Предмет радиобиологии

Радиобиология (лат. radius - луч) - наука о действии всех видов ионизирующих излучений на живые организмы и их сообщества.

Ионизирующим называют излучение, взаимодействие которого с атомами и молекулами среды, приводит к образованию ионов различных знаков. К ионизирующим излучениям относят: a-, b-излучения, протонное, нейтронное излучение, а также различные виды фотонного излучения (рентгеновское, тормозное, характеристическое, g-излучение); не относят к числу ионизирующих излучений инфракрасное излучение, видимый свет и ультрафиолет.

Энергия ионизирующих излучений всегда превышает энергию межмолекулярных и внутримолекулярных связей, поэтому в природе не существует объектов, не подверженных действию ионизирующих излучений.

Объектами изучения радиобиологии являются лучевые реакции биологических объектов всех уровней организации: макромолекул, фагов, вирусов, простейших, клеток, тканей и органов, многоклеточных растительных и животных организмов, человека, популяций, биоценозов, биосферы в целом.

Основной задачей радиобиологии является вскрытие общих закономерностей биологического ответа на ионизирующее воздействие.

Основными проблемами радиобиологии являются:

· исследование лучевых реакций биологических объектов всех уровней организации;

· познание причин различной радиочувствительности организмов;

· поиск путей и средств защиты организмов от действия ионизирующих излучений;

· разработка средств пострадиационного восстановления организмов;

· оценка опасности повышения уровня радиации в окружающей среде;

· поиск путей и методов использования ионизирующих излучений в медицине, сельском хозяйстве и промышленности.

Особенностью действия ионизирующих излучений на живые объекты является резкое несоответствие между ничтожной величиной энергии, поглощенной биологическим объектом, и крайней степенью выраженности биологического эффекта, вплоть до летального исхода. Это несоответствие Н.В. Тимофеевым-Ресовским было названо основным радиобиологическим парадоксом.

Так, независимо от вида ионизирующего излучения, тотальное облучение в дозе 10Гр является абсолютно смертельным для всех млекопитающих. Если условно перевести эту энергию в тепловую, то окажется, что организм человека нагреется лишь на 0.001°С, т.е. меньше, чем от стакана выпитого горячего чая.

Любой живой объект может быть убит ионизирующим излучением. Однако дозы, приводящие к гибели (летальные дозы) различаются в очень широких пределах. Каждому биологическому виду свойственна собственная мера чувствительности к действию ионизирующих излучений. Эта мера характеризует его радиочувствительность (радиопоражаемость) - табл. 1. Альтернативой понятию радиочувствительность служит понятие радиоустойчивость (радиорезистентность).

Таблица 1

Дозы фотонного излучения D₅₀, вызывающие 50 % гибель организмов в облученной популяции (Ярмоненко, 1984)

Биологический вид	D50, Гр	Биологический вид	D50, Гр
Осел	2,0 – 3,8	Хомяк	9,0 – 10,0
Овца	1,5 – 2,5	Птицы	8,0 – 20,0
Человек	2,5 – 3,5	Рыбы	8,0 – 20,0
Собака	2,5 – 3,0	Змеи	80,0 – 200,0
Обезьяны (разные)	2,5 – 6,0	Насекомые	10,0 – 100,0
Мыши разных линий	6,0 – 15,0	Дрожжи	300,0 – 500,0
Крысы разных линий	7,0 – 9,0	Растения	10,0 – 1500,0
Кролик	9,0 – 10,0	Простейшие	1000,0 – 3000,0

В качестве примера крайне низкой радиочувствительности можно привести бактерии Micrococcus radiodurens, обнаруженные в канале ядерного реактора, где поглощенная доза за сутки составляла ~ 10⁶ Гр.

Степень радиочувствительности сильно варьирует в пределах одного вида, поэтому существует понятие индивидуальная радиочувствительность. Для определенного индивидуума она зависит от возраста и пола. В пределах одного организма существуют клетки и ткани, отличающиеся высокой радиочувствительностью, а также устойчивые ткани, которые принято называть радиорезистентными.

2. Структура дисциплины и основные радиобиологические науки

Радиобиология, являясь самостоятельной комплексной научной дисциплиной, имеет тесные связи с рядом теоретических и прикладных областей знаний физикой, биохимией, молекулярной биологией, цитологией, гистологией, генетикой, физиологией и др. Одновременно фундаментальная радиобиология является теоретическим фундаментом для развития радиационной биохимии, радиационной цитологии, радиационной генетики, радиационной экологии, космической радиобиологии, сельскохозяйственной радиологии, радиационной токсикологии. Теоретические представления радиобиологии представляют особую ценность для развития комплекса наук, связанных с изучением воздействия ионизирующих излучений на организм человека. К таким наукам относятся: радиационная гигиена, радиационная иммунология, медицинская радиология и радиационная медицина, радиационная безопасность, противолучевая защита, радиобиология опухолей и т.д.

В настоящее время в фундаментальной радиобиологии выделились в самостоятельные научные направления: как радиационная биохимия, радиационная цитология, радиационная генетика, радиационная экология, радиационная иммунология, на стыке различных наук появились дисциплины типа агроэкологии, клинической дозиметрии и т.д. Фундаментальная радиобиология занимается изучением радиочувствительности организмов и природы лучевого поражения биологических систем; механизмов репарации и модификации радиочувствительности живых объектов; отдаленных последствий облучения.

Методы исследования радиобиологии в самом общем виде могут быть сведены к следующим операциям: облучение изучаемых объектов и учет их реакций. Радиобиология является экспериментальной дисциплиной, где любое утверждение обязательно проверяется экспериментально. Особенностью радиобиологии является также необходимость проведения исследований на всех уровнях организации живого – от молекулярного до биосферного. При этом результаты экспериментов экстраполируют на высшие уровни организации. Наконец, существует возможность управления лучевыми реакциями биологических объектов при помощи радиомодифицирующих средств. Методологической основой радиобиологических исследований является количественное сопоставление рассматриваемого эффекта с дозой облучения, ее распределение во времени и объеме изучаемого объекта. Основной задачей здесь является выбор из множества проявлений лучевого воздействия основных, ключевых реакций, ответственных за проявление данного эффекта облучения. Следует отметить, что, помимо специальных, в арсенале радиобиологии присутствуют практически все частные методологии большинства общебиологических дисциплин.

Довольно часто к радиобиологии относят изотопные методы исследования, которые применяются не только в радиобиологии, но и других научных дисциплинах. Основные радиобиологические науки:

противолучевая защита - комплекс методов и средств, направленных на обеспечение безопасных условий труда персонала и жизни населения в условиях возможного воздействия ионизирующих излучений; основная задача- снижение доз облучения;

радиационная безопасность - комплекс научно обоснованных мероприятий по обеспечению защиты от воздействия ионизирующих излучений; основные задачи - оценка опасности различных видов ионизирующих излучений; радиационной обстановки, безопасности предприятий ядерно-топливного цикла;

радиационная гигиена - раздел гигиены, изучающий влияние ионизирующих излучений на здоровье человека; различают коммунальную и профессиональную радиационную гигиену; объектами изучения являются естественный и техногенный фон радиации, медицинское облучение, воздействие предприятий ядерно-топливного цикла, глобальные выпадения, инкорпорация радионуклидов, гигиена труда, заболеваемость персонала;

радиационная генетика изучает закономерности и механизмы возникновения мутаций под действием ионизирующих излучений с целью разработки методов управления этим процессом;

радиационная экология изучает миграцию и круговорот радионуклидов в биосфере, воздействие ионизирующих излучений на популяции организмов и биогеоценозы; основные задачи - утилизация и хранение радиоактивных отходов, миграция радионуклидов в пищевых цепях организмов, воздействие глобальных выпадений;

медицинская радиология - область знаний об использовании ионизирующих излучений в медицине; подразделяется на дисциплины: рентгенодиагностика, лучевая терапия, радиоизотопная диагностика, клиническая дозиметрия, радиационная медицина;

радиационная токсикология изучает пути поступления радиоактивных веществ в организм, их распределение, кинетику обмена, выведения, биологическое действие

сельскохозяйственная радиология изучает закономерности положительного и отрицательного воздействия ионизирующих излучений на сельскохозяйственные растения и животных, включает дисциплины: агрорадиоэкологию, ветеринарную радиобиологию, радиобиологию растений.