РАДИОБИОЛОГИЯ

РАДИОБИОЛОГИЯ — наука о действии всех видов ионизирующего излучения на живые организмы, их сообщества и биосферу в целом.

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

Исследование биол, действия ионизирующего излучения (см.) началось почти тотчас за открытием этих излучений К. Рентгеном (1895), А. Беккерелем (1896) и открытием радия М. Склодовской-Кюри и П. Кюри (1898). В 1896 г. И.Р. Тарханов опубликовал работу о возможном влиянии рентгеновских лучей на жизненные функции. В начале 20 в. в России влияние ионизирующих излучений на живые организмы изучал Е. С. Лондон, опубликовавший в 1911 г. монографию «Радий в биологии и медицине». В Германии в 1904 г. Г. Пертес обнаружил нарушение деления в облученных клетках, а Линзер (Р. Linser) с соавт. в 1905 г. — появление токсических веществ в крови облученных животных. В 1906 г. франц. исследователи Бергонье и Трибондо (J. A. Bergonie, L. М. F. A. Tribondeau) обратили внимание на зависимость радиочувствительности клеток от интенсивности и длительности их делений (митозов), а также степени дифференцировки (см. Радиочувствительность). К 20-м гг. накопилось много разрозненных наблюдений о действии рентгеновского и гамма-излучения на разные биологические объекты. Однако эти исследования проводились различными специалистами — физиологами, зоологами, ботаниками, медиками — в рамках своих наук.

20—30-е гг. отмечены рядом крупных открытий и новых идей, ускоривших становление Р. как науки. В 1925 г. советские ученые Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов открыли мутагенное действие рентгеновского излучения на низшие грибы. Работы по радиационному мутагенезу осуществили в США Меллер (H. J. Müller) на дрозофиле в 1927 г. и Стедлер (L. Stadler) на высших растениях в 1928 г. Эти открытия легли в основу радиационной генетики. В 1920 г. Г. А. Надсон, а в 1925 г. Анцель и Винтембергер (Р. Ancel, Р. Vintemberger) во Франции пришли к выводу, что наблюдаемые радиационные повреждения клетки — результат двух противоположных процессов: развития повреждения и одновременно идущего восстановления. Работами Ф. Дессауэра (Германия, 1922), Краутера (J. H. Crowther, Великобритания, 1924, 1927), Хольвека (F. Ноlweck, Франция, 1928—1938) и др. были развиты представления о дискретности ионизирующего излучения, о процессе поглощения энергии как сумме единичных актов взаимодействия фотона или частицы с отдельными молекулами или структурами клетки. Общий закон фотохимии, согласно к-рому хим. реакцию в веществе может вызвать только поглощенная часть падающего на него света, распространяется и на ионизирующее излучение. В конце 20 — начале 30-х гг. Краутер, а также Хольвек и А. Лакассань, анализируя кривые зависимости эффекта (гибель клеток) от дозы облучения, для объяснения его вероятностного характера вводят представление о наличии в клетке особого чувствительного объема — «мишени»; попадание ионизирующей частицы в «мишень» и вызывает наблюдаемый эффект. Теория мишени (см. «Мишени» теория) как формальное обобщение многих наблюдаемых явлений была окончательно сформулирована англ. ученым Д. Ли (1946), Н. В. Тимофеевым-Ресовским и нем. ученым Циммером (K. Zimmer, 1947).

В 40-х — начале 50-х гг. благодаря быстрому развитию ядерной физики и техники, также в результате радиоактивного загрязнения окружающей среды вследствие испытаний ядерного оружия резко возрос интерес к последствиям биол, действия ионизирующего излучения. Именно в эти годы Р. формируется как самостоятельная область науки. Перед Р. возникают новые проблемы: всестороннее исследование радиационного поражения многоклеточных организмов при их тотальном облучении, познание причин различной радиочувствительности организмов, роли ионизирующего излучения в возникновении вредных мутаций, изучение закономерностей и причин возникновения отдаленных последствий облучения — сокращение продолжительности жизни, возникновение опухолей, снижение иммунитета (см. Радиационная гигиена), изыскание новых путей использования ионизирующего излучения в медицине, сельском хозяйстве, пищевой и микробиологической промышленности.

50—60-е гг. характеризуются глубоким проникновением в Р. биофизических и биохимических методов исследования. К этому времени становится ясно, что в поражении клеточных структур и макромолекул важную роль играют радикалы воды и других низкомолекулярных веществ, а также перекиси, гидроперекиси, семихиноны, хиноны и другие вещества, образующиеся в клетке при облучении в присутствии кислорода (см. Кислородный эффект).

Вслед за работами, показавшими ведущее значение для ряда радиационных эффектов поражения клеточного ядра [Циркл (R. Zirkle), Хеншоу (P.S. Henshaw) в США; Б. Л. Астауров в СССР и др.]. последовали многочисленные исследования возникающих в результате облучения нарушений структуры и метаболизма ДНК, радиационное поражение к-рой (прямое и косвенное) лежит в основе генетического действия излучений. В эти годы были открыты радиозащитные средства, так наз. радиопротекторы (см.) — вещества, защищающие животный организм от действия радиации, разработаны теоретические предпосылки для эффективных методов лечения лучевой болезни.

В связи с интенсивными испытаниями ядерного оружия и повсеместным загрязнением Земли радионуклидами, в первую очередь долгоживущими нуклидами 90Sr и 137Cs, перед Р. встают новые задачи изучения особенностей действия проникших внутрь организма (инкорпорированных) излучателей с их специфическим распределением по тканям, различной длительностью выведения из организма и хрон, облучением клеток. Проблемы хронического действия малых доз ионизирующего излучения актуальны и в связи со все убыстряющимися темпами развития ядерной энергетики.

Строительство ускорителей заряженных частиц (см.), применение в медицине плотноионизирующих излучений, проникновение человека в космос поставили перед Р. ряд новых проблем, в т. ч. исследование относительной биологической эффективности нейтронов и протонов больших энергий, многозарядных ионов, пи-мезонов (см. Относительная биологическая эффективность); изучение одновременного действия ионизирующего излучения и других факторов космического полета (невесомости, вибрации и т. и.); исследование действия ионизирующего излучения на в. н. д. человека в условиях космоса и др. Интенсивно развивающаяся ветвь Р. — космическая радиобиология (см.) — решает эти вопросы как в земных условиях (эксперименты с использованием современных ускорителей, специальных стендов и т. д.), так и при полетах в космос.

Преимущества работы с микроорганизмами при проведении радио-биол. исследований способствовали быстрому развитию и оформлению другой самостоятельной ветви Р. — радиационной микробиологии (см.), основы к-рой были заложены в 20-е гг. 20 в. работами Г. А. Надсона. Микроорганизмы широко используются для выяснения общих закономерностей воздействия ионизирующего излучения на клетки или различные внутриклеточные структуры, для выяснения механизмов радиационного мутагенеза (см.) и других проблем Р. 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.

Конец 50-х и 60-е гг. ознаменовались в Р. открытием явлений восстановления облученных клеток, осуществляемых специальными ферментными системами, которые быстро ликвидируют радиационные повреждения молекул ДНК (см. Репарация генетических повреждений). Эти открытия побудили пересмотреть прежние выводы о формировании радиационных эффектов, об опасностях поражения при хрон, облучениях в малых дозах, а также по-новому оценить причины устойчивости генетического аппарата клетки. Значительно расширились представления о причинах различной радиочувствительности клеток, значении для радиочувствительности объема хромосом, содержания антиоксидантов, активности репарирующих ферментов и других факторов. Формальные обобщения новых фактов и представлений нашли отражение в стохастической (вероятностной) концепции биол, действия излучений. Исследования биохим, сдвигов в облученных клетках и тканях, радиационных повреждений ядра, митохондрий, биол, мембран и других органелл клетки позволили обосновать структурно-метаболическую гипотезу действия ионизирующего излучения. Согласно этой гипотезе вероятностный характер радиационных эффектов является результатом взаимодействия противоположных процессов, возникающих в молекулярных и надмолекулярных структурах, обмене веществ в регуляторных системах облученного организма.

Многогранность задач, стоящих перед современной Р., привела к развитию радиационной экологии (см.), радиационной генетики (см.) и других разделов Р. Исследования в области Р. лежат в основе практического применения ионизирующего излучения в лучевой терапии злокачественных новообразований (см. Лучевая терапия); на их базе разработаны эффективные методы лечения лучевой болезни (см.), они послужили теоретическим фундаментом для использования ионизирующего излучения в борьбе с сельскохозяйственными вредителями, для выведения новых сортов с.-х. растений (радиационная селекция), повышения урожая путем предпосевного облучения семян, продления сроков хранения с.-х. сырья, для лучевой стерилизации мед. препаратов. Данные космической Р. необходимы для прогнозирования и обеспечения безопасности полетов человека в космос. Многие открытия в Р. (напр., открытия радиационного мутагенеза, а также ферментов, репарирующих радиационные повреждения ДНК, и др.) способствовали существенному развитию знаний об общих законах жизни.

В СССР исследования по Р. проводятся в Ин-те биологической физики АН СССР (г. Пущино), в Ленинградском ин-те ядерной физики АН СССР (г. Гатчина) и других ин-тах АН СССР, а также в ин-тах М3 СССР и Министерства сельского хозяйства СССР, на кафедрах многих вузов. За рубежом основные центры радио-биол. исследований: Брукхейвенская национальная лаборатория, Биологическое отделение атомного центра в Ок-Ридже и др. (США); Радиевый ин-т, Биологическое отделение атомного центра в Сакле (Франция); Лаборатория радиобиологии атомного центра в Харуэлле (Великобритания); Ин-т биофизики Чехословацкой АН (Брно); Ин-т биофизики во Франкфурте-на-Майне, Центр ядерных исследований в Карлсруэ, Ин-т радиационной ботаники в Гамбурге (ФРГ); Радиобиологический отдел атомного центра в Бомбее (Индия); Радиобиологический ин-т (Сиба, Япония) и многие другие. В 1955 г. Генеральная Ассамблея ООН учредила специальный Научный комитет по действию атомной радиации (участвуют 20 стран), который собирает всю информацию о радиационной обстановке на Земле и возможных биологических последствиях облучения человека и сообщает ее в регулярно представляемых ООН докладах.

Основные периодические издания по Р.: журналы «Радиобиология» (с 1961 г.), «Radiation Research» (N.Y., с 1954 г.), «International Journal of Radiation Biology ...» (L., с 1959 г.), «Radiation Botany» (L.— N. Y., с 1961 г.) и др. Международная ассоциация радиационных исследований, Европейское об-во радиобиологов, Научный совет по проблемам радиобиологии АН СССР и другие регулярно созывают национальные и международные симпозиумы (первый — в Дании, 1953), конференции, конгрессы (первый — в США, 1958).

Библиография: Бак 3. и Александер П. Основы радиобиологии, пер. с англ., М., 1963; Бурназян А. И. Основы радиобиологии и радиационной защиты, М., 1977; Вопросы общей радиобиологии, под ред. М. П. Домшлака, М., 1971; Воробьев Е. И. и П о б е-динский М. Н. Очерки развития отечественной радиационной медицины, М., 1972, библиогр.; Ганасси Е. Э. Радиационное повреждение и репарация хромосом, М., 1976; Гусев Н. Г. О предельно допустимых уровнях ионизирующих излучений, М., 1961, библиогр.; Гуськова А. К. и Байсого-л о в Г. Д. Лучевая болезнь человека, М., 1971; Действие ионизирующего излучения на клеточные мембраны, под ред. А. М. Кузина и Т. Е. Павловской, М., 1973; Капульцевич Ю. Г. Количественные закономерности лучевого поражения клеток, М., 1978, библиогр.; Кудряшов Ю. Б. и Беренфельд Б. С. Основы радиационной биофизики, М., 1982; К у з и н А. М. Структурнометаболическая гипотеза в радиобиологии, М., 1970, библиогр.; он же, Молекулярная радиобиология клеточного ядра, М., 1973; Ливанов М. Н. Некоторые проблемы действия ионизирующей радиации на нервную систему, М., 1962, библиогр.; Основы радиационной биологии, под ред. А. М. Кузина и Н. И. Шапиро, М., 1964; Первичные радиобиологические процессы, под ред. Н. В. Тимофеева-Ресовского, М., 1973; Радиационная медицина, под ред. А. И. Бурназяна, М., 1968; Радиобиологический эксперимент и человек, иод ред. Ю. И. Москалева, М., 1970; Современные проблемы радиобиологии, под ред. А. М. Кузина, т. 5, М., 1976; Тимофеев -Р е с о в с к и й Н. В., Иванов В. И. и К о р о г о д и н В. И. Применение принципа попадания в радиобиологии, М., 1968; X у г О. и К е л-л e р е р А. Стохастическая радиобиология, пер. с нем., М., 1969, библиогр.; Циммер К. Г. Проблемы количественной радиобиологии, пер. с англ., М., 1962; Эйду с Л. X. Физико-химические основы радиобиологических процессов и защиты от излучений, М., 1972; Ярмоненко С. П. Радиобиология человека и животных, М., 1977, библиогр.; Ярмоненко С. П., Вайнсон А. А. и Магдон Э. Кислородный эффект и лучевая терапия опухолей, М., 1980, библиогр.; Advances in radiation biology, ed. by J. T. Lett a. H. Adler, v. 5, N. Y. a. o., 1975; A 1 t-m a n К. I., Gerber G. B. a. Oka-d a S. Radiation biochemistry, v. 1—2, N. Y.— L., 1970; Biology of radiation car-cinogenesis, ed. by J. M. Yuhasa. o.,N. Y., 1976; Du ne an W. a. Nias A. H. W. Clinical radiobiology, Edinburgb. a. o., 1977; Radiation biology, ed. by A. Hol-laender, v. 1, N. Y. a. o., 1954.

Периодические издания — см. к ст. Радиология медицинская.

А. М. Кузин