Радіобіологія

Радіобіологія - розділ радіології, що вивчає дію іонізуючих випромінювань на живі організми. Радіобіологія встановлює залежність реакцій організму від ряду фізичних і біологічних факторів - виду променевого впливу, величини дози випромінювання (див. Дози іонізуючих випромінювань), фактора часу опромінення (див. Опромінення), радіочутливості (див.) організму та ін. Радіобіологія досліджує, як відбувається передача енергії іонізуючих випромінювань живого речовини, які первинні фізико-хімічні процеси та біохімічні ефекти виникають при цьому і до певних морфологічним та функціональним змінам вони призводять (див. Променева хвороба, Променеві ушкодження). Радіобіологія є теоретичною основою застосування іонізуючих випромінювань в медицині (див. іонізуючі Випромінювання, медична Радіологія).

Радіобіологія (від лат. radius - промінь, грец. bios - життя і logos - вчення) - наука про дію іонізуючого випромінювання на живі організми.
Відкриття Рентгеном в кінці минулого століття ікс-променів (див. Рентгенівське випромінювання), явища радіоактивності (див.), виділення радію (див.) сприяли виникненню радіобіології як самостійної дисципліни. Подальші відкриття в галузі ядерної фізики зажадали вивчення впливу різних видів радіації на біологічні об'єкти, визначення кількісних залежностей дії випромінювання, вивчення впливу просторового і часового розподілу дози. Виникла потреба в пізнанні первинних процесів, що лежать в основі біологічної дії випромінювання, у вивченні початкових зрушень у фізіологічних системах організму.
Оскільки радіобіологія включає вивчення дії радіації на різних рівнях (субклітинному, клітинному, цілого організму, його систем, органів і тканин), виникли три основні її розділи: загальна радіобіологія (вивчення залежності ефекту від дози, від розподілу дози в часі, від виду і просторового розподілу випромінювання і від ряду біологічних факторів - виду тварини, статі, віку, вихідного стану організму, факторів навколишнього середовища тощо); теоретичні основи первинного біологічної дії випромінювання; функціональні і структурні характеристики променевих реакцій (радіаційна патофізіологія, патоморфологія, біохімія, мікробіологія і тощо). Радіобіологічні закономірності покладені в основу методів променевої терапії (див.), рентгенотерапії (див.), при забезпеченні безпеки космічних польотів, розробки профілактичних та терапевтичних засобів від променевих уражень (див. Противолучевая захист). Радіобіологія вирішує практичні питання радіаційної гігієни (див.), проблеми віддалених наслідків дії на людей іонізуючих випромінювань, що має велике значення у зв'язку з використанням випромінювань в медицині і народному господарстві. Одне з центральних місць у сучасної радіобіології займає проблема відновлення опроміненого організму, так як з'ясування умов, що підсилюють відновні процеси, сприяє зняттю загрози віддалених наслідків. Радіобіологічні закономірності служать для цілей радиоселекции (див. радіаційна Генетика) та променевої стерилізації харчових продуктів і медичних матеріалів (див. Радіаційна мікробіологія). Знання про дії випромінювання на живі організми використовуються при вирішенні інших питань медичної науки, наприклад придушення при опроміненні иммуноспецифических властивостей організму використовується для досліджень можливості трансплантації тканин.
На підставі експериментальних і клінічних досліджень виявлено радіобіологічні закономірності, що показують залежність дії випромінювання від ряду фізичних і біологічних факторів. Виявлена різна біологічна ефективність різних видів випромінювань і випромінювань різних енергій, пов'язана з особливостями їхньої взаємодії з речовиною і різним просторовим розподілом у тканинах (див. іонізуючі Випромінювання, Відносна біологічна ефективність). Ці знання використовуються в медицині при виборі джерела і методу опромінення для лікування різних захворювань, а також у практиці гігієнічного нормування.
Виявлено залежність ушкоджуючої дії випромінювання від кількості (дози) поглиненої енергії, яка в загальній формі може бути виражена графічно у вигляді S-подібної кривої смертності, а також кривої, що характеризує середню тривалість життя (див. Дози іонізуючих випромінювань, рис. 1 і 2). За впливу випромінювання на смертність протягом певного терміну (найчастіше 30 днів) прийняті: 1) мінімальна смертельна доза (МСД) - кількість випромінювання, що викликає смертність у 10% випадків; 2) доза половинної виживаності (СД50); 3) мінімальна абсолютно смертельна доза (МАСД) - мінімальна кількість випромінювання, що викликає смертність 100% опромінених. Для людини і багатьох видів теплокровних тварин при загальному одноразовому опроміненні МСД становить 200 з СД60 - 400 р, МАСД - 600 р.
По мірі збільшення дози випромінювання скорочується термін життя опромінюваної тварини. При дозах, що перевищують на кілька тисяч рентгенів МАСД, він складає 3,5 дня. Опромінення в дозі більше 15 000 р призводить до загибелі протягом доби. Подальше наростання дози вкорочує терміни життя до декількох годин і хвилин, приводячи до загибелі «під променем». В залежності від величини дози випромінювання в клінічних проявах захворювання переважають різні симптоми і виявляються різні механізми загибелі. Встановлена також дозовая залежність вражаючої дії випромінювання в різних шкірних реакцій (див. Шкіра, променеві ушкодження).
Поряд з якістю і величиною дози випромінювання на біологічний ефект впливає фактор часу опромінення (відношення дози протяжного або дробового дозі опромінення до одноразового короткочасного впливу, яка викликає однаковий з ними біологічний ефект). Дробове променеве вплив менш ефективно в порівнянні з одноразовим. Істотно впливають на ефект величина окремих фракцій, інтервали між опроміненнями і ритм променевого впливу. Зміна протяжності опромінення за рахунок зниження потужності дози (нижче 20 р/хв) також зменшує біологічний ефект. Зміна потужності дози в діапазоні-20-150 р/хв для більшості біологічних реакцій не робить істотного впливу. В останні роки відмічено зниження шкідливого ефекту при використанні потужностей доз порядку декількох тисяч рентгенів на хвилину.
Є дані про стимулююче дію іонізуючого випромінювання на живі організми, однак це питання є спірним і потребує подальшого вивчення.
Вивчення відповідних біологічних реакцій на променеве вплив виявляє різну чутливість організмів, фізіологічних систем і окремих структурних утворень до іонізуючого випромінювання. Порівняльна чутливість до випромінювання різних біологічних об'єктів дозволяє говорити про їх відносної радіочутливості або радіорезистентності. При цьому необхідно брати до уваги критерій оцінки і термін спостереження реакції. Є концепція, згідно якої радіочутливість об'єкта визначається його здатністю до пострадиационному відновленню.
На чутливість до випромінювання великий вплив роблять вид, стать тварини, вік особини, що піддається опроміненню. Зростаючі організми володіють більш високою радіовідчутності порівняно з дорослими. Як в експериментальних дослідженнях, так і в радіологічної клініці чітко проявляється індивідуальна радіочутливість. Радіочутливість організму у великій мірі визначається типологічними особливостями вищої нервової діяльності. Краще переносять опромінення тварини і люди з сильним врівноваженим типом вищої нервової діяльності. Слабкість основних кіркових процесів зумовлює несприятливий перебіг реакції на променеве вплив. Іншим важливим фактором, що визначає реакцію організму на променеве вплив, є вихідне функціональний стан ЦНС.
Підвищена збудливість ЦНС безпосередньо перед опроміненням або в момент опромінення несприятливо позначається на перебігу променевого ураження; при зниженні збудливості і рівня коркової активності відмічено зниження біологічного ефекту. Зміною вихідного функціонального стану організму (зокрема, за допомогою фармакологічних засобів) можна значною мірою вплинути на його радіочутливість. Ця можливість використовується при необхідності в радіологічної клініці.


Великий вплив на перебіг променевого ураження надає також початкове функціональне стан залоз внутрішньої секреції - гіпофізарно-адреналової системи, щитовидної та статевих залоз. Певна залежність пов'язує рівень естрогенів в крові з природною радіовідчутності тварин. Відомо збільшення біологічного ефекту в умовах підвищеної функції щитовидної залози, при недостатності кори надниркових залоз. В даний час визнається, що попередня стимуляція гіпофізарно-адреналової системи позитивно позначається на перебігу та результаті променевого ушкодження. Попереднє вплив стрес-факторами фізичної та хімічної природи створює у визначені терміни підвищену резистентність організму до дії випромінювання.
На радіочутливість живих організмів впливають і деякі фактори навколишнього середовища. Відзначені добові та сезонні коливання радіочутливості; мають значення температура повітря, фізичне навантаження та інші фактори. Суттєво змінює радіочутливість організму концентрація кисню в навколишньому середовищі і тканинах у момент опромінення. Зниження концентрації кисню в момент опромінення нижче атмосферного зменшує біологічна дія випромінювання. Збільшення радіобіологічного ефекту при опроміненні в присутності кисню носить назву кисневого ефекту. Кисневий ефект відрізняється універсальністю і проявляється при дії радіації майже на всі види живої
матерії. Крім того, кисневий ефект використовується як метод вивчення первинних ланок механізму біологічної дії іонізуючої радіації. Погляд на механізм біологічної дії іонізуючих випромінювань ґрунтується на уявленнях про пряму дію радіації на біологічний субстрат (теорія мішені) або непряме (непряме) дії - через проміжні активні речовини (теорія активованої води). Теорія мішені, розроблена на основі аналізу кривих залежності ефекту від дози, заснована на математичному аналізі ймовірності «влучень» в найбільш уразливий обсяг в клітці («мішень»). Застосування теорії мішені обмежується досить вузькими межами так як вона не пояснює дії випромінювання на складні біологічні об'єкти.
Згідно теорії непрямого дії випромінювання радіація впливає на речовину опосередковано, спочатку змінюючи молекули розчинника і викликаючи появу так званих активних радикалів. Утворилися вільні нестійкі і хімічно дуже активні радикали - атомарний водень (Н·), гідроксильні групи (ОН-), гідропероксид (А 2 ) - взаємодіють з молекулами розчиненої речовини, обумовлюючи первинні радіаційно-хімічні реакції. Ці реакції можуть носити характер окислювальних або відновних процесів.
Експериментальні дані показують, що первинне дію іонізуючої радіації зводиться до прямого, так і непрямого ефекту, співіснуючих в будь-якому радіаційно-хімічному та радиобиологическом процесі. Все більшого значення набуває проблема первинних початкових механізмів біологічної дії випромінювання на молекулярному і клітинному рівнях. Подальша розробка теоретичних проблем радіобіології необхідна для вирішення питань захисту людини від шкідливої дії випромінювання, пошуки більш ефективних шляхів променевої терапії злоякісних новоутворень, використання випромінювання для цілей радиоселекции та інших практичних завдань.