Радиология как наука. Ее предмет и задачи

Радиоактивность и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения нашей планеты. Ионизирующие излучения сопровождали и Большой взрыв, с которого, как полагается, началось существование нашей Вселенной около 20 млрд. лет назад. С того времени радиация постоянно наполняет космическое пространство, а радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее появления. Даже человек слегка радиоактивен, так как во всякой живой ткани присутствуют в следовых количествах радиоактивные вещества. Да и само зарождение жизни на Земле происходило в присутствии радиационного фона окружающей среды.

Ученые часто дискутируют о том, шло ли развитие жизни наперекор постоянному скрытому патогенному воздействию радиации или же способность ионизирующих излучений вызывать мутации и послужила основной причиной непрерывной эволюции биологических видов в сторону повышения их организации. Однако в настоящее время никто не сможет с уверенностью сказать, как в действительности обстоит дело. И новое, что создал человек в этом отношении, это лишь дополнительная радиационная нагрузка, которой мы подвергаемся, например, во время рентгеновского исследования, полета на реактивном самолете, при выпадении радиоактивных осадков после испытания ядерного оружия или в результате работы атомных электростанций, созданных человеком для получения электрической энергии.

В результате этого, в настоящее время миллионы людей контактируют с источниками ионизирующих излучений. Что же помешало огромному росту числа жертв радиации, которого можно было бы ожидать, исходя из многократного увеличения массы контактирующих с нею людей? Таким фактором стало знание свойств ионизирующих излучений, позволившее разработать методы противорадиационной защиты и прогнозирования последствий воздействия радиации на организм человека.

«Предвидеть – значит управлять», – писал великий французский философ, математик и физик Блез Паскаль. Приступая к изучению явления радиоактивности и свойств ионизирующих излучений, знание которых необходимо для прогнозирования и снижения тяжести последствий их воздействия на организм, разработки способов и средств противорадиационной защиты, вначале мы познакомимся с предметом с.-х. радиологии и проделаем краткий экскурс в историю ее становления и развития как науки.

Как и всякое явление, в условиях которого проходит жизнь человека, радиация (будь это естественное или техногенное воздействие на живой организм) заслуживает соответствующего внимания. Именно этим и занимается наука и учебная дисциплина «Сельскохозяйственная радиология».

Сельскохозяйственная радиология – это раздел радиологии, изучающий действие ионизирующей радиации на живые организмы, их сообщества и биоценозы в целом.

Основной задачей, составляющей предмет с.-х. радиологии, является вскрытие закономерностей ответа биологических объектов на радиационное воздействие, на основе которых можно овладеть искусством управления лучевыми реакциями организма. Для решения этой задачи необходимо обладать знаниями из ряда смежных фундаментальных дисциплин, таких как физика, химия, биология, биофизика, биохимия, цитология, гистология, нормальная и патологическая физиология.

Решение стоящих перед радиологией задач позволило ей занять достойное место среди наук, служащих интересам человечества. Уже сегодня в сельском хозяйстве используют предпосевное облучение семян как метод повышения урожайности, методы радиационной генетики используются не только для выведения новых видов животных и растений, но и для борьбы с вредителями путем стерилизации насекомых. На основе радиобиологических знаний организована лучевая стерилизация овощей, пищевых консервов, а также медицинских средств и реактивов.

За более чем 100 лет со времени открытия ионизирующих излучений накоплен огромный теоретический и практический материал, обобщение которого позволило построить стройную систему представлений о радиации и ее воздействии на живые организмы.

Зарождение радиологии связано с тремя важнейшими событиями конца XIX века:

1). Открытие Вильгельмом КонрадомРентгеном (первая Нобелевская премия по физике, 1901) новых невидимых для глаза лучей, получивших название рентгеновских или Х-лучей.

Сообщение об открытии датировано 28 декабря 1895 г. Более полутора месяцев ученый тщательно исследовал неведомые лучи. Ему удалось установить, что они сильно флюоресцируют под ударами катодных лучей.

В начале 1896 г. петербургский физиолог И. Р. Тарханов провел первые исследования на лягушках и насекомых, облученных лучами Рентгена, и пришел к выводу, что «Х-лучами можно не только фотографировать, но и влиять на ход жизненных функций».

Другим пионером в радиобиологии был российский патофизиолог, биохимик и радиобиолог, профессор Е. С. Лондон, который начал в 1896 г. многолетние широкие исследования по рентгенорадиологии и экспериментальной радиобиологии. Еще в 1901 г. в работе П. Кюри и А. Беккереля, появилась первая официальная информация о патологическом влиянии радиации на кожу, в которой авторы сообщали, что неосторожное обращение с радием вызывало у них ожоги кожи. Понимая необходимость элементарных дозиметрических знаний, Е.С. Лондон и его сотрудник врач-хирург С.В. Гольдберг проводили экспериментальные исследования действия радия на себе. Работа Е.С. Лондона «Радий в биологии и медицине» (1911) стала первой в мире монографией по радиобиологии.

Основной и очень важной задачей радиобиологии в то время была необходимость точной количественной оценки дозы радиации. Дозиметрия, как раздел физики, количественно оценивающая испускаемую (экспозиционную) и поглощенную энергию излучений, а также активность радиоизотопов, появилась значительно позднее.

2). Весной 1896 г. французский физик Антуан Анри Беккерель (Нобелевская премия по физике, 1903) сделал ряд сообщений об обнаружении им нового вида излучения, которое испускается солями урана. Подобно открытым за несколько месяцев до этого рентгеновским лучам, оно обладало проникающей способностью, засвечивало экранированную черной бумагой фотопластинку и ионизировало воздух.

Гипотеза, которая привела к открытию радиоактивности, возникла у Беккереля под влиянием исследований В.Рентгена.

Поскольку при генерации Х-лучей наблюдалась фосфоресценция стеклянных стенок рентгеновской трубки, Беккерель предположил, что любое фосфоресцентное свечение сопровождается испусканием рентгеновского излучения. Он поместил на пакет фотографических пластинок, завернутых в плотную черную бумагу, люминесцентный материал (сульфат-уранил калия), имевшийся у него под рукой, и в течение нескольких часов подвергал этот сверток облучению солнечным светом.

После этого Беккерель обнаружил, что излучение прошло сквозь бумагу и воздействовало на фотографическую пластинку, что, очевидно, указывало на то, что соль урана испускала рентгеновские лучи, а также и свет после того, как была облучена солнечным светом. Однако, к удивлению Беккереля, оказалось, что то же самое происходило и тогда, когда такой пакет с фотопластинками помещали в темное место без облучения солнечным светом.

Анри Беккерель, по-видимому, наблюдал результат воздействия не рентгеновских лучей, а нового видапроникающей радиации, испускаемой без внешнего облучения источника.

В мае 1896 г. Беккерель, проведя опыты с чистым ураном, обнаружил, что фотографические пластинки показывали такую степень облучения, которая в три-четыре раза превышала излучение первоначально использовавшейся соли урана. Загадочное излучение, которое, совершенно очевидно, являлось свойством, присущим урану, стало известно как лучи Беккереля.

Многочисленные контрольные опыты показали, что причиной засветки явилась не фосфоресценция, а именно уран, в каком бы химическом соединении он ни находился. Это явление самопроизвольного испускания солями урана лучей особой природы было названо радиоактивностью (от лат. radio – «излучаю»; radius-«луч» и activus – «действенный»).

Своим открытием Беккерель поделился с Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри. Однажды для публичной лекции он взял у супругов Кюри пробирку с радиоактивным препаратом и положил ее в жилетный карман. На следующий день он обнаружил на теле покраснение кожи в виде пробирки. Беккерель рассказал об этом П. Кюри, который ставит на себе опыт: в течение десяти часов носит привязанную к предплечью пробирку с радием. Через несколько дней у него развивается покраснение, перешедшее затем в тяжелейшую язву, от которой Кюри страдал два месяца. Так впервые опытным путем, было открыто биологическое действие радиации.

3). Открытие в 1898 г. супругами Кюри радиоактивности тория и радиоактивных элементов – полония и радия, испускающих три вида лучей: α, β и γ. Радий заставлял фосфоресцировать многие вещества, неспособные сами по себе излучать свет.

За свои исследования Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри в 1903 г. были удостоены Нобелевской премии по физике. Спустя 8 лет последовала вторая Нобелевская премия по химии, присужденная Марии Кюри «за открытие элементов радия и полония, за выяснение природы радия и выделение его в металлическом виде». Так М. Склодовская-Кюри стала первой женщиной, удостоенной высшей награды, и первым ученым, удостоенным ею дважды.

М. Склодовская-Кюри скончалась в 1934 г. от лучевой болезни. В 1955 г. были обследованы записные книжки Марии Кюри. Они до сих пор излучают из-за радиоактивного загрязнения, внесенного при их заполнении. На одном из листков сохранился также радиоактивный отпечаток пальца ее супруга\–- Пьера Кюри.

Особенно интенсивно радиология начала развиваться в 30-40-х годах прошлого столетия в связи с достижениями ядерной физики.

В 1934 г. супругами Иреной и Фредериком Жолио-Кюри была открыта искусственная радиоактивность, за что им была присуждена Нобелевская премия по химии. Открытие искусственной радиоактивности явилось началом нового этапа развития ядерной физики.

Совместно с сотрудниками они изучали также различные ядерные реакции, вызванные действием альфа-частиц и дейтронов, и способы использования искусственных радиоактивных изотопов в качестве меченых атомов. Исследование супругами Жолио-Кюри свойств излучения, возникающего при бомбардировке атомов бериллия альфа-частицами, сыграло большую роль в развитии нейтронной физики.

Ф. Жолио-Кюри впервые доказал (1934), что масса нейтрона несколько больше массы протона.

В конце 30-х годов ХХ века итальянский физик Энрико Ферми с сотрудниками доказал возможность получения радиоактивности почти у всех элементов под воздействием нейтронной бомбардировки их ядер. Им же в 1942 г. был спроектирован и построен в США первый в мире ядерный реактор, что позволило широко использовать радиоизотопы в научных лабораториях, технике, медицине и сельском хозяйстве.

В 1938 г. Э.Ферми была присуждена Нобелевская премия по физике. В решении Нобелевского комитета говорилось, что премия присуждена ему «за доказательства существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами». В том же году Энрико Ферми эмигрировал в США, став профессором Колумбийского университета, где руководил исследованиями в области исследования ядерной энергии, участвовал в создании проекта атомной бомбы. В декабре 1942 г. ему с сотрудниками впервые удалось осуществить цепную ядерную реакцию в ядерном реакторе, где в качестве замедлителя нейтронов использовался графит, а в качестве «горючего» – уран.

В 1955 г. при ООН был создан научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР) на организм человека.

В настоящее время функционирует ещё одна организация – МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) – созданная в 1957 году, со штаб-квартирой в Вене, для развития международного сотрудничества в области мирного использования атомной энергии.

Наиболее важной задачей, стоящей в настоящее время перед сельскохозяйственной радиологией является защита живых организмов от вредного воздействия ионизирующих излучений. Они опасны тем, что даже в малых дозах, не вызывающих заболеваний или гибели, они оставляют свой след на облученном организме, что может сказаться на последующих поколениях по истечении длительного времени.

Кроме этого, сельскохозяйственная радиология занимается также проблемой миграции радионуклидов в сфере сельскохозяйственного производства, изучением закономерностей поступления и накопления радиоизотопов в растениях, разработкой агротехнических и агрохимических мероприятий по снижению перехода радионуклидов из почвы в растения и разрабатывает различные способы и методы дезактивации сельскохозяйственной продукции.

Достижения современной радиологии нашли отражение и в такой отрасли растениеводства как селекция с.-х. культур на основе использования эффекта радиационного мутагенеза при выведении новых высокоурожайных сортов. Весьма перспективной видится роль ионизирующей радиации в различных биотехнологических приемах и методах.

А в физиологических и биохимических исследованиях животных и растений нашли широкое применение различные радиоактивные индикаторы («меченые» атомы).