Предмет, задачи и история развития радиобиологии, ее роль в решении задач агропромышленного комплекса

Министерство сельского  хозяйства Российской Федерации

ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургская  государственная академия ветеринарной медицины»

 

 

Кафедра ветеринарной радиобиологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

«Предмет, задачи и история развития радиобиологии, ее роль в решении задач агропромышленного комплекса»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка

3 курса 14 группы

Царева И.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2013

                                         

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение   ………………………………………………………….   3

История  возникновения  радиобиологии………………...……….  10

Этапы  развития радиобиологии …………………………………   14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Радиобиология  изучает  действие  ионизирующих излучений  естественного  и искусственного происхождения  на живые системы и на отдельные их компоненты.  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.  За счет техногенных  источников радиации происходит повышение радиационного фона Земли, что вызывает сильную обеспокоенность всех жителей планеты.

 Несмотря  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,  злокачественными 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 Склодовской-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. При больших дозах они вызывают серьезные поражения тканей, которые могут привести  и к летальному исходу. Малые дозы ионизирующих излучений могут вызвать злокачественные заболевания, индуцировать генетические мутации, проявляющиеся как в фенотипе облученного организма, так и его потомков.  Наибольшую дозу радиоактивного излучения большинство людей получают от излучений окружающей среды (излучения воздуха, почвы,  материалов, из которых построены дома и другие объекты, космическое излучение). Совокупность ионизирующих излучений, излучаемых источниками окружающей среды, называют природным радиационным фоном. Дополнительную к фоновой дозе порцию ионизирующих излучений, некоторые люди могут получить при выполнении своих профессиональных обязанностей (врач-рентгенолог, работник атомной электростанции, научный работники  и др.). Кроме того, организм каждого человека может  поглотить  дополнительную дозу ионизирующих излучений при медицинских процедурах,  при пользовании воздушным транспортом, от бытовых приборов и др.   Так, при полете в сверхзвуковом самолете в течение 4-5 часов, пассажир получает дозу излучения 40 - 50 мкЗв,  т.е. за  10 полетов пассажир набирает 500 мкЗв или 0,5 мЗв. Согласно нормам радиационной безопасности, эта доза составляет  половину предельно допустимой дозы за год для гражданина России. За 5 часов работы у монитора компьютера, тело  человека может  поглотить до  20 мкЗв эквивалентной дозы ионизирующего излучения. При такой интенсивности работы,  за 10 – 20  недель, он получит дозу около 1 мЗв, что является предельно допустимой дозой для человека, чья профессиональная деятельность не связана с радиацией. Однократная рентгенография грудной клетки человека (флюорография) сопряжена с поглощением 150-200 мкЗв рентгеновского излучения. При использовании рентгенографии в стоматологических исследованиях, поглощенная ротовой полостью и прилегающими тканями  доза может достигать до 3 мЗв.   Зиверт – единица измерения эквивалентной дозы.

Как видно  из приведенных примеров, резервы  уменьшения получаемых  дополнительных доз радиации для отдельного человека заключаются в таких бесспорных формах деятельности человечества, как медицинская диагностика и лечение, пользование самолетами и бытовой техникой.  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.

 Более  чем за 100 лет развития радиобиологии, в ней накоплен огромный фактический материал, прежде всего феноменологического плана, обобщение которого позволило  построить стройную систему представлений, допускающих  их экспериментальную проверку.

 

 

 

 

 

История  возникновения  радиобиологии

 

Возникновение радиобиологии как науки обусловлено тремя великими научными открытиями конца 19 века:. 1895 год - открытие Конрадом Рентгеном Х-лучей (рентгеновского излучения); 1896 год- открытие Анри Беккерелем явления естественной радиоактивности; 1898 год- получение Марией Склодовской и Пьером Кюри первых радиоактивных элементов - полония и радия.

Остановимся более подробно на открытиях, предшествующих появлению  радиобиологии. Вильгельм Конрад Рентген, руководитель кафедры физики Вюрцбургского университета, проводил эксперименты с газоразрядными (Круксовыми) трубками. 8 ноября 1895 года, закончив эксперименты,  он выключил свет и заметил в темноте зеленоватое свечение, исходившее от кристаллов платино-синеродистого бария. Оказалось, что Рентген забыл выключить Круксову трубку, которая была обернута в черную бумагу. Свечение прекращалось при выключении трубки. Рентген знал, что катодные лучи (поток электронов), как и видимый свет, не проникают через черную бумагу. Его осенила гениальная догадка, что в Круксовой трубке под напряжением  возникает неизвестное новое, неизвестное до этого,  излучение, которое он  так и назвал  «неизвестные лучи или Х-лучи». Через 50 дней (28 декабря 1895 года) он представил рукопись, где коротко описал результаты своих исследований. К этой работе он приложил фотографический (рентгеновский) снимок кисти своей руки. В начале января 1896 года эта брошюра, названная «О новом виде лучей» была напечатана, и в ближайшие недели появились переводы на английском, французском, итальянском и русском языках. Русский перевод был напечатан в Петербурге 16 января 1896 года и содержал первый рентгеновский снимок, сделанный российскими исследователями. 23 января 1896 года состоялось триумфальное выступление В. Рентгена на заседании общества естествоиспытателей. В. Рентген, будучи физиком, не имел отношения к медицине. По ходу лекции, он попросил приложить руку к своей установке председателя общества естествоиспытателей, известного швейцарского врача-анатома Рудольфа Келликера. После проявления фотопластинки была получена рентгенограмма,  изображающая костное строение руки ученого вместе с кольцом, надетым на палец! Как специалист по анатомии,  Р. Келликер был потрясен результатом опыта и  теми перспективами в медицине, который открывал этот метод. Он предложил назвать неизвестное излучение именем первооткрывателя.

10 декабря 1901 года Вильгельму  Рентгену  за это открытие была  присуждена первая Нобелевская  премия в области физики.

Значение открытия В. Рентгена трудно переоценить. Более чем 100 лет  рентгеновский метод диагностики остается одним из самых точных и объективных методов в медицинской практике и широко используется в современной медицине. В 1979 году за разработку компьютерного рентгеновского томографа  была присуждена  Нобелевская премия  Г. Хуансфилду и Мак-Кормаку.  Приборы с использованием рентгеновских лучей широко применяются и в других областях  науки (физике, химии, биологии)  и практической деятельности, например, рентгеноструктурный анализ, рентгеноскопия.

Открытие  Рентгена послужило непосредственным импульсом к открытию явления естественной радиоактивности, которое было сделано через несколько месяцев спустя. Это открытие было сделано французским ученым, профессором физики Парижского музея естественной истории Анри Беккерелем. А. Беккерель исследовал явления люминесценции, интересовался, естественно, и загадочными Х-лучами. Изучая индуцируемое солнечным светом свечение различных минералов, А. Беккерель обнаружил, что такими свойствами обладают и соли урана.  Он предварительно выдержанную при солнечном освещении  минерал, заворачивал в темную бумагу и выдерживал в течение определенного времени  в темноте вместе с фотопластинкой.  При проявлении фотопластинки обнаруживалось, что засвечивалось только та часть пластинки, где лежала соль. Этими опытами   А.  Беккерель показывал, что солнечный свет индуцирует в минералах свечение, которое проникает через черную бумагу.  При проведении очередного эксперимента,  день оказался пасмурным, и Беккерель решил отложить опыт до солнечного дня. Приготовленную пластину с кусочком минерала он положил в ящик стола. Через два дня  появилось солнце, и можно было сделать опыт. Однако Беккерель решил проявить не засвеченную фотопластинку и обнаружил точные очертания  креста, построенного из солей урана. Таким образом, он обнаружил лучи, которые самопроизвольно испускались ураном, т.е. явление радиоактивности.

Пионерами изучения природы радиоактивности стали  супруги:  Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри. В течение нескольких лет совместной работы они выделили первые радиоактивные элементы - полоний (июль, 1898 год) и радий (декабрь, 1898 год). Первый элемент был назван в честь родины Марии - Польши, а слово радий означает «лучистый». Термин «радиоактивность» имеет свое происхождение  от слова «радий».  В 1903 году всем первооткрывателям радиоактивности были присуждены Нобелевские премии. В 1911 году Мария Кюри получает вторую Нобелевскую премию. В 1935 году за открытие явления искусственной радиоактивности Нобелевская премия была присуждена дочери и зятю   Марии Кюри - Ирен Кюри  и Фредрик -Жолио-Кюри. Они доказали возможность получения радиоактивных изотопов исскуственным путем и предсказали возможность использования реакций деления ядер для получения энергии.