Меню

Главная
Случайная статья
Настройки
Радиобиология
Материал из https://ru.wikipedia.org

Радиобиология, или радиационная биология — наука, изучающая действие ионизирующих и неионизирующих излучений на биологические объекты (биомолекулы, клетки, ткани, организмы, популяции)[1]. Особенностью этой науки является строгая измеряемость воздействующего фактора, что обусловило развитость математических методов исследования. Другой особенностью радиобиологии является востребованность её прикладных приложений — в медицине и в радиационной защите[2].

Радиобиология, ранее являясь самостоятельной дисциплиной, превращается сейчас в междисциплинарную науку и имеет тесные связи с рядом теоретических и прикладных, биологических и медицинских областей знаний.

Код науки по 4-значной классификации ЮНЕСКО — 2418 (раздел — биология)[3].

Содержание

Предмет радиобиологии

Фундаментальными задачами, составляющими предмет радиобиологии, являются:

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

Объекты и методы в радиобиологии

В соответствии с объектами радиобиологических исследований (уровней организации живого) в радиобиологии выделяют 3 раздела:
  • Радиобиология сложных систем (экологические системы, популяции, многоклеточные организмы, органы и ткани)
  • Клеточная радиобиология (клетки, клеточные органеллы, биологические мембраны)
  • Молекулярная радиобиология (макромолекулы, «малые молекулы»).


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

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», созданная Н. В. Тимофеевым-Ресовским с соавторами, поставила во главу угла представления о прямом действии ионизирующего излучения на клетки (1930-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 теории мишени и попадания к немишенным эффектам облучения (например, эффект «свидетеля»).

История

Открытие Иваном Павловичем Пулюем (1890) и Вильгельмом Конрадом Рентгеном Х-лучей (1895), Антуаном Анри Беккерелем естественной радиоактивности (1896), Марией Склодовской-Кюри и Пьером Кюри радиоактивных свойств полония и радия (1898) явилось физической основой для рождения радиобиологии.
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 · 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. Мёллер · 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

Н. П. Дубинин · 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 · Р. Б. Стрелков · 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. Летавет · Ф. Г. Кротков · В. Я. Голиков · У. Я. Маргулис · А. В. Севанькаев · Ю. Б. Кудряшов · Е. Ф. Конопля ·

Четвертый этап

с 1986 года по настоящее время
эффекты малых доз
немишенное действие
механизмы неионизирующего излучения
сдвиг и смена парадигмы в радиобиологии

И. И. Сусков · В. А. Шевченко · Д. М. Спитковский · Е. Б. Бурлакова · И. Е. Воробцова  · С.В. Гудков · H. R. Withers · J. Ward · H. Nagasawa · J. Little · C. Mothersill · C. Seymour · O. V. Belyakov · M. Folkard · K. Prise · B. Michael · K. Baverstock · M. Joiner · B. Marples · P. Lambin · A. Brooks · T. Elsasser · M. Scholz · T. Day · G. Zeng · A. Hooker · T. Neumaier · J. Swenson · C. Pham · A. Polyzos · A. Lo · P. Yang · J. Dyball · O. Desouky · N. Ding · G. Zhou · А. Н. Котеров · А. А. Вайнсон · Y. Ogawa



Стадии формирования радиобиологических эффектов

В формировании радиобиологических эффектов различают следующие стадии:
  1. Физико-химическая стадия — прямое или косвенное действие излучения на молекулы-мишени.
  2. Биохимическая стадия — действие излучения на основные компоненты радиочувствительных клеток с последующим изменением их метаболизма.
  3. Биологическая стадия — генетические и отдаленные эффекты облучения.
    • Длительность стадий от 1018 до 1012 секунд.
    • Некоторые стадии обратимы и могут быть модифицированы.
    • Выраженность эффекта зависит от радиочувствительности объекта и дозы излучения. Ряд повреждений может быть восстановлен.


Радиобиология клетки

Радиационная цитология (радиобиология клетки) изучает влияние излучений на строение и функции клеток, а именно:

Основные изменения

Причины нарушений

Направления
Основные направления в радиобиологии


Периодические издания
  • International Journal of Radiation Biology[6]
  • Journal of Radiobiology
  • Радиационная биология. Радиоэкология - Журнал[7]


Учебные заведения и научные учреждения

Радиобиологию изучают во многих научных центрах и университетах. Вот некоторые из них:

Примечания
  1. Легеза В. И. Радиобиология, радиационная физиология и медицина: словарь-справочник / В. И. Легеза, И. Б. Ушаков, А. Н. Гребенюк, А. Е. Антушевич. — 3-е. — СПб.: Фолиант, 2017. — 176 с. — 500 экз. — ISBN 978-5-93929-279-5.
  2. Актуальная радиобиология, 2015, с. 11—12.
  3. UNESCO/. Proposed International standard nomenclature for fields of sciences and technology. UNESCO/NS/ROU/257 rev.1 (1988). Дата обращения: 9 февраля 2016. Архивировано 15 февраля 2016 года.
  5. William F. Morgan. Effects of ionizing radiation in nonirradiated cells // PNAS. — 2005. — 1 октября (т. 102, № 40). — С. 14127–14128.
  6. [1]
  7. [2]
  8. Лаборатория радиационной биофизики


Литература
  • Кузин А. М. Вторичные биогенные излучения — лучи жизни / Институт биофизики клетки РАН. — Пущино: б.и., 1997. — 40 с.
  • Лебединский А. В. Влияние ионизирующей радиации на организм животного и человека / Чл.-кор. АМН СССР А. В. Лебединский; Всесоюз. о-во по распространению полит. и науч. знаний. — М.: Знание, 1957. — 56 с. — (Серия 8; № 35, 36).
  • Лучник Н. В. Биофизика цитогенетических поражений и генетический код. — 1968. — 296 с.
  • Лондон Е. С. Избранные труды : (К столетию со дня рождения Е. С. Лондона) / Под ред. действ. чл. АМН СССР проф. Д. А. Бирюкова; Акад. мед. наук СССР. — Л.: Медицина. Ленингр. отд-ние, 1968. — 392 с.
  • Пелевина И. И. и др. Выживаемость облученных клеток млекопитающих и репарация ДНК. — М.: Энергоатомиздат, 1985.
  • Поливода Б. И. и др. Радиационное поражение биологических мембран. — М.: Медицина, 1990.
  • Радиация: Дозы, эффекты, риск / Пер. с англ. Ю. А. Банникова. — М.: Мир, 1990. — 80 с. — ISBN 5-03-001172-2.
  • Тимофеев-Ресовский Н. В., Иванов В. И., Корогодин В. И. Основы радиационной биологии. — М., 1964.
  • Тимофеев-Ресовский Н. В. и др. Применение принципа попадания в радиобиологии. — М.: Атомиздат, 1968.
  • Токин И. Б. Проблемы радиационной цитологии. — Л.: Медицина, 1974.
  • Хансон К. П., Комар В. Е. Молекулярные механизмы радиационной гибели клеток. — М.: Энергоатомиздат, 1985.
  • Цыб А. Ф., Будагов Р. С. и др. Радиация и патология: Учеб. пособие. — М.: Высшая школа, 2005. — 341 с.
  • Эйдус Л. Х. Мембранный механизм биологического действия малых доз. — М., 2001.
  • Ядерная энциклопедия / Науч. ред. В. Н. Якимец, И. А. Рябцев. — М.: Благотворит. фонд Ярошинской, 1996. — 616 с. — ISBN 5-207-00453-0.
  • Hall EJ, Giaccia AJ. Radiobiology for the Radiologist, 8th edn. Philadelphia: Wolters Kluwer, 2018
  • Joiner Michael C., van der Kogel Albert J. Basic Clinical Radiobiology, Fifth Edition, CRC Press, 2018
  • Актуальная радиобиология: курс лекций / Л. А. Ильин, Л. М. Рождественский, А. Н. Котеров, Н. М. Борисов. — М.: Издательский дом МЭИ, 2015. — 240 с. — (Высшая школа физики). — ISBN 978-5-383-00932-1.
  • Кудряшов Ю. Б., Радиационная биофизика , М., 2004
  • Гудков С.В. Частные вопросы радиационной биофизики. Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2022. – 236 с. (ISBN 978-5-91326-750-4)
Downgrade Counter