Радиобиологија

Како наједноставен термин, радиобиологија (уште позната и како радијална биологија) е област од клинички и основни медицински науки кои го вклучуваат проучувањето на дејство на јонизирачкото зрачење на живи суштества.

Здравствени ефекти

Јонизирачко зрачење е генерално штетно и потенцијално смртоносно за живи нешта, но може да има и здравствени придобивки во радијационата терапија за лекување на ракот и тиреотоксикоза. Најчесто неговото влијание е индукција на ракот со инкубација од неколку години или децении по изложувањето. Големи дози може да предизвикаат видливи драматични опекотини, и/или брза смрт од синдром на акутно зрачење.  Контролирани дози се користат за медицински слики и радиотерапија. Некои научници се сомневаат дека мали дози може да има благ хорметичен ефектот што може да го подобри здравјето на луѓето.

Некои ефекти на јонизирачкото зрачење врз здравјето на луѓето се стохастички, што значи дека веројатноста за појава се зголемува со зголемување на дозата, а тежината е независно од дозата. Зрачењето предизвикува рак, тератогенеза, когнитивен дефицит и срцеви болести, се сите примери на стохастички ефекти. Други услови, како зрачење изгореници, синдром на акутна зрачење, синдром на хроничен зрачење, и зрачење што предизвикува тироидитис е детерминистичко, што значи дека со сигурност ако се појави над прагот доза, и нивната тежина ќе  се зголеми со зголемување на дозата. Детерминистичките ефекти не се секогаш повеќе или помалку сериозни од стохастички ефекти; или во крајна линија може да доведат до привремена непријатност или фаталност. 

Други ефекти вклучуваат зрачења кои предизвикуваат оштетување на белите дробови, перде и неплодност.

Квантитативни податоци за ефектите на јонизирачкото зрачење врз здравјето на луѓето е релативно ограничено во споредба со други медицински состојби, поради малиот број на случаи до денес и поради стохастички природа на некои ефекти. Стохастичките ефекти може да се измерат само преку големи епидемиолошки студии, каде што се собрани доволно податоци за да ги отстранат изненадувачките фактори, како што се пушењето и други животни фактори. Најбогат извор на висококвалитетни податоци доаѓа од проучувањето на преживеаните јапонци од атомска бомба.

Консензус на јадрената индустрија, регулаторите и владите во врска со здравствени ефекти е изразен од страна на Меѓународната комисија за радиолошка заштита. (ICRP) Други важни организации вклучуваат проучување на темата

• Меѓународната комисија за единиците Зрачење и мерења (ICRU)
• Научниот комитет на Обединетите нации за ефектите на атомско зрачење (UNSCEAR)
• Националниот совет на САД за заштита од зрачење и мерења (NCRP)
• Велика Британија јавно здравство Англија
• Американската национална академија на науките (NAS преку BEIR студиите)
• Францускиот Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN)
• Европската Комисија за ризик од зрачење (ECRR)

Изложеност на патиштата

Надворешно

Шематскиот дијаграм покажува правоаголник кој е озрачен од надворешен извор (во црвено) на зрачење (прикажано во жолта).

Шематскиот дијаграм покажува правоаголник кој е озрачен од радиоактивна контаминација (прикажани со црвена боја), која е присутна на надворешна површина, како на кожата; оваа испушта зрачење (прикажан со жолта боја) кои можат да влезат во телото на животното

Надворешна изложеност е изложеност која се јавува кога радиоактивен извор (или друг извор на зрачење) е надвор (и останува надвор) од организмот кој е изложен. Примери на надворешна изложеност се:

• Лице кое става затворен радиоактивен извор во џебот
• Астронаут кој е озрачен од космичките зраци
• Лице што се лекува од рак било со телетерапија или брахитерапија. Додека во брахитерапија изворот е во внатрешноста на лицето сè уште се смета надворешна изложеност, бидејќи тоа нема да резултира со доволна доза.
• Јадрен работник чии раце биле извалкани со радиоактивна прашина. Претпоставувајќи дека неговите раце се чисти пред каков било радиоактивен материјал може да се апсорбира, вдишат или проголтаат, контаминација на кожата се смета за надворешна изложеност.

Надворешна изложеност е релативно лесно да се процени и нерадиоактивниот организам да стане радиоактивен, освен во случај кога зрачењето е интензивен неутронски зрак што предизвикува активирање.

Внатрешно

Внатрешна изложеност се случува, кога радиоактивен материјал влегува во организмот, а радиоактивните атоми станале составен дел на организмот. Ова може да се случи преку вдишување, голтање, или инјекција. Подолу е список на серија на примери на внатрешна изложеност.

• Изложеноста предизвикана од калиум-40 присутни во рамките на нормален човек.
• Изложеноста на ингестија на растворлив радиоактивен материјал, како ^{89сребро} во кравјото млеко
• Лице што се лекуваат од рак со помош на радиофармацевтски каде радиоизотоп се користи како лек (обично течна или пилула). Преглед на оваа тема беше објавена во 1999 година. Бидејќи радиоактивениот материјал станува блиску помешан со засегнатиот објект таа е често тешко да се деконтаминира во објектот или лицето, во случај каде внатрешна изложеност се случува. Додека некои многу нерастворливи материјали како цепните производи, матрицата од ураниум диоксид никогаш не би можеле да бидат во можност вистински да станат дел од организмот, нормално е да се разгледаат како честички во белите дробови и дигестивниот тракт, како форма на внатрешната контаминација која резултира со внатрешна изложеност . 
• Бор-неутронската терапија (BNCT) вклучува инјектирање на бор-10 обележана хемикалија која првенствено се врзува за клетките на туморот. Неутроните од јадрениот реактор се обликувани од неутронски модератор на енергетскиот спектар погоден за третман BNCT неутронот. Туморот селективно се бомбардира со овие неутрони. Неутроните брзо се намалуваат за во телото да станат ниско енергетски топлински неутрони. Овие термални неутрони се заробени од страна на инјектираниот бор-10, формирајќи возбуден (бор-11), кој се распаѓа во литиум-7 и хелиум-4 алфа-честички, две од овие произведуваат тесно јонизирачко зрачење. Овој концепт е опишан како двоен систем помош на две одделни компоненти за терапија на рак. Секоја компонента во себе е релативно безопасена за клетките, но кога се комбинираат заедно за третманот што го произведе високо цитоцидален (цитотоксични) ефект, кој е смртоносен (во ограничен опсег од 5-9 микрометри или околу една пречник клетка). Клиничките испитувања, со ветувачки резултати, во моментов се вршат во Финска и Јапонија.

Кога радиоактивно соединенија ќе влезе во човечкото тело, ефектите се различни од оние што се резултат на изложеност на надворешниот извор на зрачење. Особено во случај на алфа зрачење, што вообичаено не навлегуваат во кожата, изложеноста може да биде многу штетна по ингестија или инхалација. Изложеноста на зрачење обично се изразува како определена доза. 

Историја

Иако зрачењето беше откриено кон крајот на 19 век, за опасностите од радиоактивноста и на зрачење не беа веднаш препознати. Акутни ефекти на зрачењето се забележани прво со употреба на Х-зраците, кога Вилхелм Рентген намерно ги подложил прстите на X-зраци во 1895 година. Тој ги објавил своите истражувања во врска со изгорениците што се развиваат, иако тој ги припишал на озонот, а слободните радикали произведени во воздухот од Х-зраците. Другите слободните радикали произведени во рамките на телото се поважни. Повредите ги излечил подоцна.

Како областа во медицинските науки, радиобиологија потекнува од Леополд Фреунд кој во 1896 демонстрирал терапевтски третман на влакнести крт со користење на нов вид на електромагнетно зрачење кое се нарекува х-зрачење, кое беше откриено 1 година претходно од страна на германскиот физичар Вилхелм Рентген. По озрачување жаби и инсекти со Х-зраци во почетокот на 1896 година, Иван Романович Таркханов заклучил дека овие новооткриени зраци не само фотографии, туку и "влијае на функцијата на живите". Во исто време, Пјер и Марија Кири го открија радиоактивниот полониум и радиум кои подоцна ќе се користат за лекување на ракот. 

Генетскиот ефекти на зрачењето, вклучувајќи ги и ефектите од ризикот од рак, беа забележани многу подоцна. Во 1927 година Херман Јозеф Милер објавени истражувања кои покажуваат генетски ефекти, а во 1946 година ја доби Нобеловата награда за неговите откритија. 

Пред да бидат познати биолошките ефекти на зрачењето, многу лекари и корпорации почнаа маркетинг за радиоактивни супстанции како патент медицина и радиоактивни шарлатанство. Примери беа радиум клизма третмани и радиум кои се содржат во водите кои се пијат како тоници. Марија Кири зборуваше против овој вид на третман, предупредувајќи дека влијанието на зрачењето врз човечкото тело не било добро разбрано. Кири подоцна почина од апластична анемија предизвикана од труење со зрачење. Ебен Бајерс, познатиот американски член на високото друштво, почина од повеќе видови на рак (но не и од акутен синдром од зрачење) во 1932 година по конзумирање на големи количини на радиум во текот на неколку години; неговата смрт го привлече вниманието на јавноста за опасноста од зрачење. Од 1930 година, по бројот на случаи на коскена некроза и смрт во ентузијасти, радиум кои го содржат медицинските производи речиси исчезна од пазарот.

Во САД, искуствотото на т.н. ,,Радиум девојки", каде што илјадници од тие девојки контактирале со лица кои имале рак на устата (но нема случаи на акутно зрачење синдром), го популаризирале предупредувањето од професионалните здравствени опасности поврзани со зрачењето. Робли Д. Еванс, на МИТ, го развил првиот стандард за дозволен товар на телото со радиум, клучен чекор во формирањето на јадрената медицина како поле на студии. Со развојот на јадрените реактори и јадрено оружје во 1940 година, зголемено научно внимание е посветено на проучување на сите видови на зрачења.

Атомски бомби врз Хирошима и Нагасаки резултираше со голем број на случаи на труење со зрачење, овозможувајќи поголем увид во нејзините симптоми и опасности. Хирург од болницата на Црвениот крст, д-р Теруфими Сасаки предводил интензивни истражувања во Синдром во следните недели и месеци по бомбардирањето на Хирошима. Д-р Сасаки и неговиот тим беа во можност да ги следат ефектите од зрачење кај пациенти со различна близина на самата експлозија, што доведе до формирање на три настапни фази на синдромот. Во рок од 25-30 дена на експлозијата, хирургит од Црвениот крст забележа голем пад на бели крвни клетки и воспостави дека оваа капка, заедно со симптоми на треска, како прогностички стандарди за акутен синдром на зрачење. Глумицата Мидори Нака, која била присутена за време на атомската бомба во Хирошима, е првиот случај на труење со зрачење кое ќе биде широко изучувана. Нејзината смрт на 24 август, 1945 година беше првиот смртен случај кој бил некогаш официјално потврден како резултат на труење со зрачење (или "болест атомска бомба"). 

Области на интерес

Интеракцијата меѓу организмите и електромагнетни полиња (ЕМF) и јонизирачкото зрачење може да се изучува со голем број на начини:

• Радијална физика
• Радијална хемија
• Молекуларна биологија и цитологија
• Молекуларна генетика
• Клеточна смрт и апоптоза
• Доза со променливи агенти
• Заштитни и обновувачки механизми 
• Одговори на ткивото на зрачење
• Радио адаптација на живите организми
• Големо и мало ниво на електромагнетно зрачење и здравје
• Специфична моќ на апсорбирање на организмите
• Радијално труење 
• Радијална онкологија (радијална терапија за рак)
• Биоелектромагнетизам
• Електрично поле и мегнетно поле- нивната природа 
• Електрофизиологија - научна студија на електрични својства на биолошките клетки и ткива.
• Биомагнетизам - магнетните својства на живите системи и Магнетнабиологија - проучување на ефектот на магнетите на живите системи.
• Биоелектромагнетизам -електромагнетни особини на живите системи и Биоелектромагнетизам - проучување на влијанието на електромагнетните полиња на живите системи.
• Електро терапија
• Терапија со зрачење
• Радиогеном
• Електроконвулзивна терапија
• Транскранијална магнетна стимулација - моќна струја произведува минливи, просторно фокусирани магнетни полиња што можат да навлезат во скалпот и черепот на предметот и да предизвикаат електричната активност на невроните на површината на мозокот.
• Магнетна резонанца - многу моќно магнетно поле кое се користи за да се добие 3D слика на густината на молекулите на водата на мозокот, откривајќи различни анатомски структури. А поврзани се со техничка, функционална магнетна резонанца, открива модел на протокот на крв во мозокот и може да покаже кои делови од мозокот се вклучени во одредена задача.
• Ембриогенезата, Онтогенеза и Развојна биологија
• Биоенергетика - изучување на енергетска размена на молекуларно ниво на живите системи.
• Биолошки психијатри, Неврологија, Психонеуроимунологија
• Биолуминисценција- забележително фосфоресцентност пронајдена во габи, длабоко морски суштества итн, како против биофотон - многу послабо електромагнетно зрачење

Активноста на биолошките и астрономските системи неминовно ги генерираат магнетни и електрични полиња, кои може да се мерат со осетливи инструменти и кои понекогаш се сметаат како основа за "езотерични" идеи на енергија.

Зрачење за радиобиологија

Радиобиологија користи експерименти кои обично се направи за употреба на извор на зрачење кое може да биде:

• Еден изотопски извор, обично ¹³⁷Cs или ⁶⁰Co.
• Забрзувач на честички кои генерира на висока енергија протони, електрони или наелектризираните јони. 
•  UV лампа