Русская Википедия:Радиобиология

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Шаблон:Комплексная наука 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 защитеШаблон:Sfn.

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 ЮНЕСКОШаблон:Ref-en — 2418 (раздел — биология)[2].

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:

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 (30-е годы).

Файл:Прямое и непрямое действие излучения.png
Прямое и непрямое действие излучения. (ROS-активные формы кислорода, RNS- реактивные соединения азота, GJ-щелевые контакты, Ex-экзосомы) См.также[3]

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. ПулюйШаблон:* В. К. РентгенШаблон:* А. БеккерельШаблон:* [[Склодовская-Кюри, Мария|М. СклодовскаяШаблон:* П. Кюри]]Шаблон:* И. Р. ТархановШаблон:* Е. С. ЛондонШаблон:* Г. Е. Альберс- ШонбергШаблон:* Л. ХальберштадтерШаблон:* П. БроунШаблон:* Дж. ОсгоудШаблон:* Г. ХейнекеШаблон:*| Ж. БергоньеШаблон:* 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. ДессауэрШаблон:* Л. ГрэйШаблон:* Н. В. Тимофеев- РесовскийШаблон:* А. М. КузинШаблон:* Б. Н. ТарусовШаблон:* Н .М. ЭмануэльШаблон:* Д. Э. ЛиШаблон:* К.ЦиммерШаблон:* Г. А. НадсонШаблон:* Г. С. ФилипповШаблон:* Г. МёллерШаблон:* 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

Дубинин Н. П.Шаблон:* Н. В. ЛучникШаблон:* Б. Л. АстауровШаблон:* К. П. ХансонШаблон:* В. И. КорогодинШаблон:* В. Д. ЖестяниковШаблон:* Л. Х. ЭйдусШаблон:* В. И. БрусковШаблон:* Э. Я. ГраевскийШаблон:* И. И. ПелевинаШаблон:* А. В. ЛебединскийШаблон:* П. Д. ГоризонтовШаблон:* Г. П. ГруздевШаблон:* П. П. СаксоновШаблон:* Ю. Г. ГригорьевШаблон:* Н. Л. ДелонеШаблон:* А. В. АнтиповШаблон:* В. С. ШашковШаблон:* С. П. ЯрмоненкоШаблон:* Р. В. ПетровШаблон:* Р. Б. СтрелковШаблон:* А. А. ЯрилинШаблон:* П. Г. ЖеребченкоШаблон:* Е. Ф. РоманцевШаблон:* В. Г. ВладимировШаблон:* А. К. ГуськоваШаблон:* Г. Д. БайсоголовШаблон:*М. П. ДомшлакШаблон:* С. Н. АлександровШаблон:* А. А. ВайнсонШаблон:* А. А. ЛетаветШаблон:* Ф. Г. КротковШаблон:* В. Я. ГоликовШаблон:*У. Я. МаргулисШаблон:* А. В. СеванькаевШаблон:* Ю. Б. КудряшовШаблон:* Е. Ф. КонопляШаблон:*

Четвертый этап

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

И. И. СусковШаблон:* В. А. ШевченкоШаблон:* Д. М. СпитковскийШаблон:* Е. Б. БурлаковаШаблон:* И. Е. Воробцова Шаблон:* С.В. ГудковШаблон:*H. R. WithersШаблон:* J. WardШаблон:* H. NagasawaШаблон:* J. LittleШаблон:* C. MothersillШаблон:*C. SeymourШаблон:*O. V. BelyakovШаблон:*M. FolkardШаблон:*K. PriseШаблон:*B. MichaelШаблон:* K. BaverstockШаблон:*M. JoinerШаблон:*B. MarplesШаблон:*P. LambinШаблон:*A. BrooksШаблон:*T. ElsasserШаблон:*M. ScholzШаблон:*T. DayШаблон:*G. ZengШаблон:*A. HookerШаблон:*T. NeumaierШаблон:*J. SwensonШаблон:*C. PhamШаблон:*A. PolyzosШаблон:*A. LoШаблон:*P. YangШаблон:*J. DyballШаблон:*O. DesoukyШаблон:*N. DingШаблон:*G. ZhouШаблон:* А. Н. КотеровШаблон:*А. А. ВайнсонШаблон:*Y. Ogawa

Стадии формирования радиобиологических эффектов

Файл:Формирование радиобиологичких эффектов.jpg
Формирование радиобиологических эффектов во времени и на различных уровнях организации. Классическая парадигма радиобиологии Hall EJ, Giaccia AJ. Radiobiology for the Radiologist, 7th edn. Philadelphia: Wolters Kluwer/Lippincott, Williams, and Wilkins, 2012

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 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

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

Основные изменения

Причины нарушений

Направления

Основные направления в радиобиологии
  • Общая (фундаментальная) радиобиология: радиационная биохимия | радиационная биофизика | молекулярная радиобиология | радиационная цитология | радиационная генетика | радиационная экология | космическая радиобиология
  • Периодические издания

    Учебные заведения и научные учреждения

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

    Примечания

    Шаблон:Примечания

    Литература

    Рекомендуемые учебники

    • 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
    • Шаблон:Книга
    • 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)


    Шаблон:Библиоинформация Шаблон:^v Шаблон:Радиационная безопасность