Модуль 4

Природные источники ионизирующей радиации. Механизмы защиты биологических объектов от поражающего действия радиации.

Радиационная экология. Естественный радиационный фон. Космическое излучение. Природная радиоактивность. Естественная радиоактивность почвы, воздуха, природных вод, растительного и животного мира. Радиоактивность тела человека. Фоновое облучение человека. Дозовые пределы облучения.

Модификация радиорезистентности биологических объектов. Радиосенсибилизаторы и радиомиметики. Радиопротекторы. Радиопрофилактический эффект, его опосредование. Механизмы противолучевой защиты. Гипотеза эндогенного фона радиорезистентности.

Защита и кислородный эффект. Общий механизм модификации репродуктивной гибели клеток. Защита от отдаленных последствий облучения. Противолучевая защита человека.

Заключение.

Электронная версия учебного пособия «Радиобиология»

Лекция 1

Введение.

Все живое существует и развивается в мире излучений - от высокоэнергетических γ- квантов до низкочастотных радиоволн, т.е. для биосферы земли излучения - это среда: 1) это источник энергии; 2) это способ получения информации; 3) это важнейший фактор изменчивости. Такие фундаментальные биологические процессы как фотосинтез, фототаксис, фотопериодизм, зрение, радиационный мутагенез - в своей природе, в своей физической основе представляют собой особые случаи взаимодействия излучений с биологическими структурами.

Радиобиология - наука исследующая действие атомной радиации на все живые организмы (начиная с простейших, растений, животных и кончая человеком) их сообщества и биосферу в целом.

Актуальность исследования биологического действия ионизирующих излучений продиктована, по крайней мере, тремя обстоятельствами: 1) Все живые организмы подвергаются действию естественного радиационного фона, который составляют космические лучи и излучения радиоактивных элементов земной коры; 2) С появлением ядерных исследований и технологий и внедрением радиоактивных излучений в медицинскую практику возникла опасность облучения человека смертельными дозами радиации; 3) Разработка эффективных методов лучевой терапии опухолей и других патологических состояний невозможна без средств направленного изменения чувствительности клеток и тканей к радиационному воздействию.

Основной задачей, составляющей предмет радиобиологии, является вскрытие закономерностей ответа биологических объектов на радиационное воздействие.

Способность радиации взаимодействовать с любыми молекулами и структурами клетки обусловливает необходимость проведения исследований на всех уровнях биологической организации: от молекулярного до популяционного.

История радиобиологии

1895 г.

В.К.РЕНТГЕН – открытие Х – лучей.

1896 г.

А.БЕККЕРЕЛЬ – открытие естественной радиоактивности. И.Ф.ТАРХАНОВ – реакции лягушек и растений на облучение.

1898 г.

М.СКЛОДОВСКАЯ – КЮРИ и П.КЮРИ – открытие радиоактивных свойств полония и радия.

1901 г.

В.К.РЕНТГЕН – Первая Нобелевская премия по физике за открытие лучей, названных его именем.

1903 г.

Е.С.ЛОНДОН – летальное действие радия на мышей.

1906 г.

Ж.БЕРГОНЬЕ, Л.ТРИБОНДО – различие в степени выраженности реакции разных клеток на облучение.

1922 г.

Ф.ДЕССАУЭР – первая теория, объяснявшая радиобиологический эффект дискретностью событий – актов ионизации в чувствительном объеме.

1924 г.

Дж.КРОУЗЕР сформулировал « теорию удара»; введено понятие «мишени».

1925 г.

Работы Г.А.НАДСОНА и Г.С.ФИЛИППОВА о мутациях плесневых грибов после облучения.

1927 г.

Г.МЁЛЛЕР на У Международном генетическом конгрессе в Берлине доложил о мутагенном действии ионизирующего излучения на дрозофилу; начало радиационной генетики. Л.СТЕДЛЕР – возникновение хромосомных аберраций в клетках облученных растений. Открытие радиотоксинов.

1928 г.

В Стокгольме создана Международная комиссия по радиационной защите от рентгеновских лучей и радия (МКРЗ). Принята международная внесистемная единица измерения экспозиционной дозы – рентген.

1932 г.

Г.А.ЛЕВИТСКИЙ, А.Г.АРАРАТЯН – фрагментация хромосом под действием рентгеновского излучения.

1935 г.

Н.В.ТИМОФЕЕВ –РЕССОВСКИЙ ввел понятие «миграция энергии». Н.В.ТИМОФЕЕВ-РЕССОВСКИЙ, К.Г.ЦИММЕР и М.ДЕЛЬБРЮК сформулировали основные положения радиационной генетики.

1936 г.

Открытие в Гамбурге памятника 169 жертвам радиационных поражений.

1941 г.

Т.АНДЕРСОН – наличие кислорода в клетке усиливает радиобиологический эффект.

1945 г.

Первое испытание атомной бомбы в США. Взрывы атомных бомб с плутониевым зарядом в Хиросиме и Нагасаки.

1946 г.

Д.ЛИ – теория мишени.

1947 г.

Д.ЛИ, Н.В.ТИМОФЕЕВ-РЕССОВСКИЙ и К.Г.ЦИММЕР - окончательно сформулированы принцип попадания и мишени и теория мишени.

1949 г.

З.БАК.- фармакологическая защита(цианистый натрий, цистеамин).Г.ПАТТ – защитные свойства цистеина. А.И.КЕЛЬНЕР,Р.ДУЛЬБЕККО – впервые показали способность клеток восстанавливать первичные повреждения, индуцированные в ДНК радиацией.

1954 г.

Р.ЦИРКЛЬ – ввел понятие «линейная потеря энергии» (ЛПЭ).Б.РАЕВСКИЙ – зависимость средней продолжительности жизни животных от дозы облучения.

1955 г.

П.АЛЕКСАНДЕР, З.БАК – корреляция между радиозащитной активностью соединений различных классов. О.ХУГ, А.КЕЛЛЕРЕР – Стохастическая теория.

1956 г.

Введен «Рад» - единица измерения поглощенной дозы.

1958 г.

П.Д.ГОРИЗОНТОВ – ввел понятие «радиотоксины».

1959 г.

В.И.КОРОГОДИН – существование истинного пострадиационного восстановления.

1960 г.

М.ЭЛКИНД – восстановление клеток от сублетальных повреждений. Ф.СОБЕЛЬС – возможность репарации генных мутаций, вызванных ионизирующим излучением.

1961 г.

Вышел в свет первый номер журнала «Радиобиология» ( с 1993г.-«Радиационная биология. Радиоэкология»).

1962 г.

Б.Н.ТАРУСОВ – теория цепных процессов лучевого поражения.

1964 г.

Н.В.ЛУЧНИК, Л.С.ЦАРАПКИН – восстановление разрывов хромосом после облучения. А.М.КУЗИН – Структурно-метаболическая гипотеза.

1965 г.

Г.ПЛАНЕЛЬ – Природный радиационный фон (ПРФ) необходим для нормального роста и развития биоты.

1970 г.

Ю.Б.КУДРЯШОВ, Е.Г.ГОНЧАРЕНКО – открытие первичных радиотоксинов.

1971 г.

А.К.ГУСЬКОВА, Г.Д.БАЙСОГОЛОВ – описание всех основных форм лучевой болезни. Е.Ф.РОМАНЦЕВ – изменение состояния биохимических систем после действия радиопротекторов.

1975 г.

Введен «Грей» - единица измерения поглощенной дозы в системе СИ.

1979 г.

Париж – принятие ХУ1 Генеральной конференцией по мерам и весам единицы эквивалентной дозы Зиверт (Зв).

1981 г.

А.А.ЯРИЛИН – клеточные механизмы действия радиации на иммунитет.

Изданы Нормы радиационной безопасности НРБ-76.

1986 г.

А.М.КУЗИН – Структурно-метаболическая теория.

Авария на четвертом блоке Чернобыльской АЭС.

Историю становления радиобиологии, как самостоятельной научной дисциплины можно четко разбить на три основных этапа:

1 этап – последние годы Х1Х ст. и первые два десятилетия ХХ века. Это годы накопления фактов, большей частью еще разрозненных, о действии рентгеновского излучения и излучения радиоактивных элементов на различные биологические объекты.

2 этап – 20 – 30-е годы прошлого столетия и до начала второй мировой войны.

Это этап закладки фундаментальных теоретических разработок о механизме действия радиации. Однако к началу войны радиобиология как наука еще не оформилась, даже термин «радиобиология» существовал лишь среди узких специалистов.

3 этап начался в 40 – 50 годы когда были созданы, испытаны и использованы в Японии американские атомные бомбы. Начались испытания ядерного оружия в ряде стран, возникла реальная потенциальная опасность радиационного поражения биосферы. Резко возрос интерес к последствиям биологического действия ионизирующей радиации.

В эти годы радиобиология окончательно формируется, как самостоятельная область науки.

Работы, выполненные в конце 70-х и начале 80-х годов, не принесли ничего принципиально нового в развитие радиобиологии. Более того, в СССР и некоторых других странах в первой половине 80-х наблюдались тенденции к свертыванию радиобиологических работ. Так, в Советском Союзе количество радиобиологических лабораторий к этому периоду уменьшилось по сравнению с 60-ми годами почти в 3 раза. У нас, в БССР, тоже была закрыта лаборатория радиационной биохимии в Институте физиологии АН БССР.

Все это можно было связать с некоторой самоуспокоенностью, обусловленной запретом испытаний ядерного оружия и снижением радиационного фона, недальновидностью некоторых руководителей науки. Драматические события на Чернобыльской АЭС показали вред такого самоуспокоения. В частности оказалось, что в стране мало квалифицированных специалистов-радиобиологов, низка радиобиологическая грамотность населения. Можно согласиться с той точкой зрения, что в настоящее время мы находимся в начале 4-го этапа развития радиобиологии, отсчет которого начался 26 апреля 1986 года.

Современная радиобиология представляет собой не только самостоятельную комплексную дисциплину, но имеет четко выделенные отдельные направления. Главные из них: общая радиобиология, радиационная биохимия и биофизика, радиационная цитология, радиационная генетика, радиационная экология, противолучевая защита и терапия радиационных поражений, космическая радиобиология, радиационная иммунология, радиационная гигиена и получившая активное развитие в настоящее время радиобиология опухолей.

Последние 5 направлений могут быть с достаточным основанием объединены в одну крупную ветвь радиобиологии – медицинскую радиобиологию. Еще одним, сравнительно новым направлением радиобиологии является радиобиология неионизирующих излучений.

В ряду научных направлений, определяющих сегодня развитие общей радиобиологии, особое место принадлежит радиационной биофизике и биохимии, в задачу которых входит изучение процессов, происходящих при поглощении лучистой энергии, в итоге приводящих к радиационному поражению или даже к гибели клетки и организма. Именно эти процессы лежат в основе главного парадокса современной радиобиологии – несоответствия последствий от воздействия атомной радиации – величине поглощенной энергии.

Доступная литература: (9) – стр.11-27; (10) – стр.9-28