Три этапа развития радиобиологии

Изучение биологического действия ионизирующих излучений началось тотчас после открытия рентгеновских лучей. Среди самых ранних работ известны классические исследования нашего соотечественника И. Ф. Тарханова, установившего уже в 1896 г. в опытах на лягушках и насекомых реакции на облучение во многих системах организма, на основании чего им было высказано сбывшееся вскоре предположение о возможности лечебного применения рентгеновского излучения. Достаточно указать, что лишь за год после этого было издано 49 книг и более 1000 статей об использовании Х-лучей в медицине.

В 1896 г. в печати появились сообщения о поражениях кожи (эритемах, дерматитах, выпадении волос) у лиц, подвергавшихся частым и продолжительным воздействиям Х-лучей при проведении экспериментов,
а в 1902 г. Г. Фрибен описал первый случай лучевого рака кожи. Первые сведения о лучевом раке, по-видимому, восходят к XVI в. Известные медики средневековья Т. Парацельс и Г. Агрнкола писали о загадочной болезни легких у горняков, работавших в рудниках, где впоследствии стали добывать уран и радий. В 1879 г., еще до «эры радиации», в этом заболевании распознали рак легких.

Первой в истории попыткой рентгенотерапии рака была, очевидно, работа доктора Дж. Джиллиана из Чикаго. К нему обратился за помощью физик Е. Груббе, который, узнав об открытии Рентгена, начал опыты с Х-лучамн и получил сильные ожоги руки. Джиллмана поразил эффект лучей, и он отправил на облучение к Груббе больную с неоперабельным раком молочной железы. Этот сеанс лечения был проведен
29 января 1896 г., т.е. спустя неделю после доклада Рентгена По-видимому, был получен хороший эффект, так как Груббе продолжил практику рентгенотерапии (получив некоторое медицинское образование). Позже и он стал жертвой лучевого рака.

Долгое время объектом наблюдения оставалась главным образом кожа, так как никто не предполагал, что рентгеновские лучи могут влиять на глубоко расположенные ткани. В 1903 г. Г. Альберс-Шонберг обнаружил дегенеративные изменения семяродного эпителия и азооспермию у морских свинок и кроликов, а в 1905 г. Л. Хальберштадтер наблюдал атрофию яичников у облученных животных. Вскоре П. Броун и Дж. Осгоуд выявили азооспермию, явившуюся причиной бесплодия у людей – молодых рабочих завода рентгеновских трубок, проработавших на производстве более трех лет.

В 1903 г. в значительной степени под влиянием экспериментов отечественного исследователя Е.С. Лондона, обнаружившего летальное действие лучей радия на мышей, Г. Хейнеке применил с этой же целью рентгеновские лучи. Ему также удалось вызвать гибель животных, причем он впервые описал лучевую анемию и лейкопению, а также обратил внимание на поражение органов кроветворения, видимое даже невооруженным глазом (атрофия селезенки). Детально описанные Г. Хейнеке типичные изменения клеток костного мозга и лимфатических узлов при гистологическом исследовании являются классическими и по сей день.

В многочисленных экспериментах Е. С. Лондон продемонстрировал действие излучения радия на многие системы организма, в частности на кроветворение. В 1911 г. вышла его книга «Радий в биологии и медицине. Она считается первой в мире монографией по радиобиологии (опубликована на немецком языке).

Приведенные примеры, а также многочисленные наблюдения других исследователей знаменовали собой первый этап развития радиобиологии, характеризующийся работами описательного характера. Но уже в этом периоде установлено два кардинальных факта–вызываемое ионизирующим излучением торможение клеточного деления (М. Корнике, 1905) и различие в степени выраженности реакции разных клеток на облучение. Впервые это было отмечено французскими исследователями И. Бергонье и Л. Трибондо, которые в тщательных экспериментах обнаружили разную чувствительность к излучению отдельных видов семяродных клеток. Наиболее чувствительными оказались сперматогонии, наиболее резистентными – сперматозоиды, облучение которых вообще не вызывало морфологических изменений.

Таким образом, уже в самый ранний период первоначальных наблюдений была подмечена наиболее важная особенность ионизирующих излучений – избирательность их действия, определяемая не столько характеристиками самих лучей, сколько свойствами тех или иных клеток, т.е. их чувствительностью к излучению.

В 1903 выявлена роль поражения ядра в клеточной радиочувствительности. Заключение об этом сделал Д. Бун, подметивший примерно одинаково выраженное губительное действие на развивающихся головастиков облучения сперматозоидов лягушек или неоплодотворенных икринок, резко отличающихся между собой но количеству цитоплазмы. Он пришел к заключению, что облучение последней не играет особой роли в развитии зародыша.

Уже в первое десятилетие XX в. началось изучение действия ионизирующей радиации на эмбриогенез, позволившее обнаружить возникновение различных аномалий при облучении на определенных стадиях развития эмбриона.

Ранние наблюдения хотя и имели фундаментальное значение, но носили описательный качественный характер; какая-либо теория, объясняющая механизм действия ионизирующих излучений на живые объекты, отсутствовала.

Второй этап развития радиобиологии связан со становлением ее количественных принципов, имевших целью связать биологический эффект с дозой излучения, этот этап характеризуется массовыми экспериментами на различных популяциях клеток и животных с количественным отражением результатов на специальных кривых доза–эффект. Такой способ анализа результатов радиобиологических экспериментов остается ведущим и в настоящее время, хотя интерпретация самих кривых претерпевает изменения.

Одна из знаменательных дат этапа – 1922 г., когда Ф. Дессауэром была предложена первая теория, объяснявшая радиобиологический эффект дискретностью событий – актов ионизации в чувствительном объеме. Эти взгляды в последующем получили развитие в виде принципа попаданий и теории мишеней в трудах Н.В. Тимофеева-Рессовского, К. Цнммера, Д. Ли и других исследователей.

Одно из эпохальных событий радиобиологии – обнаружение действия ионизирующих излучений на генетический аппарат клетки, сопровождающегося наследственной передачей вновь приобретенных признаков. Впервые эти наблюдения были сделаны нашими соотечественниками Г.А. Надсоном и Г.Ф. Филипповым (1925) в опытах на дрожжах. К сожалению, это крупнейшее открытие не получило тогда должной оценки и лишь после работ Г. Меллера, установившего мутагенный эффект ионизирующих излучений в экспериментах на дрозофиле, радиационно-генетические исследования стали проводиться во всем мире и во многом послужили становлению количественной радиобиологии.

Мощным импульсом к бурному развитию радиобиологии явились успехи ядерной физики, обозначившие перспективу овладения энергией атомного ядра.

Особо интенсивное развитие радиобиологических исследований началось после варварской атомной бомбардировки японских городов Хиросимы и Нагасаки, поставившей в качестве неотложной задачи разработку способов противолучевой защиты и лечения радиационных поражений, что, в свою очередь, потребовало детального изучения механизмов радиобиологического эффекта и патогенеза лучевой болезни. Поэтому в 40–50-е годы
ХХ в. в Европе и на других континентах начали создаваться крупные исследовательские центры. Зачастую их организовывали при институтах и госпиталях, как правило, онкологических, ибо стало очевидным, что научной основой лучевых методов лечения злокачественных опухолей могут быть лишь тщательное изучение тканевой радиочувствительности и овладение методами ее направленного изменения.

В настоящее время к проблемам радиобиологии, как и к биологии вообще, привлечено внимание большого числа естествоиспытателей смежных специальностей, прежде всего физиков и химиков. Поэтому современный этап развития радиобиологии можно охарактеризовать как накопление разносторонней информации о реакциях на облучение отдельных биологических объектов, систем и популяций разной степени сложности. Развитие ядерной физики делает возможным изучение таких взаимодействий с помощью новых видов ионизирующих излучений, в том числе ядерных частиц высоких энергий. Это, в свою очередь, создает не только перспективу решения традиционных задач радиобиологии, но позволяет надеяться на определение оригинальных подходов к изучению фундаментальных закономерностей биологической формы существования и развития материи.

ГЛАВА 1.2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
РАДИОБИОЛОГИИ