Радіобіологія. Що вивчає радіобіологія? Етапи розвитку радіобіології

Радіобіологія — це наука, що розглядає, яким чином іонізуюче випромінювання впливає на життя навколо: окремо взяті організми зокрема, біологічну сферу в цілому. Особливості нашого всесвіту такі, що все навколо схильне до впливу радіації, на тлі чого об’єкти можуть змінюватися в різних діапазонах. Радіаційне випромінювання впливає на молекули, віруси, організми — від одноклітинних до складних. Крім того, радіобіологія — це наука, що досліджує вплив радіації на популяції, біоценози. Дослідження, проведені в рамках цієї дисципліни, досить різноманітні.

Історичні передумови

Радіобіологія — це дисципліна, що веде свою історію з двадцятого століття. Саме тоді, в період, коли увага громадськості була прикута до ядерної фізики, коли семимильними кроками йшла вперед техніка, в тому числі застосування в ній іонізуючого випромінювання, і зародилася наука, покликана з’ясувати, яким чином це випромінювання може вплинути на живі клітини. Радіобіологія — це дисципліна, яка веде свою історію з самого початку XX століття, причому первинний етап розвитку науки був присвячений вивченню радіаційного впливу на клітини: їх зростання, поділ. Це дозволило сформулювати, яка роль ядра, а також зрозуміти, наскільки важливий для живого організму поріг радіочутливості.

Аж до кінця 50-х років, як вважають теоретики, радіобіологія перебувала на другому етапі свого розвитку. Саме тоді були закладені основи радіобіології, актуальні й донині. У той період вдалося сформувати методики кількісного дослідження, а також створити теорію біопривіття іонізуючого випромінювання. Крім того, вчені виявили, що радіація впливає на генетичну структуру на клітинному рівні. Дані, які таким чином трансформуються, передаються у спадок. Таким чином, сформувалася медична радіобіологія, в рамках якої вдалося розробити різноманітні препарати, що сприяють ослабленню негативного впливу іонізуючого випромінювання.

Радіобіологія: з колишніх часів і до наших днів

У наш час відкрито кілька інститутів радіобіології, в рамках яких наука прогресує на сучасному етапі, що вважається третім. Для нього характерне явище відновлення клітин, пошкоджених іонізуючим випромінюванням. Цей факт отримав у специфічній літературі найменування «^ діаційне відновлення». Як вдалося встановити вченим, радіобіологія тісно пов’язана з генною інженерією, і були зроблені значні кроки в освоєнні нових механізмів впливу на клітинному рівні.

У наші дні термін «радіобіологія» означає не тільки теоретичну науку, а й велику прикладну область. Незамінна ця дисципліна для сільського господарства, оскільки дозволяє коригувати параметри насіння для поліпшення відсотка всхожості, для підвищення сільськогосподарських параметрів культур. Історія радіобіології також містить згадки про застосування цієї науки для отримання оптимального потомства (застосовно в першу чергу для флори). Вдалося розробити спеціальні сорти рослин, яким притаманні корисні для людини ознаки. Ці нові параметри обумовлені мутаціями, спровокованими іонізуючим випромінюванням.

Радіобіологія в повсякденності

Що вивчає радіобіологія? Ця наука присвячена впливу випромінювання на живі клітини, на підставі чого вдалося виявити багато факторів, допустимих до застосування на користь людству. Найбільш ефективні технології дозволили домогтися швидкої, результативної стерилізації продукції сільського господарства. Методики радіобіології дозволяють робити якісні консерви, реактиви, медикаменти. Радіобіологія розглядає також гігієнічне нормування радіаційних рівнів, на підставі чого забезпечується достатній рівень радіаційної безпеки у світі навколо нас.

Що вивчає радіобіологія? Це комплекс сучасних наук, об’єднаних в один розділ. Сюди входять різноманітні дисципліни, у кожної з яких специфічна область. Наприклад, існує молекулярна радіобіологія, яка розглядає процеси, що протікають в живих організмах, на молекулярному рівні. Космічна галузь освоює особливості випромінювання з космосу і його впливу на життя. При цьому особлива увага приділяється поєднанню радіації та інших факторів під час польоту в космосі. Виділяють клінічну, ветеринарну радіобіологію.

Чи все так просто?

Радіобіологія, як і інші сучасні науки, не може існувати у відриві від наукової спільноти в цілому. Фактично це виражається в тісному взаємозв’язку з низкою інших наукових дисциплін. Що таке радіобіологія? Визначення, з точки зору різних наук, пов’язаних з розглядається дисципліною, дещо відрізняється. Скажімо, генетика, фахівці якої тісно співпрацюють з професіоналами в галузі радіобіології, розуміють цю дисципліну як схожу з їхньою рідною сферу. Зовсім інше визначення, що таке радіобіологія, можуть дати цитологи або екологи, імунологи або фахівці з гігієни.

Не можна сказати, що один термін правильніший, ніж інший. Радіобіологія існує в тісному взаємозв’язку з комплексом наук, у тому числі присвячених захисту від радіаційного вивчення, а також боротьбі з наслідками опромінення. Водночас вона залишається лише наукою, що застосовується людьми для своєї вигоди, тобто інструментом, причому активно прогресуючим, як можна помітити за інтенсивним приростом обсягу знань у цій сфері.

Крок за кроком

Всі етапи розвитку радіобіології призвели сумарно до того, що в даний час людство має певні уявлення про те, яким чином можна боротися з онкологічними захворюваннями, хоча, звичайно ж, медицина не була першопричиною уваги наукової спільноти, настільки давно прикутої до радіобіології. І все ж не можна заперечувати тісний зв’язок цієї дисципліни з медициною, оскільки саме на радіобіології ґрунтується спеціалізована область лікування людей, — черпає звідси теоретичне обґрунтування, а також регулярно отримує нові дані про особливості іонізуючого випромінювання. Інформація, яку видобувають радіологи всього світу, застосовується в широкому спектрі інших природничих наук і абсолютно необхідна для прогресу суспільства в цілому.

Основне питання, яким займається радіобіологія, носить найменування «іонізуючі випромінювання». Цим терміном прийнято позначати такі фотонні потоки (а також ті, що складаються з нейтральних і мають заряд частинок), які можуть взаємодіяти з середовищем, викликаючи іонізацію матеріалу. Цей процес має сильний вплив на те, що відбувається в живій тканині, провокуючи індукований радіаційний ефект.

Радіобіологія: це важливо!

Радіобіологи у своїх роботах приділяють увагу взаємозв’язку іонізуючого випромінювання і біологічної відповіді. Це дозволяє контролювати променеві реакції, використовуючи модифікуючі агенти. Втім, завдання, що стоять перед радіобіологами, досить складні ще й внаслідок невеликого обсягу поглинаної енергії при непередбачуваності реакції. Радіобіологічний парадокс, наприклад, полягає в загибелі живих істот під впливом досить слабкого опромінення.

Світ, що оточує нас, складається з величезної кількості живих істот. Рівень чутливості до радіації їм притаманний досить різний. Як вдалося з’ясувати в ході досліджень, для ссавців смертельною дозою стає опромінення на рівні 10 грей. 10 гр/мкм³ провокує близько двох сотень іонізацій. На такий обсяг живої матерії припадає близько 1011 атомів. Фактично під впливом радіації змінюється дуже невеликий відсоток молекул, і радіобіологія вивчає цей парадокс з метою виявлення причин невідповідності. Передбачається, що виявлення точної відповіді дозволить наблизитися до вирішення всіх завдань, якими займається в даний час радіобіологія. Вчені припускають, що при певному просуванні в цьому напрямку вийде сформулювати теорію біологічного впливу радіації на живі тканини. В даний час, незважаючи на загальне уявлення про подібний ефект, людству катастрофічно не вистачає точних даних, а також відповідей на питання «Чому це працює саме так?» Після аварії на атомній електростанції в Чорнобилі проблема радіобіології стала особливо гострою, а широкі маси зрозуміли, що нестача інформації дійсно небезпечна, в той час як тематика — актуальна.

Клінічна радіобіологія

Цей розділ науки присвячений патогенезу поразок, спровокованих опроміненням, а також віддалених наслідків такого впливу на живий організм. У рамках клінічної радіобіології вплив приділяють як питанням профілактики опромінення, так і методикам лікування, якщо таке мало місце. Особлива увага вчених прикута до використання іонізуючого випромінювання в лікувальних цілях. Крім того, вивчається вплив на живі тканини неіонізуючого випромінювання, оцінюються перспективи ефективного застосування його в рамках терапії різного роду захворювань.

Клінічна радіобіологія займається (крім усього іншого) пухлинними захворюваннями. В даний час саме цей розділ науки найбільш актуальний, активно розвивається, застосовується з певним успіхом на практиці. Променева терапія, доступна сучасному соціуму, не виключає ймовірності рецидиву новоутворення, що змушує дуже уважно ставитися до дози опромінення — небезпечними будуть не тільки надлишки, а й недоліки. Нормальні тканини, схильні до іонізуючого випромінювання, в свою чергу, сильно страждають. Отже, основне завдання, що стоїть на поточний момент перед клінічною галуззю радіобіології, полягає у виявленні точного інтервалу корисного впливу випромінювання на людський організм. При цьому необхідно домогтися ефективного впливу на чутливі до радіації пухлинні тканини при дотриманні вибірковості впливу на тканини організму для мінімізації негативних наслідків.

Променева терапія: є шляхи

В даний час виділяють три варіанти оптимізації лікування злоякісних новоутворень за допомогою методологій клінічної радіобіології. Необхідно працювати над оптимальними варіантами фракціонування зони, застосовувати потоки щільного іонного випромінювання, тобто що складається з важких частинок і нейронів, а також працювати над методиками контролю чутливості радіації цільових тканин живого організму. Рівень чутливості до радіації в перспективі бажано навчитися контролювати як відносно здорових тканин, так і стосовно хворих. Передбачається, що максимально перспективний варіант — застосування спеціалізованих агентів, що трансформують притаманну клітинам чутливість до радіації.

Сучасна клінічна радіобіологія передбачає класифікування параметрів, властивих тканинам, у тому числі кінетичних, клітинних. На підставі цього поділу можна визначити, наскільки відрізняються реакції на радіаційне випромінювання здорових клітин і уражених злоякісним новоутворенням. При цьому враховують особливості реакції живих тканин залежно від дозування, фракцій. Дослідження показали, що сумарна величина випромінювання, що провокує деякий ефект в ураженій області, досить нелінійно, неочевидно залежить від дози, що припадає на одну фракцію.

Радіобіологія і модифікація

Спрямоване модифікування живих тканин за допомогою методик радіобіології засноване на інформації, отриманій при вивченні пухлинних тканин, яким, як виявили численні дослідження, притаманні морфофункції. Це означає, що постачання кров’ю пухлинних тканин часто недостатньо, ангіогенез показує відставання. Це призводить до появи таких зон, в яких клітини страждають гіпоксією, і їм притаманний низький рівень чутливості до радіації. Процес супроводжується зміною особливостей метаболізму, оскільки енергія виходить гліколітичними шляхами. Отже, пухлинні тканини сильно відчуються від нормальних, і спеціальні агенти при введенні в організм можуть змінювати реакції необхідної ділянки тіла без шкоди здоровим клітинам навколо.

Дані, зібрані радіобіологами всього світу, дозволили почати роботу над новими підходами до зміни кінетичних і клітинних параметрів пухлини. В даний час вже сформульовані певні методики, на підставі яких можна будувати досить точні індивідуальні прогнози в аспектах застосовності та ефективності променевої терапії. Вчені активно ведуть в роботи в зазначеному напрямку, в тому числі методом клонування притаманних людині злоякісних пухлин у тварин, зокрема, кажанів, які не мають тимуса, тобто не володіють імунітетом. Такі організми просто не можуть відторгнути імплантовані тканини, і експериментатори мають можливість вивчати особливості зростання уражених тканин і специфіку їх впливу на організм, а також впливу радіації на пухлинні клітини.

Підбиваючи підсумки

Радіобіологія являє собою повністю самостійну дисципліну, що відноситься до групи фундаментальних наук. Вона включає в себе ряд специфічних напрямків і спеціалізується на дослідженні впливу випромінювання на живі тканини. Дисципліна комплексна, тісно пов’язана з різними областями знань. Радіобіологія займається взаємозв’язками біологічної відповіді на випромінювання і пояснює радіобіологічний парадокс.

Радіобіологія окремо розглядає складні системи, клітини і молекули. Область науки вдається до специфічних методик, причому кожному розділу властиві власні унікальні способи дослідження. Радіобіологія вивчає в тому числі кількісне зіставлення результату і випромінювання, що його спровокував, а також аналізує розподіл реакції за часом і обсягом.