Физико-биологические основы лучевой терапии

Размещено на http://allbest.ru

Физико-биологические основы лучевой терапии

ЛТ - прикладная медицинская дисциплина, в основе которой лежит использование ионизирующего излучения в лечебных целях.

ИИ - излучение, вызывающее ионизацию и возбуждение атомов и молекул в облучаемом веществе.

1. Физические основы ЛТ

Виды ИИ: квантовое и корпускулярное.

К фотонному ИИ относят электромагнитные колебания, к корпускулярному - поток частиц. Понятия электромагнитного, квантового и фотонного излучения можно считать эквивалентными.

Для измерения энергии и массы микрочастиц используют внесистемную единицу энергии - электронвольт. 1эВ - кинетическая энергия, которую приобретает частица, несущая один элементарный заряд, под действием разности потенциалов в 1В.

Зараженные частицы ионизируют вещество непосредственно, а нейтральные частицы и фотоны (электромагнитными волны) являются косвенно ионизирующими т.к. их поток, взаимодействуя с веществом, вызывает образование заряженных частиц, которые и ионизируют среду.

Корпускулярное излучение - потоки заряженных частиц:

1) легких (бета-излучение: электроны и позитроны) - происходит рассеивание пучка (10мм).

2) Пик Брега (5мкм)

Квантовые излучения. В ЛТ используют:

1) рентгеновское излучение рентгенотерапевтических аппаратов - излучение, фотон выделяется при заполнении места «выбитых» из нижних оболочек атома мишени электоронов электоронами с верхних уровней (характеристическое излучение)

2) гамма-излучение - излучение, фотоны которого возникают при ядерных превращениях (девозбуждение ядра) и вылетают из ядра атома.

3) тормозное излучение (рентгеновское) излучение высоких энергий - излучение, фотоны которого вылетают из атома при «торможении» ускоренных электронов в кулоновском поле ядра мишени.

При взаимодействии фотонного излучения с веществом наблюдаются явления:

1)Фотоэффект - состоит во взаимодействии гамма-кванта со связанным электроном атома. Вся энергия падающего фотона поглощается атомом, из которого выбивается электрон, после чего в атомной оболочке образуется вакансия. Переход менее связанных электронов на вакантные уровни сопровождается выделением энергии, которая может передаваться одному из электронов верхних оболочек атома, что приводит к его вылету из атома (эффект Оже), или трансформироваться в энергию характеристического рентгеновского излучения. Т.о., при фотоэффекте энергия первичного кванта преобразуется в энергию электронов, часть выделяется в виде характеристического излучения и атом, потерявший электрон, превращается в положительный ион. ФЭ возникает при относительно малых энергиях 50- 200 кэВ.

2)Эффект Комптона (некогерентное рассеивание)- падающий фотон в результате упругого столкновения с электронами теряет часть своей энергии и изменяет направление первоначального движения, а из атома выбивается электрон отдачи (комптоновский электрон), который производит дальнейшую ионизацию вещества. ЭК возникает при энергии фотона 200- 1000 кэВ.

3) Образование электронно-позитронных пар - процесс превращения энергии первичного фотона в кинетическую энергию электрона и позитрона и энергию аннигиляционного излучения. Энергия более 1МэВ

2. Радиобиологические основы ЛТ злокачественных опухолей

рентгенотерапевтический облучение опухоль фотоэффект

Рассмотрим основные этапы при облучении тканей.

Начальный этап - поглощение энергии, взаимодействие с клетками (т.е. ионизация), возбуждение атомов и молекул - происходят очень быстро (доли секунды). Запускается процесс, при котором продукты расщепления молекул, будучи также химически активными, вступают в химические реакции с нейтральными молекулами. Т.е., физические процессы приводят к химической перестройке облученных молекул.

Следующие этапы - морфологические и функциональные изменения - могут развиваться в течение разного времени (от минут до десятилетий).

Различают прямое и непрямое действие ИИ:

1) прямое - изменения, возникающие в молекулах клеток в результате ионизации или возбуждения. Происходят:

-одно- или двухнитевые разрывы нитей ДНК,

-на клеточном уровне замедляется клеточное деление, образуются хроматидные и хромосомные аберрации

-наблюдается так называемый «коммунальный эффект», он состоит в поражении клеток, наступающем после облучения других клеток, находящихся в составе той же ткани

-наиболее известная реакция на облучение - задержка клеточного деления (на 1час в ответ на облучение 1Гр)

Т.о., в основе гибели клеток в результате облучения лежит повреждение ДНК с последующим прерыванием репликации (репродуктивная гибель).

Облучение вызывает двухцепочечные разрывы ДНК, образование микроядер и хромосомные аберрации. При облучении повреждаются и другие компоненты клеток. Кроме этого: изменения органел клеток.

2) непрямое - поражение структур клеток продуктами радиолиза воды, возникающего под влиянием облучения: ОН, перекисные соединения.

Выделяют следующие типы гибели клеток:

1)репродуктивная (митотическая) - прерывание митоза

2)в интерфазе - гибель клеток в периоды покоя и пресинтеза

3)апоптоз (запрограммированная гибель клеток) - активный процесс гибели клеток в результате генетических повреждений.

Клеточные реакции на облучение:

1) Репарация - восстановление нелетальных и сублетальных повреждений клеток начинается через несколько часов после облучения, и, вероятно, полное восстановление так и не происходит.

2) Распределение - чувствительность клеток к облучению в разные периоды клеточного цикла различна. Скорость перехода клеток из устойчивых к облучению периодов цикла в наиболее чувствительные выше в быстро делящихся клетках (например, в опухолевых), чем в медленно делящихся (например, большинство нормальных тканей). Этот биологический феномен лежит в основе режима фракционирования облучения, который позволяет застать при последующем облучении выжившие клетки в наиболее чувствительные ионизирующему излучению периоды клеточного цикла.

3) Реоксигенация - после облучения увеличивается доступ кислорода к опухолевым клеткам, что почти в 3 раза повышает их чувствительность к следующей дозе облучения. Кислородный эффект усиливается при фракционировании облучения.

4) Регенерация - восстановление выживших, способных к делению клеток в быстро делящихся и наиболее чувствительных к облучению тканях (слизистые, костный мозг, кишечник) - необходимое условие при облучении высокими дозами для уничтожения опухолевых

3. Особенности лучевого воздействия на злокачественную опухоль

При облучении в опухоли наблюдается угнетение клеточного деления. С увеличением дозы все большее число клеток теряет способность к размножению.

Количество патологических митозов первоначально нарастает.

Однако клетки, которые продолжают размножаться, после ряда делений погибают в результате хромосомных аберраций (структурные перестройки хромосом ядра клетки) и генных мутаций, связанных с повреждением нуклеопротеидов и ДНК, осуществляющей первичный контроль над всеми важнейшими процессами жизнедеятельности организма и являющейся хранителем наследственной информации.

В опухоли возникают гигантские формы клеток, число которых быстро увеличивается. Большие размеры приобретают клетки, которые уже потеряли способность делиться, но еще продолжают расти.

Увеличению размеров клеток и изменению их формы способствуют нарушения проницаемости клеточных мембран. Ядра увеличиваются, принимают необычную форму, в них неправильными глыбками располагаются скопления хроматина; в цитоплазме возникают вакуоли, митохондрии набухают и распадаются на мелкие зернышки.

Одновременно происходит разрастание богатой капиллярами грануляционной ткани, состоящей из эпителиоидных и лимфатических клеток, гистиоцитов, плазматических клеток и фибробластов. По мере роста грануляционной ткани масса опухолевых клеток разбивается на отдельные островки.

Под влиянием облучения в кровеносных сосудах опухоли и окружающих тканях возникают изменения в виде эндофлебита и пролиферирующего эндартериита с гиалинизацией стенок артериол. Облитерация мелких сосудов нарушает питание опухоли, что в свою очередь ведет к ее дистрофии. Завершается гибель опухолевых клеток и происходит превращение грануляционной ткани в рубцовую.

Т.о., под влиянием облучения в опухолевой ткани происходят следующие изменения:

1) уменьшение опухоли в связи с гибелью наиболее чувствительных к излучению элементов

2) развитие грануляционной ткани и инкапсуляции групп злокачественных клеток

3) ухудшение васкуляризации опухоли

4) гибель всех опухолевых элементов и замещение их рубцовой тканью

Размещено на Allbest.ru