Радиобиология

Наука
Радиобиология
Радиационная биология
Предмет изучения	действие ионизирующего излучения на живые организмы
Период зарождения	XX век
Основные направления	радиационная генетика, радиоэкология, радиационная гигиена, радиационная эпидемиология
Медиафайлы на Викискладе

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

История

Вильгельм Рентген

Мария Склодовская-Кюри

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».

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.

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.

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.

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.

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. 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.

Разделы радиобиологии

Преимущества работы с микроорганизмами при проведении радиобиологических исследований способствовали быстрому развитию и оформлению самостоятельной ветви Радиобиологии — радиационной 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 Радиобиологии — космическая 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.

Объекты и методы в радиобиологии

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

• Клеточная радиобиология (клетки, клеточные органеллы, биологические мембраны)
• Молекулярная радиобиология (макромолекулы, «малые молекулы»).
• Радиобиология сложных систем (экологические системы, популяции, многоклеточные организмы, органы и ткани)

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

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.