Радиобиология (Jg;nkQnklkinx)
Наука | |
Радиобиология | |
---|---|
Тема | Естествознание |
Период зарождения | начало XX века |
Основные направления | радиационная генетика, радиоэкология, радиационная гигиена, радиационная эпидемиология |
Центры исследований | МРНЦ, Федеральный медицинский биофизический центр им. А. И. Бурназяна, Ливерморская национальная лаборатория, Оксфордский институт радиационной онкологии |
Значительные учёные | Н. В. Тимофеев- Ресовский |
![]() |
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 (англ.) — 2418 (раздел — биология)[3].
Предмет радиобиологии
[править | править код]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.
Объекты и методы в радиобиологии
[править | править код]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
[править | править код]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 (30-е годы).
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/de/%D0%9F%D1%80%D1%8F%D0%BC%D0%BE%D0%B5_%D0%B8_%D0%BD%D0%B5%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%BC%D0%BE%D0%B5_%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D0%B5_%D0%B8%D0%B7%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F.png/220px-%D0%9F%D1%80%D1%8F%D0%BC%D0%BE%D0%B5_%D0%B8_%D0%BD%D0%B5%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%BC%D0%BE%D0%B5_%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D0%B5_%D0%B8%D0%B7%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F.png)
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
[править | править код]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. |
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
|
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 · 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 |
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
[править | править код]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/13/%D0%A4%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%BA%D0%B8%D1%85_%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BE%D0%B2.jpg/220px-%D0%A4%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%BA%D0%B8%D1%85_%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BE%D0%B2.jpg)
В формировании радиобиологических эффектов различают следующие стадии:
- Физико-химическая стадия — прямое или косвенное действие излучения на молекулы-мишени.
- Биохимическая стадия — действие излучения на основные компоненты радиочувствительных клеток с последующим изменением их метаболизма.
- Биологическая стадия — генетические и отдаленные эффекты облучения.
- Длительность стадий от 10−18 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
[править | править код]Радиационная цитология (радиобиология клетки) изучает влияние излучений на строение и функции клеток, а именно:
Основные изменения
- Нарушения дифференцировки и деления клеток.
- Трансформация их в злокачественные клетки.
- Репродуктивная и интерфазная гибель клеток
Причины нарушений
- Повреждение ядер, хромосом, других ядерных органелл.
- Повреждение биологических мембран.
Направления
[править | править код]Основные направления в радиобиологии |
---|
|
Периодические издания
[править | править код]- International Journal of Radiation Biology
- Journal of Radiobiology
- Радиационная биология. Радиоэкология - Журнал
Учебные заведения и научные учреждения
[править | править код]Радиобиологию изучают во многих научных центрах и университетах. Вот некоторые из них:
- Лаборатория радиационной биологии Объединенного института ядерных исследований
- Кафедра биофизики, радиационной физики и экологии Национального исследовательского ядерного университета (МИФИ)
- Лаборатория радиационной биофизики МГУ
- Медицинский радиологический научный центр Минздравсоцразвития России
- Институт радиобиологии Национальной академии наук Беларуси
Примечания
[править | править код]- ↑ 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.
- ↑ Актуальная радиобиология, 2015, с. 11—12.
- ↑ 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.
- ↑ William F. Morgan. Effects of ionizing radiation in nonirradiated cells // PNAS. — 2005. — 1 октября (т. 102, № 40). — С. 14127–14128.
Литература
[править | править код]- Бак З., Александер П. Основы радиобиологии = Fundamentals of radiobiology By Z. M. Bacq and Peter Alexander. Completely rev. 2 d ed. Oxford a. o. Pergamon press, 1961 / Пер. с англ. Б. И. Генгринович, В. П. Коноплева и П. М. Хомиковского; Под ред. и с предисл. Я. М. Варшавского, Э. Я. Граевского и М. Н. Мейселя. — М.: Изд-во иностр. лит., 1963. — 500 с.
- Гродзенский Д. М. Радиобиология: Биологическое действие ионизирующих излучений. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Атомиздат, 1966. — 232 с.
- Барабой В. А. Популярная радиобиология. — Киев: Наукова думка, 1988. — 192 с. — ISBN 5-12-000329-X.
- Белов А. Д., Киршин В. А. Ветеринарная радиобиология. — М.: Агропромиздат, 1987. — 288 с.
- Бесядовский Р. А., Иванов К. В., Козюра А. К. Справочное руководство для радиобиологов. — М.: Атомиздат, 1978. — 128 с.
- Василенко И. Я., Василенко О. И. Биологическое действие продуктов ядерного деления. — М.: Бином, 2011. — 384 с.
- Владимиров Ю. А. и др. Биофизика мембран. — М.: Медицина, 1983.
- Конопля Е. Ф. и др. Радиобиология: Энциклопедический словарь. — Гомель, 2005. — 252 с.
- Коггл Дж. Биологические эффекты радиации / Пер. с англ. И. И. Пелевиной, Г. И. Миловидовой; Под ред. А. Н. Деденкова. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 184 с.
- Красавин Е. А. Мутагенное действие излучений с разной ЛПЭ / Е. А. Красавин, С. Козубек. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 184 с. — ISBN 5-283-03058-X.
- Красавин Е. А. Проблема ОБЭ и репарация ДНК. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 192, [1] с. — ISBN 5-283-02984-0.
- Кузин А. М., Каушанский Д. А. Прикладная радиобиология: (Теоретические и технические основы). — М.: Энергоиздат, 1981. — 224 с.
- Кузин А. М. Структурно-метаболическая теория в радиобиологии. — М.: Наука, 1988.
- 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.
Рекомендуемые учебники
[править | править код]- 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.
- Ярмоненко С. П., Вайнсон А. А., Радиобиология человека и животных. М.: Высшая школа, 2004
- 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)