Radiobiología

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La ciencia
Radiobiología
Tema	Ciencias Naturales
Período de origen	principios del siglo 20
Direcciones principales	genética de las radiaciones , radioecología , higiene de las radiaciones , epidemiología de las radiaciones
Centros de investigación	MRNC , Centro Médico Biofísico Federal. A. I. Burnazyan , Laboratorio Nacional de Livermore , Instituto de Oncología Radioterápica de Oxford
Científicos importantes	N. V. Timofeev-Resovsky
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La radiobiología , o biología de la radiación  , es una ciencia que estudia el efecto de las radiaciones ionizantes y no ionizantes sobre objetos biológicos (biomoléculas , células , tejidos , organismos, poblaciones ) [1] . Una característica de esta ciencia es la estricta mensurabilidad del factor de influencia, lo que condujo al desarrollo de métodos de investigación matemática. Otra característica de la radiobiología es la demanda de sus aplicaciones, en medicina y protección radiológica [2] .

La radiobiología, anteriormente una disciplina independiente, se está convirtiendo ahora en una ciencia interdisciplinar y tiene estrechos vínculos con una serie de campos de conocimiento teóricos y aplicados, biológicos y médicos.

Código de ciencia según la clasificación de 4 dígitos de la UNESCO  (inglés)  - 2418 (sección - biología) [3] .

El tema de la radiobiología

Las tareas fundamentales que componen la materia de radiobiología son:

• revelando los patrones generales de la respuesta biológica a los efectos de la radiación ionizante , incluyendo la explicación de la paradoja radiobiológica
• gestión de los efectos radiobiológicos .

Hay dos puntos de vista opuestos e igualmente erróneos sobre la radiación y su daño a los humanos: la radioeuforia y la radiofobia .

Objetos y métodos en radiobiología

De acuerdo con los objetos de investigación radiobiológica (niveles de organización de los vivos), en radiobiología se distinguen 3 apartados:

• Radiobiología de sistemas complejos (sistemas ecológicos, poblaciones , organismos multicelulares, órganos y tejidos )
• Radiobiología celular (células, orgánulos celulares, membranas biológicas)
• Radiobiología molecular (macromoléculas, "moléculas pequeñas").

Una característica importante de los métodos de investigación radiobiológica es la comparación cuantitativa del efecto considerado con la dosis de radiación que lo causó , su distribución en el tiempo y el volumen del objeto que reacciona.

Aspectos teóricos de la radiobiología

La primera teoría cuantitativa es la teoría del "punto de calor" o "punto de calentamiento" (F. Dessauer , 1922):

• La radiación ionizante tiene una densidad aparente muy baja en comparación con otras radiaciones.
• la radiación tiene una alta energía, cuyo valor supera con creces la energía de cualquier enlace químico
• un objeto biológico irradiado consta de microvolúmenes y estructuras relativamente indiferentes y muy esenciales para la vida
• En un objeto irradiado, cuando una energía total relativamente pequeña se absorbe en microvolúmenes separados, aleatorios y escasamente ubicados, quedan porciones de energía tan grandes que pueden compararse con el calentamiento microlocal.
• dado que la distribución del “calor puntual” es puramente estadística, el efecto final en la celda dependerá del “ golpe ” aleatorio de porciones discretas de energía en microvolúmenes vitales dentro de la celda; a medida que aumenta la dosis, aumenta la probabilidad de tales aciertos y viceversa.

La teoría del “ objetivo o aciertos ” , creada por N. V. Timofeev-Resovsky con coautores, puso en primer plano la idea del efecto directo de las radiaciones ionizantes sobre las células (años 30).

La hipótesis estocástica (probabilística) es un desarrollo posterior de la teoría de la acción directa de la radiación. Los portavoces de este punto de vista fueron O. Hug y A. Kellerer (1966). La esencia de sus puntos de vista era que la interacción de la radiación con la célula ocurre de acuerdo con el principio de probabilidad (aleatoriedad) y que la dependencia del " efecto de la dosis " está determinada no solo por un impacto directo en las moléculas y las estructuras objetivo, sino también por el estado de un objeto biológico como un sistema dinámico.

B. I. Tarusov y Yu. B. Kudryashov demostraron que los radicales libres pueden surgir bajo la acción de la radiación y en medios no acuosos, en las capas lipídicas de las biomembranas. Esta teoría ha sido llamada la teoría de la radiotoxina lipídica .

Una peculiar teoría integral que explica el efecto biológico de las radiaciones ionizantes es la teoría estructural-metabólica (1976). El autor de esta teoría , A. M. Kuzin , cree que el daño por radiación es causado por la destrucción de todas las principales moléculas de biopolímero, citoplasmáticas y estructuras de membrana en una célula viva.

Ahora ha habido un cambio de paradigma de la teoría del blanco y el impacto a los efectos de la irradiación que no son el blanco (por ejemplo, el efecto "espectador") .

Historia

El descubrimiento por Ivan Pavlovich Puluy (1890) y Wilhelm Conrad Roentgen de los rayos X ( 1895 ), Antoine Henri Becquerel de la radiactividad natural ( 1896 ), Marie Sklodowska-Curie y Pierre Curie de las propiedades radiactivas del polonio y el radio ( 1898 ) fue la base física para el nacimiento de la radiobiología.

Etapas de desarrollo de la radiobiología.
Primera etapa 1890-1921 etapa descriptiva asociada con la acumulación de datos y los primeros intentos de comprender las reacciones biológicas a la radiación	I. P. Pulyui  • V. K. Roentgen  • A. Becquerel  • M. Sklodovskaya • P. Curie  • I. R. Tarkhanov  • E. S. London  • G. E. Albers-Schonberg  • L. Halberstadter  • P. Brown • J. Osgoud • G. Heinecke • | J. Bergonier  • L. Tribondo
Segunda fase 1922-1944 La teoría del calor puntual, la formación de los principios fundamentales de la radiobiología cuantitativa, la relación de los efectos con la magnitud de la dosis absorbida; descubrimiento del efecto mutagénico de la radiación ionizante, desarrollo de la genética de la radiación	F. Dessauer  • L. Gray  • N. V. Timofeev-Resovsky  • A. M. Kuzin  • B. N. Tarusov  • N .M. Emanuel  • D. E. Lee • K. Zimmer  • G. A. Nadson  • G. S. Filippov • G. Möller  • L. Stadler
Tercera etapa 1945-1985 mayor desarrollo de la radiobiología cuantitativa en todos los niveles de la organización biológica radiobiología molecular y celular desarrollo de métodos biológicos de protección radiológica tratamiento de lesiones por radiación uso de aceleradores de partículas en radiobiología desarrollo de agentes radiosensibilizadores desarrollo de principios radiobiológicos de radioterapia de tumores	Dubinin N. P.  • N. V. Luchnik  • B. L. Astaurov  • K. P. Hanson • V. I. Korogodin  • V. D. Zhestyanikov • L. Kh. Eidus • V. I. Bruskov  • E. Ya. Graevsky • I. I. Pelevina  • A. V. Lebedinsky  • P. D. Horizontov  • G. P. Gruzdev • P. P. Saxonov  • Yu. G. Grigoriev • N. L. Delaunay  • A. V. Antipov • V. S. Shashkov • S. P. Yarmonenko  • R. V. Petrov  • R. B. Strelkov • A. A. Yarilin  • P. G. Zherebchenko • E. F. Romantsev • V. G. Vladimirov • A. K. Guskova  • G. D. Baisogolov  • M. P. Domshlak • S. N. A. A. A. A. Vason Letavet  • F. G. Krotkov  • V. Ya. Golikov • U. Ya. Margulis • A. V. Sevankaev  • Yu. B. Kudryashov  • E. F. Konoplya  •
cuarta etapa 1986 al presente Efectos de dosis baja Efectos no objetivo Mecanismos de radiación no ionizante Cambio y cambio de paradigma en radiobiología	I. I. Suskov  • V. A. Shevchenko  • D. M. Spitkovsky  • E. B. Burlakova  • I. E. Vorobtsova  • HR Withers • J. Ward • H. Nagasawa • J. Little • C. Mothersill • C Seymour • OV Belyakov • M. Folkard • K. Prize • B. Michael • K. Baverstock • M. Joiner • B. Marples • P. Lambin • A. Brooks • T. Elsasser • M. Scholz • T. Day • G. Zeng • A. Hooker • T. Neumaier • J. Swenson • C. Pham • A. Polyzos • A. Lo • P. Yang • J. Dyball • O. Desouky • N. Ding • G. Zhou • A. N. Koterov • A. A. Vainson  • Y. Ogawa

Etapas de formación de efectos radiobiológicos

En la formación de efectos radiobiológicos, se distinguen las siguientes etapas:

1. Etapa físico-química: acción directa o indirecta de la radiación sobre las moléculas objetivo .
2. Etapa bioquímica  : el efecto de la radiación en los componentes principales de las células radiosensibles , seguido de un cambio en su metabolismo .
3. Etapa biológica: efectos genéticos y a largo plazo de la irradiación .
   • La duración de las etapas es de 10 −18 a 10 12 segundos.
   • Algunos pasos son reversibles y se pueden modificar.
   • La gravedad del efecto depende de la radiosensibilidad del objeto y de la dosis de radiación . Se pueden reparar una serie de daños.

Radiobiología de la célula

La citología de radiación ( radiobiología celular ) estudia el efecto de la radiación en la estructura y funciones de las células, a saber:

Cambios principales

• Violaciones de diferenciación y división celular .
• Transformarlos en células malignas .
• Muerte celular reproductiva y en interfase

Causas de violaciones

• Daño a núcleos, cromosomas, otros orgánulos nucleares.
• Daño a las membranas biológicas .

Direcciones

Periódicos

• Revista internacional de biología de la radiación
• Revista de Radiobiología
• Biología de la radiación. Radioecología - Revista

Instituciones educativas e instituciones científicas

La radiobiología se estudia en muchos centros científicos y universidades. Aquí hay algunos de ellos:

• Laboratorio de Biología de la Radiación del Instituto Conjunto de Investigaciones Nucleares
• Departamento de Biofísica, Física de la Radiación y Ecología, Universidad Nacional de Investigación Nuclear (MEPhI)
• Laboratorio de Biofísica de Radiación, Universidad Estatal de Moscú
• Centro de Investigación Radiológica Médica del Ministerio de Salud y Desarrollo Social de Rusia
• Instituto de Radiobiología de la Academia Nacional de Ciencias de Bielorrusia

Notas

1. ↑ Legeza VI Radiobiología, fisiología de la radiación y medicina: un diccionario de referencia / VI Legeza, I.B. Ushakov, A.N. Grebenyuk, A.E. Antushevich. - 3ro. - San Petersburgo. : Folio, 2017. - 176 págs. - 500 copias.  - ISBN 978-5-93929-279-5 .
2. ↑ Radiobiología actual, 2015 , p. 11-12.
3. ↑ UNESCO/. Propuesta de nomenclatura estándar internacional para los campos de las ciencias y la tecnología . UNESCO/NS/ROU/257 rev.1 (1988). Consultado el 9 de febrero de 2016. Archivado desde el original el 15 de febrero de 2016. (indefinido)
4. ↑ William F. Morgan. Efectos de la radiación ionizante en células no irradiadas  // PNAS. - 2005. - 1 de octubre ( vol. 102 , núm. 40 ). — S. 14127–14128 .

Literatura

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Tutoriales recomendados

• Hall EJ, Giaccia AJ. Radiobiología para el radiólogo, 8ª ed. Filadelfia: Wolters Kluwer, 2018
• Joiner Michael C., van der Kogel Albert J. Radiobiología clínica básica, quinta edición, CRC Press, 2018
• Radiobiología real: un curso de conferencias / L. A. Ilyin, L. M. Rozhdestvensky, A. N. Koterov, N. M. Borisov. - M. : Editorial MPEI, 2015. - 240 p. — (Escuela Superior de Física). - ISBN 978-5-383-00932-1 .
• Yarmonenko S. P., Vainson A. A., Radiobiología del hombre y los animales. Moscú: Escuela superior , 2004
• Kudryashov Yu. B., Radiación Biofísica, M., 2004

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