Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
В этот период произошло осознание одной из важнейших особенностей биологического действия ионизирующих излучений — существования так называемого радиобиологического парадокса, состоящего в том, что энергия ионизирующих излучений при ее выражении в тепловом эквиваленте оказывается несопоставимо малой по сравнению с тем биологическим эффектом, который она вызывает.
Введение
21
Середина двадцатых годов ознаменовалась крупным открытием в радиобиологии. Речь идет об обнаружении в 1925-1927 гг. советскими учеными Г.А.Надсоиом и Г. С. Филипповым в экспериментах на дрожжевых клетках, а позднее Г. Мёллером (США) иа дрозофиле эффекта радиационного мутагенеза, проявляющегося ие только в повреждении «вещества наследственности», но и в образовании стойких необратимых изменений в нем, передающихся по наследству. Были получены строгие доказательства возникновения мутаций под влиянием облучения. Впервые биологи получили возможность экспериментально воспроизвести наследственную изменчивость.
С открытием мутагенного действия излучений многие радиобиологи перешли к изучению единичной реакции дискретных биологнче-I ских структур (генов, хромосом) на радиационное воздействие. В это
же время значительно совершенствуются методы дозиметрии излучений, вводится ионизационная единица дозы — рентген. Появляется возможность количественного анализа биологического действия излучений, основанного на выяснении зависимости между наблюдаемым биологическим эффектом и дозой радиации, поглощенной изучаемой системой. Такие эксперименты проводились не только иа ядерных наследственных структурах, но и на колониях клеток, вирусных частицах, препаратах ферментов.
Результаты, полученные в точных количественных опытах, свидетельствовали о вероятностном характере проявления единичной реакции объекта в ответ на облучение в данной дозе радиации. Иначе говоря, при облучении однородных объектов (клетки одной линии, молекулы одного типа и т.д.) наблюдали, что при любой малой дозе радиации некоторое число объектов оказывается пораженным, а другие сохраняют исходные свойства; при самой большой дозе радиации небольшая доля объектов все еще остается непораженной. Кривые «доза-эффект» в этих случаях имели экспоненциальный характер и I их можно было надежно экстраполировать к нулевой точке.
Обнаруженный эффект нельзя было объяснить естественной вариабельностью: речь шла о генетически однородных клетках и вирусных частицах или молекулах одного типа. Его трактовка потребовала привлечения фундаментальных физических концепций, прежде всего, представлений о вероятностном характере поглощения энергии излучений, о дискретной природе частиц, составляющих ионизирующие излучения, о физически микрогетерогенной организации биологических структур.
По-виднмому, начало исследований в области количественной радиобиологии (20-е гг.) и стало рождением радиационной биофизики, так как впервые для объяснения радиобиологических феноменов и создания общей теории биологического действия ионизирующих излучений в качестве отправных концепций потребовалось использовать теоретические положения квантовой механики и ядерной физики.
Одним из первых это сделал в 1922 г. Ф. Дессауэр, предложив теорию «точечного нагрева». Ионизирующие излучения обладают малой
22
Введение
объемной плотностью, однако отдельные фотоны несут гигантский запас энергии. Исходя из этого, Ф. Дессауэр предположил, что при поглощении системой относительно небольшой общей энергии (смертельная для человека доза облучения вызывает иагрев тела всего на 0,001 °С) некоторые дискретные микрообвемы поглощают настолько большие порции энергии, что действие ионизирующих излучений можно сравнить с таким микролокальным нагревом, который вызывает глубокие структурные изменения и в конечном счете биологическое поражение. Вероятностный характер проявления эффекта у отдельных объектов автор гипотезы объяснял статистическим распределением «точечного тепла».
Так впервые физический принцип попадания был использован в исследованиях количественной радиобиологии. Дальнейшее его развитие связано с работами Дж. Кроутера, Д. Ли, К. Г. Циммера, Н. В. Тимофеева-Ресовского, В. И. Корогодина и др.
Работы этого периода оказали большое влияние на дальнейшее развитие радиационной биофизики, превратили ее в одну из самых точных биологических дисциплин. Математический аппарат, развитый в этих работах, позволил с достаточной надежностью судить о «пусковых событиях», приводящих к регистрируемым в эксперименте биологическим реакциям (мутации, гибель клетки и др.) и оценивать параметры «мишени», ответственной за наблюдаемый радиобиологический эффект.
Согласно принципу попадания, начальный физический пусковой механизм, необходимый для возникновения конечной биологической реакции, обусловлен случайным взаимодействием ионизирующего излучения с веществом. В силу этого в каждую молекулу или клетку происходит неодинаковое число попаданий. С принципом попаданий тесно связана теория мишени, основанная на принципе гетерогенности строения живых систем, поражение излучением отдельных элементов которых имеет не одинаковое значение для данной системы. Например, необратимое повреждение уникальной клеточной структуры фатально для клетки, тогда как такое же повреждение иных, множественных структур для судьбы клетки может иметь существенно меньшее значение. В многочисленных работах получены новые факты высокой радиочувствительности делящихся клеток, клеточного ядра, молекулы ДНК.
