Тема 1. Основні радіобіологічні поняття.
1. Радіобіологія як предмет
Радіобіологія – наука про вплив різних видів іонізуючого випромінення на живі об’єкти.
Іонізуюче випроміненняотримало свою назву завдяки здатності викликати іонізацію атомів і молекул в опроміненій речовині.
Фундаментальною задачею радіобіології є відкриття загальних закономірностей біологічної відповіді на опромінення, на основі яких можна було б керувати променевими реакціями організму. Розв’язати це завдання поки що не вдалося внаслідок існування радіобіологічного парадоксу. Його суть – велика невідповідність між мізерною кількістю поглинутої при опроміненні енергії та максимальною вираженістю реакцій біологічного об’єкту, навіть летальний ефект.
Приклад: відомо, що опромінення в дозі 10 Гр смертельне для всіх ссавців, незважаючи на родові особливості. Яку ж енергію отримує організм при такому опроміненні? Якщо її умовно, без втрат перевести в теплову енергію, виявиться, що організм людини нагріється на 1/1000 градуса, тобто менше, ніж від стакану гарячого чаю.
2. Історія радіобіології
Виникнення радіобіології зобов’язане трьом відкриттям 19 сторіччя:
1895р. – відкриття Вільгельмом Рентгеном Х-променів.
1896р. – відкриття Анрі Беккерелем природної радіоактивності урану.
1896р. – відкриття подружжям Кюрі – Марією Склодовською та П'єром радіоактивних властивостей полонія і радія.
В розвитку радіобіології виділяють три головні етапи.
Перший етап характеризувався роботами описового характеру. Описували вражаючі фактори рентгенівських променів на шкіру, органи кровотворення та розмноження, захворювання у горняків з уранових та радієвих шахт (рак легень), працівників заводу рентгенівських трубок (безпліддя). Були спроби знищення ракових пухлин (Кюрітерапія), часто самі лікарі ставали жертвами променевого раку.
В цей період всі ефекти іонізуючого випромінення зводяться до двох кардинальних фактів:
1 – гальмування клітинного поділу;
2 – різноманітні реакції різних клітин на опромінення (сперматогонії дуже чутливі, сперматозоїди резистентні).
Було сформульовано закон Бергоньє і Трібондо, що не втратив значення до цього часу:
Чим більша у клітин здатність до розмноження і чим менше вони диференційовані, тим більша їх радіочутливість.
Другий етап (30-50-і роки 20 ст.) розвитку радіобіології пов'язаний із становленням її кількісних принципів, мета яких – пов’язана біологічних ефект з дозою опромінення. Цей період характеризувався масовими експериментами. Було виявлено дію іонізуючого опромінення на генетичний апарат клітини. Активно розвивалася ядерна фізика.
Третій етап почався з 1955 року Женевською конференцією по мирному використанню атомної енергії. Цей етап триває і зараз, радіобіологія стала самостійною наукою з чітко виділеними напрямками.
3. Поняття та види іонізуючого випромінення
Іонізуюче випроміненняотримало свою назву завдяки здатності викликати іонізацію атомів і молекул в опроміненій речовині. Елементарний акт взаємодії випромінення з речовиною - поглинання енергії кванту валентним електроном, що приводить до переходу атома чи молекули в збуджений стан до звільнення електрону. При цьому частина атома чи молекули, що набула позитивного заряду, стає позитивним іоном. Для іонізації більшості елементів, що входять до складу біосубстрату, необхідно поглинання 10-12 эВ – це називаєтьсяпотенціал іонізації.Якщо енергія кванту, що передається атому чи молекулі, менша потенціалу іонізації опроміненої речовини, відбувається лише їхнє збудження.
Все іонізуюче випромінення поділяється на два основні види за природою: електромагнітне та корпускулярне.
Електромагнітне випромінення– це потік квантів енергії, має хвильову природу.
Види: γ-промені, що супроводжує всі види іонізуючого випромінення і виникає при переході речовини з вищого енергетичного рівня на нижчи.
Гальмівневипромінення, що виникає при проходженні через щільну речовину сильно прискорених заряджених частинок.
Рентгенівське випромінення (Х-промені) – різновидність гальмівного, коли у якості бомбардуючих частинок використовують електрони.
Корпускулярне випромінення– пучки елементарних частинок, ядерних елементів чи іонів, що мають корпускулярну природу. Більшість з них – заряджені корпускули:
β – частинки(потік електронів),β+ -частинки– потік позитронів (частинок, що по масі подібні до електронів, але позитивно заряджені),протонневипромінення (потік ядер водню),дейтронне(потік ядер важкого водню – дейтерію)
α – частинки(потік ядер гелію). Крім того, до корпускулярних випромінень відносятьсянейтронні– потік частинок, що не мають заряду, останнім часом виділяють щеπ – мезони– нестабільні елементарні частинки, маса яких більша за масу електронів, але менша від протона.