Радиобиология с основами радиоэкологии. Радиобиология книги


Радиобиология с основами радиоэкологии

Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Сыктывкарский государственный университет» ФГБУН «Институт биологии Коми НЦ УрО РАН»

И.Н. Гудков, А.Г. Кудяшева, А.А. Москалёв

РАДИОБИОЛОГИЯ С ОСНОВАМИ РАДИОЭКОЛОГИИ

Учебное пособие

Рекомендовано федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана» в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 022000.62

«Экология и природопользование»

Сыктывкар Издательство СыктГУ

УДК 577.34:574.24:539.16(075.8)

ББК 28.080.1 Г93

Гудков И.Н., Кудяшева А.Г., Москалёв А.А. Радиобиология с основами радиоэкологии : учебное пособие / И.Н. Гудков, А.Г. Кудяшева, А.А. Москалёв. – Сыктывкар :Изд-воСыктГУ, 2015. –

512с.

Вкниге изложены основные вопросы радиобиологии и радио­ экологии живых организмов. Рассмотрены физические основы биологического действия ионизирующих излучений, биологические эффекты и действие ионизирующей радиации на растения, животных и человека, основные теории и механизмы радиобиологического эффекта, сочетанное действие факторов радиационной и нерадиационной природы на организмы, противорадиационная и биологическая защита, радиосенсибилизация, биологическое нормирование ионизирующих излучений и защита окружающей среды от радиоактивного загрязнения, применение ионизирующих излучений в различных отраслях.

Книга предназначена для студентов-биологов,научных работников, специалистов в области радиобиологии и радиоэкологии.

Табл.: 47. Ил.: 126.

Рецензенты

Кутлахмедов Юрий Алексеевич – доктор биологических наук, профессор­ (Киевский национальный университет им. Тараса Шев­ ченко), заведующий лабораторией радиационной биофизики Института клеточной биологии и генетической инженерии НАН Украины.

Ермакова Ольга Владимировна – доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории радиоэкологии животных отдела радиоэкологии Института биологии Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар).

ISBN 978-5-9905700-0-9

ISBN 978-5-9905748-6-1

©Гудков И.Н., Кудяшева А.Г., Москалёв А.А., 2015

©ФГБОУ ВПО «Сыктывкарский государственный университет», 2015

©ФГБУН «Институт биологии Коми НЦ УрО РАН», 2015

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ПРЕДИСЛОВИЕ .............................................................................

7

1. ВВЕДЕНИЕ В РАДИОБИОЛОГИЮ И РАДИОЭКОЛОГИЮ,

 

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ, ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ .......................

9

1.1. Определение радиобиологии и ее место среди смежных наук ........

9

1.2. Направления радиобиологии и ее задачи ...................................

11

1.3. История радиобиологии ...........................................................

12

1.4. Современные проблемы радиобиологии .....................................

32

1.5. Необходимость радиобиологических знаний ...............................

36

2. ТИПЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ,

 

ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА И ДОЗИМЕТРИЯ ......................................

39

2.1. Строение атома. Изотопы .........................................................

40

2.2. Явление радиоактивности. Закон радиоактивного распада ..........

42

2.3. Типы ядерных превращений ....................................................

45

2.4. Типы ионизирующих излучений ..............................................

47

2.5. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом .............

51

2.6. Линейная передача энергии ионизирующих излучений

 

и их относительная биологическая эффективность ...........................

54

2.7. Радиометрия и дозиметрия ионизирующих излучений.

 

Единицы радиоактивности и доз ....................................................

57

2.8. Связь между радиоактивностью и дозой ионизирующего

 

излучения ....................................................................................

61

2.9. Виды облучения .....................................................................

62

3. ИСТОЧНИКИ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

 

И ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ЗЕМЛЕ .............................

65

3.1. Источники радиоактивных веществ.

 

Естественные радионуклиды ..........................................................

65

3.2. Источники ионизирующих излучений .......................................

84

4. МИГРАЦИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

 

В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ .............................................................

96

4.1. Общие закономерности миграции радиоактивных веществ

 

в окружающей среде ......................................................................

97

4.2. Миграция радиоактивных веществ в атмосфере .........................

99

4.3. Миграция радиоактивных веществ в звене почва–растения .......

102

4.4. Поступление радиоактивных веществ в растения .....................

115

4.5. Поступление радиоактивных веществ в организм животных

 

и человека ..................................................................................

128

4.6. Миграция радиоактивных веществ в водоемах .........................

135

4.7. Роль микроорганизмов в миграции радиоактивных веществ ......

139

5. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ

 

ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ ................................................

143

5.1. Соматические эффекты ..........................................................

143

5.2. Генетические, или мутагенные эффекты .................................

163

5.3. Близкие и отдаленные биологические эффекты

 

ионизирующих излучений ...........................................................

165

4Радиобиология с основами радиоэкологии

6.РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКИЕИ РАДИАЦИОННО-

БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОБЛУЧЕННЫХ КЛЕТКАХ ......

169

6.1. Основная процессы развития радиационного поражения

 

организма при облучениии ...........................................................

169

6.2. Прямое и непрямое действие ионизирующего излучения

 

на молекулы ...............................................................................

172

6.3. Реакции радикалов органических молекул,

 

ведущие к образованию стабильных продуктов ..............................

175

6.4. Клеточные эффекты радиационно-химическихреакций ............

176

6.5. Радиационно-химическоепревращение молекул воды,

 

роль кислорода в этих превращениях ............................................

179

6.6. Химические реакции основных молекулярных компонентов

 

клетки на действие ионизирующего излучения ..............................

185

7. ОСОБЕННОСТИ ДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

 

НА КЛЕТКИ И ТКАНИ. КРИТИЧЕСКИЕ ТКАНИ И ОРГАНЫ .......

195

7.1. Костный мозг животных и меристемы растений –

 

аналогичные системы клеточного обновления организма .................

196

7.2. Радиочувствительность клеток в различные фазы

 

цикла деления ............................................................................

199

7.3. Радиоустойчивость покоящихся клеток ...................................

201

7.4. Гибель клеток при облучении .................................................

203

7.5. Количественная оценка выживаемости клеток .........................

206

7.6. Молекулярно-биохимическиепроцессы, лежащие в основе

 

гибели клеток .............................................................................

208

7.7. Относительная радиочувствительность

 

клеток млекопитающих ...............................................................

209

7.8. Тканевая радиочувствительность ............................................

211

7.9. Критические ткани и органы ..................................................

212

7.10. Особенности поражения клеток и тканей под влиянием

 

инкорпорированных радионуклидов ..............................................

213

8. ДЕЙСТВИЕ МАЛЫХ ДОЗ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

 

НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ ..........................................................

216

8.1. Понятие малых доз ионизирующего излучения ........................

216

8.2. Микродозиметрическая теория «малых доз» радиации .............

218

8.3. Особенности действия малых доз ионизирующей радиации

 

Гипотезы механизма действия малых доз на живые организмы .......

224

8.4. Радиационный гормезис. Возможные механизмы радиационного

гормезиса. Способы практического использования малых доз

 

облучения ..................................................................................

230

8.5. Стохастические эффекты малых доз

 

ионизирующего излучения ...........................................................

233

9. ТЕОРИИ И ГИПОТЕЗЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

 

ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ ................................................

248

9.1. Принципы попадания и мишени .............................................

248

9.2. Стохастическая теория. Вероятностная модель радиационного

 

поражения клетки ......................................................................

257

9.3. Гипотеза радиотоксинов ........................................................

260

9.4. Гипотеза биохимического шока ..............................................

263

9.5. Гипотеза биохимического фона радиорезистентности ................

264

9.6. Структурно-метаболическаятеория .........................................

266

10. РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНИЗМОВ

 

РАЗЛИЧНЫХ ТАКСОНОМИЧЕСКИХ ГРУПП ...............................

270

10.1. Радиочувствительность и радиоустойчивость ..........................

270

10.2. Сравнительная радиочувствительность организма ..................

273

10.3. Причины широкой вариабельности радиочувствительности

 

организмов .................................................................................

292

 

5

11. ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ЖИВОТНЫХ

 

И ЧЕЛОВЕКА .............................................................................

299

11.1. Общие закономерности поражения при тотальном облучении

 

животных. Классификация уровней доз для разных типов

 

поражения .................................................................................

299

11.2. Изменения в критических органах при лучевом поражении.

 

Радиационные синдромы .............................................................

302

11.3. Желудочно-кишечныйсиндром .............................................

303

11.4. Лучевая болезнь человека и животных ..................................

304

11.5. Особенности реакции организма на хроническое облучение .....

308

11.6. Нарушения нуклеинового, белкового, углеводного, липидного

 

и минерального обмена веществ ....................................................

309

11.7. Изменения в нервной и эндокринной системах и их значение

 

в развитии поражения и восстановления .......................................

317

11.8. Нарушения иммунных функций и значение инфекционных

 

осложнений в исходе поражения ...................................................

324

11.9. Отдаленные последствия ......................................................

327

12. СОЧЕТАННОЕ (КОМБИНИРОВАННОЕ) ДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМ

ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ДРУГИХ ФАКТОРОВ

 

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ .............................................................

332

12.1. Типы взаимодействия повреждающих факторов,

 

терминология .............................................................................

333

12.2. Количественные оценки эффектов комбинированных

 

воздействий ................................................................................

336

12.3. Общие закономерности синергических эффектов.

 

Механизмы синергического усиления ............................................

339

12.4. Биологические эффекты при сочетанном действии факторов ....

341

13. ПРОТИВОРАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА

 

И РАДИОСЕНСИБИЛИЗАЦИЯ ....................................................

363

13.1. Физические противорадиационные и радиосенсибирующие

 

факторы ....................................................................................

364

13.2. Химические противорадиационные и радиосенсибилизирующие

вещества ....................................................................................

374

13.3. Задачи противорадиационной биологической защиты

 

и радиосенсибилизации ...............................................................

391

14. ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

 

ОТ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ .......................................

394

14.1. Основные приемы защиты от поступления радиоактивных

 

веществ из почвы ........................................................................

394

14.2. Защита водоемов от поступления радионуклидов ...................

409

14.3. Снижение поступления радиоактивных веществ

 

в организм животных ..................................................................

410

14.4. Очистка продукции растениеводства путем технологических

 

переработок ................................................................................

413

14.5. Особенности минимизации поступления и накопления

 

радионуклидов в организме человека ............................................

416

14.6. Роль леса в защите окружающей среды от радиоактивного

 

загрязнения ................................................................................

421

15. ПОСТРАДИАЦИОННОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ОРГАНИЗМА .......

425

15.1. Репарационное восстановление ..............................................

428

15.2. Репопуляционное восстановление ..........................................

439

15.3. Регенерационное восстановление ...........................................

441

15.4. Компенсаторное восстановление ............................................

446

6Радиобиология с основами радиоэкологии

16.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ В МЕДИЦИНЕ, СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ, МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ И ПИЩЕВОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ .................................................................

450

16.1. Использование ионизирующих излучений в медицине .............

451

16.2. Использование ионизирующих излучений

 

в сельском хозяйстве ...................................................................

460

16.3. Использование ионизирующих излучений в пищевой

 

промышленности ........................................................................

477

16.4. Использование ионизирующих излучений в рыбообрабатывающей

промышленности ........................................................................

479

17. ПРИНЦИПЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ

 

ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

 

И ОСНОВЫ РАДИАЦИОННОЙ ГИГИЕНЫ ....................................

484

17.1. Беспороговая концепция действия ионизирующих излучений

 

на живые организмы и основные принципы биологического

 

нормирования .............................................................................

485

17.2. Понятие допустимого (приемлемого) риска .............................

487

17.3. Категории облучаемых лиц и их регламентация .....................

489

17.4. Допустимые уровни и временно допустимые уровни содержания

радиоактивных веществ в продуктах питания ...............................

491

17.5. Население в условиях радиационных аварий ..........................

493

17.6. Радиационно-гигиеническиерегламенты ................................

495

17.7. Группы радиотоксичности радиоактивных веществ .................

496

17.8. Принципы защиты от закрытых и открытых источников

 

ионизирующих излучений ...........................................................

497

17.9. Мероприятия, снижающие вероятность радиационного

 

поражения человека, проживающего и работающего

 

в условиях повышенного радиационного влияния ..........................

501

17.10. Основные документы регламентации радиационной

 

безопасности ...............................................................................

503

Рекомендуемая литература ...........................................................

506

Алфавитный указатель ................................................................

507

Предметный указатель ................................................................

509

Предисловие

7

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Все живое на нашей планете возникло, развивается и пребывает в условиях, очень далеких от оптимальных, благоприятных. На организм действуют огромные перепады температур, атмосферные осадки в виде дождей, ливней, града и снега, движение воздуха от слабого ветерка до ураганов и бурь, изменения атмосферного давления, чередование дня и ночи и множество других факторов. Среди них особое место занимает ионизирующая радиация, источником которой в первую очередь является излучение природных радиоактивных химических элементов, таких как уран, радий, торий, радон, полоний, и радиоактивных изотопов калия, углерода, трития и др.

Природными источниками ионизирующей радиации также являются солнце и многие звезды галактики, на которых происходят ядерные и термоядерные процессы, сопровождающиеся таким же излучением. Часть этой радиации доходит до Земли.

Что же представляет собой ионизирующая радиация, или, как ее еще называют, ионизирующее излучение? Хорошо известно, что также называемые радиацией видимый свет, ультрафиолетовое, инфракрасное излучение, идущие от того же Солнца, звезд, пламени, искусственных источников освещения – это электромагнитные волны. Ионизирующая радиация рентгеновского и гамма-излучения– тоже электромагнитные волны, но очень короткие, действующие с необычайно высокой частотой и поэтому обладающие чрезвычайно высокой энергией. И если видимый и ультрафиолетовый свет, падая на предметы или живые существа, отражается от них либо поглощается лишь поверхностными слоями, то многие виды ионизирующей радиации, в том числе и высокоэнергетические частицыбета-излучения,нейтронов, протонов, позитронов, дейтронов и др., могут проникать на большую глубину, а через мягкие ткани живых организмов проходить практически беспрепятственно, взаимодействуя на своем пути с атомами и молекулами различных веществ, в том числе и биологически важными, вызывая их ионизацию и повреждение.

Существует мнение, что все живое на Земле якобы приспособилось к действию ионизирующей радиации и не реагирует на нее. Более того, некоторые исследователи утверждают, что низкие ее дозы, обусловливающие уровень естественного ради-

8

Радиобиология с основами радиоэкологии

 

 

ационного фона, необходимы для нормального развития организмов. Но это маловероятно. Живые организмы вынуждены существовать в условиях радиационного давления и расплачиваются за это снижением иммунитета, сокращением продолжительности жизни, увеличением смертности, наследуемыми

иненаследуемыми уродствами. Большинство же ученых считает, что нет безвредных доз ионизирующей радиации – какой бы малой ни была доза, достаточно одного попадания кванта или частицы ионизирующего излучения в молекулу ДНК, чтобы вызвать ее мутацию, а следовательно, повреждение. Многими поддерживается гипотеза о том, что естественная ионизирующая радиация является даже, так сказать, основным двигателем эволюции, благодаря которому на Земле возникло огромнейшее количество видов, разнообразнейших по формам

иобразу жизни организмов.

Втечение XVIII-XIX,а особенно в ХХ столетии радиационный фон на нашей планете существенно увеличился и продолжает расти. Причиной этого является прогрессирующая индустриализация хозяйства всех развитых стран, в результате которой при возрастающей добыче металлических руд, угля, нефти, строительных материалов, удобрений и других полезных ископаемых на поверхность стали поступать в больших объемах минералы, содержащие в своем составе радиоактивные элементы и изотопы. При сжигании минеральных источников энергии в атмосферу вместе со значительным количеством разных веществ поступают и радиоактивные.

С середины ХХ в. стали создаваться искусственные источники ионизирующей радиации. Начало этому положили со­ здание атомной бомбы в США, а затем и в других странах, развитие атомной энергетики. Во время работы предприятий ядерной энергетики, в особенности при радиационных авариях, в окружающую среду могут поступать значительные количества естественных и искусственных радиоактивных веществ. Это приводит к повышению радиационного фона, появлению отдельных очагов и больших территорий с высоким уровнем радиоактивности.

Как действует ионизирующая радиация на живые организмы, как защитить организмы от ее поражающего действия – эти и другие смежные вопросы изучает область биологии, которая получила название радиобиология, или радиационная биология. Как попадают и распространяются радиоактивные вещества в биосфере, как они включаются в растения, поступают в организм животных и человека – эти вопросы также являются сферой изучения радиобиологии, а точнее, ее отдельного­ раздела, который возник на стыке радиобиологии и экологии, ­– радиоэкологии, или радиационной экологии.

1. Введение в радиобиологию, предмет и задачи, история и перспективы

9

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ В РАДИОБИОЛОГИЮ И РАДИОЭКОЛОГИЮ, ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ, ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Определение радиобиологии и ее место среди смежных наук. Направления радиобиологии и ее задачи. История радиобиологии. Роль достижений ядерной физики в возникновении и развитии радиобиологии. Этапыразвитиярадиобиологии.Современныепроблемырадиобиологии. Необходимость радиобиологических знаний.

Термин «радиационная биология» и его сокращенный вариант «радиобиология», под которыми понимается направление биологической науки, изучающей действие именно ионизирующей радиации, а не какого-либоизлучения, радиации вообще, на живые организмы, появились гораздо позднее, чем возникла эта отдельная область в биологии. Лишь к середине прошлого века с появлением первых монографий, учебных пособий, периодических изданий, широко использующих эти термины, они прочно вошли в научный обиход, обозначив самостоятельное направление в биологии. К тому времени научные исследования по действию ионизирующей радиации на живые организмы насчитывали уже полстолетия.

1.1. Определение радиобиологии и ее место среди смежных наук

Радиобиология, или радиационная биология – это наука о действии ионизирующих излучений на живые организмы и их сообщества.Она граничит с научными дисциплинами, исследующими биологическое действие низкоэнергетических электромагнитных волн инфракрасного, видимого и ультрафиолетового света и радиоволн миллиметрового и сантиметрового диапазонов, – фотобиологией и биофизикой. Специфика радиобиологии обусловлена необычайно высокой энергией изучаемых ею квантов и частиц излучений (рентгеновская и g-радиация, a- и b-частицы, протоны, нейтроны, позитроны, дейтроны и др.), превосходящих энергию ионизации атомов и способных проникать вглубь объекта, воздействуя на его молекулы и атомы.

Согласно приведенному определению, объектом исследова­ ния радиобиологии являются живые организмы (человек, жи­ вотные, растения, микроорганизмы и их сообщества) или совокупности совместно обитающих организмов разных системати-

10

Радиобиология с основами радиоэкологии

 

 

ческих групп, представляющих собой известное экологическое единство. В целом у радиобиологии нет определенного объекта изучения, хотя в зависимости от него, как конкретного предмета исследований, выделяют ее отдельные направления: радиобиологию человека, радиобиологию животных, радиобиологию насекомых, радиобиологию растений, радиобиологию микроорганизмов.

Однако предметом изучения радиобиологии являются также макромолекулы, отдельные структурные клетки, сами клетки и их популяции, культуры тканей и органов, отдельные процессы метаболизма, наконец, отдельные метаболиты. В последние десятилетия четко выделились такие направления, как молекулярная радиобиология, радиационная биохимия, радиационная цитология и др. Появилось новое определение радио­ биологии –наука о действии ионизирующих излучений на жи­ вые системы всех уровней организации. Последняя формулировка не является альтернативой первой, не противоречит ей, но несколько ее дополняет. Обе они правильны.

Радиобиологию не следует смешивать с радиологией – наукой о действии ионизирующих излучений на вещество.

Радиология опирается, или базируется, на трех науках: радиационной физике – науке, изучающей физические процессы в веществе при действии ионизирующих излучений; радиационной химии – науке, исследующей химические процессы, происходящие в веществе при действии ионизирующих излучений, и радиационной биологии. Таким образом, радиобиологию можно считать одной из трех составляющих частей радио­ логии.

Рис. 1.1. Структурная организация радиобиологии и соподчиненность отдельных ее направлений.

studfiles.net

Радиобиология человека и животных

Описание: В книге изложены вопросы общей радиобиологии и радиобиологии организма. Рассмотрены физические основы биологического действия ионизирующих излучений, теория и механизмы радиобиологического эффекта, основные радиационные синдромы, противолучевая защита, отдаленные последствия облучения, научные основы лечебного применения ионизирующих излучений и др. Оглавление: Предисловие к третьему изданию [3]Предисловие к первому изданию [3]Введение [6]Часть первая Вопросы общей радиобиологии  Глава 1. Радиобиология как предмет [11]  Глава 2. Немного истории [16]    2.1. Открытие рентгеновских лучей и радиоактивности [17]    2.2. Три этапа развития радиобиологии [22]  Глава 3. Радиочувствительность [28]  Глава 4. Физические основы действия ионизирующих излучений на биологические объекты [32]    4.1. Типы ионизирующих излучений [32]    4.2. Проникающая способность ионизирующих излучении и особенности их взаимодействия с веществом [33]      4.2.1. Электромагнитные излучения [34]      4.2.2. Корпускулярные излучения [36]    4.3. Единицы дозы излучения и радиоактивности [41]  Глава 5. Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений [49]    5.1. Доказательства существования косвенного действия излучений [52]    5.2. Соотношение прямого и косвенного действия ионизирующего излучения при радиационной инактивации клеток [53]  Глава 6. Реакции клеток на облучение. Клеточная радиочувствительность [56]    6.1. Преходящие лучевые реакции клеток. Задержка клеточного деления [56]    6.2. Летальные реакции клеток. Формы клеточной гибели [63]    6.3. Критерий клеточной радиочувствительности. Кривые выживания и их интерпретация [67]      6.3.1. Определение выживаемости клеток in vitro [67]      6.3.2. Определение выживаемости клеток in vivo [67]      6.3.3. Кривые выживания [69]      6.3.4. Аберрации хромосом—критерий летального поражения клеток [72]    6.4. Природа радиационной гибели клеток [73]    6.5. Пострадиационное восстановление (репарация) клетки [80]      6.5.1. Восстановление от потенциально летальных повреждений [80]      6.5.2. Восстановление от сублетальных повреждений [83]      6.5.3. Молекулярные механизмы репарации [85]      6.5.4. Зависимость репарации потенциальных повреждений от уровня клеточного метаболизма [88]    6.6. Радиочувствительность клетки на разных стадиях жизненного цикла [89]  Глава 7. Модификация радиочувствительности. Кислородный эффект [93]    7.1. Вопросы терминологии и Количественные критерии радиомодифицирующего эффекта [94]    7.2. Кислородный эффект — универсальное явление радиобиологии [97]    7.3. Влияние кислорода на пострадиационное восстановление [103]  Глава 8. Относительная биологическая эффективность (ОБЭ) ионизирующих излучений [106]    8.1. Методы оценки относительной биологической эффективности и ее, связь с линейной передачей энергии [106]    8.2. Зависимость относительной биологической эффективности от условий облучения и других факторов [110]    8.3. Границы применения концепции относительной биологической эффективности [113]  Глава 9. Теоретические представления о механизме биологического действия ионизирующих излучений [115]    9.1. Принципы попадания и мишени [116]    9.2. Стохастическая теория [121]    9.3. Вероятностная модель радиационного поражения клетки [124]    9.4. Гипотеза липидных радиотоксинов и цепных реакций [127]    9.5. Структурно-метаболическая теория [129]Часть вторая Радиобиология организма  Глава 10. Рад ко чувствительность тканей, органов, организма.        Радиационные синдромы [135]    10.1. Радиационные синдромы [137]    10.2. Костный мозг — типичный пример системы клеточного обновления [140]    10.3. Изменения в системе обновления желудочно-кишечного тракта [148]    10.4. Характер радиационных изменений центральной нервной системы [150]    10.5. Радиочувствительность и лучевые реакции отдельных органов и тканей [150]    10.6. Относительность понятия тканевой радиочувствительности [156]    10.7. Радиочувствительность организма [157]  Глава 11. Лучевая болезнь человека [165]    11.1. Острая лучевая болезнь при относительно равномерном облучении [166]      11.1.1. Фаза первичной общей реакции [167]      11.1.2. Фаза кажущегося клинического благополучия [169]      11.1.3. Фаза выраженных клинических проявлений [169]      11.1.4. Фаза раннего восстановления [170]    11.2. Острые лучевые поражения при неравномерном облучении [175]    11.3. Хроническая лучевая болезнь [182]    11.4. Классификация, диагноз и прогноз лучевой болезни [183]  Глава 12. Процессы восстановления в облученном организме [189]    12.1. Кинетика восстановления организма после тотального облучения [190]    12.2. Регенерация костного мозга и пострадиационное восстановление организма [193]    12.3. Динамика радиорезистентности организма в раннем пострадиационном периоде [197]    12.4. Степень восстановления некоторых функций организма после облучения [199]    12.5. Особенности повреждения и репарации малообновляющихся тканей [201]  Глава 13. Биологическое действие инкорпорированных радиоактивных веществ [209]    13.1. Пути поступления радионуклидов в организм [210]    13.2. Распределение инкорпорированных радионуклидов в организме [212]    13.3. Радиобиологическая оценка поражений инкорпорированными радионуклидами [214]    13.4. Особенности поражений продуктами ядерного деления [215]  Глава 14. Опосредованные эффекты облучения. Нарушение обмена веществ и изменения в некритических системах организма [217]    14.1. Опосредованные эффекты облучения и их роль в исходе поражения организма [217]    14.2. Опосредованное действие ионизирующих излучений на кроветворение [219]    14.3. Нарушения в некритических системах облученного организма [221]    14.4. Угнетение механизмов иммунитета [222]    14.5. Нарушение обмена веществ [225]  Глава 15. Отдаленные последствия облучения [233]    15.1. Сокращение продолжительности жизни [234]    15.2. Возникновение злокачественных новообразований [240]    15.3. Радиационная катаракта [247]    15.4. Механизм отдаленных последствий облучения [249]  Глава 16. Действие радиации на эмбрион и плод [258]    16.1. Воэрастно-специфические реакции на облучение в эмбриогенезе [259]    16.2. Эффект облучения мышей на разных стадиях внутриутробного развития [261]    16.3. Действие ионизирующих излучений на эмбрион человека [265]    16.4. Механизмы радиоэмбриологического эффекта и оценка его последствий [268]  Глава 17. Основы гигиенического нормирования ионизирующих излучений [272]    17.1. Источники облучения человека [273]    17.2. Соматические и наследственные, стохастические и нестохастические эффекты облучения [276]    17.3. Международная деятельность в области радиационной защиты [280]    17.4. Регламентация радиационного воздействия в СССР [281]      17.4.1. Категории облучаемых лиц, дозовые пределы, допустимые и контрольные уровни облучения [282]      17.4.2. Регламентация облучения лиц категорий А и Б [283]      17.4.3. Ограничение радиационного воздействия на население [285]      17.4.4. Ограничение облучения детей н лнц репродуктивного возраста [288]    17.5. Дискуссионные вопросы теории н практики регламентации радиационного фактора [289]    17.6. Оценка вероятностных последствий облучения и степень риска, обусловленная нерадиационными факторами [293]  Глава 18. Терапия острой лучевой болезни [297]    18.1. Замещение костного мозга [298]    18.2. Замещение периферической крови [306]    18.3. Функциональная терапия [313]    18.4. Профилактика и лечение поражений инкорпорированными радионуклидами [314]  Глава 19. Биологическая противолучевая защита организма [316]    19.1. Механизмы противолучевой защиты [317]      19.1.1. Перехват и инактивация радикалов [318]      19.1.2. Изменение окислительно-восстановительного потенциала [318]      19.1.3. Повышение уровня эндогенных SH-rpynn («сульфгидрильная гипотеза») [319]      19.1.4. Повышение «биологического фона радиорезистентности» [320]      19.1.5. Биохимический шок, вызываемый защитными агентами [321]      19.1.6. Защита как следствие развития неспецифической реакции и увеличения объема репарации [322]      19.1.7. Защита и кислородный эффект [323]      19.1.8. Общий механизм модификации репродуктивной гибели клеток [325]    19.2.Основные классы химических соединений радиоэащитного действия [329]      19.2.1. Индолилалкиламнны [329]      19.2.2. Меркаптоалкиламины [330]    19.3. Оценка радиозащнтного эффекта [333]    19.4. Защита организма как следствие ослабления поражения критических систем [335]    19.5. Защита от отдаленных последствий облучения [343]    19.6. Практические аспекты противолучевой защиты [349]  Глава 20. Радиобиологические основы лечебного применения ионизирующих излучений [352]    20.1. Стерилизация опухоли или подавление опухолевого роста [353]    20.2. Дифференцированное воздействие излучения на опухоли и нормальные ткани [356]      20.2.1. Тяжелые ядерные частицы [357]      20.2.2. Режимы облучения и цитокинетические параметры [361]        Режимы фракционирования [368]        Оценка толерантной дозы при различных режимах фракционирования [371]      20.2.3. Проблема управления тканевой радиочувствительностью [373]        Регуляция кислородного режима [375]        Химические средства управления радиочувствительностью [381]        Аутотрансплантация костного мозга [387]        Гипертермия и гипергликемия [388]        Шолкрадиомодификация [392]  Глава 21. Молодому исследователю [397]    21.1. Проблемы оценки выживаемости клеток [398]    21.2. Экстраполяции — возможности и ограничения [401]    21.3. Математика и радиобиология [403]Заключение. Радиация, прогресс и человечество [406]Список сокращений [411]Рекомендуемая литература [412]Предметный указатель [414]

www.nehudlit.ru

Лысенко Николай Петрович, Пак Василий Васильевич. Радиобиология. Учебник

Лысенко Николай Петрович, Пак Василий ВасильевичРадиобиология. УчебникВ учебнике собран и обобщен большой литературный материал по действию ионизирующих излучений на системы и органы различных видов животных и отдельные звенья биогеоценозов. Впервые полно освещаются… — Лань, (формат: 84x108/32, 576 стр.) Учебники для вузов. Специальная литература Подробнее...20162644бумажная книга
Лысенко Н.Радиобиология. Учебник 2-е изд. испр.В учебнике собран и обобщен материал по действию ионизирующих излучений на системы и органы различных видов животных и отдельные звенья биогеоценозов. В книгу включены обширные материалы… — Лань, (формат: 84x108/32, 576 стр.) учебники для вузов. специальная литература Подробнее...20121747бумажная книга
Лысенко Н., пак В. (ред.)Радиобиология. Учебник. Издание второе, исправленноеВ учебнике собран и обобщен материал по действию ионизирующих излучений на системы и органы различных видов животных и отдельные звенья биогеоценозов. В книгу включены обширные материалы… — Лань Спб, (формат: Твердая бумажная, 576 стр.) Подробнее...20121497бумажная книга
Н. П. Лысенко, В. В. Пак, Л. В. Рогожина, З. Г. КусуроваРадиобиология. Учебник. Гриф УМО вузов РоссииВ учебнике собран и обобщен материал по действию ионизирующих излучений на системы и органы различных видов животных и отдельные звенья биогеоценозов. В книгу включены обширные материалы… — Лань, (формат: Твердая бумажная, 576 стр.) Учебники для ВУЗов. Специальная литература Подробнее...20122176бумажная книга
Н. П. Лысенко, В. В. Пак, Л. В. Рогожина, З. Г. КусуроваРадиобиологияВ учебнике собран и обобщен материал по действию ионизирующих излучений на системы и органы различных видов животных и отдельные звенья биогеоценозов. В книгу включены обширные материалы… — Лань, (формат: 84x108/32, 576 стр.) Учебники для вузов. Специальная литература Подробнее...20121481бумажная книга
Джойнер М.С.Основы клинической радиобиологииКлиническая радиобиология - область пограничных проблем. Книга является тем мостом, без которого невозможна эффективная лучевая терапия и дальнейшее развитие теоретических вопросов радиобиологии и… — Бином. Лаборатория знаний, Лучший зарубежный учебник Подробнее...20141033бумажная книга
Джойнер Майкл С., Ван дер Когель Олберт Дж.Основы клинической радиобиологииКлиническая радиобиология - область пограничных проблем. Книга является тем мостом, без которого невозможна эффективная лучевая терапия и дальнейшее развитие теоретических вопросов радиобиологии и… — Бином. Лаборатория знаний, (формат: 84x108/32, 576 стр.) Лучший зарубежный учебник Подробнее...20151274бумажная книга
Джойнер Майкл С., Ван дер Когель Олберт Дж.Основы клинической радиобиологииКлиническая радиобиология - область пограничных про-блем. Книга является тем мостом, без которого невозможна эффективная лучевая терапия и дальнейшее развитие теоретических вопросов радиобиологии и… — Бином. Лаборатория знаний, (формат: Твердая бумажная, 576 стр.) Лучший зарубежный учебник Подробнее...20131295бумажная книга
Джойнер М., Когель О. (ред.)Основы клинической радиобиологииКлиническая радиобиология - область пограничных проблем. Книга является тем мостом, без которого невозможна эффективная лучевая терапия и дальнейшее развитие теоретических вопросов радиобиологии и… — Бином Лаборатория знаний, (формат: Твердая бумажная, 600 стр.) Подробнее...2013981бумажная книга

dic.academic.ru

Радиобиология - это... Что такое Радиобиология?

Радиационная биология или радиобиология — наука, изучающая действие ионизирующих и неионизирующих излучений на биологические объекты.

Код науки по 4-х значной классификации ЮНЕСКО (англ.) — 2418 (раздел — биология).

Радиобиология, являясь самостоятельной комплексной научной дисциплиной, имеет тесные связи с рядом теоретических и прикладных областей знаний — биологией, физиологией, цитологией, генетикой, биохимией, биофизикой, ядерной физикой, фармакологией, гигиеной и клиническими дисциплинами.

Предмет радиобиологии

Фундаментальными задачами, составляющими предмет радиобиологии, являются:

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:

Важной чертой радиобиологических методов исследования является количественное сопоставление рассматриваемого эффекта с вызвавшей его дозой излучения, ее распределением во времени и объеме 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» 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 теории эффекта «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

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

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
Четвертый этап

с 1986 года по настоящее время

И. П. Пулюй • В. К. Рентген • А. Беккерель • М. Склодовская • П. Кюри • И. Р. Тарханов • Е. С. Лондон • Г. Е. Альберс- Шонберг • Л. Хальберштадтер • П. Броун • Дж. Осгоуд • Г. Хейнеке • Ж. Бергонье • Л. Трибондо
Ф. Дессауэр • Л. Грэй • Н. В. Тимофеев- Ресовский • М. Кузин • Б. Н. Тарусов • Н .М. Эмануэль • Д. Э. Ли • К.Циммер • Г. А. Надсон • Г. С. Филиппов • Г. Мёллер • Л. Стадлер

Дубинин Н. П. • Н. В. Лучник • Б. Л. Астауров • К. П. Хансон • В. И. Корогодин • В. Д. Жестяников • Л. Х. Эйдус • В. И. Брусков • Э. Я. Граевский • И. И. Пелевина • 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 • 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. Летовет • Ф. Г. Кротков • В. Я. Голиков • У. Я. Маргулис • Д. М. Спитковский • Ю. Б. Кудряшов • Е. Б. Бурлакова • Е. Ф. Конопля • В. А. Шевченко • Л. А. Ильин

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.

Радиобиология клетки

Радиационная цитология (радиобиология клетки) изучает влияние излучений на строение и функции клеток, а именно:

Основные изменения

Причины нарушений

Направления

Литература

  • Александер П., Бак З., Основы радиобиологии, М., 1963
  • Гродзинский Д. М. Радиобиология. Биологическое действие ионизирующих излучений, М., 1961
  • Барабой В. А. Популярная радиобиология, Киев, 1988.
  • Белов А. Д., Киршин В. А. Ветеринарная радиобиология. М.: Агропромиздат, 1987. 287с.
  • Бесядовский Р. А., Иванов К. В., Козюра А. К. Справочное руководство для радиобиологов, М., 1978
  • 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. -Биологическе эффекты радиации -М..Энергоатомиздат, 1986
  • Красавин Е. А. — Мутагенное действие излучений с разной ЛПЭ — М., Энергоатомиздат, 1991, 183 с.
  • Красавин Е. А. — Проблема ОБЭ и репарация ДНК — М., Энергоатомиздат, 1989, 193 с.
  • Кузин А.М — Прикладная радиобиология. М., «Энергоиздат», 1981
  • Кузин А. М.- Структурно-метаболическая теория в радиобиологии. М., «Наука», 1988.
  • Кузин А. М., Вторичные биогенные излучения — лучи жизни, Пущино, 1997
  • Лебединский А. В. Влияние ионизирующей радиации на организм животного и человека, М., 1957
  • Лучник Н. В. Биофизика цитогенетических поражений и генетический код 1968. 296 с.
  • Лондон Е. С., Избранные труды, Л., 1968
  • 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. М.,"Мир", 1990
  • 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.:Высш. шк., 2005. 341 с.
  • Эйдус Л. Х. Мембранный механизм биологического действия малых доз, М., 2001
  • Ядерная Энциклопедия . М., Благотворительный фонд Ярошинской,1996
  • Ярмоненко С. П., Вайнсон А. А., Радиобиология человека и животных, М., Высшая школа, 2004

Периодические издания

Учебные заведения и научные учреждения

Радиобиологией занимаются во многих научных центрах и университетах. Вот некоторые из них:

biograf.academic.ru