РАДИОБИОЛОГИЯ
(от радио... и
биология),
наука о действии всех видов ионизирующих излучений
на живые
организмы, их сообщества и биосферу в целом. Р. граничит с науч. дисциплинами,
исследующими биологич. действие электромагнитных волн инфракрасного, видимого
и ультрафиолетового диапазонов (см. Фотобиология)
и радиоволн миллиметрового
и сантиметрового диапазонов. Специфика Р. обусловлена большой энергией
квантов и частиц (а-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 биологического действия
ионизирующих излучений началось почти тотчас за открытием этих излучений
В. К. Рентгеном (1895), А. Беккерелем (1896) и открытием
радия М. Склодовской-Кюри и П. Кюри (1898). В 1896 рус. физиолог
И. Р. Тарханов опубликовал работу о возможном влиянии рентгеновских
лучей "на ход жизненных функций". В нач. 20 в. в России влияние ионизирующих
излучений на живые организмы изучал Е. С. Лондон, опубликовавший
в 1911 монографию "Радий в биологии и медицине". В Германии в 1904 Г. Петере
обнаружил нарушение деления в облучённых клетках, а П. Линзер и Э. Хельбер
в 1905 - появление токсич. веществ в крови облучённых животных. В 1906
франц. исследователи Ж. Бергонье и Л. Трибондо обратили внимание на зависимость
радиочувствительности
клеток от интенсивности и длительности их делений (митозов), а
также степени дифференцировки. К 20-м гг. накопилось много разрозненных
наблюдений о действии рентгеновского и гамма-излучений на разные биологические
объекты. Однако эти исследования проводились различными специалистами -
физиологами, зоологами, ботаниками, медиками-в рамках своих наук.
20-30-е гг. принесли ряд крупных открытий
и новых идей, ускоривших становление Р. как науки. В 1925 сов. учёные Г.
А. Надсон и Г. С. Филиппов открыли на низших грибах мутагенное действие
рентгеновских лучей; работы по радиационному мутагенезу осуществили
в США в 1927 Г. Мёллер (на дрозофиле) и в 1928 Л. Стедлер (на высших
растениях). Эти открытия легли в основу радиационной генетики. В
1920 Г. А. Надсон и в 1925 П. Анцель и П. Винтембергер (Франция) пришли
к выводу, что наблюдаемые радиационные повреждения клетки - результат двух
противоположных процессов: развития повреждения и одновременно идущего
процесса восстановления. Работами Ф. Дессауэра в Германии (1922), Дж. Кроутера
в Великобритании (1924, 1927), Ф. Хольвека во Франции (1928-38) и др. были
развиты представления о дискретности ионизирующих излучений, о процессе
поглощения энергии как сумме единичных актов взаимодействия фотона или
частицы с отдельными молекулами или структурами клетки. Общий закон фотохимии
(см. Гротгуса закон), согласно к-рому химич. реакцию в веществе
может вызвать только поглощённая часть падающего на него света, распространяется
и на ионизирующие излучения. В кон. 20 - нач. 30-х гг. Дж. Кроутер, а также
Ф. 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 объёма
- "мишени"; попадание ионизирующей) частицы в "мишень" и вызывает наблюдаемый
эффект. Мишени теория как формальное обобщение мн. наблюдаемых явлений
была окончательно сформулирована англ. учёным Д. Ли (1946), Н. В. Тимофеевым-Ресовским
и нем. учёным К. Циммером (1947).
В 40-е - нач. 50-х гг. благодаря быстрому
развитию ядерной физики и техники, а также в результате радиоактивного
загрязнения окружающей среды вследствие испытаний ядерного оружия резко
возрос интерес к последствиям биологич. действия ионизирующих излучений.
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 радиации в возникновении вредных
мутаций, изучение закономерностей и причин возникновения отдалённых последствий
облучения (сокращение продолжительности жизни, возникновение опухолей,
снижение иммунитета). Актуальными для Р. становятся такие практич. задачи,
как изыскание различных средств защиты, организма от излучений и
путей его пострадиационного восстановления от повреждений, прогнозирование
опасности для человечества повышающегося уровня радиации окружающей среды,
изыскание новых путей использования ионизирующих излучении в медицине,
с. х-ве, пищ. и микробиологич. пром-сти.
50-60-е гг. характеризуются глубоким проникновением
в Р. биофизич. и биохимич. методов исследования. К этому времени становится
ясно, что в поражении клеточных структур и макромолекул, помимо прямого
попадания в них квантов и частиц, участвуют радикалы воды и др. низкомолекулярных
веществ, перекиси, гидроперекиси, семихиноны, хиноны и др. вещества, образующиеся
в клетке при облучении в присутствии кислорода (косвенное действие радиации;
см. также Кислородный эффект).
Вслед за работами, показавшими ведущее
значение для ряда радиационных эффектов поражения клеточного ядра (Р. Циркл,
П. Хеншоу в США; Б. Л. Астауров в СССР, и др.), последовали многочисленные
исследования возникающих в результате облучения нарушений структуры и метаболизма
дезоксирибонуклеиновой
кислоты, радиационное поражение к-рой (прямое и косвенное) лежит в
основе генетического действия излучений. В эти годы были открыты
радиозащитные средства (т. н. радиопротекторы) - вещества, защищающие
животный организм от действия радиации, разработаны георегич. 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 специфич. распределением по тканям,
различной длительностью выведения из организма и хронич. облучением клеток.
Проблемы хронич. действия малых доз радиации приобретают большую актуальность
и в связи со всё убыстряющимися темпами развития ядерной энергетики.
Стр-во ускорителей ядерных частиц, 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; изучение одновременного действия радиации и др. факторов
космич. полёта (невесомости, вибрации и т. п.); исследование действия радиации
на высшую нервную деятельность человека в условиях космоса и др. Интенсивно
развивающаяся ветвь Р.- космическая Р.- решает эти вопросы как в земных
условиях (эксперименты с использованием совр. ускорителей, спец. стендов
и т. д.), так и при полётах в космос.
Преимущества работы с микроорганизмами
при проведении радиобиологич. исследований способствовали быстрому развитию
и оформлению др. самостоятельной ветви Р.- радиационной микробиологии,
основы к-рой были заложены в 20-е гг. 20 в. работами Г. А. Надсона. Микроорганизмы
широко используются для выяснения общих закономерностей воздействия ионизирующих
излучений на клетки или различные внутриклеточные структуры - органоиды
и др., для выяснения механизмов радиационного мутагенеза и мн. др. 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.
Кон. 50-х - 60-е гг. ознаменовались в Р.
открытием явлений восстановления- репарации-облучённых клеток, осуществляемых
спец. ферментными системами, к-рые быстро ликвидируют радиационные повреждения
молекул ДНК. Эти открытия побудили пересмотреть прежние выводы о формировании
радиационных эффектов, об опасностях поражения при хронич. облучениях в
малых дозах, а также по-новому оценить причины устойчивости генетич. аппарата
клетки. Значительно расширились представления о причинах различной радиочувствительности
клеток, значении для радиочувствительности объёма хромосом, числа сульфгидрильных
групп, активности репарирующих ферментов и др. факторов. Формальные обобщения
новых фактов и представлений нашли отражение в стохастической (вероятностной)
концепции биологич. действия излучений. Исследования биохимич. сдвигов
в облучённых клетках и тканях, радиационных повреждений ядра, митохондрий,
биологич. мембран и др. органелл клетки позволили обосновать структурно-метаболическую
гипотезу действия радиации. Согласно этой гипотезе, вероятностный характер
радиационных эффектов является результатом взаимодействия процессов, возникающих
в молекулярных и надмолекулярных структурах, обмене веществ в регуляторных
системах облучённого организма.
Многогранность задач, стоящих перед совр.
Р., привела к развитию радиоэкологии, радиационной генетики и др.
разделов Р. Исследования в области Р. лежат в основе практич. применения
ионизирующих излучений в лучевой терапии злокачеств. новообразований; на
их базе разработаны эффективные методы лечения лучевой болезни, они послужили
теоретич. фундаментом для использования ионизирующих излучений в борьбе
с с.-х. вредителями, для выведения новых сортов с.-х. растений (радиационная
селекци я), повышения урожая путём предпосевного облучения семян, продления
сроков хранения с.-х. сырья, для лучевой стерилизации мед. препаратов.
Данные космич. Р. необходимы для прогнозирования и обеспечения безопасности
полётов человека в космос. Мн. 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 биологич. физики АН СССР (г. Пущино), в Ленингр. ин-те ядерной физики
АН СССР (г. Гатчина) и др. ин-тах АН СССР, а также в ин-тах Мин-ва здравоохранения
СССР и Мин-ва с. х-ва СССР, на кафедрах мн. вузов. За рубежом осн. центры
радиобиологич. исследований: Брукхейвенская нац. лаборатория, Биологич.
отделение атомного центра в Ок-Ридже и др. (США); Радиевый ин-т, Биологич.
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); Радиобиологии,
отделе атомного центра в Тромбсе (Индия); Радиобиология, ин-т (Сиба, Япония)
и мн. др. В 1955 Ген. Ассамблея ООН учредила спец. Науч. комитет по действию
атомной радиации (участвуют 20 стран), к-рый собирает всю информацию о
радиационной обстановке на Земле и возможных биологич. последствиях облучения
человека и сообщает её в регулярно представляемых ООН докладах (1958-72).
Осн. периодич. издания по Р.: журналы "Радиобиология"
(с 1961), "Radiation Research" (N. Y., с 1954), "International Journal
of Radiation Biology ..." (L., с 1959), "Radiation Botany" (L.-N. Y., с
1961) и др. Междунар. ассоциация радиационных исследований, Европ. об-во
радиобиологов, Науч. совет по проблемам радиобиологии АН СССР и др. регулярно
созывают нац.. и междунар. симпозиумы (первый в Дании, 1953), конференции,
конгрессы (первый в США, 1958).
Лит.: Бак З., Александер П., Основы
радиобиологии, пер. с англ., М., 1963; Основы радиационной биологии, М.,
1964; Корогодин В. И., Проблемы пострадиационного восстановления, М., 1966;
Свердлов А. Г., Опосредованное действие ионизирующего излучения, М., 1968;
Тимофеев -Ресовский Н. В., Иванов В. И., Корогодин В. И., Применение принципа
попадания в радиобиологии, М., 1968; Хуг О., Келлерер А. М., Стохастическая
радиобиология, пер. с нем., М., 1969; Кузин А. М., Структурно-метаболическая
гипотеза в радиобиологии, М., 1970; его же, Молекулярная радиобиология
клеточного ядра, М., 1973; Эйдус Л. X., Физико-химические основы радиобиологических
процессов и защиты от излучений, М., 1972; Первичные радиобиологические
процессы, 2 изд., М., 1973; Radiation biology, ed. by A. Hollaender, v.
1, N. Y.- Toronto - L., 1954.
А. М Кузин.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я