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

Этапы  развития радиобиологии

Огромные  возможности рентгеновских лучей  были оценены буквально в считанные  месяцы, и рентгеновская техника  стала развиваться очень быстро. Рентгеновские аппараты начали широко  использовать медицинской практике. Так, уже летом 1898 года Британскую армию в Судане сопровождала передвижная рентгеновская установка, предназначенная для определения локализации пуль и осколков у раненых солдат. Сразу же после открытия Рентгена, начались  интенсивные исследования действия рентгеновских лучей на живые организмы. Одним из первых исследователей в этой области является наш соотечественник И.Ф. Тарханов. Он показал, что рентгеновские лучи изменяют различные физиологические показатели животных и насекомых. Он же выдвинул предположение, что рентгеновские лучи можно использовать для лечения различных заболеваний.  Уже 1896 году появились первые сообщения о различных поражениях кожи  у лиц,  облученных  рентгеновскими аппаратами. Немецкий ученый - врач Г. Фрибен описал первый случай рака кожи вызванный облучением. Американец   Дж. Джилман  впервые использовал рентгенотерапию для лечения рака.  К нему обратился ученый-физик И. Груббе, получивший сильные ожоги рук при повторении опытов  К.  Рентгена. Врача сильно заинтересовало поражающее действие  рентгеновских лучей на человеческие ткани и клетки. Он предположил, что рентгеновские лучи могут подавлять  и развитие опухолевых клеток. Дж. Джилман отправил к физику безнадежную больную раком женщину для облучения рентгеновскими лучами.  Этот сеанс лечения был проведен 29 декабря 1896 года, т.е. через год после открытия рентгеновского излучения. Эффект лечения,  по-видимому, был положительным, так как И. Груббе прекратил свои исследования в области физики и начал заниматься рентгенотерапией раковых заболеваний. Поражение кожных покровов возникали и после воздействия лучами радия. Пьер Кюри, желая выяснить их влияние на кожу, специально облучил радием свою руку. В сообщении, сделанном имв Парижской Академии наук, он подробно описал процесс поражения кожи.

Долгое время объектом наблюдения и экспериментов были покровные ткани животных и человека (кожа), так никто не знал, что излучение влияет и на более глубоко расположенные ткани. Одним из первых ученых, исследовавших действие ионизирующих излучений на различные органы животных, был наш соотечественник Е.С. Лондон. Он впервые обнаружил летальный эффект радия на мышей при исследовании его действия на различные органы этих животных. Результаты своих исследований Е. Лондон обобщил в работе «Радий в биологии и медицине», которая была опубликована 1911 году.  Эта книга является первой в мире монографией по радиобиологии.  Публикация этой работы ознаменовала конец 1 этапа развития радиобиологии, характеризующегося преимущественно работами описательного характера. Тем не менее, на этом этапе развития, были обнаружены два очень важных факта. Первый факт-  торможение клеточного деления при облучении  ( М.Корнике, 1905 год), второй - различные реакции (по степени выраженности) различных клеток на облучение. Этот факт обнаружили французские ученые И. Бергонье и Л. Трибондо в 1906 году. В современной радиобиологии их выводы называют законом (правилом) Бергонье и Трибондо. Суть этого правила заключается в том,  что клетки обладающие способностью к делению (менее дифференцированые), более радиочувствительны,  чем созревшие, дифференцированные клетки. Или говоря иначе, развитые дифференцированные клетки тканей более устойчивы к действию радиации, чем молодые, делящиеся клетки.

Второй этап развития радиобиологии связан с  разработкой  и  становлением количественных методов исследований.  Этот период характеризуются массовыми экспериментами на популяциях клеток и организмов, с количественным представлением результатов на специальных кривых, отражающих зависимость радиобиологического эффекта от дозы излучения. Такой способ анализа результатов радиобиологических экспериментов и в настоящее время является одним из основных методов радиобиологии.  На этом этапе развития радиобиологии начались исследования механизмов радиобиологического эффекта. В  20-х годах была предложена гипотеза, объясняющая  радиобиологический эффект дискретными событиями: актами ионизации атомов и молекул в дискретном объеме (С. Дессауэр, К.  Блау, Е. Алтенбургер). 

Большое значение для развертывания радиобиологических исследований в России имело создание Общества рентгенологов и радиологов и созыв 1 Всероссийского  съезда  этого общества в 1916 году. Дальнейшему развитию радиобиологических исследований способствовало открытие в г. Петрограде в 1918 году первого  специализированного научного учреждения  в нашей стране - Института рентгенологии и радиологии. В дальнейшем такие институты были созданы в Киеве: Украинский центральный рентгенорадиологический и онкологический институт (1919 г.) и в Москве: Центральный НИИ рентгенологии и радиологии (1924 г.).  В 1925-26 годы российские исследователи Г.А. Надсон и Г.Ф. Филлипов исследовали действие ионизирующих излучений на генетический аппарат клетки и обнаружили мутагенное действие радиации. Впоследствии эти опыты были повторены американцем Г. Меллером, который показал мутагенный эффект ионизирующих излучений на дрозофилах. Открытие мутагенного эффекта ионизирующих излучений послужили толчком бурному развитию радиационной генетики. Мутагенное действие рентгеновских лучей на растения впервые показал в 1928 году Л. Стадлер. Возможность использования радиационного мутагенеза в селекции растений было показано в работах Л.Н. Делоне (1932) и  Л.А. Сапегина (1934). Результативные  эксперименты по радиационной генетике животных были выполнены в 1933-35 годах под руководством П.Ф.Рокицкого.

Как это не парадоксально, бурному развитию радиобиологии  в значительной степени способствовала и способствует  наличие ядерного оружия и угроза его использования. Особенно интенсивное развитие радиобиологии началось после использования США атомного оружия в конце II мировой войны. Неотложной задачей правительств многих стран стала разработка способов противолучевой защиты, лечения радиационных поражений. Поэтому в 50-ые годы XX  века во всем мире начали создавать крупные радиобиологические центры. В России и других странах, входивших в состав  СССР,  такие центры были созданы в  Москве, Ленинграде, Киеве, Минске, Новосибирске, Алме-Ате и других регионах. В 50-ых годы  начинается  третий, современный этап развития радиобиологии.  Начиная с этого времени, происходит непрерывное возрастание уровня радиационного фона вследствие  многочисленных испытаний ядерного оружия в атмосфере,  на поверхности земли под водой и под землей.  По данным НКДАР ООН,  при испытаниях ядерного оружия, проведенных до 1963 года, суммарная мощность взорванных   бомб составила 511 мегатонн. Суммарное выпадение радионуклидов от этих взрывов на поверхность Земли составило более 7000 МКи.

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 первую очередь, необходимо отметить  вклад сотрудников Ок-Риджской национальной лаборатории (США), где была реализована крупная программа исследований по оценке радиочувствительности  сельскохозяйственных животных различных видов, по изучению воспроизводительной способности животных в ранние и поздние сроки после облучения, возможность использования продукции животноводства после облучения.  В 60-70 -ые годы в Калифорнийской военно-морской лаборатории США был проведен цикл крупномасштабных исследований на домашних животных по изучению их радио- устойчивости, механизмов репарации клеток и тканей после радиационного поражения. Результаты этих экспериментов имеют большое общебиологическое значение. В нашей стране наиболее крупные работы о влиянии радиации на животных  проводились во Всероссийском институте экспериментальной ветеринарии, в ВНИИ ветеринарной вирусологии и  микробиологии, Московской ветеринарной академии.

Начиная с 50-х  годов, интенсивные исследования действия ионизирующей радиации на метаболические процессы, на регуляторные системы  клеток проводятся в Институте биофизики РАН под руководством А.М. Кузина. Фундаментальные работы по радиочувствительности растений в онтогенезе и возможности использования ионизирующей радиации в регуляции физиолого-биохимических процессов проведены Н.Ф.Батыгиным и другими  сотрудниками  Агрофизического института РАСХН. Большие успехи в изучении проблемы радиоустойчивости растений и их защиты от поражающего действия ионизирующих излучений достигнуты и сотрудниками Института физиологии растени и генетики Национальной АН Украины (Д.И.Гродзинский). Большой вклад в изучение радиочувствительности растений внесли сотрудники Брунхейвенской национальной лаборатории США, возглавляемой А.Х. Спэрроу ( разработка теории мишеней, роль НК в радиационном поражении растений).

Большой удельный вес в современных радиобиологических исследованиях занимают работы по изучению миграции радионуклидов по биологическим и пищевым цепям. Исследования в этом направлении начались в 50-ых годах, после проведения большого количества ядерных взрывов на Земле, в результате чего в биосферу поступило большое количество радиоактивных продуктов. Быстрыми темпами увеличивалась зараженность  поверхности Земли радионуклидами. Так, плотность загрязнения почвы ⁹⁰Sr в районе г. Токио в конце 1954 года составляла 1 мКи/км², в 1955 увеличилась до 2, в 1956 году повысилась до 5,5, а в 1957 году достигла 8 мКи/км².  Кроме  проведения ядерных и термоядерных взрывов, сильному загрязнению больших   территорий  способствовали аварии на атомных электростанциях и  в производствах военного назначения. В связи с этим, стали актуальными исследования закономерности загрязнения продуктов питания, миграции радионуклидов в цепи «почва  - растения - животные - продукция животноводства – человек». Работы в этом направлении начались в нашей стране и за рубежом, положив начало появлению нового раздела радиобиологии -радиоэкологии.  В 1948 году была создана биофизическая лаборатория под руководством проф. В.М.Клечковского в Тимирязевской сельскохозяйственной академии. В этой лаборатории, впервые в нашей стране,  начались работы о закономерностях поведения радионуклидов в звене «почва –растение -животное». Ученые  лаборатории выполнили фундаментальные исследования о сорбции и трансформации продуктов ядерных делении в почвах, о поступлении радионуклидов в культурные растения.  Благодаря работам этих исследоваетелей была начата  разработка  методов и способов снижения поступления нуклидов в корма и продукты питания.  В дальнейшем исследования аналогичного характера  были начаты  в Агрофизическом НИИ, Почвенном институте им. В.В. Докучаева, в институте геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского, МГУ им. М.В.Ломоносова, в Институте биологии Уральского филиала АН СССР и т.д. Большой вклад в оценку радиационно-гигиенической значимости продуктов питания как источников  поступления в организм человека радионуклидов искусственного и естественного происхождения внесли ученые Ленинградского НИИ радиационной гигиены.

Важное направление  в радиобиологии- использование  радиоактивных (меченых) индикаторов в различных областях биологической, медицинской, ветеринарной науки и практики. Первые работы по использованию меченых атомов в сельскохозяйственной биологии нашей стране были начаты  в Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева  под руководством Д.Н.Прянишникова.  Ученые академии ( Е.Н.Гапон, Д.Д.Иваненко, А.Г.Шестаков, В.В.Рачинский)  внесли большой вклад в разработку и использование метода радиоактивных индикаторов в агрохимии и растениеводстве. Проблемами радиобиологии в это время занимались и внесли нбольшой вклад в эту науку Кроме  проведения ядерных и термоядерных взрывов, сильному загрязнению больших   территорий  способствовали аварии на атомных электростанциях и  в производствах военного назначения.  такие ученые как С.Н. Ардашников, Ю.А. Керкис, Г.М Франк, Б.Н. Тарусов., Н.В.Тимофеев-Ресовский.

В заключение хотелось бы отметить, что любой образованный человек в наше время должен обладать определенным минимумом знаний по радиобиологии. В связи с этим возникает необходимость просветительской работы среди  людей, в первую очередь, среди детей, по вопросам радиобиологии, т.е. об источниках ионизирующих излучений, о дозах, действии ионизирующих излучений на человека и т.д. Такая работа, естественно, должна проводиться преподавателями, в первую очередь преподавателей биологии. Я надеюсь, что, изучив курс радиобиологии,  вы будете обладать определенными знаниями и навыками, и сможете грамотно довести их до своих  учеников или других интересующихся этими вопросами лиц.