Рожденная веком

Гамбургский мемориал

В апреле 1976 года во время пребывания в ГДР мне довелось увидеть сокровища Дрезденской галереи, родину величайших гуманистов Гёте и Шиллера Веймар рядом с Бухенвальдом — позорным следом фашизма, Лейпциг с его памятниками недавнего прошлого и древней старины: мрачным зданием, где проходило судилище Георгия Димитрова, Томас-кирхой с могилой Баха и Ауэрбах-келлером, где Гёте пришла мысль о Фаусте, дворец Сан-Суси — резиденцию прусской военщины и, наконец, Трептов-парк с величественной скульптурой советского воина-победителя.

Посетив эти места с любезными хозяевами — коллегами по совместной работе Клаусом Ноймайстером и Фридрихом Кампрадом, мы вспомнили с ними о том, что ровно сорок лет назад 4 апреля 1936 года в Гамбурге, напротив Рентгеновского института, где много лет трудился один из пионеров медицинской рентгенологии Альберс-Шонберг, погибший от лучевого рака, состоялось открытие мемориала, воздвигнутого германским обществом рентгенологов. На передней стороне колонны, увенчанной лавровым венком, было высечено: «Памятник посвящается рентгенологам и радиологам всех наций, врачам, физикам, химикам, техникам, лаборантам и сестрам, пожертвовавшим своей жизнью в борьбе против болезней их ближних. Они героически прокладывали путь для эффективного и безопасного применения рентгеновых лучей и радия в медицине. Слава их бессмертна».

На остальных сторонах памятника в алфавитном порядке высечены имена 169 человек, умерших к тому времени от мучительных радиационных поражений, вызванных рентгеновскими лучами и радием. Годом спустя их биографии и портреты были помещены в специально выпущенной Майером «Книге почета».

В 1941 году мемориал был дополнен еще двумя памятниками с именами 17 жертв, а в 1959 году «Книга почета», вышедшая вторым изданием, содержала уже 360 фамилий, в том числе 13 наших соотечественников. Но и этот список, к сожалению, оказался не исчерпывающим.

Знаменательно, однако, что за период с 1936 по 1959 год развитие ядерных исследований приобрело гигантские масштабы; в сферу воздействия ионизирующих излучений были вовлечены огромные контингенты людей. Между тем число жертв увеличилось лишь вдвое, причем многие из них погибли вследствие заболевания, возникшего еще в ранние годы, предшествовавшие этому периоду. Причины счастливого диссонанса между резким повышением контактов человека с ионизирующими излучениями и еще более значительным относительным снижением частоты лучевых поражений состоят в успехах новой области знаний — радиобиологии. Мы уже упоминали, что бурному развитию этой науки в значительной степени способствовала угроза ядерной катастрофы, которая с 40-х годов по вине империалистов нависла над миром. Сотни тысяч жертв в Японии, а в последующем повышение радиационного фона в атмосфере планеты выдвинули глобальную неотложную задачу — разработку проблемы противолучевой защиты, которая потребовала изучения механизмов биологического действия ионизирующих излучений.

После беглого экскурса, имевшего целью лишь показать, какой дорогой ценой расплатилось человечество за овладение энергией атома, вернемся к описанию основных исторических событий, памятуя об их огромной значимости для мирового прогресса. В этом наглядный пример драматизма фактов и идей, которыми так богата история радиобиологии, как, впрочем, и всей цивилизации.

Вюрцбург конца XIX века

Вильяма Конрада Рентгена мировая слава настигла в возрасте 50 лет. Он руководил тогда физическим институтом и кафедрой физики Вюрцбургского университета. 8 ноября 1895 года Рентген окончил, как обычно, поздно вечером эксперименты в лаборатории, помещавшейся этажом ниже его квартиры. Погасив свет, он заметил в темноте зеленоватое свечение, исходившее от кристаллов платино-синеродистого бария. Оказалось, что находившаяся поблизости круксова трубка, обернутая в черную бумагу, осталась под высоким напряжением, которое Рентген забыл выключить перед уходом. Свечение немедленно прекращалось, как только отключался ток, и тотчас возникало, однако, при его включении. Катодные, как и видимые, лучи не проникают сквозь черную бумагу и поэтому Рентгена осенила гениальная догадка о том, что при прохождении тока через трубку в ней возникает какое-то неизвестное излучение, которое он и назвал Х-лучами.

В эту ночь ученый не вернулся домой. Последующие 50 суток также были посвящены напряженной работе. Венцом этого самозабвенного творчества была рукопись, содержащая 17 страниц коротких обоснованных тезисов, которую Рентген вручил 28 декабря 1895 года председателю Вюрцбургского физико-медицинского общества вместе с первым рентгеновским снимком своей руки. В первых числах января 1896 «рентгеновского» года вышла из печати брошюра Рентгена, а в ближайшие недели — ее перевод на русском, английском, французском и итальянском языках.

Русский перевод под названием «Новый род лучей» был выпущен в Петербурге и содержал фотографию первой рентгенограммы руки, произведенной в России 16 января 1896 года.

6 января 1896 года известие об открытии Рентгеном всепроникающих лучей было передано лондонским телеграфом по всему миру, и все культурное человечество восприняло эту весть как величайшую сенсацию.

23 января состоялось триумфальное выступление Рентгена на заседании общества естествоиспытателей в Вюрцбурге, где он под овации всей аудитории произвел снимок руки председателя общества известного анатома Келликера. Маститый ученый заявил, что за 48 лет работы общества он не присутствовал при столь значительном научном событии, провозгласил троекратное «ура» в честь великого Рентгена и предложил назвать новые лучи именем их первооткрывателя, что с энтузиазмом было принято присутствовавшими, а впоследствии и всем миром.

10 декабря 1901 года Рентгену была присуждена первая Нобелевская премия по физике за выдающийся вклад в науку.

О значении самого открытия и глубине произведенного Рентгеном экспериментального анализа нового вида излучения написаны тома. Все это, однако, можно легко подытожить словами нашего замечательного соотечественника академика А. Ф. Иоффе, проработавшего с Рентгеном около 20 лет. В своих воспоминаниях, посвященных 50-летию открытия рентгеновских лучей, он пишет: «Из того, что Рентген опубликовал в первых трех сообщениях, не может быть изменено ни одно слово. Многие тысячи исследований не могли прибавить ни йоты к тому, что сделал сам Рентген в самых элементарных условиях с помощью самых элементарных приборов».

Небезынтересна «своеобразная» реакция обывателей и прессы того времени на сенсационное открытие. Некоторые ньюйоркские газеты, например, писали о том, что новые лучи могут фотографировать души умерших. Одна из них сообщала о применении рентгеновских лучей в колледже врачей и хирургов для проецирования анатомических картин прямо в мозг студентам, что дает им более прочные знания, чем обычные методы обучения. Один из членов законодательного собрания в Нью-Джерси Рид 19 февраля 1896 года внес законопроект, запрещающий из морально-этических соображений использование рентгеновских лучей в театральных биноклях. Различные фирмы стали усиленно рекомендовать непропускающее рентгеновские лучи нижнее белье, а также шляпы, предохраняющие от чтения чужих мыслей. По свидетельству современников, викторианские девушки краснели лишь при одном упоминании о рентгеновских лучах, ибо каждая из них могла уподобиться леди Годайве1, беспомощной под взглядом любопытных, вооруженных биноклями с рентгеновскими лучами. Пожилые мужчины с удовольствием вели на эти темы беседы в клубах. Появлялись политические памфлеты и карикатуры вплоть до рентгеновского снимка совета министров великой державы. Раздраженная ситуацией лондонская «Пэлл Мэлл газетт» разразилась в передовой: «Нам надоели рентгеновские лучи. Самое лучшее, что нужно сделать цивилизованным странам,— это объединиться и сжечь все рентгеновские лучи, казнить всех изобретателей, утопить оборудование всего мира в океане. Пусть рыбы разглядывают свои кости, если им угодно, но не мы». Блеснул тупостью и венский полицмейстер, издавший следующее постановление: «Ввиду того, что по нашему заведению не поступало официальных сведений о свойствах новых лучей, строго воспрещается производить какие бы то ни было опыты впредь до выяснения вопроса и особого распоряжения полиции».

Возникшая шумиха не могла охладить интереса к великому открытию. Рентгеновы лучи немедленно стали не только предметом глубокого изучения во всем мире, но и быстро нашли практическое применение. Кроме того, они послужили непосредственным импульсом к обнаружению нового явления — естественной радиоактивности, которое потрясло мир менее чем через полгода после открытия рентгеновских лучей.

Париж эпохи атомной зари

Невидимые человеческому глазу первые проблески атомной зари появились на фотографической пластинке профессора физики Парижского музея естественной истории Анри Беккереля. Он — признанный всемирный авторитет в области люминесценции — в это время, как и многие, интересовался природой всепроникающих рентгеновских лучей. Исследуя индуцируемое солнечным светом свечение различных минералов, Беккерель обнаружил, что оно возникает и при освещении соли урана. Оказалось, что если такую соль положить на завернутую в черную бумагу фотографическую пластинку и выставить на солнце, то при проявлении пластинка засвечивалась лишь в том месте, где лежала соль урана. Беккерель решил повторить это наблюдение. Однако день оказался пасмурным, и опыт пришлось отложить, а пластинка, обернутая в непроницаемую для света бумагу с наложенной сверху солью урана в виде креста, была оставлена профессором в темном ящике письменного стола. Через два дня — 1 марта 1896 года — снова выдался солнечный день и можно было воспроизвести опыт. Движимый интуицией, ученый решил проявить пластинку, не освещая ее солнцем. К его удивлению, на пластинке оказались точные очертания креста, выложенного из соли урана. Значит, уран самостоятельно, независимо от солнечного излучения, испускает невидимые глазу «урановые лучи»!!!

Итак, оба великих открытия в значительной мере обязаны счастливым случайностям. Но здесь уместно напомнить мудрые слова Луи Пастера: «Случай помогает лишь умам, подготовленным к открытиям». Действительно, еще задолго до Рентгена и одновременно с ним многие исследователи работали с катодными лучами, наблюдали даже свечение экрана, а следовательно, «видели» рентгеновское излучение, но «увидел» (распознал) его только Рентген, и не потому, что ему повезло, а потому что «на случай при великих открытиях наталкиваются те, кто его заслуживает» (Лагранж).

Десятки исследователей после открытия Рентгена были заняты исканием новых таинственных излучений. Но и здесь лишь пытливому и талантливому Анри Беккерелю удалось отличить от возбуждаемой солнечным светом люминесценции самостоятельное испускание ураном проникающего излучения.

Парижу повезло не только на Беккереля. Изучение открытого им явления стало предметом страстных исканий вначале величайшего исследователя Марии Склодовской-Кюри, а вскоре и ее мужа — не менее блестящего ученого Пьера Кюри. 11-летняя беззаветная любовь и совместное творчество этой пары — одна из замечательнейших и красивейших страниц истории науки — ознаменована, открытием и выделением нескольких радиоактивных элементов, среди которых главные — полоний и радий — соответственно были открыты в июле и в декабре 1898 года. Полоний был назван в честь родины Марии Склодовской-Кюри — Польши, а радий означает лучистый. Отсюда и само явление было названо ею радиоактивностью.

Величие открытия радиоактивности было ознаменовано присуждением в 1903 году Нобелевской премии по физике Пьеру и Марии Кюри, а также Анри Беккерелю.

Мы заканчиваем краткое изложение истории зарождения физических предпосылок радиобиологии, отсылая любознательного читателя к специальной историко-мемуарной литературе, в первую очередь к повествованиям о чете Кюри. Коротко напомним лишь о фактах, иллюстрирующих неоценимый вклад этой фамилии в развитие ядерных исследований. В 1911 году Мария Кюри награждается второй Нобелевской премией за работы в области радиационной химии; такой чести еще и до наших дней не удостоен ни один ученый. Всего Марии Кюри было присуждено 10 премий и 16 медалей; она была избрана почетным членом 106 различных научных учреждений, академий и научных обществ.

История всех времен и народов не знает примера, чтобы две супружеские пары в двух последовательных поколениях внесли столь большой вклад в науку, как семья Кюри. В 1935 году, через 32 года после родителей, получает Нобелевскую премию их дочь Ирен вместе со своим мужем — внуком французского коммунара — Фредериком Жолио за исследования в той же области, теперь — за открытие искусственной радиоактивности. Итак, 5 Нобелевских премий на четверых в одной семье!

Чрезвычайный интерес и уважение к двум поколениям Кюри — ученых объясняется еще и их высокими моральными качествами. Преданность науке привела к тому, что жизнь их была в прямом смысле принесена ей в жертву. Мария, Ирен и Фредерик Жолио умерли от лучевой болезни, и есть все основания полагать, что лишь трагическая ранняя кончина Пьера (в результате уличной катастрофы) избавила ёго от той же участи.

Этапы становления

Изучение биологического действия ионизирующих излучений началось тотчас после открытия рентгеновских лучей. Среди самых ранних работ известны классические исследования нашего соотечественника И. Ф. Тарханова, установившего уже в 1896 году реакции на облучение во многих системах организма, на основании чего им было высказано сбывшееся вскоре предположение о возможности лечебного применения рентгеновского излучения. Достаточно сказать, что лишь за год после его открытия было издано 49 книг и более 1000 статей об использовании Х-лучей в медицине.

В том же 1896 году в печати появились сообщения о поражениях кожи (эритемах, дерматитах, выпадении волос) у лиц, подвергавшихся частым и продолжительным воздействиям Х-лучами при проведении экспериментов, а в 1902 году Фрибен описал первый случай лучевого рака кожи.

В 1914 году Фейгина собрала из литературы 114 случаев рентгеновского рака у медицинского и технического персонала, а в 1933 году один из основоположников отечественной рентгенорадиологии М. И. Немёнов отмечает, что на съездах рентгенологов можно встретить ветеранов рентгенологии без пальцев и.даже без всей конечности из-за ампутации по поводу рентгеновского рака. Жертвой его пали такие крупные исследователи, как Бергонье, Леви-Дорн, Розенблат, Холцкнехт и другие.

Первыми о накожном действии радия заявили Вальков и Гизов. Пьер Кюри тотчас проверил это на собственном предплечье, и, по рассказам очевидцев, к его великой радости, участок кожи, соприкасавшийся с радием, оказался пораженным. 3 июня 1901 года Анри Беккерель на протяжении 6 часов носил в кармане жилета ампулу с радием и тоже получил ожог. Об этом через 10 дней, когда появилась эритема (а потом и долго незаживающая язва), он, одновременно обуреваемый восторгом и яростью, прибежав к Марии Кюри, восклицает: «Радий я люблю, но сердит на него».

Долгое время объектом наблюдения оставалась кожа, так как никто не предполагал, что рентгеновские лучи могут влиять и на глубоко расположенные ткани. Только в 1903 году Альберс-Шонберг обнаружил поражение семенников, в 1905 году Хальберштадтер наблюдал атрофию яичников у облученных животных, а вскоре Броун и Осгоуд впервые описали бесплодие у людей — молодых рабочих завода рентгеновских трубок.

В 1903 году русскому исследователю Е. С. Лондону и немецкому биологу Хейнеке удалось вызвать гибель мышей, подвергнутых воздействию радия или рентгеновского облучения, причем оба они обратили внимание на поражение органов кроветворения. Детально описанные Хейнеке типичные радиационные изменения клеток костного мозга и лимфатических узлов являются классическими и по сей день.

В 1911 году вышла книга Е. С. Лондона «Радий в биологии и медицине». Она была опубликована на немецком языке и считается первой в мире монографией по радиобиологии.

Приведенные примеры, как и другие многочисленные наблюдения, знаменовали собой первый описательный этап развития радиобиологии. Но уже в этот период было установлено три кардинальных факта: вызываемое ионизирующим излучением торможение клеточного деления, различие в степени выраженности реакций разных клеток на облучение и большая роль ядра в клеточной радиочувствительности. Французскими исследователями Бергонье и Трибондо на основании тщательных экспериментов в 1906 году были сформулированы положения, вошедшие в историю под названием закона или правила Бергонье и Трибондо. Суть их состоит в том, что клетки тем более радиочувствительны, чем у них большая способность к размножению и чем менее определенно выражены их морфология и функция, т. е. чем они менее дифференцированы.

Таким образом, уже в этот самый ранний период первоначальных наблюдений была подмечена наиболее важная особенность ионизирующих излучений — их избирательное действие, которое зависит не от самих лу-чей, а от свойств тех или иных клеток, определяющих их радиочувствительность. Благодаря этому, несмотря на совершенно одинаковые условия облучения даже одной и той же ткани, а тем более разных органов, одни клетки (активно делящиеся) погибают, а другие (неделя-щиеся) не обнаруживают повреждений.

Как оказалось в последующем, все эти ранние наблюдения имели фундаментальное значение, но в тот период они носили качественный характер, а кроме того, не было никакой теории, объясняющей механизм действия ионизирующих излучений на живые объекты.

Второй этап развития радиобиологии связан со становлением количественных принципов, имевших целью связать биологический эффект с дозой излучения. Этот этап характеризуется массовыми экспериментами на различных популяциях клеток и животных с количественным-отражением результатов на специальных кривых «доза — эффект». Такой способ анализа результатов радиобиологических экспериментов остается ведущим и по настоящее время.

Одна из знаменательных дат этого этапа— 1922 год, когда немецкий физик, хорошо знавший биологию и медицину Фридрих Десауэр, предложил первую теорию, объяснявшую радиобиологический эффект дискретностью событий — ионизаций чувствительного объема. Эти взгляды в последующем получили развитие в виде принципа попаданий и теории мишени в трудах блестящего русского исследователя Н. В. Тимофеева-Рессовского и известного английского физика Дугласса Эдварда Ли. К рассказу об этих работах мы еще вернемся в одном из увлекательных путешествий внутрь клетки.

Одним из эпохальных событий в радиобиологии явилось обнаружение действия ионизирующих излучений на генетический аппарат клетки с наследственной передачей приобретенных признаков. Впервые эти наблюдения были сделаны в Ленинграде нашими соотечественниками Г. А. Надсоном и Г. Ф. Филипповым в 1925 году в опытах на дрожжах. К сожалению, это крупнейшее открытие не получило тогда должной оценки, и лишь после работ немца Ж. Меллера, подтвердившего эти результаты в экспериментах на дрозофиле, радиационногенетические исследования стали проводиться широким фронтом.

Мощным импульсом к бурному развитию радиобиологии явились успехи ядерной физики, обозначившие уже к началу 40-х годов перспективу овладения энергией атомного ядра. Именно с этим связана организация специальных лабораторий и институтов во всем мире, в том числе и в СССР.

В 1955 году вопросы радиобиологии впервые подверглись широкому международному обсуждению на первой Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии. К этому времени общепланетарной проблемой стало резкое увеличение радиационного фона в атмосфере Земли вследствие массовых испытаний ядерного оружия. А вскоре перед радиобиологами задачу поставили и космические исследования.

С этого времени начался третий этап в развитии радиобиологии, продолжающийся и по настоящее время. Сейчас она представляет собой комплексную науку с четко выделенными отдельными направлениями: общая (фундаментальная) радиобиология; радиационная биохимия, биофизика, цитология, генетика, экология, иммунология, гигиена; радиобиология злокачественных опухолей, сельскохозяйственная радиобиология; радиобиология животных и человека; противолучевая защита и лечение радиационных поражений; космическая радиобиология.

В последние 20 лет ежегодно собираются международные или национальные конгрессы, конференции или симпозиумы по отдельным направлениям радиобиологии, привлекающие внимание огромного числа исследователей. Достаточно сказать, что уже на Втором международном конгрессе по радиационным исследованиям, состоявшемся в Англии в 1962 году, присутствовало 1200 ученых из 40 стран. Значительно более представительным был прошедший в США в 1974 году Пятый международный конгресс.

При Организации Объединенных Наций имеются специальные комитеты по сбору и обсуждению всей научной информации о действии ионизирующей радиации на организм человека и о путях противолучевой защиты.

С 1962 года в Советском Союзе учрежден специальный Научный совет АН СССР по проблемам радиобиологии, координирующий фундаментальные исследования в радиобиологии, направленные на решение злободневных практических задач. Его деятельность в значительной степени связана с охраной здоровья человека и окружающей среды. Первым председателем Научного совета был академик АМН СССР Андрей Владимирович Лебединский, а с 1964 года Советом руководит член-корреспондент АН СССР Александр Михайлович Кузин.

Научный совет играет очень большую.роль в развитии отечественной радиобиологии, к участию в его работе привлечены ведущие радиобиологи страны из АН СССР и других ведомств, в первую очередь ученые научно-исследовательских учреждений АМН СССР и Министерства здравоохранения СССР.

По инициативе Научного совета в Советском Союзе проведены три международных симпозиума (1962, 1971, 1975 гг.), обсуждавших теоретические вопросы первичных и начальных механизмов радиобиологического эффекта.

В настоящее время к проблемам радиобиологии, как и биологии вообще, привлечено внимание большого числа естествоиспытателей смежных специальностей, прежде всего физиков и химиков. Поэтому современный этап развития нашей дисциплины можно охарактеризовать следующим образом.

Накапливается разносторонняя информация о реакциях на облучение отдельных биологических объектов, систем и популяций разной степени сложности, причем развитие ядерной физики делает возможным изучение таких взаимодействий с помощью новых видов ионизирующих излучений, в том числе ядерных частиц гигантских энергий. Это определяет перспективу решения традиционных задач радиобиологии, а также создает основы для оригинальных подходов к изучению фундаментальных закономерностей биологической формы существования и развития материи.

Рожденная веком — так назвали мы эту книгу. И теперь, дорогой читатель, вы, вероятно, согласитесь с тем, что радиобиология с полным правом может считаться законным детищем нашего века. Это станет еще более наглядным после кратковременного экскурса в следующей главе к физическим основам нашей дисциплины и к современным ядерным установкам.