Становление и развитие радиобиологии

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ.М.АКМУЛЛЫ»

 

Естесственно-географический факультет

Кафедра экологии и природопользования

Направление подготовки:

022000.62  Экология  и природопользование

 

 

Реферат

на тему: Становление и развитие радиобиологии

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка  гр.3233

Иванова Е.С.

Проверил: асс. Хамидуллина Г.Г.

 

 

 

 

 

 

 

Уфа 2012

Введение

Всякая научная  дисциплина или предмет наряду со специальными или частными содержит определенный круг вопросов, имеющих  отношение к любому аспекту изучаемой  проблемы.

В наибольшей степени  это относится к пограничным  дисциплинам, находящимся на стыке наук, ибо постигающему основной предмет неизбежно приходится осваивать определенный объем знаний из смежных дисциплин.

Типичным пример такого рода - радиобиология, где изучению закономерностей главного феномена - биологического действия ионизирующего излучения на разных уровнях организации живых систем - предшествует необходимость овладения основными сведениями из общей и ядерной физики, цитологии, генетики, биохимии и др.

Итак, «радиобиологи»- молодая наука, изучающая действие на организм (человека, животных, растений, бактерий) излучений высокой энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

История развития радиобиологии

Возникновение радиобиологии связано с тремя  великими открытиями конца XIX столетия: открытие Вильгельмом Конрадом Рентгеном Х-лучей (1895г); открытие Анри Беккерелем естественной радиоактивности урана (1896г); открытие Марией Склодовской-Кюри и Пьером Кюри радиоактивных свойств полония и радия (1898г).

Сразу же после  открытия рентгеновских лучей началось всестороннее изучение биологического действия ионизирующих излучений. Всего за один год после открытия Рентгена было издано 49 книг и более 1000 статей об использовании Х-лучей в медицине. Почти все первые исследователи, не знавшие природы и свойств открытых явлений и работавшие с ними без каких-либо предосторожностей, погибли. В «Книге почета», опубликованной в 1959г, приведены фамилии 360 человек, умерших от радиационного поражения при работе с источниками ионизирующих излучений.

Основными предпосылками  бурного развития радиобиологии  в ХХ веке явились следующие факты:

- обнаружение повреждающего действия ионизирующих излучений на

организмы;

-  чрезвычайно быстрое применение вновь открытых излучений в науке и практике;

- угроза ядерной катастрофы, которая нависла над миром после создания ядерного оружия массового поражения;

- резкое повышение радиационного фона на планете за счет ядерных взрывов и развития ядерно-топливных предприятий.

Историю радиобиологии  принято делить на три этапа:

1. Первый этап - этап первоначальных наблюдений.

В этот период происходило быстрое накопление научных фактов, разнообразных сведений о действии ионизирующих излучений на различные живые объекты. Среди самых ранних работ следует назвать исследования И.Ф. Тарханова, уже в 1896г установившего в опытах на лягушках и насекомых действие рентгеновских лучей на ряд систем организма, на основании чего им было высказано предположение о возможности лечебного применения рентгеновского излучения.

В печати появились  сообщения о поражениях кожи (эритемах, дерматитах, выпадении волос) у лиц, подвергавшихся частым и продолжительным воздействиям Х-лучами при проведении экспериментов, а в 1902г. Фрибен описал первый случай лучевого рака кожи.

Пьер Кюри, желая  выяснить действие радия на кожу, подверг  облучению собственную руку: к его великой радости, участок кожи, соприкасавшийся с радием, оказался пораженным. В 1901г. Анри Беккерель на протяжении 6 ч носил в кармане жилета ампулу с радием и тоже получил ожог. Через 10 дней у него появилась эритема, а потом и долго не заживающая язва. Эти наблюдения, а также эксперименты на животных дали основание Пьеру Кюри вместе с известными учеными-медиками Бушаром и Бальтазаром прийти к выводу о лечебном действии радия на волчанку и некоторые формы рака, что и послужило началом кюритерапии.

Уже в 1896 – 1901гг радий и Х-лучи применяли для лечения злокачественных новоообразований. Несмотря на ряд хороших клинических результатов лечения, в те годы использование ионизирующих излучений с лечебной целью носило эмпирический характер, так как физические свойства и механизмы биологического действия этих излучений не были изучены. Не зная дозирования излучений, врачи применяли рентгеновские лучи и препараты радия произвольно, в силу чего лечение бывало либо малоэффективным, либо сопровождалось осложнениями – лучевыми поражениями.

Начало теоретических  и экспериментальных исследований в радиобиологии связано также  с работами российских ученых С.В. Гольдберга и Е.С. Лондона, изучавших лучевые  реакции кожи. В 1904г была опубликована монография С.В. Гольдберга «К учению о  физиологическом действии беккерелевых лучей» а в 1911г. вышла книга Е.С. Лондона «Радий в биологии и медицине».

Г. Хейнеке, живший и работавший в это же время, применяя рентгеновские лучи, вызвал гибель мышей, впервые описал лучевую анемию и лейкопению, а также обратил внимание на поражение органов кроветворения, видимое даже невооруженным глазом (атрофия селезенки). В 1903г. Д. Буном была выявлена роль поражения ядра в клеточной радиочувствительности.

Начальный период развития радиобиологии характеризуется  работами описательного характера. Но уже тогда было установлено два важнейших факта - торможение клеточного деления, вызываемое ионизирующим излучением (Корнике, 1905) и различие в степени выраженности реакции разных клеток на облучение, известное в радиобиологии, как правило Бергонье и Трибондо (1906). Суть этого правила состоит в том, что клетки тем более радиочувствительны, чем большая у них способность к размножению и чем менее они дифференцированы.

В первое десятилетие XX в. началось изучение действия ионизирующей радиации на эмбриогенез, позволившее обнаружить возникновение различных аномалий при облучении на определенных стадиях развития эмбриона.

Становление русской  радиобиологической науки связано  с организацией в 1918г в Ленинграде, по предложению М.И. Неменова и содействии Наркомпроса в лице А.В. Луначарского, научного центра «...для всестороннего изучения действия рентгеновых лучей и радия на организм человека, животных и растений и для создания научно-образованных специалистов рентгенологов и радиологов». Этот центр тогда назывался Государственным рентгенологическим, радиологическим и раковым институтом и явился alma mater ленинградской школы радиобиологов.

Таким образом, ранние наблюдения хотя и имели фундаментальное  значение, но носили качественный описательный характер; какая-либо теория, объясняющая механизм действия ионизирующих излучений на живые объекты, отсутствовала.

2. Второй этап развития радиобиологии характеризуется массовыми экспериментами с различных популяциям клеток и животных, с количественным отражением результатов на специальных кривых доза-эффект.

В 1922 г. Ф. Дессауэром была предложена первая теория, объяснявшая  радиобиологический эффект дискретностью  событий - актов ионизации в чувствительном объеме клетки. Эти взгляды позднее  получили развитие в виде принципа попаданий и теории мишеней в трудах Н.В. Тимофеева-Ресовского, К. Циммера, Д.Э. Ли и других исследователей.

Одним из важнейших  открытий того времени было обнаружение  действия ионизирующих излучений на генетический аппарат клетки, сопровождающееся наследственной передачей вновь приобретенных признаков. Впервые эти наблюдения были сделаны русскими учеными Г.А. Надсоном и Г.С. Филипповым в 1925 г. в опытах на дрожжах. Работами этих выдающихся ученых было показано, что под влиянием излучения радия и рентгеновых лучей возникают новые микроорганизмы, названные ими радио- и рентгенорасами. Возникающие расы отличались от родоначальной формы как по своему строению и развитию, так и по жизненным свойствам.

К сожалению, это  крупнейшее открытие не получило должной оценки и лишь после работ американского ученого Г. Меллера, установившего мутагенный эффект ионизирующих излучений в экспериментах на дрозофиле, радиационно-генетические исследования стали широко проводиться во всем мире.

За открытие радиационного мутагенеза Г. Меллер был удостоен Нобелевской премии, судьбы выдающихся отечественных пионеров радиационной генетики сложились иначе.

Ученый - самородок  Г.С. Филиппов с 1922 г. во время учебы в медицинском институте одновременно работал в лаборатории Г.А. Надсона. Тогда и были выполнены ставшие известными всему миру работы по получению радиорас, но выполнялись они тяжелобольным человеком в крайне неудовлетворительных бытовых условиях.

Репрессии 30-40-х  годов и длительный период безраздельного царствования в науке лысенковщины надолго приостановили дальнейшее развитие радиационной генетики в Советском Союзе. И лишь работы выдающегося русского ученого Н.В. Тимофеева-Ресовского, который избежал ареста, не вернувшись из зарубежной командировки, в значительной степени поддержали отечественный авторитет в этой области.

Классические  исследования Н.В. Тимофеева-Ресовского по мутагенному действию ионизирующих излучений, проведенные в 30-40-х годах  ХХ столетия, привели к двум крупным  обобщениям: биофизической концепции мутационного процесса и применению принципов попадания и мишени в радиобиологии. Эти представления сформулированы в классических работах: Н.В.Тимофеев-Ресовский, К.Г. Циммер, М. Дельбрюк «О природе генных мутаций и структуры гена» (1935); Н.В.Тимофеев-Ресовский, К.Г. Циммер «Биофизика. Часть 1. Принцип попадания в биологии» (1947).

Значительные  достижения советской радиационной генетики связаны с именами таких  крупных ученых как Н.П. Дубинин, Б.Л. Астауров, Н.И. Шапиро.

Центральным вопросом, вокруг которого разгорались дискуссии на самых первых этапах развития мировой радиобиологии, оказался вопрос о роли повреждения ядра, цитоплазмы или всей клетки в целом в качестве мишени, определяющей исход радиационного поражения. И если в США и Европе, под влиянием достижений радиационной генетики этот вопрос вскоре решился в пользу определяющего значения ядра и ядерной ДНК, то правильная позиция в Советском Союзе запаздывала из-за господства сторонников лысенковщины, не признававших существования ДНК в качестве материального носителя наследственности.

Однозначные доказательства определяющей роли поражения ядра в  клеточной гибели были получены в  блестящих экспериментах Б.Л. Астаурова (1948) при получении андрогенетического потомства у тутового шелкопряда.

Затем было уточнено, что существуют два типа радиационной гибели клеток: репродуктивная - в процессе деления и интерфазная - без деления. В обоих случаях решающее значение имеет повреждения ядерного материала: при репродуктивной форме гибели - структурные повреждения ДНК, реализующиеся в виде хромосомных аберраций (Н.П. Дубинин, Н.В. Лучник), а при интерфазной - повреждение хроматина (С.Р. Уманский, К.П. Хансон и др.).

Особенно интенсивные  радиобиологические исследования началось после атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки. Неотложной задачей явилась разработка способов противолучевой защиты и лечения радиационных поражений, что, в свою очередь, потребовало детального изучения механизмов радиобиологического эффекта и патогенеза лучевой болезни.

Поэтому в период с 40-х по 50-е годы крупные исследовательские центры были созданы в Европе и на других континентах. Зачастую они находились при институтах и больницах, как правило, онкологических, так как стало очевидным, что научной основой лучевых методов лечения злокачественных опухолей должно быть изучение тканевой радиочувствительности и овладение методами ее направленного изменения. В Англии был создан Институт Честф Битти при Королевском раковом госпитале, лаборатории при госпиталях Моунт Верной и Христи, а также при атомном центре в Харуэлле. Здесь работали такие крупные исследователи, как Л. Грей, А. Хеддоу, П. Александер, Ш. Ауэрбах, Ж. Лаутит и др.

Во Франции  была организована лаборатория в  Институте Пастера (А. Лакассань, Р. Латарже, Ж. Матэ и др.). В Западной Германии исследования проводились под руководством Б. Раевского, К. Циммера, X. Лангендорфа, У. Хагена и др. Большой вклад в радиобиологию, особенно в разработку вопросов противолучевой защиты, внесли бельгийские исследователи З. Бак, М. Эррера и Ж. Мэзен. В Голландии широко известны работы школы Г. Барендсена, Ван ден Бренка и Ван Беккума.

Интенсивно  стали проводиться исследования в Японии (Т. Сугахара). Эта страна волей судьбы стала своего рода испытательным  полигоном, где оказалось не только возможным, но и необходимым изучение непосредственных и отдаленных последствий облучения людей, пострадавших в результате атомной бомбардировки.

В 30-е годы ХХ столетия чешские ученые Стоклаза и  Пенкава опубликовали результаты наблюдений за действием повышенного естественного радиационного фона на растительный покров в районе выхода на поверхность обогащенных естественными радионуклидами горных пород. В годы, предшествовавшие второй мировой войне, радиоэкологические исследования были ограничены работами по оценке миграции в окружающей среде урана, тория, радия и продуктов их распада при использовании биогеохимического метода поиска урановых руд.