопедия, Т. 21: Преднизон - Растворимость. — 1983. — 544 с.
  • Основы радиационной биологии / Акад. наук СССР. Ин-т биол. физики ; Под ред. чл.-кор. АН СССР А. М. Кузина и д-ра биол. наук Н. И. Шапиро. — Москва : Наука, 1964. — 404 с.
  • Основы радиобиологии / Пер. с англ. Б. И. Генгринович [и др.] ; Под ред. и с предисл. Я. М. Варшавского [и др.]. — Москва : Изд-во иностр. лит., 1963. — 500 с.
WLW Checked Off icon.svg Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!