Первые шаги

Первые шаги

...Не зная прошлого, невозможно понять подлинный смысл настоящего и цели будущего.

М. Горький

В России о выдающемся открытии профессора физики Вюрцбургского университета Вильгельма Конрада Рентгена узнали очень скоро.

Научное сообщение Рентгена было опубликовано на русском языке в начале 1896 года. И этот год можно считать годом зарождения отечественной радиобиологии.

30 января в России была произведена первая операция с применением рентгеновских лучей: из пальца швеи был извлечен обломок иглы.

Всякая систематика носит условный характер. И все же историю развития радиобиологии правомочно разделить на два больших периода. Первый - с момента ее возникновения до середины сороковых годов нашего столетия. Второй - с середины сороковых годов до наших дней. Первый период характеризовался постепенным развитием радиобиологии, постепенной кристаллизацией отдельных ее направлений. Второй - носил взрывной характер. Бурное внедрение атомной энергии в промышленность, появление атомного оружия создало все предпосылки для интенсивного развития радиобиологии.

Представим себе, что мы посетили лабораторию одного из первых радиобиологов России - И. Р. Тарханова три четверти века тому назад.

Тесноватая комната, кресла, обитые кожей, тяжеловесные высокие дубовые шкафы, забитые книгами. Несколько аквариумов. Старомодные микроскопы, простейшие осветители к ним. В проточной воде стеклянных банок полупрозрачные студни икры миноги. Минога нерестится в июне. Из икры выклевываются личинки, не похожие на взрослых миног. Что произойдет, если икру миноги облучить рентгеновскими лучами? Эксперимент поставлен. Удивительно медленно тянутся дни и недели. В контрольных, не облученных, порциях икры заметны перемены. При небольшом увеличении видно, как постепенно усложняется икринка. А облученная икра? Темп ее развития затормозился, обмен веществ снизился. Тарханов приходит к выводу: лучи Рентгена угнетают развитие яиц миноги.

Существуют ученые и талантливые и удачливые. К их числу можно отнести русского физиолога и биохимика Е. С. Лондона.

Лондон и его ученики много сделали для развития радиобиологии в России. Круг их радиобиологических исследований был велик. Они изучали влияние лучей радия на токсин бешенства. Разрабатывали методы лечения рака кожи с помощью радия. Много усилий было затрачено ими на изучение обмена веществ организма при лучевом поражении... Лейпцигское академическое издательство предлагает Лондону написать книгу по радиобиологии. В 1911 году вышла в свет первая в мире монография "Радий в биологии и медицине", написанная Лондоном.

В первые годы Советской власти в Петрограде был создан Государственный рентгенологический и радиологический институт. С ним надолго связали свою научную деятельность два известных русских ученых - М. И. Неменов и Г. А. Надсон. На третьем Всесоюзном съезде рентгенологов и радиологов Надсон рассказал об опытах, которые он провел совместно со своим учеником Г. С. Филипповым.

Что произойдет, если икру облучить рентгеновскими лучами?

Исследователи облучали дрожжи лучами радия и вызвали у них изменения, которые передавались потомству. Далеко не все современники смогли оценить эти опыты. Исследование Надсона опередило время.

Под влиянием облучения возникали наследственные изменения - мутации. Следовательно, мутации каким-то образом были "записаны" в клетке. Наука того времени не могла объяснить это явление.

Одновременно с радиобиологическими работами, проводимыми русскими учеными, начались исследования и в ряде стран Европы. Открытие Конрада Рентгена глубоко заинтересовало биологов. Действительно, почему ионизирующая радиация способна оказывать такое мощное действие на живую клетку? Для ответа на этот вопрос требовалось проведение точных исследований. Они начались в нескольких лабораториях одновременно и на разных биологических объектах: инфузориях, дрожжах, растительных клетках. Опыты на простейших организмах имеют существенное преимущество - работать с ними проще.

В ближайшее десятилетие после открытия рентгеновских лучей первые радиобиологи установили следующие важные закономерности. Если доза рентгеновских лучей была достаточно высокой, то любая живая клетка погибала. Она могла умереть быстро. Иногда казалось, что клетки "взрываются", настолько стремительной была их смерть. Жизнь других клеток угасала не сразу, а через некоторое время. Обреченные, они переставали делиться. Случалось, что погибали не облученные клетки, а их потомки. Это казалось и странным и необъяснимым. Часто в клетках после облучения наблюдали изменения строения, признаки ранней старости, уродства.

Работы первых радиобиологов во многом несовершенны. Но в этом "виноваты" не ученые. Существовали объективные обстоятельства: например, измерение излучений было в то время весьма несовершенным. И в большинстве случаев ученые не знали, какой дозой ионизирующей радиации они облучали клетки.

В начале двадцатых годов нашего столетия выяснились важные обстоятельства. Оказалось, что ионизирующая радиация действует на живую клетку даже в том случае, если она поглощает совершенно ничтожное количество энергии. Ученых заинтересовало это необычное явление. Логично было предположить: в клетке существуют участки, особенно чувствительные к действию проникающих лучей. Но это следовало доказать.

Вскоре зарубежные исследователи Т. Стрендвейз и Г. Оуклей описали интересное явление. Они облучали клетки тканей кур и видели, что деление этих клеток замедлялось. Это явление было названо "эффектом облучения".

"Эффект облучения" зависел от дозы облучения. Чем больше была доза, тем значительнее были результаты облучения. Это было важное наблюдение.

Прошло еще немного времени, и, опираясь на эти данные, другие ученые - Дж. Краузер, Ф. Дессауэр, М. Блау сформулировали знаменитую "гипотезу удара". Она заключалась в следующем: "эффект облучения" обусловлен попаданием только одного кванта или нескольких квантов лучистой энергии в определенную точку клетки. Эту точку стали называть "мишенью".

Прошло еще одно десятилетие, и в 30-40-х годах нашего столетия в работах ученых Д. Ли, Н. В. Тимофеева-Ресовского, К. Циммера были сформулированы известные любому радиобиологу "принципы попадания" (или теория "мишени").

В чем состояла их сущность?

Для решения, казалось бы, чисто биологических задач исследователи привлекли физико-математические методы анализа. Это помогло им установить очень важные взаимоотношения между дозой поглощенной энергии, ее мощностью, плотностью ионизации и биологическим "эффектом облучения". В понятие "эффект облучения" могли входить и гибель клеток, и прекращение деления, и снижение их дыхания.

Теория "мишени" оказалась чрезвычайно плодотворной для развития радиобиологии. При облучении микроорганизмов наблюдали, например, четкие взаимоотношения между дозой облучения и результатом облучения. Если эти взаимоотношения изображали на графике в виде линии, то получали кривую "доза-эффект".

Теперь радиобиологи имели в руках количественный метод анализа. С его помощью можно было рассчитать объем "мишени" или, иными словами, "чувствительный объем" клетки.

Существуют иронические рекомендации о том, как сделать открытие в науке. Шутники советуют ничего не читать. В таком случае, говорят они, экспериментатор будет оригинален в своих опытах. Однако при этом существует возможность во второй раз "изобрести велосипед". Пожалуй, к этому следует еще добавить, что можно "изобрести велосипед" менее совершенный, чем тот, который уже создан. Поэтому, чтобы не попасть в положение изобретателя велосипеда, надо знать историю науки.

В 1925 году П. Анцель и П. Витембергер поставили опыты, которые удивляют своей простотой и изяществом. Исследование заключалось в следующем. Куриные яйца подвергали облучению рентгеновскими лучами, а затем хранили в холодильнике. Через три дня их исследовали под микроскопом; видимых изменений не обнаружили. Если же после облучения яйца выдерживали в инкубаторе, то находили многочисленные повреждения. Значит, лучевое повреждение проявлялось в результате жизнедеятельности клеток.

Выводы, которые сделали эти ученые, не потеряли актуальности и в наши дни. Исследователи писали: "Необходимо четко различать три существенных момента: 1) радиационное повреждение, 2) факторы, способствующие проявлению этого повреждения, 3) восстанавливающие факторы. Нельзя забывать, что под микроскопом мы видим уже результат взаимодействия этих показателей, которые порой могут быть антагонистическими".

В двадцатых годах нашего столетия радиобиологические исследования проводятся и в области генетики. Ионизирующая радиация способна вызывать изменения генетического аппарата живой клетки. Этот факт установили Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов. Но для многих ученых их открытие прошло незамеченным. И вот в 1927 году работы Надсона и Филиппова испытывают как бы второе рождение. Этому способствовали эксперименты Г. Мюллера. Он работал с классическим объектом генетиков - плодовой мушкой дрозофилой. Ее генетический аппарат был уже довольно хорошо исследован. Мюллер ставит один опыт за другим. И вот результат - доказано действие рентгеновского излучения на наследственность.

Более 50 лет назад врачи начали применять рентгеновские лучи радия для лечения больных и установления диагноза заболевания. И они первыми заметили выраженные изменения в облученных тканях.

Эти ткани врачи передавали на исследование специалистам - цитологам и морфологам, которые изучали их микроскопическое строение. И тогда было показано, что облучение ткани приводит к остановке клеточного деления - митоза. Но ведь в сложном организме млекопитающего некоторые клетки никогда не делятся. Например, клетки центральной нервной системы. Другие делятся редко - клетки печени. Наконец, существуют клетки, которые делятся все время, непрерывно. Это клетки костного мозга. Как разобраться во всех этих явлениях?

И вот с учетом накопленных фактов Д. Бергонье и Л. Трибондо сформулировали правило: чем клетка быстрее делится, чем она сложнее построена, тем более она подвержена лучевому поражению.

Правда, возникало по крайней мере два каверзных вопроса. Почему после облучения некоторые нарушения восстанавливаются, а другие нет? В чем заключаются физико-химические и биохимические процессы, происходящие в клетке до появления видимых в микроскоп изменений?

В то время ученые не могли ответить на эти вопросы - не хватало знаний.

В радиобиологии существует понятие "кислородный эффект". Его сущность заключается в следующем. При отсутствии кислорода действие рентгеновских или гамма-лучей на живую клетку уменьшается. Механизм этого явления изучен только в последнее десятилетие. Но первые эксперименты, доказавшие этот факт, имеют солидный возраст - более 50 лет. Так в 1921 году ученый X. Хольтузен обнаружил, что в условиях недостатка кислорода яйца паразитирующих червей - аскарид становятся более устойчивыми к рентгеновскому облучению.

Первый период развития радиобиологии растянулся почти на полвека. Второй период связан с бурным развитием ядерной физики и внедрением ее в народное хозяйство ряда стран.

В конце сороковых годов публикуются уже тысячи радиобиологических работ, возникают десятки радиобиологических лабораторий.

В Америке лаборатории организуются при атомных центрах. В Англии радиобиологические лаборатории и институты возникают при больших госпиталях. Во Франции широкую известность приобретает радиобиологическая лаборатория в институте Пастера.

Возникают крупные радиобиологические центры и в Советском Союзе - Москве, Ленинграде, Киеве.

Созданная биофизиком Г. М. Франком, скромная по размерам, разместившаяся в старом здании на окраине Москвы "Радиационная лаборатория" вскоре выросла в крупный научный центр радиобиологических исследований.

Радиобиология требует точных знаний физики, химии и математики. Большой вклад в развитие отечественной радиобиологии вносит физико-химик Н. М. Эмануэль. Он широко внедряет в радиобиологию современные методы физико-химического анализа.

В Подмосковье, в Пущино-на-Оке, среди живописных перелесков и широких полей Академия наук создает крупный центр научных исследований. Радиобиологический отдел в этом центре возглавляет биохимик и радиобиолог А. М. Кузин.

Проблемами радиобиологии начинает заниматься Организация Объединенных Наций, Международное агентство по использованию атомной энергии, Всемирная организация здравоохранения.

Создаются международные общества радиобиологов, начинают проводиться многочисленные съезды, конгрессы и симпозиумы уже по отдельным, более частным вопросам радиобиологии.

Наступает ее золотой век.