Материал: Методичка. Лучевая терапия

рентгеновское излучение, тормозное рентгеновское и гамма-излучение. По сравнению с другими видами волновых излучений (инфракрасным, видимым световым, ультрафиолетовым), ионизирующие излучения обладают большей частотой, меньшей длиной волны и значительно более мощной энергией квантов.

К корпускулярным принадлежат излучения, представляющие собой потоки элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов,

отрицательных пи-мезонов и т.д.), а также продуктов распада естественных и искусственных радионуклидов (альфа-и бета-частицы).

Источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка; это устройство позволяет получать пучки различной мощности, от

100 до 300-350 кэВ, но этой энергии достаточно для создания максимума дозы на поверхности тела человека и на малой глубине, поэтому данный вид излучения применяется для воздействия на различные поверхностные опухоли и подкожные образования. В глубине тканей доза непрерывно и довольно круто падает, составляя при напряжении генерирования 200 кВ на глубине 10 см всего 20% от экспозиционной дозы на поверхности объекта облучения.

Гамма-излучение образуется в результате распада радионуклидов,

например, 60Со. Оно обладает весьма большой энергией, 1,25 МэВ. Оно отличается от рентгеновского сдвигом максимума ионизации с поверхности облучаемого тела на 0,3-0,5 см вглубь, что несколько уменьшает облучение кожи. При этом относительные глубинные дозы при гамма-излучении выше,

чем при рентгеновском, а поглощение их в мягких и костных тканях мало различается. Всё это даёт возможность подвести большую дозу излучения к опухоли, расположенной на глубине, с меньшим риском повреждения кожи и окружающих здоровых тканей.

Тормозное рентгеновское излучение высокой энергии, получаемое на специальных установках – линейных ускорителях электронов - даёт совершенно иное дозное распределение. В частности, при энергии фотонов 25

16

МэВ максимум ионизации приходится на глубину 4-6 см. При этом ткани,

находящиеся перед указанным максимумом, получают не более половины дозы, и практически нет опасности лучевого поражения кожи и поверхностных тканей. Следовательно, оно предпочтительнее рентгеновского и гамма-излучения при лечении глубоко расположенных опухолей. Но недостатком его является сравнительно медленный спад дозы за максимумом ионизации, в связи с чем ткани, расположенные за опухолью, облучаются также в довольно высокой дозе.

А вот пучок электронов с энергией 25 МэВ создаёт ионизацию с максимумом её на глубине 1-3 см, после чего доза быстро падает (на глубине

10 см практически до нуля). При меньшей энергии электронов (5-6 МэВ)

дозный максимум сдвигается ближе к поверхности тела, а на глубине 3 см воздействие излучения уже ничтожно. Костная ткань вызывает заметное уменьшение пробега электронов и глубины максимума ионизации. Пучок электронов выгодно использовать для облучения неглубоко лежащих патологических очагов. Однако при этом надо учитывать два обстоятельства:

а) ткани, расположенные перед очагом, получают лишь немногим меньшую дозу; б) из-за малой массы электроны имеют тенденцию к рассеиванию, так что края пучка нерезко отграничены.

Протоны и тяжёлые ионы (например, альфа-частицы) существенно отличаются от перечисленных излучений своими физическими свойствами.

Они распространяются в тканях почти прямолинейно до конца пробега. В

начале пути величина дозы почти постоянная, но в конце его резко возрастает. Этот максимум дозы в конце пробега (пик Брэгга) позволяет подвести высокую дозу к облучаемому очагу без существенного облучения окружающих нормальных тканей. Зона пробега протонов с энергией 120 и

140 МэВ составляет соответственно 11 и 14 см.

Пучки нейтронов с энергией 10-15 МэВ дают дозное распределение,

сходное с таковым при рентгеновском излучении: дозный максимум находится непосредственно на поверхности тела.

17

Рис.3. Типичные изодозные распределения для разных видов излучений: а) рентгеновское, б) гамма-излучение, в) тормозное рентгеновское излучение 6 МэВ, г) пучок электронов

Действие ионизирующего излучения на организм начинается с физического процесса – взаимодействия излучения с веществом, т.е. с

атомами и молекулами тканей и органов. При этом взаимодействии энергия квантов и частиц расходуется на ионизацию и возбуждение атомов и молекул. В зависимости от типа излучения и величины энергии механизм взаимодействия различен. Но в результате взаимодействия любого вида излучения со средой происходит процесс образования ионов различных знаков. Работа, затраченная любым видом излучения на образование одной пары ионов в воздухе, мало зависит от энергии излучения и равна примерно

34 эВ. Так как исходная энергия фотона или заряженной частицы значительно выше (до 1 000 000 эВ и более), они создают на своём пути в веществе огромное количество ионов.

Проходя через ткани, различные излучения тратят свою энергию неодинаково. Так, пробегая в ткани 1 мкм, электрон с энергией 1 МэВ передаёт ткани 0,2 кэВ энергии, а электрон с энергией 30 кэВ – в 5 раз больше; ещё больше отдаёт энергии альфа-частица с энергией 5 МэВ – 100

18

кэВ на 1 мкм пробега в тканях. Соответственно, количество ионных пар,

образуемое этими частицами (плотность ионизации), будет различаться

(табл.2).

Таблица 2.

Средняя плотность ионизации на 1 мкм.

Образование ионов в веществе, обладающих крайне высокой активностью и способностью реагировать с нейтральными атомами и передавать им избыток энергии, образую всё новые ионные пары, приводит к изменению первичных биохимических реакций в тех молекулах, которые поглотили энергию. Ведущей радиационно-химической реакцией является

разрыв химических связей и возникновение активных свободных

радикалов.

В радиационно-химических процессах большую роль играет первичная ионизация воды, составляющей около 70% массы человеческого тела. В воде образуются свободные радикалы Н и ОН, обладающие высокой химической активностью. В результате взаимодействия с ними происходит окисление или восстановление молекул и образование перекисных соединений. Под действием излучения белки расщепляются на аминокислоты и ряд соединений, токсичных для человека; не менее сложные реакции

19

происходят в липидах, углеводах, нуклеопротеидах. Изменяется структура молекул, нарушается тканевое дыхание, изменяется действие ферментных систем, синтез белков и т.д. Присутствие кислорода в облучаемых объектах сильно увеличивает выход многих радиационно-химических реакций.

В клетке нет таких структур, которые не поражались бы при облучении – всё зависит от поглощённой дозы. Клеточная гибель при облучении наступает в результате взаимодействия многих видов поражений,

в первую очередь – ядерных структур (ДНК, ДНК-мембранного комплекса).

Облучение приводит к разрывам цепей молекулы, образованиям сшивок и других структурных нарушений. Если произошёл двухцепочечный разрыв, то такое повреждение является летальным, и клетка погибает сразу же. Другие повреждения зачастую устраняются благодаря способностям клетки к восстановлению (репарации), которая бывает двух видов: репарация так называемых потенциально летальных и сублетальных повреждений.

О репарации потенциально летальных повреждений судят по выживаемости облучённых опухолевых клеток при их рассеве из опухоли не сразу после воздействия, а спустя несколько часов; на весь процесс восстановления затрачивается около суток. В данном случае восстановление клеток можно рассматривать как одно из слагаемых их исходной радиочувствительности, повлиять на которую практически невозможно.

В качестве субстрата восстановления клеток от сублетальных повреждений большинство авторов рассматривают однонитевые разрывы ДНК. Принято считать, что репарация сублетальных повреждений завершается через 2-6 часов после облучения, после чего клетка полностью восстанавливается.

Однако возникшие изменения в структуре молекулы ДНК

(хромосомные аберрации, генные мутации) могут оказаться необратимыми.

По этой причине подобные клетки, продолжающие размножаться, после ряда делений погибают. В опухоли появляются гигантские формы клеток, число их быстро растёт. Увеличение размера клетки и изменение формы

20