РАДИОБИОЛОГИЯ

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.