Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
Сейчас хорошо известно, что лучевые нарушения генетических структур могут проявляться как сразу после облучения, так и отдаленно, в потомках, даже спустя нескольких поколений, становясь в организме причиной возникновения злокачественных опухолей, а также различных уродств развития.
Прн облучении биологического объекта ионизирующая радиация поглощается ие избирательно, а любыми молекулами, клетками, органами и тканями. Даже при облучении в малых дозах происходит много тысяч актов ионизации молекул, а это может привести к разнообразным нарушениям структуры и функции клеток. И лишь только некоторые из этих нарушений приводят клетку к потере способности
Введение
23
к делению и к гибели. Такой «критической структурой», мишенью в клетке является уникальная макромолекула ДНК, несущая генетическую информацию.
Впоследствии оказалось, что применение теории мишени весьма ограничено и позволяет количественно интерпретировать зависимость эффекта от дозы лишь для элементарных или сравнительно простых реакций биологических систем. Конечная ответная реакция иа облучение сложной системы (например, гибель клетки) зависит не только от событий попадания в ДНК. Она зависит от системного ответа клетки и целостного организма на облучение, т.е. от ряда свойств самого биологического объекта, например от способности устранять или восстанавливать повреждения. Системный ответ также носит f стохастический характер, определяющий меру нестабильности биоло-
гической системы, усиливаемой действием излучения. Отсюда следует вывод что количественная оценка системного ответа в зависимости от дозы облучения должна учитывать множественные стохастические взаимоотношения.
, Важным направлением радиационной бнофизики является
создание математических моделей, которые являются формализованным выражением большинства теоретических закоиомерно-| стей в радиобиологии. Математические модели лежат в основе объяс-
| нительного аппарата и в радиационной биофизике. Накопление исход-
i иой экспериментальной информации и развитие теоретических пред-
ставлений сопровождалось, а иногда и предвосхищалось появлением соответствующих моделей.
1 Насколько широк спектр объектов, процессов и проблем, которые
решаются в радиационной биофизике с помощью метода математического моделирования, настолько разнообразны используемые модели. Первые модели были основаны на принципах попаданий и мишени. Появление «стохастической концепции» биологического действия ионизирующих излучений привело к созданию моделей, более адекватно отражающих сложный вероятностный характер процессов, происходящих в живом объекте при облучении- Дальнейшим развитием математической интерпретации радиобиологических эффектов стало создание так называемой «вероятностной» модели, представляющей синтез деух вышеупомянутых подходов.
Появление моделей следующего поколения было напрямую связано с резким скачком в информационно-технической области и с повышением доступности и быстродействия компьютеров. К концу прошлого столетия математические модели в биологии характеризуются большим разнообразием подходов и широким спектром возможностей. Они позволяют изучать и прогнозировать динамику отдаленных последствий облучения в условиях, которые варьируют во времени и пространстве, учитывать сочетанное или комбинированное влияние облучения и других факторов, проводить численные эксперименты на виртуальных объектах и т.д. «Компьютеризация* математического моделирования в радиационной биофизике позволяет реализовать
24
Введение
многие сформулированные ранее перспективные идеи в этой области, например, создание моделей на основе цепей Маркова.
Однако следует всегда помнить также и о том, что моделирование зависимости ответной реакции живой системы от дозы облучения не является самоцелью, поскольку оно не дает нового фактического материала о конкретных физико-химических молекулярных изменениях при облучении. Для этого необходимо проведение только экспериментальных исследований.
В середине XX столетия стали известны трагические последствия для жителей Хиросимы и Нагасаки атомных бомбардировок августа 1945 г., сопровождавшихся помимо прочего высокими дозами облучения. Этот год стал рубежным для вступления радиобиологии в третий этап своего развития.
Как писал академик Н. П. Дубинин, "... в 1945 году были взорваны атомные бомбы в Хиросиме и Нагасаки. Стало ясно, какую угрозу таит в себе радиация, если ее обрушить на ... человека”. Возникшую ситуацию в науке довольно точно охарактеризовал А. М. Кузин: “На первое место выдвигается проблема изучения тотального облучения высших организмов, проблема защиты организмов от вредного действия ионизирующей радиации, создание теоретических основ профилактики и лечения лучевой болезни. Возникает необходимость установления точных количественных закономерностей зависимости между биологическими проявлениями действия ионизирующей радиации и дозой, мощностью облучения, энергией элементарных частиц и видом радиации.” Среди перечисленных проблем особое внимание радиобиологов привлекает изучение первичных и начальных физико-химических процессов в облученном организме и, в связи с расширением масштабов испытания ядерного оружия, радиоэкологическая проблема глобального изменения радиационного фона.
