1. ВСТУП ДО РАДІОБІОЛОГІЇ. ІСТОРІЯ
Сайт: | Навчально-інформаційний портал НУБіП України |
Курс: | Сучасні проблеми радіобіології та радіоекології |
Книга: | 1. ВСТУП ДО РАДІОБІОЛОГІЇ. ІСТОРІЯ |
Надруковано: | Гість-користувач |
Дата: | субота, 5 липня 2025, 06:55 |
Опис
План лекції
1. Визначення радіобіології та її місце серед суміжних наук.
2. Напрями розвитку радіобіології та її задачі.
3. Історія радіобіології: етапи розвитку.
4. Сучасні проблеми радіобіології та радіоекології.
5. Необхідність широкої пропаганди радіобіологічних знань.
Зміст
- 1. Визначення радіобіології та її місце серед суміжних наук
- 2. Напрями розвитку радіобіології та її задачі
- 3. Історія радіобіології та радіоекології: етапи розвитку
- 4. Сучасні проблеми радіобіології та радіоекології
- 5. Необхідність широкої пропаганди радіобіологічних знань
- 6. Контрольні запитання до лекції 1:
1. Визначення радіобіології та її місце серед суміжних наук
Радіобіологія, або радіаційна біологія, – це наука про дію іонізуючих випромінювань на живі організми та їх угруповання. Вона межує з науками, що досліджують біологічну дію низько енергетичних електромагнітних хвиль інфрачервоного, видимого й ультрафіолетового світла і радіохвиль міліметрового і сантиметрового діапазонів, – фотобіологією і біофізикою. Специфіка радіобіології обумовлена надзвичайно високою енергією досліджуваних нею квантів і частинок випромінювань, що перевищують енергію іонізації атомів і здатних проникати всередину речовин клітин і тканин живих організмів, впливаючи на стан їх молекул та атомів.
Основним об'єктом досліджень радіобіології є живі організми (людина, тварини, рослини, мікроорганізми) і сукупності організмів різних систематичних груп, що являють собою екологічну єдність. У цілому в радіобіології немає визначеного об'єкта вивчення, хоча в залежності від нього, як конкретного предмета досліджень, виділяють її окремі напрями: радіобіологію людини, радіобіологію тварин, радіобіологію рослин, радіобіологію мікроорганізмів та інші. Однак предметом вивчення радіобіології стали також макромолекули, окремі структури клітини, самі клітини і їхні популяції, культури тканин і органів, окремі процеси метаболізму, окремі метаболіти. В останні десятиліття виділилися такі напрями, як молекулярна радіобіологія, радіаційна біохімія, радіаційна цитологія. І з'явилося нове визначення радіобіології – наука про дію іонізуючих випромінювань на живі системи всіх рівнів організації. Останнє формулювання не є альтернативним першому, не суперечить йому, але його доповнює. Обидва вони правильні.
Радіобіологію не слід змішувати з радіологією – наукою про дію іонізуючих випромінювань на речовину. Радіобіологію можна вважати однієї зі складових частин радіології разом з радіофізикою, радіохімією.
На стику радіобіології й екології виник її окремий розділ, що іноді відносять до екології або розглядають і як самостійну науку, радіоекологія, або радіаційна екологія. У радіобіологічній номенклатурі радіоекологія – це область радіобіології, що вивчає концентрації і міграцію радіоактивних речовин в об'єктах навколишнього середовища та їх дію на живі організми.
2. Напрями розвитку радіобіології та її задачі
Сучасна радіобіологія являє собою комплексну міждисциплінарну область біологічної науки, що має чітко виділені окремі напрями. Основними з них є такі: медична радіобіологія, що включає протирадіаційний захист і терапію, радіаційну гігієну, радіаційну імунологію і радіобіологію пухлин; радіаційна екологія; радіаційна генетика; сільськогосподарська радіобіологія, у яку самостійною дисципліною входить ветеринарна радіобіологія; радіаційна цитологія; радіаційна біохімія; радіаційна біофізика; космічна радіобіологія і деякі інші.
Одні з цих напрямів мають конкретний об'єкт вивчення, інші – не мають. Але в кожного напряму є свої визначені задачі.
Головною задачею радіобіології, що складає предмет її досліджень, є вивчення закономірностей біологічної дії іонізуючої радіації на живий організм з метою оволодіння керуванням його реакціями на опромінення.
Виходячи з цієї загальної задачі формулюються конкретні задачі кожного напряму радіобіології з урахуванням специфіки об'єктів досліджень та інших особливостей.
Так, медична радіобіологія вивчає дію іонізуючих випромінювань на організм людини, принципи профілактики і лікування радіаційних уражень, можливих наслідків опромінення населення.
Радіаційна екологія досліджує шляхи міграції радіоактивних речовин у компонентах біогеоценозу, дає оцінку їхніх кількостей і біологічної дії при інкорпорації (надходженні усередину) організмами.
Задачами сільськогосподарської радіобіології є вивчення радіочутливості видів сільськогосподарських рослин і тварин, пошук можливостей її модифікації, розробка прийомів мінімізації нагромадження радіоактивних речовин у продукції рослинництва і тваринництва.
Самостійним напрямком сільськогосподарської радіобіології вважається ветеринарна радіобіологія, що вивчає особливості патологічних процесів, що протікають під впливом іонізуючих випромінювань в організмі домашніх тварин. Її задачею є також розробка радіозахисних заходів при веденні тваринництва на забруднених радіоактивними речовинами територіях, профілактика і лікування тварин у цих умовах, проведення радіометричного санітарного контролю продукції тваринництва.
Більшість цих задач є похідними головної задачі радіобіології і тісно зв'язані з проблемами інших її напрямів. Самостійне значення має задача окремого великого напряму так називаної прикладної радіобіології, що слугує практичному втіленню проблем і завдань усіх напрямів радіобіології.
3. Історія радіобіології та радіоекології: етапи розвитку
Радіобіологію прийнято вважати молодою наукою. Це справедливо, якщо її порівнювати з такими біологічними науками, як ботаніка, зоологія, анатомія, фізіологія, історія яких іде у глибину століть і навіть тисячоліть. Але вона старіша за такі біологічні науки, як молекулярна біології, молекулярна генетики, клітинна біології, генетична інженерія, що виникли в другій половині 20-го століття. У 1995 р. радіобіологія відзначила своє сторіччя.
Своїм народженням радіобіологія зобов'язана трьом великим відкриттям в галузі фізики, зробленим наприкінці 19-го сторіччя: відкриттю в 1895 р. німецьким фізиком В.К. Рентгеном Х-променів, названих згодом його ім'ям; відкриттю в 1896 р. французьким фізиком А. Беккерелем природної радіоактивності і відкриттю в 1898 р. також французькими фізиками М. Склодовською-Кюрі і П. Кюрі нових радіоактивних елементів – радію і полонію. Наскільки великими були ці відкриття, можна судити вже по тому, що Рентгенові в 1901 р. була присуджена перша Нобелівська премія з фізиці, а в 1903 р. цієї ж премії були визнані гідними Беккерель і подружжя Кюрі. Слід зазначити, що в 1911 р. Склодовській-Кюрі була вдруге присуджена Нобелівська премія за одержання радію в металевому стані.
Пізніше були відкриті й інші радіоактивні елементи. Виявилося, що усі найбільш важкі елементи, розташовані наприкінці періодичної системи Д.І. Менделєєва з 84 по 92-й атомні номери, куди, крім полонію, радію й урану, входять радон, актиній, торій, плутоній і деякі інші, теж радіоактивні. У 1906 р. була виявлена радіоактивність 40К – ізотопу калію, елемента, який у великих кількостях міститься у всіх клітинах живих організмів.
Наступне вивчення випромінювань, що випускаються радіоактивними елементами, показало, що вони складаються з трьох видів: позитивно заряджених ядер атомів гелію, названих альфа(α)-променями; негативно заряджених електронів, що одержали назву бета(β)-променів, і електромагнітних хвиль дуже високої частоти і великої енергії – гамма(γ)-променів. Усі ці промені (вірніше – випромінювання), подібно рентгенівським, є іонізуючими, тобто здатними перетворювати електрично нейтральні атоми і молекули речовини в позитивно і негативно заряджені іони.
Наукові експерименти з дії іонізуючої радіації на живі організми були проведені практично відразу ж слідом за відкриттям рентгенівських променів і явища радіоактивності. Серед найперших випробувачів стоїть ім'я відомого російського фізіолога, учня І.М. Сєченова І.Р. Тарханова. Будучи приват-доцентом Петербурзького університету, він вже в 1896 р. провів досліди з дії рентгенівських променів на жаб і комах, опублікував роботу з їхнього впливу на «хід життєвих функцій». У ній він показав ушкоджуючу їх здатність і першим висловив припущення про можливості їх застосування в медицині, що незабаром і підтвердилося.
Очевидно, першими дослідниками, що застосували рентгенівські промені для терапії раку, були американський лікар Г.Джиллман і фізик Д. Груббе. 29 січня 1896 р., усього лише через 23 дня після офіційної звістки про відкриття Рентгеном Х-променів, вони використовували їх для опромінення хворої з неоперабельним раком молочної залози. Цілком ймовірно, ефект лікування виявився позитивним, тому що Груббе і надалі продовжував практику рентгенотерапії пухлин.
На початку 20-го сторіччя фундаментальні дослідження з дії рентгенівських променів і променів радію на тварин і рослини були проведені відомим російським патофізіологом і біохіміком Ю.С.Лондоном, що працював в Інституті експериментальної медицини в Петербурзі. Він одним з перших показав шкідливу дію іонізуючої радіації на багато які життєво важливі системи організму і, зокрема, на кровотворення; описав їхню летальну дію на мишей, гальмування росту рослин. Лондон є основоположником вітчизняної радіобіології, його книга «Радій у біології і медицині», що була опублікована в 1911 р., по суті є першою у світі монографією з радіобіології.
У той же період проводив експерименти з рентгенівського опромінення лабораторних тварин професор Київського політехнічного інституту фізик Г.Г. Де-Метц.
У 1904 р. німецький дослідник Г. Петерс виявив порушення клітинного поділу під впливом іонізуючої радіації. Зараз цей факт здається само собою зрозумілим, тому що на численних живих об'єктах показаний зв'язок між гальмуванням росту з пригнобленням процесів поділу клітин. Але в той час це було відкриттям. Учень Петерса М. Кернике, працюючі з рослинними об'єктами, встановив у 1905 р., що найбільш ушкоджувальною частиною клітини є ядро. Він першим описав різні типи порушень поділу ядра і хромосом і заслужено вважається основоположником радіаційної цитології.
До такого ж висновку – надзвичайно високої радіочутливості клітинного ядра – приходять француз Г. Боні, що працював з ікрою і сперміями морського їжака і німецький зоолог О. Гетрвиг, що опромінював рентгенівською радіацією статеві клітки і зародки земноводних.
Ще далі у своїх дослідженнях пішли французькі натуралісти І. Бергонье і Л. Трибондо, що знайшли неоднакову чутливість до іонізуючої радіації окремих типів сім’яродних клітин. Вони показали, що найбільш радіочутливими є сперматогонії, а найрадіостійкішими – сперматозоїди. На підставі своїх експериментів в 1906 р. вчені сформулювали положення про те, що чутливість клітин до іонізуючих випромінювань прямо пропорційна їхньої здатності до поділу і обернено пропорційна ступеню їхньої диференціації. Ця залежність, що одержала назву положення, або закону Бергонье і Трибондо, є однією з найфундаментальніших закономірностей у радіобіології.
На зорі розвитку радіобіології в 1898 р. французькими фізіологами М. Мальдинеєм і К. Тувиненом було зроблено ще одне важливе відкриття – явище радіаційної стимуляції. Вони показали прискорення проростання насіння, росту проростків опромінених у невеликих дозах рентгенівських променів. Згодом була доведена універсальність цього явища — можливе прискорення росту і розвитку будь-яких організмів. Більше ста років причини стимулюючої дії малих доз іонізуючої радіації інтригують радіобіологів.
Останні роки 19-го і перші два десятиліття 20-го століття можна вважати першим етапом розвитку радіобіології. У цей час нагромадилася безліч фактів про дію рентгенівських випромінювань і випромінювань радіоактивних елементів на різні біологічні об'єкти. Ці дослідження проводилися фізіологами, зоологами, ботаніками, лікарями, мікробіологами в межах своїх наук і хоча, безперечно, мали фундаментальне значення для розвитку радіобіології, носили в основному описовий характер.
Підсумок зазначеному періодові підвів у 1920 р. російський мікробіолог і ботанік Г.А. Надсон, що працював у Державному рентгенологічному і радіологічному інституті в Петрограді. На основі узагальнення результатів власних досліджень і більш ста наукових джерел про вплив іонізуючих випромінювань на рослини, тварин, бактерії, гриби він проаналізував загальне і відмінне в реакціях клітин різних організмів на дію радіації, описав явище загибелі клітин після декількох поділів, відоме зараз як інтерфазна загибель, або апоптоз, явище відновлення опромінених клітин.
Але радіобіологія, як самостійна наука, ще не існувала. Для її становлення не було головного – задовільної теорії, що пояснювала б механізм дії іонізуючої радіації на організм. Необхідність такої теорії була зовсім очевидною. Настійно вимагав пояснення так називаний «радіобіологічний парадокс», суть якого у величезній невідповідності між незначною величиною поглиненої при опроміненні енергії іонізуючого випромінювання і ступенем прояву реакцій біологічного об'єкта, що може призвести до його загибелі. Виражена у формі теплоти ця енергія незмірно мала.
Важливі відкриття і нові ідеї, що прискорили формування радіобіології, принесли 1920–1930-і рр. Був відкритий так називаний «кисневий ефект», який полягає в тім, що при зниженні в середовищі концентрації кисню ступінь радіаційного ураження знижується. Одним з першовідкривачів кисневого ефекту був німецький фізіолог рослин Е. Петрі, котрий повідомив у 1923 р., що при опроміненні насіння та проростків пшениці в атмосфері вуглекислого газу радіаційне ураження зменшується в порівнянні з опроміненням у повітрі. Проведені в наступному на різноманітних живих об'єктах дослідження дозволили однозначно сформулювати положення про загально біологічну суть цього явища. Важко переоцінити значення відкриття кисневого ефекту для розвитку теоретичних основ радіобіології. Більш того, воно вперше кількісно показало, що дія іонізуючих випромінювань на організм піддається модифікації
У 1920 р. Г.А. Надсон доходить висновку, що кінцевий радіобіологічний ефект є результуючих двох протилежних процесів - з одного боку, розвитку радіаційного ураження, а з іншого – процесів відновлення, що йдуть одночасно з ним. В 1925 р. до такої ж думки прийшли французькі дослідники П. Анцель і П. Винтембергер. Так, поки ще чисто інтуїтивно було висловлене припущення про можливості післярадіаційного відновлення клітин й організму в цілому. Припущення досить сміливе і революційне, тому що ще довгі три десятиліття серед значної кількості радіобіологів було поширене тверде переконання про неможливість будь-яких відновних процесів після опромінення.
Ці роки ознаменувалися ще одним великим відкриттям – установленням мутагенної дії іонізуючої радіації, її здатності впливати на спадковий апарат організму. Першими його продемонстрували в 1925 р. на нижчих грибах Г.А. Надсон і Г.С. Філіппов. Але вже в 1927 р. американський генетик, один з авторів хромосомної теорії спадковості, Г. Меллер показав мутагенну дію на дрозофілі, а в 1928 р. його співвітчизник Л. Стедлер – на вищих рослинах. Одними з перших у світі в 1930 р. українські генетики А.П. Сапегін і Л.М. Делоне застосували іонізуючі випромінювання для одержання мутацій у злаків, що послужили в наступному вихідним матеріалом для виведення нових високопродуктивних сортів пшениці і ячменя. І дослідження в області радіаційного мутагенезу рослин одержали широке поширення у світі. З його допомогою на теперішній час отримано понад трьох тисяч сортів сільськогосподарських, декоративних і інших рослин.
Явище радіаційного мутагенезу лягло в основу виникнення нового напрямку радіобіології – радіаційної генетики. Родоначальником її вважається Г. Меллер, відзначений у 1946 р. Нобелівською премією, поки єдиною в радіобіології, та й то розділеною з генетикою.
Ці відкриття підготували базис для деяких узагальнень і появи перших теорій, які намагалися пояснити суть радіобіологічного парадокса. На початку 1920-х рр. німецький фізик Ф. Дессауер зайнявся дослідженням його причин. Дійсно, навіть при летальній для організму дозі ушкоджується мізерно мала кількість молекул. По розрахунках вченого в 1 см3 тканини міститься до 10 млрд. клітин, а в кожній клітині, у свою чергу, близько 10 млрд. біологічно важливих молекул, якщо такими вважати молекули масою понад 5000. При рентгенівському опроміненні ссавця в летальній дозі в такому обсязі тканини буде зруйновано не більш за 5×1012 молекул (максимально можливе число іонізацій), що стосовно загального числа молекул складе зовсім незначну величину: приблизно одна молекула на 200 тис. неушкоджених. Як же пояснити радіобіологічний ефект? Дессауэр міркує так. Електрони, вирвані з атома речовини клітки, не віддаляються від нього, а вступають у рекомбінацію, утворюючи нейтральні атоми в молекули. У результаті цього поглинена енергія виділяється у формі теплоти, і температура в даному місці різко підвищується. Якщо це відбувається в особливо відповідальних місцях клітки, наприклад у хромосомах, подібне локальне ушкодження може призвести до поразки всієї клітки. Так виникла перша теорія, що пояснювала дію іонізуючої радіації на організм, яка одержала назву теорії точкового тепла і стала передвісницею теорії прямої дії.
Пізніше роботами Д. Кроутера у Великобританії (1924–1927 р.), Ф. Хольвека у Франції (1928–1938 р.) і іншими були розвиті уявлення про дискретність – переривчастість дії іонізуючих випромінювань, про процес поглинання енергії як суми одиничних актів взаємодії фотона або частинок з окремими молекулами або структурами клітини. Ці погляди одержали розвиток у так названому «принципі влучення» і теорії мішені, сформульованої в 1935 р. нашим співвітчизником – видатним радіобіологом і генетиком М.В. Тимофєєвим-Ресовським та німецькими фізиками К. Циммером і М. Дельбрюком. Вони заклали основи теорії прямої дії іонізуючої радіації на живі клітки.
У 1930-і рр. виникла теорія непрямої дії радіації. Вона базувалася на радіаційно-хімічних дослідженнях О. Риссе і Г. Фрика, які встановили, що при рентгенівському опроміненні води і водних розчинів відбувається їхній радіоліз з утворенням короткоживучих хімічно активних радикалів, а також перекису водню й органічних перекисів. Взаємодія цих продуктів з біологічно важливими речовинами їх інактивує, що може стати причиною загибелі клітин.
У 30-і роки в радіобіології стало оформлятися новий напрям – радіоекологія. Початок йому було покладено В.І. Вернадським – видатним російським біогеохіміком і радіогеологом. У керованих їм Біогеохімічній лабораторії АН СРСР і Державному радієвому інституті вперше були виконані роботи з вивчення накопичення природних радіоактивних елементів у рослинах і тваринах, закладені основи вчення про закономірності їхньої міграції в навколишнім середовищі, біологічну дію випромінювань інкорпорованих радіоактивних речовин. У світлі відкриттів тих років особлива увага приділялася їхній генетичній дії.
Другий етап розвитку радіобіології в цілому завершився до початку Другої світової війни. На той час уже був накопичений величезний експериментальний матеріал, зроблені певні узагальнення, створені теорії, багато положень яких хоча і носили гіпотетичний характер, але все-таки пояснювали окремі факти і явища. Але радіобіологія як самостійна наука ще не оформилася. Навіть термін «радіобіологія» існував лише серед вузьких фахівців. Дією іонізуючої радіації на живі організми займалися в основному ентузіасти. Ще не були відомі потенційні можливості атомної енергії, не існувало атомної енергетики, ще не була створено ядерна зброя, а, отже, не являла загрози масова радіаційна небезпека. Хоча і родина Кюрі, і великий англійський фізик Е. Резерфорд, що заклав основи вчення про радіоактивність, і інші висловлювали припущення про надзвичайні енергетичні можливості атома. В.І. Вернадский однозначно попереджав про глобальну радіаційну небезпеку, що таїть подальша робота фізиків-ядерщиків, і закликав їх до обережності і відповідальності.
Друга світова війна дала могутній поштовх розвиткові ядерної фізики й атомної енергетики. У 1940–1950-і рр. були створені і використані у якості зброї американською армією атомні бомби в Японії, у деяких країнах проведені численні випробування ядерної зброї в атмосфері і, як наслідок, виникла реальна небезпека масового радіаційного ураження людей і біосфери в цілому. Цей період, коли різко зросла зацікавленість до наслідків біологічної дії іонізуючих випромінювань, знаменує початок третього етапу радіобіології.
Саме в ці роки радіобіологія остаточно формується як самостійна область науки. Перед нею встають нові проблеми: усебічне дослідження радіаційного ураження багатоклітинних організмів і в першу чергу — ссавців при їхньому тотальному опроміненні, пізнання причин різної радіочутливості організмів, вивчення причин і закономірностей прояву віддалених наслідків дії іонізуючої радіації (зниження імунітету, виникнення пухлин, скорочення тривалості життя, генетична дія). Найбільш актуальною для радіобіології стає така практична задача, як пошук фармакологічних засобів захисту організму від випромінювань.
У той час у США, Європі й Азії при великих атомних центрах створюються радіобіологічні лабораторії, інститути. Серед них варто назвати Брукхейвенську, Окриджську, Аргоннську Національні лабораторії (США), Лабораторію радіобіології атомного центра в Харуеллі (Велика Британія), Біологічне відділення атомного центру в Саклє (Франція), Інститут біофізики у Франкфурті-на-Майні (Німеччина), Радіобіологічний відділ атомного центра в Тромбеї (Індія), Радіобіологічний інститут у Сибе (Японія) і багато інших.
У 1950–1960-і рр. у СРСР виникають великі радіобіологічні центри в Інституті біофізики МОЗ СРСР (Москва), Інституті біофізики АН СРСР (Пущино), Інституті медичної радіології АМН СРСР (Обнинск), Московському державному університеті, Інституті хімічної фізики АН СРСР (Москва), Всесоюзному онкологічному центрі АМН СРСР (Москва), Ленінградському інституті ядерної фізики (Гатчина), Інституті біології південних морів (Севастополь), Інституті фізіології ім. О.О.Богомольця АН УРСР (Київ), Інституті фізіології рослин АН УРСР (Київ) та інші. У цей період у вітчизняній радіобіології сформувався могутній загін висококваліфікованих фахівців.
Результати не змусили себе чекати. У 1949 р. були відкриті радіозахисні властивості амінокислоти цистеїна і ціаніду натрію. У 1951 р. бельгійський радіобіолог З. Бак показав високу протипроменеву ефективність синтезованого їм цистеаміна, що дотепер залишається одним з найдійовіших протирадіаційних препаратів. В ті роки в радіобіології зародилося вчення про радіопротектори.
У 1950-х рр. було експериментально доведене явище післярадіаційного відновлення клітин. Серед його дослідників і першовідкривачів — імена російських радіобіологів В.П. Парибока, М.В. Лучника, В.І. Корогодина.
У зв'язку з масовими випробуваннями багатьма країнами в 1950-х — початку 1960-х рр. ядерної зброї і глобальним забрудненням Землі перед радіобіологією встали нові задачі вивчення міграції штучних радіоактивних речовин у біосфері, шляхів їх надходження в рослини, організм тварин і людини, особливості дії на організм у зв'язку зі специфікою розподілу по тканинах і органах, різною тривалістю виведення і хронічним опроміненням кліток. У цей період бурхливий розвиток одержує радіоекологія. Значний внесок у її розвиток внесли російські вчені В.М. Клечковський, Р.М. Алексахін, М.А. Корнєєв, українські – Д.М. Гродзинський, Г.Г. Полікарпов, Б.С. Прістер.
Для тих років характерне також розширення використання досягнень радіобіології для рішення практичних задач. Все більше використовуються іонізуючі випромінювання у медицині для діагностики і лікування захворювань; вони застосовуються в сільському господарстві для одержання нових сортів рослин, стимуляції їх росту і підвищення продуктивності, боротьби з комахами-шкідниками сільськогосподарських рослин і тварин; у харчовій промисловості – для знезараження і консервування продуктів.
Глибоким проникненням у радіобіологію ідей молекулярної біології, біофізичних і біохімічних методів досліджень характеризуються 1970-і рр. Збагачені новими експериментальними даними остаточно формуються теорії прямої і непрямої дії випромінювань, затверджується положення про те, що основною мішенню для радіації є молекула ДНК. Історія розвитку вітчизняних теоретичних уявлень в радіобіології тісно зв'язана з ім'ям О.М. Кузіна – автором гіпотез про природу стимулюючої дії іонізуючої радіації, і структурно-метаболічної гіпотези, що пояснює механізм радіаційного ураження клітини з порушенням метаболізму й утворенням токсичних продуктів обміну.
У першій половині 1980-х рр. у багатьох країнах спостерігалися зовсім невиправдані тенденції до скорочення радіобіологічних робіт. Так, у СРСР кількість радіобіологічних лабораторій в порівнянні з 1960-ми роками зменшилась майже утричі. У якійсь мірі це можна зв'язати з деякою самозаспокоєністю, обумовленою забороною випробувань ядерної зброї в атмосфері, космічному просторі і під водою (Московський договір 1963 р.) і зниженням радіаційного фону, недалекоглядністю окремих керівників науки і держави, заворожених пропагандою про нібито повну безпечність підприємств ядерної енергетики.
Драматичні події на Чорнобильської АЕС продемонстрували шкоду подібного самозаспокоєння. Вони висвітили багато недоліків не тільки атомної фізики і ядерної енергетики, цивільної оборони і влади, але і показали, що в країні недостатньо висококваліфікованих спеціалістів-радіобіологів і колективів, здатних оперативно вирішувати медичні задачі, а також проблеми багатьох сфер господарювання в умовах подібних аварій.
26 квітня 1986 р. завершився третій і почався четвертий етап розвитку радіобіології.
Цілком природно, що багатьом науковим колективам, що працювали у сфері радіобіології не тільки Росії, України, Білорусії, найбільшою мірою потерпілих від аварії на Чорнобильської АЕС, але й інших країн, довелося змінити напрями своїх досліджень або внести в них істотні корективи, зосередивши зусилля на вивченні радіаційних ефектів аварії, шляхів міграції викинутих реактором радіонуклідів у різних компонентах навколишнього середовища, їхній дії на біоту з метою мінімізації радіаційних наслідків.
У зв'язку з новими задачами, що неможливо було вирішити наявними силами, були організовані великі науково-дослідні установи. Їхнім головним завданням на найближчий період власне і стало вивчення радіобіологічних ефектів Чорнобиля. У Києві був заснований Український науковий центр радіаційної медицини НАН України і МОЗ України, Український НДІ сільськогосподарської радіології, у Мінську – Інститут радіобіології АН Республіки Бєларусь, у Гомелі – Білоруський НДІ сільськогосподарської радіології й інші. У багатьох інститутах і вищих навчальних закладах виникли радіобіологічні, радіоекологічні, радіологічні відділи, сектори, лабораторії, кафедри. Велика армія вчених прийшла в радіобіологію із суміжних наук.
4. Сучасні проблеми радіобіології та радіоекології
Основні проблеми, що виникли перед радіобіологією в 1950–1960-і рр. у зв'язку з імовірністю застосування ядерної зброї і використання атомної енергії в мирних цілях, вирішені далеко не цілком і не втратили своєї актуальності в даний час. Однак аварія на Чорнобильської АЕС, що одержала статус глобальної катастрофи, змусила переглянути ці проблеми і розставити нові акценти у відношенні їхньої пріоритетності. Головні проблеми радіобіології на сучасному четвертому етапі такі:
1. Особливості дії на живі організми малих доз іонізуючої радіації;
2. Специфіка дії на живі організми хронічного опромінення;
3. Профілактика і терапія гострих і хронічних радіаційних уражень;
4. Радіаційне порушення імунітету;
5. Віддалені наслідки опромінення;
6. Спільна дія на організм іонізуючих випромінювань та інших факторів;
7. Міграція штучних радіоактивних речовин у компонентах біоценозу;
8. Особливості дії на живі організми випромінювань інкорпорованих радіоактивних речовин;
9. Мінімізація надходження і нагромадження радіоактивних речовин у рослинах, організмі тварин і людини;
10. Виведення радіоактивних речовин з організму людини.
Проблема дії на живі організми так званих малих доз іонізуючої радіації (перевищуючих рівень природного радіаційного фону) у даний час є однієї з центральних проблем радіобіології. Протягом усіх трьох етапів своєї історії радіобіологи в основному займалися вивченням дії на організм високих доз, що викликають променеву хворобу, загибель організму. Після аварії на Чорнобильській АЕС мільйони людей зазнали опромінення і продовжують опромінюватися в малих дозах. Украй мало є даних, як впливають малі дози на імунну реакцію організму, на його генетичний статус. Практично немає інформації про радіаційну стимуляцію людини, відсутні відомості про можливу трансформацію клітин при малих дозах, що може привести до канцерогенезу.
Безпосередньо з проблемою дії малих доз межує проблема впливу хронічного, тобто постійного, опромінення. Усі живі організми на величезних територіях опинилися в умовах хронічної дії іонізуючої радіації. Як вона впливає на рослинний і тваринний світ, їх видовий та кількісний склад, як відіб'ється на мільйонах людей, що проживають у таких умовах?
Надзвичайно актуальною для радіобіології залишається її традиційна проблема профілактики і терапії радіаційних уражень. Більш півстоліття пройшло з часу відкриття перших радіопротекторів, у тому числі і найефективнішого з них згадуваного цистеаміну. Однак дотепер не знайдено досить прийнятних радіопрофілактичних препаратів, що змогли б збільшити стерпну організмом дозу хоча б удвічі. Практично немає засобів, що захищали б організм при хронічному опроміненні. Ще складніше обстоять справи з терапією наслідків дії випромінювань.
Одним з найтяжчих наслідків дії іонізуючого випромінювання на організм є ушкодження системи імунітету. При цьому страждають неспецифічні захисні реакції і фактори специфічного імунітету, змінюються алергійні реакції, розвивається аутоалергія. Наслідком пригноблення імунологічної реактивності є ендогенна й екзогенна інфекції, що можуть стати причиною численних захворювань і загибелі опромінених навіть у невисоких дозах організмів.
Проблема вивчення віддалених наслідків радіаційного ураження організму, що можуть проявитися через довгі роки і навіть у наступних поколіннях (виникнення лейкозів і злоякісних новоутворень, прискорення старіння і скорочення тривалості життя, мутагенна дія і деяких інших), а також їхнього запобігання відноситься до числа найменш досліджених. Важливість її очевидна. Маловивченість пояснюється незначним експериментальним матеріалом, отриманим у даній області. У людини переважна більшість віддалених наслідків, як правило, реалізується через багато років після опромінення, тому вимагає досить тривалих часових інтервалів для виявлення.
На живі організми крім різних природних несприятливих факторів навколишнього середовища діє величезна кількість штучних. Це не тільки додаткові рівні опромінення іонізуючою радіацією, але і фактори хімічної природи – викиди і відходи промислових підприємств, вихлопи двигунів внутрішнього згоряння, мінеральні добрива, пестициди, кислотні дощі. Теоретично у певних ситуаціях вони іноді можуть послабляти дію іонізуючих випромінювань, але частіше підсилюють. Спільна уражуюча їх дія може значно перевищувати сумарний ефект. Саме тому аналіз комбінованої дії на організм іонізуючої радіації й інших факторів, у тому числі і неіонізуючих випромінювань, є ще однією з найважливіших проблем радіобіології.
Актуальною проблемою, особливо в останні роки, стало вивчення закономірностей міграції радіоактивних речовин, радіонуклідів, зокрема штучних, в об'єктах навколишнього середовища. Необхідно також досліджувати їхній перехід з різних типів ґрунтів у рослини і далі по харчових ланцюгах в організм сільськогосподарських тварин і людини, місця нагромадження і концентрації в окремих органах у залежності від хімічних властивостей радіоактивних сполук й особливостей обміну речовин різних видів організмів.
З названою проблемою безпосередньо зв'язане дослідження особливостей дії на організм радіоактивних речовин, що проникнули усередину і включилися в органи і тканини – тобто інкорпорувалися. У процесі метаболізму вони можуть заміняти звичайні стабільні елементи, накопичуватися в деяких органах у великих кількостях і обумовлювати їхнє локальне опромінення у високих дозах. Досить проблематичною є дозиметрія випромінювань у таких ситуаціях.
У зв'язку з останнім надзвичайно важливого значення набувають проблеми запобігання надходження і нагромадження радіоактивних речовин в організмі людини і їхнього виведення. Перша з них представляє комплексну задачу, що вирішується на окремих ланках харчових ланцюжків фахівцями різних напрямів. На початкових етапах виробництва продукції рослинництва і тваринництва основна роль належить фахівцям сільського господарства. Уміло враховуючи фізико-хімічні властивості меліорантів і добрив, змінюючи набір рослин у сівозміні і режим зрошення посівів, умови утримання і годівлі тварин, можна значно знизити кількість радіоактивних речовин у продукції. У процесі технологічних переробок можна також істотно зменшити їхню концентрацію в багатьох продуктах харчування. Це вже задачі працівників харчової промисловості. Нарешті, правильно складений лікарями-гігієністами, фахівцями в області медичної радіобіології раціон харчування, збагачений білками, певними вітамінами, макро- і мікроелементами, спеціальними біологічно активними сполуками, може сприяти блокуванню надходження й всмоктування радіоактивних речовин організмом.
Деякі радіоактивні речовини, що потрапили в організм із продуктами харчування, водою, повітрям порівняно швидко виводяться з нього природними шляхами. Однак інші можуть міцно зв'язуватися в окремих органах, наприклад у кістяку, піддаючи їх і прилеглі тканини постійному опроміненню. Тому проблема виведення радіоактивних речовин у комплексній терапії уражень, викликаних внутрішнім опроміненням, займає особливо важливе місце.
Зовсім очевидно, що в рішенні перерахованих проблем беруть участь не тільки біологи і медики, але і велике коло дослідників інших спеціальностей. На сучасному етапі розвитку радіобіологія уже вийшла за межі нагромадження фактів про реакції на опромінення окремих систем організму, різних біологічних видів і має потребу в їхньому глибокому, всебічному аналізі й узагальненні. Великі і тісні її зв'язки з іншими науками, різнобічні, часом нетрадиційні підходи до рішення багатьох питань дозволяють сподіватися на нові відкриття в цій області біології у найближчі роки.
5. Необхідність широкої пропаганди радіобіологічних знань
Ще в середині 80-х рр. минулого століття далеко не кожен біолог і лікар, не говорячи вже про фахівців, не зв'язаних з біологією, достатньо чітко уявляв, чим займається наука радіобіологія. З весни 1986 р. ситуація змінилася. У періодичній пресі, науково-популярних виданнях з'явився безліч статей, брошур, присвячених питанням дії іонізуючої радіації на людину й інші живі організми, біосферу в цілому. Великий контингент людей у всіх країнах світу, раніше далеких від біології, медицини, охорони навколишнього середовища, ядерної фізики, атомної енергетики й інших областей науки і виробництва, у тій чи іншій мірі дотичних із проблемами радіобіології, виявили до неї незвичайний інтерес. Причиною тому стали грізні, повні драматизму події на Чорнобильській АЕС.
Якщо ще раз, дещо з іншого погляду, простежити історію розвитку радіобіології, то можна легко побачити чіткі піки і спади інтересу до неї. Причому піки завжди наставали за трагічними подіями.
Перший пік щодо масової цікавості до радіобіології приходиться на середину 1930-х рр., коли в широкій пресі різних країн були опубліковані статті і книги, що узагальнили початковий досвід натуралістів, котрі працювали з рентгенівськими променями і випромінюванням радію. Саме тоді, з легкої руки журналістів, з'явилися і зустрічається до тепер лиховісні терміни «промені смерті», «промені-убивці». Але з'ясувалося, що їхніми жертвами стає в основному невелике коло допитливих або «цікавих» учених, що добровільно йдуть на контакт із такими променями, які для населення небезпеки не являють. Тому інтерес громадськості до іонізуючої радіації, а разом з тим і до проблем радіобіології, як і всіх наук, зв'язаних з нею, упав.
Трагічні події в Японії в серпні 1945 р., коли в результаті вибухів двох атомних бомб відразу загинули сотні тисяч мирних жителів, викликали другий пік загальної уваги до радіобіології в усьому світі. Але закінчилася війна, Хіросіма і Нагасакі більше не повторювалися і до середини 1950-х рр. інтерес до неї знову знизився. До початку 1960-х рр. він знову різко зріс. Причиною тому були масові випробування атомних бомб, зв'язані з ними трагічні події з людськими жертвами, а головне, різке підвищення на всій планеті радіаційного фону. Але із забороною на вибухи атомних бомб у трьох середовищах знизилася імовірність виникнення ядерної війни і знову інтерес громадськості й урядів до радіобіології невиправдано згас. Аварія на Чорнобильськії АЕС стимулювали його знову з надзвичайною силою.
Однак уже сьогодні навіть у країнах, найбільшою мірою потерпілих від аварії, знову відзначається зниження інтересу до її наслідків, що заохочується владою, яка уповає на самоочищення біосфери від радіоактивних речовин, адаптацію населення до малих доз радіації. В наявності і падіння уваги до проблем радіобіології.
Головною причиною такого нерівного інтересу до радіобіології є однобічне розуміння її задач, асоціювання їх тільки лише з атомною загрозою – наслідками можливого ядерного конфлікту або аваріями на підприємствах атомної енергетики. Однак, як можна було переконатися на основі вищесказаного, радіобіологія – наука надзвичайно різноаспектна і багатопланова. Багато які її задачі і проблеми дійсно тією чи іншою мірою зв'язані з ліквідацією наслідків ядерних катастроф, і було б невірним стверджувати, що це другорядна задача радіобіології. Але в нашу епоху ядерна небезпека існує не тільки у вигляді атомних бомб і боєголовок, підвідних човнів і криголамів з атомними двигунами, дослідницьких ядерних реакторів і атомних електростанцій. Атом енергійно впроваджується в повсякденний побут разом з найбільш чутливою і точною методикою вченого, як найтонший і незамінний інструмент лікаря, новітня прогресивна технологія, агротехнічний прийом. Недотепне або просто неграмотне поводження з таким методом, інструментом, технологією може привести до сумних наслідків.
От чому знання основ радіобіології в наш час стало необхідним не тільки вченим-натуралістам, але і кожній людині, зайнятій в сфері виробництва матеріальних і духовних цінностей. От чому радіобіологія міцно стає в ряд наук першорядного значення, у ряд як загальноосвітніх, так і спеціалізованих дисциплін поряд з деякими іншими біологічними науками, математикою, фізикою, хімією.
6. Контрольні запитання до лекції 1:
1. Визначення радіобіології та радіоекології.
2. Місце радіобіології серед суміжних наук.
3. Основні напрями радіобіології.
4. Радіоекологія як галузь радіобіології і як самостійна наука.
5. Головна задача радіобіології.
6. Відкриття в області фізики, що дали початок розвитку радіобіології.
7. Етапи розвитку радіобіології.
8. Внесок вітчизняних вчених у розвиток радіобіології.
9. Сучасні проблеми радіобіології.
10. Теоретичне і практичне значення радіобіології.
11. Необхідність широкої пропаганди радіобіологічних знань.
12. Перспективи розвитку радіобіології.
Шрифти
Розмір шрифта
Колір тексту
Колір тла
Кернінг шрифтів
Видимість картинок
Інтервал між літерами
Висота рядка
Виділити посилання