1. Радиационная биология или радиобиология — это самостоятельная комплексная, фундаментальная наука, состоящая из многих научных направлений, изучающая действие ионизирующих и неионизирующих излучений на биологические объекты.

Этапы развития радиобиологии
Первый этап 1890—1921 гг. описательный этап, связанный с накоплением данных и первыми попытками осмысления биологических реакций на облучение	И. П. Пулюй | В. К. Рентген | А. Беккерель | М. Склодовская | П. Кюри | И. Р. Тарханов | Е. С. Лондон | Г. Е. Альберс- Шонберг | Л. Хальберштадтер | П. Броун | Дж. Осгоуд | Г. Хейнеке | М. Корнике | Ж. Бергонье | Л. Трибондо
Второй этап 1922—1944 гг. Теория точечного тепла, становление фундаментальных принципов количественной радиобиологии, связь эффектов с величиной поглощенной дозы; открытие мутагенного действия ионизирующих излучений, развитие радиационной генетики	Ф. Дессауэр | Л. Грэй | Н. В. Тимофеев- Ресовский | А. М. Кузин | Б. Н. Тарусов | Н .М. Эмануэль | Д.Э.Ли | К.Циммер Г. А. Надсон | Г. С. Филиппов | Г. Мюллер | Л. Стадлер
Третий этап 1945—1985 гг. дальнейшее развитие количественной радиобиологии на всех уровнях биологической организации: молекулярная и клеточная радиобиология разработка биологических способов противолучевой защиты лечения лучевых поражений применение в радиобиологии ускорителей заряженных частиц разработка радиосенсибилизирующих агентов развитие радиобиологических принципов лучевой терапии опухолей	Дубинин Н.П. | Н. В. Лучник | Б. Л. Астауров | К. П. Хансон | В. И. Корогодин | В. Д. Жестяников | Л. Х. Эйдус | В. И. Брусков | Э. Я. Граевский | И. И. Пелевина | А. В. Лебединский | П. Д. Горизонтов | Г. П. Груздев | П. П. Саксонов | Ю. Г. Григорьев | Н. Л. Делоне | А. В. Антипов | В. С. Шашков | С. П. Ярмоненко | Р. В. Петров | А. А. Ярилин | П. Г. Жеребченко | Е. Ф. Романцев | В. Г. Владимиров | А. К. Гуськова | Г. Д. Байсоголов | М. П. Домшлак | С. Н. Александров | А. А. Вайнсон | А. А. Летовет | Ф. Г. Кротков | В. Я. Голиков |У. Я. Маргулис | Д. М. Спитковский | Ю. Б. Кудряшов | Е. Б. Бурлакова | Е. Ф. Конопля | Л. А. Ильин
Четвертый этап с 1986 года по настоящее время

Фундаментальными задачами, составляющими предмет радиобиологии, являются:

• вскрытие общих закономерностей биологического ответа на воздействие ионизирующих излучений, в том числе и объяснение радиобиологического парадокса

• управление радиобиологическими эффектами.

Существуют две противоположные и одинаково неправильные точки зрения на облучение и вред его для человека — радиоэйфория и радиофобия.

5. А́том (от др.-греч. ἄτομος — неделимый) — наименьшая химически неделимая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств^[1]. Атом состоит из атомного ядра и электронов. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а число нейтронов — изотопу этого элемента.

Атомы различного вида в разных количествах, связанные межатомными связями, образуют молекулы.

Атом состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных частиц‑электронов, составляющих его электронную оболочку. Сумма зарядов электронов равна по модулю положительному заряду ядра, поэтому атом в целом представляет собой электронейтральную систему. Размеры атома определяются размерами его электронной оболочки и составляют величину порядка 10–8 см.

А́томное ядро́ — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса (более 99,9 %). Ядро заряжено положительно, заряд ядра определяет химический элемент, к которому относится атом. Размеры ядер различных атомов составляют несколько фемтометров, что в более чем в 10 тысяч раз меньше размеров самого атома.

Изото́пы — разновидности атомов (и ядер) одного химического элемента с разным количеством нейтронов в ядре. Изомери́я — существование соединений (главным образом органических), одинаковых по элементному составу и молекулярной массе, но различных по физическим и химическим свойствам. Такие соединения называются изомерами. Изоба́ры — нуклиды, имеющие одинаковое массовое число; например, изобарами являются 40Ar, 40K, 40Ca. Хотя массовое число (т. е. число нуклонов) A = N + Z в ядрах-изобарах одинаково, числа протонов Z и нейтронов N различаются

6.   Радиоактивность – самопроизвольные превращения атомных ядер, сопровождающиеся испусканием элементарных частиц или более лёгких ядер. Ядра, подверженные таким превращениям, называют радиоактивными, а процесс превращения – радиоактивным распадом.     Радиоактивный распад возможен только тогда, когда он энергетически выгоден, т.е. сопровождается выделением энергии. Условием этого является превышение массы М исходного ядра суммы масс m_i продуктов распада, т.е. неравенство

РАДИОАКТИВНЫЕ СЕМЕЙСТВА. Цепочку элементов, самопроизвольно образующихся один из другого в результате радиоактивного распада, называют радиоактивным семейством. Таких семейств существует четыре. Они охватывают все известные радиоактивные элементы. Родоначальником первой цепочки является уран-238, который заканчивает свой распад изотопом обычного свинца-206. Вторая цепочка пачинается торием-232, превращающимся в конечном счете в изотоп свинца-208, третья цепочка — актиния-235 или актиноурана-235 — заканчивается свинцом-207. Процесс распада идет так. При испускании альфа-частицы масса вещества уменьшается на четыре массовые единицы и превращается в новое вещество, стоящее на две клетки раньше в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева. При испускании же бета-частицы (электрона) один из нейтронов превращается в протон. Так как в данном случае происходит лишь перераспределение количества нейтронов и протонов в ядре атома, то это влечет за собой превращение его в один из изотопов элемента, стоящего следующим в таблице.

Четвертое радиоактивное семейство начинается с искусственно получаемого радиоактивного сверхтяжелого «зауранового», или «трансуранового», элемента плутония-241, переходит затем в цепочку урана-235 и кончается тоже устойчивым таллием-205

7.Дозиметрия, совокупность методов измерения и (или) расчета дозы ионизирующего излучения, основанных на количественном определении изменений, произведенных в веществе излучением (радиац. эффектов). Различают прямой (абсолютный) калориметрический метод дозиметрии, основанный на непосредственном измерении поглощенной веществом энергии излучения в виде тепла, выделенного в рабочем теле калориметра, и косвенные (относительные) методы, при которых измеряют радиац. эффекты, пропорциональные поглощенной дозе. К косвенным относят ионизационные, радиолюминесцентные, химические и некоторые спец. методы.

Радиометрия — совокупность методов измерений активности источников ионизирующего излучения. Базируется на различных физических эффектах, возникающих при воздействии излучения на вещество — люминесценция, ионизация, образование видимых следов и т. д.

Методы обнаружения и измерения

В результате взаимодействия радиоактивного излучения со внешней средой происходит ионизация и возбуждение ее нейтральных атомов и молекул. Эти процессы изменяют физико-химические свойства облучаемой среды. Взяв за основу эти явления, для регистрации и измерения ионизирующих излучений используют ионизационный, химический и сцинтилляционный методы. Ионизационный метод. Сущность его заключается в том, что под воздействием ионизирующих излучений в среде (газовом объеме) происходит ионизация молекул, в результате чего электропроводность этой среды увеличивается. Если в нее поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение, то между электродами возникает направленное движение ионов, т.е. Проходит так называемый ионизационный ток, который легко может быть измерен. Такие устройства называют детекторами излучений. В качестве детекторов в дозиметрических приборах используются ионизационные камеры и газоразрядные счетчики различных типов. Ионизационный метод положен в основу работы таких дозиметрических приборов, как ДП-5А (Б,В), ДП-22В и ИД-1. Химический метод. Его сущность состоит в том, что молекулы некоторых веществ в результате воздействия ионизирующих излучений распадаются, образуя новые химические соединения. Количество вновь образованных химических веществ можно определить различными способами. Наиболее удобным для этого является способ, основанный на изменении плотности окраски реактива, с которым вновь образованное химическое соединение вступает в реакцию. На этом методе основан принцип работы химического дозиметра гамма- и нейтронного излучения ДП-70 МП. Сцинтилляционный метод. Этот метод основывается на том, что некоторые вещества (сернистый цинк, йодистый натрий, вольфрамат кальция) светятся при воздействии на них ионизирующих излучений. Возникновение свечения является следствием возбуждения атомов под воздействием излучений: при возвращении в основное состояние атомы испускают фотоны видимого света различной яркости (сцинтилляции). Фотоны видимого света улавливаются специальным прибором – так называемым фотоэлектронным умножителем, способным регистрировать каждую вспышку. В основу работы индивидуального измерителя дозы ИД-11 положен сцинтилляционный метод обнаружения ионизирующих излучений.

9.

Альфа-частицы, бета-частицы, выброшенные из ядра, обладают значительной кинетической энергией и, воздействуя на вещество, с одной стороны производят его ионизацию, а с другой проникают на определенную глубину. Взаимодействуя с веществом, они теряют эту энергию, в основном, в результате упругих взаимодействий с ядрами атомов или электронами, отдавая им всю или часть своей энергии, вызывая ионизацию или возбуждение атомов (т.е. перевод электрона с более близкой на более удаленную от ядра орбиту). Ионизация и проникновение на определенную глубину имеют принципиальное значение для оценки воздействия ионизирующего излучения на биологическую ткань различных видов излучений. Зная свойства различных видов излучений проникать через разные материалы, последние можно использовать как для защиты человека, так и некоторых объектов, приборов и т.д. Результаты взаимодействия ионизирующего излучения с веществом зависят: от массы, заряда потока частиц и их энергий; от вида фотонов и их энергий; от типа и плотности вещества; от значения энергий внутримолекулярных сил облучаемого вещества. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом зависит от соотношения масс и энергий частиц и может носить упругий или неупругий характер. С учетом выше сказанного можно сделать некоторые выводы: · заряженные частицы, проходящие через вещество, взаимодействуют как с орбитальными электронами атома, так и с его ядром; · при взаимодействии с орбитальными электронами, энергия частиц растрачивается на ионизацию атомов, если она не менее 35 эВ и на возбуждение атомов (перевод электрона с ближней орбиты на более удаленную), если она менее 35 эВ; · в процессе ионизации атома образуются заряженные частицы (свободные электроны), а атомы, потерявшие один или несколько электронов, превращаются в положительно заряженные ионы;

Наведённая радиоактивность — это радиоактивность веществ, возникающая под действием облучения их ионизирующим излучением, как правило нейтронами.

При облучении частицами (нейтронами, протонами, гамма-квантами) стабильные ядра могут превращаться в радиоактивные ядра с различным периодом полураспада, которые продолжают излучать длительное время после прекращения облучения. Особенно сильна радиоактивность, наведённая нейтронным облучением. Это объясняется следующими свойствами этих частиц.

Для того, чтобы вызвать ядерную реакцию с образованием радиоактивных ядер, гамма-кванты и заряженные частицы должны иметь большую энергию (не меньше нескольких МэВ). Однако, они взаимодействуют с электронными оболочками атомов намного интенсивнее, чем с ядрами, и быстро теряют при этом энергию. Поэтому, вероятность гамма-кванта или заряженной частицы вызвать ядерную реакцию ничтожно мала. Например, при бомбардировке бериллия альфа-частицами, лишь одна из нескольких тысяч или десятков тысяч (в зависимости от энергии альфа-частиц) вызывает (α, n)-реакцию, а для других веществ эта вероятность еще меньше.

Нейтроны же, наоборот, захватываются ядрами при любой энергии, более того, максимальна вероятность захвата именно нейтронов с низкой энергией. Поэтому, распространяясь в веществе, нейтрон может попадать в множество ядер последовательно, пока не будет захвачен очередным ядром, и вероятность захвата нейтрона практически равна единице.

Следует заметить, что поглощение нейтронов не обязательно ведет к появлению наведенной радиоактивности. Многие ядра захватывают нейтрон с образованием стабильных ядер, например бор-10 превращается в стабильный бор-11, лёгкий водород (протий) — в стабильный дейтерий. В таких случаях наведённая радиоактивность не возникает.

Процесс накопления в веществе радиоактивных изотопов под действием облучения называется активацией

+ ст 37 учебника

10. Теоретические аспекты радиобиологии

Первой количественной теорией является теория «точечного тепла» или «точечного нагрева» (Ф.Дессауэр-1922):

• ионизирующее излучение обладает очень малой объемной плотностью по сравнению с другими излучениями

• излучение обладает большой энергией, величина которой значительно превосходит энергию любой химической связи

• облученный биологический объект состоит из относительно безразличных и весьма существенных для жизни микрообъемов и структур

• в облучаемом объекте при поглощении относительно небольшой общей энергии в отдельных, случайных и редкорасположенных микрообъемах оставляются настолько большие порции энергии, что их можно сравнить с микролокальным нагреванием

• так как распределение «точечного тепла» является чисто статистическим, то конечный эффект в клетке будет зависеть от случайных "попаданий" дискретных порций энергии в жизненно важные микрообъемы внутри клетки; с увеличением дозы увеличивается вероятность таких попаданий и наоборот.

Теория "мишени или попаданий" поставила во главу угла представления о прямом действии ионизирующего излучения на клетки (30-е годы).

Стохастическая (вероятностная) гипотеза является дальнейшим развитием теории прямого действия излучений. Выразителями этой точки зрения являлись О. Хуг и А. Келлерер (1966). Суть их взглядов заключалась в том, что взаимодействие излучений с клеткой происходит по принципу вероятности (случайности) и что зависимость "доза-эффект" обуславливается не только прямым попаданием в молекулы и структуры-мишени, но и состоянием биологического объекта как динамической системы.

Б.И. Тарусовым и Ю.Б. Кудряшовым было показано, что свободные радикалы могут возникать при действии радиации и в неводных средах - в липидных слоях биомембран. Эта теория получила название "теории липидных радиотоксинов".

Своеобразной интегральной теорией, объясняющей биологическое действие ионизирующих излучений является структурно-метаболическая теория (1976). Автор этой теории А.М. Кузин считает, что нарушения под действием радиации обусловлены деструкцией всех основных биополимерных молекул, цитоплазматических и мембранных структур в живой клетке. В настоящее время произошел сдвиг парадигмы от принципа попадания и теории мишени к эффекту «свидетеля».

11. Влияние радиации на клетки организма

Наиболее чувствительными к облучению органеллами клеток организма млекопитающих являются ядро и митохондрии. Повреждения этих структур при малых дозах и проявляются в самые ранние сроки. Так, при облучении митохондрий лимфатических клеток дозой 50 Р. и более наблюдается угнетение процессов окислительного фосфорилирования в ближайшие часы после облучения. При этом обнаруживаются изменения физико-химических свойств нуклеопротеидных комплексов, в результате чего количественно и качественно изменяются ДНК, и разобщается процесс синтеза ДНК - РНК - белок. В ядрах радиочувствительных клеток почти тотчас же после облучения угнетаются энергетические процессы, происходит выброс в цитоплазму ионов натрия и калия, нарушается нормальная функция мембран. Одновременно возможны разрывы хромосом, выявляемые в период клеточного деления, хромосомные аберрации и точковые мутации, в результате которых образуются белки, утратившие свою нормальную биологическую активность. Более выраженной радиочувствительностью, чем ядра, обладают митохондрии.

Эффект воздействия ионизирующей радиации на клетку - результат комплексных взаимосвязанных и взаимообусловленных преобразований. Радиационное поражение клетки осуществляется в три этапа. На первом этапе излучение воздействует на сложные макромолекулярные образования, ионизируя и возбуждая их.Поглощенная энергия может мигрировать по макромолекулам, реализуясь в слабых местах. В ДНК - хромофорные группы тимина, в липидах - ненасыщенные связи. Указанный этап повреждения может быть назван физической стадией лучевого воздействия на клетку.

Второй этап - химические преобразования. Они соответствуют процессам взаимодействия радикалов белков, нуклеиновых кислот и липидов с водой, кислородом, радикалами воды с биомолекулами и возникновению органических перекисей, вызывающих быстро протекающие реакции окисления, которые приводят к появлению множества измененных молекул. В результате этого начальный эффект многократно усиливается. Радикалы, возникающие в слоях упорядоченно расположенных белковых молекул, взаимодействуют с образованием «сшивок», в результате чего нарушается структура биологических мембран. Повреждение мембран приводит к высвобождению ряда ферментов. В результате повреждения лизосомных мембран наблюдается увеличение активности ДНК-азы, РНК-азы, и ряда других ферментов.

Третий этап - биохимический. Высвободившиеся ферменты путем диффузии достигают любой органеллы клетки и легко проникают в нее благодаря увеличению проницаемости мембран. Под воздействием этих ферментов происходит распад высокомолекулярных компонентов клетки, в том числе нуклеиновых кислот и белков.Действие ничтожно малых количеств поглощенной энергии оказывается для клетки губительным из-за физического, химического и биохимического усиления радиационного эффекта, и основную роль в развитии этого эффекта играет повреждение надмолекулярных структур, обладающих высокой радиочувствительностью.