Радиобиология , или радиационная биология — наука, изучающая действие ионизирующих и неионизирующих излучений на биологические объекты (биомолекулы , клетки , ткани , организмы, популяции ) . 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 защите .

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 (англ.) — 2418 (раздел — биология) .

Предмет радиобиологии

Фундаментальными задачами, составляющими предмет радиобиологии, являются:

• вскрытие общих закономерностей биологического ответа на воздействие ионизирующих излучений , в том числе и объяснение радиобиологического парадокса
• управление радиобиологическими эффектами .

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:

• Радиобиология сложных систем ( экологические системы, популяции , многоклеточные организмы, органы и ткани )
• Клеточная радиобиология (клетки, клеточные органеллы, биологические мембраны)
• Молекулярная радиобиология (макромолекулы, «малые молекулы»).

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).

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. Пулюй · В. К. Рентген · А. Беккерель · М. Склодовская · П. Кюри · И. Р. Тарханов · Е. С. Лондон · · · П. Броун · Дж. Осгоуд · Г. Хейнеке · | Ж. Бергонье · 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. Дессауэр · Л. Грэй · Н. В. Тимофеев- Ресовский · А. М. Кузин · · · Д. Э. Ли · К.Циммер · Г. А. Надсон · Г. С. Филиппов · Г. Мёллер ·
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. · Н. В. Лучник · Б. Л. Астауров · К. П. Хансон · В. И. Корогодин · В. Д. Жестяников · Л. Х. Эйдус · · Э. Я. Граевский · · А. В. Лебединский · П. Д. Горизонтов · Г. П. Груздев · П. П. Саксонов · Ю. Г. Григорьев · Н. Л. Делоне · А. В. Антипов · В. С. Шашков · С. П. Ярмоненко · Р. В. Петров · Р. Б. Стрелков · А. А. Ярилин · П. Г. Жеребченко · Е. Ф. Романцев · В. Г. Владимиров · А. К. Гуськова · Г. Д. Байсоголов · М. П. Домшлак · С. Н. Александров · А. А. Вайнсон · А. А. Летавет · · В. Я. Голиков · У. Я. Маргулис · А. В. Севанькаев · · ·
Четвертый этап с 1986 года по настоящее время эффекты малых доз немишенное действие механизмы неионизирующего излучения сдвиг и смена парадигмы в радиобиологии	· В. А. Шевченко · Д. М. Спитковский · Е. Б. Бурлакова · И. Е. Воробцова · С.В. Гудков · H. R. Withers · J. Ward · H. Nagasawa · J. Little · C. Mothersill · C. Seymour · O. V. Belyakov · M. Folkard · K. Prise · B. Michael · K. Baverstock · M. Joiner · B. Marples · P. Lambin · A. Brooks · T. Elsasser · M. Scholz · T. Day · G. Zeng · A. Hooker · T. Neumaier · J. Swenson · C. Pham · A. Polyzos · A. Lo · P. Yang · J. Dyball · O. Desouky · N. Ding · G. Zhou · · Y. Ogawa

Стадии формирования радиобиологических эффектов

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 10 ¹² 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

• Нарушения дифференцировки и деления клеток .
• Трансформация их в злокачественные клетки .
• Репродуктивная и интерфазная гибель клеток

Причины нарушений

• Повреждение ядер, хромосом, других ядерных органелл.
• Повреждение биологических мембран .

Направления

Основные направления в радиобиологии

Общая (фундаментальная) радиобиология: радиационная биохимия | радиационная биофизика | молекулярная радиобиология | радиационная цитология | радиационная генетика | радиационная экология | космическая радиобиология Медицинская радиобиология: противолучевая защита и радиотерапия | и | радиационная гигиена и | радиобиология опухолей Прикладная радиобиология: сельскохозяйственная радиобиология Радиобиология неионизирующих излучений

Периодические издания

Учебные заведения и научные учреждения

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

• Объединенного института ядерных исследований
• Национального исследовательского ядерного университета (МИФИ)
• МГУ
• Минздравсоцразвития России
• Национальной академии наук Беларуси

Примечания

Литература

• Бак З. , Александер П. = Fundamentals of radiobiology By Z. M. Bacq and Peter Alexander. Completely rev. 2 d ed. Oxford a. o. Pergamon press, 1961 / Пер. с англ. Б. И. Генгринович, В. П. Коноплева и П. М. Хомиковского; Под ред. и с предисл. Я. М. Варшавского , и М. Н. Мейселя . — М. : Изд-во иностр. лит. , 1963. — 500 с.
• . — 3-е изд., перераб. и доп. — М. : Атомиздат , 1966. — 232 с.
• . — Киев: Наукова думка , 1988. — 192 с. — ISBN 5-12-000329-X .
• Белов А. Д., Киршин В. А. Ветеринарная радиобиология. — М. : Агропромиздат , 1987. — 288 с.
• , Иванов К. В., Козюра А. К. . — М. : Атомиздат , 1978. — 128 с.
• Василенко И. Я., Василенко О. И. Биологическое действие продуктов ядерного деления. — М. : Бином, 2011. — 384 с.
• Владимиров Ю. А. и др. Биофизика мембран. — М. : Медицина , 1983.
• Конопля Е. Ф. и др. Радиобиология: Энциклопедический словарь. — Гомель, 2005. — 252 с.
• Коггл Дж. / Пер. с англ. И. И. Пелевиной, Г. И. Миловидовой; Под ред. А. Н. Деденкова . — М. : Энергоатомиздат , 1986. — 184 с.
• Красавин Е. А. / Е. А. Красавин, С. Козубек. — М. : Энергоатомиздат , 1991. — 184 с. — ISBN 5-283-03058-X .
• Красавин Е. А. . — М. : Энергоатомиздат , 1989. — 192, [1] с. — ISBN 5-283-02984-0 .
• Кузин А. М. , . — М. : Энергоиздат , 1981. — 224 с.
• Кузин А. М. Структурно-метаболическая теория в радиобиологии. — М. : Наука , 1988.
• Кузин А. М. / Институт биофизики клетки РАН . — Пущино : б.и., 1997. — 40 с.
• Лебединский А. В. / Чл.-кор. АМН СССР А. В. Лебединский; Всесоюз. о-во по распространению полит. и науч. знаний . — М. : Знание , 1957. — 56 с. — (Серия 8; № 35, 36).
• Лучник Н. В. Биофизика цитогенетических поражений и генетический код. — 1968. — 296 с.
• Лондон Е. С. / Под ред. действ. чл. АМН СССР проф. Д. А. Бирюкова ; Акад. мед. наук СССР. — Л. : Медицина . Ленингр. отд-ние, 1968. — 392 с.
• Пелевина И. И. и др. Выживаемость облученных клеток млекопитающих и репарация ДНК. — М. : Энергоатомиздат , 1985.
• Поливода Б. И. и др. Радиационное поражение биологических мембран. — М. : Медицина , 1990.
• Радиация: Дозы, эффекты, риск / Пер. с англ. Ю. А. Банникова. — М. : Мир , 1990. — 80 с. — ISBN 5-03-001172-2 .
• Тимофеев-Ресовский Н. В. , Иванов В. И., Корогодин В. И. Основы радиационной биологии. — М. , 1964.
• Тимофеев-Ресовский Н. В. и др. Применение принципа попадания в радиобиологии. — М. : Атомиздат , 1968.
• Токин И. Б. Проблемы радиационной цитологии. — Л. : Медицина , 1974.
• Хансон К. П., Комар В. Е. Молекулярные механизмы радиационной гибели клеток. — М. : Энергоатомиздат , 1985.
• Цыб А. Ф., Будагов Р. С. и др. Радиация и патология: Учеб. пособие. — М. : Высшая школа , 2005. — 341 с.
• Эйдус Л. Х. Мембранный механизм биологического действия малых доз. — М. , 2001.
• / Науч. ред. В. Н. Якимец , И. А. Рябцев. — М. : Благотворит. фонд Ярошинской, 1996. — 616 с. — ISBN 5-207-00453-0 .

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
• Актуальная радиобиология: курс лекций / Л. А. Ильин, Л. М. Рождественский, А. Н. Котеров, Н. М. Борисов. — М. : Издательский дом МЭИ, 2015. — 240 с. — (Высшая школа физики). — ISBN 978-5-383-00932-1 .
• 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 )