Радиология - комплексная наука об ионизирующих излучениях.
Лекция 1. Введение. Предмет радиобиологии. История возникновения и развития науки.
Радиобиология – научная дисциплина, изучающая действие ионизирующих излучений на биологические объекты разной степени организации – от изолированной клетки до организма.
В природе организмы подвергаются радиационному воздействию от естественных источников и от источников, связанных своим происхождением с деятельностью человека, эффекты этих воздействий и изучает радиоэкология.
Наука радиобиология возникла сравнительно недавно, в конце 19 века. Однако, ионизирующее (радиационное) излучение – это не нечто новое, сотворенное человеком, а вечно существующее природное явление. Биологическая эволюция на Земле происходила при постоянном действии на организмы ионизирующего излучения. Более того, мутагенный эффект ионизирующего излучения является одним из важных факторов эволюции живых организмов. Новое, что создал человек в 20 веке – это дополнительная радиационная нагрузка, которой подвергаются человек и другие организмы на Земле за счет искусственных источников ионизирующих излучений.
Несмотря на относительную молодость, в настоящее время радиобиология является одной из самых "популярных" наук. Не будет преувеличением утверждать, что ни одна научная проблема так широко не обсуждается и не приковывает внимание общественности, не вызывает много споров, как вопрос о действии ионизирующих излучений на человека и окружающую среду. В связи с возрастанием количества промышленных и военных технологий с использованием радиоактивных источников, широкого использования медицинских и бытовых приборов с источниками ионизирующих излучений, освоением Космоса, проблемы радиобиологии становятся еще более актуальными. Можно утверждать, что на Земле не существовало и не существует ни одного живого организма, которое не испытывало бы действие ионизирующих излучений. Причем, в количественном отношении действие этих излучений постоянно возрастает вследствие повышения радиационного фона Земли в результате деятельности человечества. Таким образом, проблемы радиобиологии тем или иным образом имеют непосредственное отношение к каждому человеку. К сожалению, с одной стороны, достоверная научная информация по этому поводу не всегда доходит до населения нашей планеты, и с другой - абсолютное большинство людей не способны объективно воспринимать эту информацию. У многих людей слова «радиация», «радиоактивность», «ионизирующие излучения» вызывают страх и другие негативные реакции. Во многих случаях, этот страх является следствием их некомпетентности, незнания основ радиобиологии. К тому же, средства массовой информации, традиционно радиацию представляют в исключительно черных тонах. В сознании большинства людей она связана только с атомными бомбами, с радиоактивными дождями, с разрушениями, болезнями и смертью. Однако, мы должны понимать, что причиной разрушений и смерти является не радиация, а неразумное (или преступное) использование человеком этого природного явления. В связи с этим, вызывает восхищение дар предвидения гениального ученого Пъера Кюри, одного из первооткрывателей явления радиоактивности. На выступлении по случаю вручения ему и его супруге - Марии Складовской-Кюри Нобелевской премии в 1903 году, он высказал пророческую мысль. «Радий (и другие радиоактивные элементы) в будущем принесут огромную пользу всему человечеству. Но в преступных руках радий способен быть очень опасным. В связи с этим, следует задаться вопросом: является ли познание природы выгодным для человечества, или же это познание вредно». К сожалению, сбылись оба предсказания великого ученого: человечество получило очень эффективный (и практически неисчерпаемый) источник энергии, и создало атомное оружие, уничтожающую силу и вредные последствия его использования нельзя сравнить ни с какими другими видами оружия.
Ионизирующие излучения действительно представляют опасность для всех живых систем, в т.ч. и для человека. Поэтому чтобы грамотно использовать возможности атомной энергетики и других источников ионизирующих излучений, уменьшить получаемые отдельным человеком дозы, минимизировать вредное влияние ионизирующих излучений на живую природу, необходимо знать, что собой представляет радиация и как она воздействуют на живые организмы. Этими вопросами и занимается наука радиобиология.
Основной задачей радиобиологии является познание общих закономерностей биологического ответа на ионизирующие воздействия, на основе которых можно было бы управлять ответными реакциями организма и уменьшить вредное воздействие излучения на него.
Прежде всего, необходимо однозначно уяснить, что мы должны понимать под терминами «радиоактивность», «радиация», «ионизирующие излучения». Радиоактивность - явление самопроизвольного распада ядер некоторых элементов с испусканием ионизирующих излучений. Таким образом, ионизирующие излучение (ионизирующая радиация) является следствием радиоактивности. Однако, ионизирующие излучения могут иметь и иное, «нерадиоактивное», происхождение, например, рентгеновское излучение, космическое излучение, излучение электронно-лучевых трубок. Но физическая природа этих излучений такая же, как и у излучений радиоактивного источника. Действие ионизирующих излучений радиоактивного и нерадиоактивного происхождения на живые системы абсолютно одинаково. Поэтому термины «ионизирующее излучение», «радиационное излучение», «радиация» являются взаимозаменяемыми.
Решение основной задачи радиобиологии сопряжено с большими трудностями. В первую очередь, для ее решения необходимо понять и разрешить основной, так называемый «радиобиологический парадокс». Это понятие было введено Н.В. Тимофеевым-Ресовским. Этим термин выражает несоответствие между ничтожной величиной поглощенной живой системой энергии ионизирующего излучения и крайне высокой степенью выраженности реакций биологического ответа, вплоть до летального эффекта. Так, однократное облучение рентгеновскими лучами в дозе 10 Гр, абсолютна летальна для всех млекопитающих, включая и человека. Если условно перевести это количество энергии в тепловую энергию, то оно повысит температуру тела человека всего на 0,001°С. Такое количество энергии значительно меньше тепловой энергии, получаемого человеческим организмом от выпитой чашки горячего чая. Энергию смертельной дозы ионизирующего излучения можно сравнить и с механической энергией. Ее количество будет эквивалентно работе, выполняемой человеком при подъеме груза 70 кг на высоту 40 см. Причины того, почему такое ничтожное количество поглощенной организмом энергии ионизирующего излучения приводит к катастрофическим для организма последствиям, составляет загадку радиобиологического парадокса. Раскрытие механизмов проявления этого парадокса могло бы решить основную задачу радиобиологии. Для этого необходимо привлечение многих смежных дисциплин: физики, химии, биохимии, физиологии, генетики, цитологии, медицины и др.
Особенностью радиобиологической науки является то, что она является экспериментальной дисциплиной. Все утверждения в радиобиологии должны быть подтверждены экспериментально, причем на всех уровнях организации биологических систем, от молекулярного до популяционного уровня. Еще одна особенность радиобиологии то, что исследования в этой области науки носят, в основном, прикладной характер, и направлены на овладение способами искусственного управления лучевыми реакциями организмов. В процессе изучения многочисленных радиобиологических эффектов, в этой науке сформировались специфические экспериментальные методы. Этими методами исследуются действие радиации на различные модельные системы на молекулярном, клеточном, организменном, популяционном уровнях.
Краткая история развития радиобиологии.
В развитии радиобиологии можно выделить 3 временных этапа.
Первый этап – с 1895 по 1922 гг. – описательный этап, связанный с накоплением данных и первыми попытками осмысления биологических реакций на облучение.
Основные события этого этапа:
1895 год - открытие Конрадом Рентгеном Х-лучей (рентгеновского излучения);
1896 год - открытие Анри Беккерелем явления естественной радиоактивности;
1898 год - получение Марией Складовской и Пьером Кюри первых радиоактивных элементов - полония и радия.
В этот период установлены два важных факта – вызываемое ионизирующим излучением торможение клеточного деления (Корнике М., 1905) и различие в степени выраженности реакции разных клеток на облучение. Впервые это было отмечено в 1903 г. Французскими исследователями И. Бергонье т Л. Трибондо. На основе исследований ими были сформулированы положения, вошедшие в историю под названием «закона» или «правила Бергонье и Трибондо». Суть этих положений состоит в том, что клетки тем более радиочувствительны, чем большая у них способность к размножению и чем менее определенно выражены их морфология и функция, т.е. чем они менее дифференцированы. Уже в первое десятилетие 20-го века началось изучение действия ионизирующего излучения на эмбриогенез.
Ранние наблюдения, хотя и имели фундаментальное значение, носили описательный, качественный характер; отсутствовала какая-либо теория, объясняющая механизм действия ионизирующих излучений на живые объекты.
Второй этап – с 1922 по 1945 гг. – становление фундаментальных принципов количественной радиобиологии, характеризующийся стремлением связи эффектов с величиной поглощенной дозы. В этот период обнаружено действие ионизирующих излучений на генетический аппарат клетки (Г.А. Надсон и Г.Ф. Филиппов, 1925 г.; Г. Мюллер, 1927 г. И др.). Теория мишени как формальное обобщение многих наблюдаемых явлений сформулирована английским учёным Д. Ли (1946), русским ученым Н. В. Тимофеевым-Ресовским и немецким учёным К. Циммером (1947). В 1928 г. Была введена единица экспозиционной дозы – рентген. Открытие нейтрона в 1932 г. (Чедвик) [Ярмоненко С.П., 2004].
Третий этап – с 1945 г. по настоящее время. Третий этап развития радиобиологии характеризуется большим количеством целенаправленных экспериментальных работ по действию ионизирующих излучений на живые системы различных уровней организации. На этом этапе развертываются исследования по использованию ионизирующих излучений в различных областях биологии, медицины, сельского хозяйства, поиску способов защиты от поражающего действия радиации.
В радиобиологии большой удельный вес занимают исследования по изучению миграции радиоактивных продуктов ядерного деления урана и плутония по биологическим и пищевым цепям. Интерес к этому направлению работ возник в начале 50-х годов и объясняется рядом обстоятельств. Как известно, в конце 40-х и начале 50-х годов проходили испытания атомного и водородного оружия, в результате которых в биосферу поступало большое количество радиоактивных продуктов ядерных взрывов. Быстрыми темпами увеличивалась зараженность почвы радионуклидами.
Цели изучения дисциплины
Научить студента выполнять радиационную экспертизу объектов ветеринарного надзора и использовать на практике методы клинического и лабораторного исследования при лучевых поражениях.
Задачи зооветеринарных специалистов:
1. Уметь оценивать радиационную ситуацию.
2. Диагностировать болезнь лучевых поражений.
3. Организовывать и проводить мероприятия по оказанию лечебно-профилактической помощи животных и ведение хозяйства на территории загрязненной радиоактивным и веществами.
Таким образом правильная своевременная организация по определению радиационной ситуации, обработке и защите животных может предотвратить заражение радиоактивными веществами мяса, молока и другой продукции, позволит использовать эти продукты с наибольшей эффективностью.
Ветеринарная радиобиология имеет тесные связи с рядом теоретических и прикладных областей и знаний - биологией, физиологией, цитологией, генетикой, биохимией, биофизикой и ядерной физикой.
Радиология - комплексная наука об ионизирующих излучениях.
Радиобиология - наука, изучает воздействие ионизирующего излучения на животных и человека, а также изыскивает способы и средства их защиты и пути использования излучения в народном хозяйстве.
Радиобиология связана с ядерной и технической физикой и химией с одной стороны, и биологическими науками — с другой. Опираясь на данные ядерной физики о сущности, свойствах, источника, этих излучений и методах их измерения, радиология изучает:
1) действие радиации на организмы,
2) распространение и перемещение радиоактивных веществ в биосфере,
3) разрабатывает меры защиты и безопасности как при работе с источниками ионизирующих излучений, так и в чрезвычайных обстоятельствах.
Перспективным разделом радиологии является изучение способов и преимуществ мирного использования энергии ядра в различных отраслях науки и практики.
Радиобиология вскрывает общие закономерности биологического ответа на ионизирующее воздействие на основе которых разрабатываются пути и методы управления лучевым реакциями организма. Она занимается поиском средств защиты организма от воздействия излучений и путей пострадиационного восстановления от повреждений, прогнозирование опасности для человека и животных вызванной повышением уровня радиации окружающей среды и радиоактивного загрязнения продуктов сельскохозяйственного производства (мясо, молоко, яйцо, овощи, зернофураж и т.д.) разработкой методов использования ионизирующих излучений в качестве радиобиологической технологии в сельском хозяйстве, пищевой и микробиологической промышленности, а также для диагностики болезней и лечения больных животных.
Основные термины и определения, используемые в радиобиологии.
Рассмотрим термины и определения, которые используются в радиобиологической науке и на практике.
Радиоактивность - явление самопроизвольного распада ядер радиоактивных атомов с испусканием ионизирующих излучений.
Радионуклид - радиоактивные атомы (изотопы) с определенными атомными номерами и массовыми числами.
Радионуклидный источник - источник ионизирующего излучения, содержащий радионуклид или смесь радионуклидов.
Радиоактивное загрязнение - присутствие радиоактивных веществ техногенного происхождения на поверхности или внутри материалов, в воздухе, в окружающей среде, на одежде, коже или внутри человеческого тела, которое может привести к облучению в индивидуальной дозе 10 мкЗв/год или коллективной дозе 1чел- Зв /год.