辐射对生物的影响--辐射生物物理

miaoanting

它是研究辐射对生物器官和组织的效应中所涉及的基本物理、物理化学过程的规律及原理，特别是生物效应的分子机制和定量关系。辐射包括能引起物质分子电离的电离辐射(如X射线、γ射线、电子、质子、中子、介子和其他重带电粒子等) 和非电离辐射（如可见光、红外光、紫外光等）。由于与非电离辐射有关的生物物理学内容已独立为光生物物理，所以辐射生物物理一般指电离辐射的生物物理，又称放射生物物理。
　简史　1895年，W.C.伦琴发现X射线后不久,人们就观察到它引起机体组织损伤和细胞死亡的现象。还发现用它可以根除恶性肿瘤，从而诞生了放射治疗。1902年后，人们认识到电离辐射还可以引起癌症。于是，辐射生物物理作为生物物理最早的一支问世了。
　早期的辐射生物物理主要是纯经验的定性研究，重要的发现有：富氧组织的辐射敏感性比乏氧组织高1～2倍（“氧效应”）；细胞和组织的温度和代谢的旺盛程度常与辐射敏感性相关；利用电离辐射的生物效应与组织吸收的能量相关的特性，建立起用测量空气电离来推断组织中吸收能量的第一种剂量学方法，为定量辐射生物物理研究奠定了基础。
　20年代后期,发现X射线可引起果蝇的突变，从而引起人们对辐射遗传效应的重视和辐射在遗传育种上的应用。30年代末，B.拉耶夫斯基和A.施劳布证明肺癌是由氡及其子体的 射线引起的。这是对环境科学的最早贡献。
　1935年,H.B.季莫费耶夫-列索夫斯基和K.G.齐默尔创立了“靶理论”，认为细胞内有一个叫做“靶”的敏感区，只要带电粒子击中了这个“靶”，细胞即被损伤或致死。他们用数学和统计学的方法，第一次建立了剂量-存活曲线的数学描述，虽然这个理论有很多缺陷,但它第一次把量子物理与生物过程联系起来。
　20世纪40年代出现的核反应堆和原子弹，极大地刺激了辐射生物物理的发展。一方面，辐射致癌、致突变、致畸等远后效应的研究大大加强；另一方面，反应堆被用来大量廉价地生产人工放射性同位素。辐射生物物理学家最早认识到放射性示踪方法对医学、生物学研究的巨大价值，他们用放射性同位素诊断多种疾病，用同位素标记方法研究和的和翻译（见）。
　从50年代开始，辐射生物物理学家利用加速器产生的高能电子、高能 X射线、中子和高能重带电粒子治疗癌症，从而开创了“超高压放射治疗”的新时代。对高线性能量转移(LET)辐射的物理学和生物效应的研究,特别是相对生物学效应(RBE)的研究也随之兴起。
　50年代末和60年代初,电子自旋共振(ESR)和脉冲辐射分解两项新技术被引进辐射生物物理的实验研究。它们能定量测量和直接观察辐射在生命系统中产生的自由基和寿命极限（甚至短至10(秒）的瞬态产物。从而使辐射在分子水平上最初引起的物理和化学过程的研究成为可能。
　70年代,M.M.埃尔金德从细胞存活率-辐射剂量关系的研究中，得到细胞在辐射损伤后可以被部分修复的证据，并进而证明这种修复过程发生在分子水平。这一发现使人们越来越深入了解了生命过程的一个基本特征，即活细胞在某些条件下可以“修补”受损伤的大分子而不论损伤是由电离辐射、紫外线或化学致癌、致突变物质中的哪一种因素所引起的。　80年代以后，辐射生物物理研究正转向一些更基本的问题，例如，辐射与的相互作用、基因的表达和调节控制在辐射引起的细胞转化和 过程中所起的作用等。
　基本内容　辐射与生物系统作用的原初过程　辐射作用的时间范围从秒内快速带电粒子或光子穿过一个原子所引起的最初的物理事件，到几十年后才表现出的癌症和遗传性疾病，中间经历了一系列复杂的物理、化学、生物化学和生理学的变化过程其中，最初的物理和化学过程对最终的生物效应有深刻的影响。
　辐射对生物系统的原初作用，主要指对各种生物大分子（核酸、蛋白质、酶和酯）的直接作用和间接作用。生物分子直接吸收辐射能而被电离和激发，进而发生结构的变化，叫做直接作用。辐射能被生物分子周围的水分子吸收并引起水的分解，产生羟自由基(?OH)、水合电子 ()和氢原子(H)等反应性很高的自由基。它们通过扩散与生物分子发生化学反应并引起后者结构的改变；这种作用叫做间接作用。直接作用和间接作用的相对比例，取决于辐射能量损失的空间分布和生物系统的化学成分，也和生物系统的空间结构有关。

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