Променева терапія - досьє раку
АРТИЛЕРІЯ
Променева терапія є канцеростатичним і канцеролітичні агентом, оскільки радіоактивне опромінення пухлини позбавляє клітини здатності ділитися або вбиває їх.
Радіація, яка використовується для лікування, являє собою або фотони з високими енергіями, або інші елементарні частинки або фрагменти атомних ядер.
Використовувані для терапії рентгенівські промені виникають при впливі електронних пучків на металеві пластини і належать до вивчення тієї ж природи, що і видиме світло, але з більшою частотою і відповідно меншою довжиною хвилі (0,03-20 А). Енергія цих променів залежить від енергії електронів пучка. Іншим видом фотонів є гамма-промені, які випускаються радіоактивними речовинами: їх енергія, що виражається в мільйонах електронвольт (МеВ), залежить від джерела випромінювання.
Як випромінювання для променевої терапії використовуються електрони, позитрони, нейтрони, мезони і інші частинки. У широкій практиці використовуються тільки електрони.
Радіація діє на організм і його тканини двояким чином: збудженням і іонізацією атомів.
Порушення полягає в переході електронів з одного енергетичного рівня на інший, більш високий. Подібні атоми стають більш хімічно активними, ніж в збудженому стані-хімічні зв`язки можуть створюватися або перериватися, що викликає розпад макромолекул.
Іонізація виникає при втраті атомом електрона, що утворюються при цьому позитивно заряджені іони хімічно дуже активні: їх утворення також може створювати або переривати хімічні зв`язки.
Біологічні наслідки опромінення спостерігаються на різних рівнях молекул, тканин і цілісного організму.
Вищеназвані фізико-хімічні явища тягнуть за собою зміни на молекулярному рівні. Йдеться про два процеси: в разі прямої дії вони впливають на біологічно активну за своїми властивостями молекулу- в разі побічної дії вплив виявляється не на біологічну молекулу, а на молекули води, які її оточують. Останні розриваються, викликаючи утворення вільних радикалів, які в свою чергу діють на великі біологічні молекули. Таким чином, радіація вимикає ферменти і метаболічні системи, зокрема забезпечують синтез ДНК і РНК.
На клітинному рівні найзначніше первинне дію виражається в ушкодженні хромосом, які в силу особливостей структури (розміру і форми) надзвичайно чутливі: вони здатні розбиватися на фрагменти і знову з`єднуватися, але вже з фрагментами інший хромосоми або залишатися ізольованими. У всіх випадках відбувається гальмування ділення клітин. Дія опромінення в терапевтичних дозах проявляється найчастіше лише в момент поділу клітини, в подальшому клітина позбавляється цієї здатності: настає так звана відстрочена загибель.
Залежно від типу променевої терапії використовуються різні одиниці виміру: основними з них є Р (рентген), радий, бер, Кі. В якості одиниці різниці потенціалів використовують В, кВ і MB, а в якості одиниць енергії - еВ (електронвольт), кеВ, МеВ.
Кількісна характеристика випромінювання має важливе значення. Так, глибина проникнення променів і їх поширення в тканинах (можливість досягти пухлина, особливо в зонах, віддалених від джерела випромінювання) залежать від природи і енергії опромінення, а також від відстані тканин до джерела випромінювання.
Інтенсивність ретгеновскіх або гамма-променів експоненціально зменшується при поширенні в тканинах організму. Це означає, що якщо при проходженні променів через тканини товщиною 2 см доза зменшується з 100 до 80%, то при товщині тканини 4 см вона становитиме 64%, при товщині 6 см зменшиться до 51% і т. Д. Однак необхідно підкреслити, що зменшення інтенсивності пучка фотонів відбувається тим повільніше, чим вище їх енергія. Величина дози випромінювання, одержуваної пухлиною, залежить також від відстані до джерела випромінювання: чим воно менше, тим швидше падає доза.
Отже, успішна променева терапія поверхневих пухлин може бути здійснена фотонами слабкою енергії - рентгенівським випромінюванням, тоді як лікування глибоко лежачих пухлин вимагає фотонів високої енергії.
Відзначимо також, що вторинні електрони, вибивані фотонами високої енергії, мають меншу довжину вільного пробігу і практично той же напрямок, що і пучок фотонів. В результаті початкова доза випромінювання швидко зростає, а потім експоненціально зменшується. Особливу розподіл цієї дози фотонів становить значний інтерес з точки зору можливості зниження дози фотонів високої енергії для збереження поверхневих тканин і підвищення ефективності опромінення в глибині. Для даного виду випромінювання доза залишається приблизно постійною на всьому шляху і різко падає до нуля в кінці, оскільки в той момент, коли енергія електронів падає нижче 100 кеВ, довжина вільного пробігу електронів різко зменшується. При опроміненні поверхневих пухлин енергія електронів повинна бути розрахована таким чином, щоб мішень (пухлина) була інтенсивно опромінена, а підлягають здорові тканини уникнули пошкодження.
Чутливість клітин до променевої терапії, яка вимірюється співвідношенням дози і ефекту, підпорядковується загальному закону, а також залежить від деяких факторів, здатних його змінити.
Загальний закон відображає співвідношення між дозою, отриманої даної популяцією клітин (понад 200 рад), і числом загиблих клітин. Так, в класичному досвіді на тварин застосування одноразової масованої дози 100 рад залишає 1 з 1000 (10 + 3) клітин, здатну ділитися, 3000 радий - 1 клітку з 10 + 6, 4500 радий - 1 клітку з 10 + 9 і 6000 радий - 1 клітку з 10 + 12.
Фактори, що впливають на чутливість клітин до променевої терапії, можуть бути як загальними для здорових і пухлинних тканин, так і специфічними. Чутливими до тих дозам, які можуть бути використані без розвитку незворотних розладів організму, виявляються тільки клітини, здатні до поділу або вже розмножуються. Так, нервові клітини, які не діляться або ледь діляться, менш чутливі, ніж клітини крові або репродуктивні клітини саме тому, що шкідливий вплив радіації часто проявляється після одного або декількох ділень. Як виявилося, клітини по-різному реагують залежно від фази циклу, в якій вони перебували в момент опромінення. Прийнято вважати, що чутливість клітин підвищується в період мітозу, в кінці періоду Qx і на початку періоду S. І навпаки, їх опір опроміненню зростає на початку періоду Qx і в кінці періоду S.
Зрозуміло, радіобіології, зайняті пошуками інших внутрішніх факторів, спробували за допомогою зовнішніх впливів впливати на радіочутливість клітин. Вони показали, що кисневе голодування знижує чутливість клітин, отже, процес руйнування клітин можна посилити в три рази адекватним окисленням опромінюваних тканин.
Виникає дуже важливе питання: чи існує відмінність між чутливістю нормальних та пухлинних клітин? Відповідь негативний: ракові клітини не виявляють значно більшої чутливості до опромінення в порівнянні з нормальними клітинами. І ті й інші схильні до впливу вже відомих факторів на радіочутливість.
Однак існують ще не з`ясовані фактори, і радіологи не можуть з упевненістю пояснити, чим викликані відмінності при порівнянні реакції на опромінення нормальних і пухлинних тканин, а також різних пухлин.
На практиці, принаймні для лікувальних цілей, при розрахунку доз не можна спиратися на поняття радиочувствительности. Важливішим є поняття радіоізлечімості (або радіоерадікаціі цілої популяції пухлинних клітин), яке має вивчатися паралельно з питанням про допустимих променевих ураженнях нормальних тканин, що оточують пухлину.
Тут ми знову змушені відзначати значні коливання результатів в залежності від виду тканин і природи пухлин. Радіоізлечімой вважають ту пухлину, яка може бути повністю зруйнована опроміненням без великого ризику серйозних пошкоджень оточуючих здорових тканин, що, до речі, залежить і від локалізації • раку, і від дози опромінення.
Можна встановити терапевтичний індекс, який вказував би на співвідношення між дозою, яку переносять нормальними тканинами, і дозою, необхідної для повного знищення пухлини. Саме цей індекс променеві терапевти прагнуть підвищити шляхом адекватного вибору типу і методик опромінення, що дозволяють максимально вразити пухлинні тканини і мінімально пошкодити нормальні. Для цього використовують, зокрема, перехресне опромінення, точне визначення опромінюється обсягу (опромінення обмеженого обсягу краще переноситься, ніж велике опромінення). Лікар визначає фракціонування і ритм опромінення - адже одне з найбільш істотних відмінностей між пухлинними і нормальними тканинами полягає в їх здатності до регенерації.
Відомо, що нормальні тканини мають здатність відновлюватися (Регенераторна здатність) (див. Гл. 1), яка залежить від дуже складних, але передбачуваних фізіологічних механізмів, бо багато деталей цих процесів відомі.
Відмінності в можливостях регенерації корисні для хворих тільки тому, що здорові тканини відновлюються краще. При цьому відзначимо, що принципової різниці між процесами регенерації нормальних і пухлинних тканин немає. В обох випадках відновлення обумовлено дією ферментів, здатних стимулювати відновлення навіть при пошкодженні ДНК клітин. Ці ферменти влучно названі репаразамі.
Здатність до клітинної регенерації - один з важливих факторів, що забезпечують нечутливість деяких злоякісних пухлин до променевим впливам, яка може бути первинною, т. Е. Викликатися відразу, або вторинної - після кількох сеансів опромінення.
Іншою причиною нечутливості деяких пухлин до променевої терапії є їх бідність киснем, що пояснюється поганим кровопостачанням.
Зрозуміло, радиорезистентность можна брати до уваги лише для пояснення чутливості пухлини до опромінення, але не для пояснення невдач променевої терапії. Останні зустрічалися раніше набагато частіше, оскільки фахівці минулих років не мали такими джерелами випромінювання і тими знаннями, які нам доступні сьогодні.
Однак прогрес променевої терапії, як і в інших лікувальних спеціальностях, залежить від глибини розуміння пухлинного захворювання, що підлягає лікуванню. Один з найбільш чудових успіхів досягнуто в лікуванні хвороби Ходжкіна (лімфогранулематозу). Дослідження, проведені на протязі 15 років, показали, що для того, щоб позбутися від пухлини, необхідно опромінити високою дозою не тільки всю сукупність ураженої лімфатичної території, а й сусідні анатомічні ділянки, так як саме в них найчастіше виникають рецидиви.
Як джерела опромінення використовують або рентгенівські джерела випромінювань, або радіоактивні препарати або прискорювачі заряджених частинок.
Існують три типи генераторів випромінювань: низьковольтні рентгенівські апарати (25-100 кВ), що випускають промені з енергією нижче 0,1 МеВ (букітерапія, контактна лікування), апарати середньої напруги (200 400 кВ) для традиційної променевої терапії, що випускають промені з енергією 02-0,4 МеВ- бетатрон і лінійні прискорювачі, що випускають промені з енергією 4-35 МеВ.
Бетатрон є прискорювач електронів. Головною його частиною є електромагніт, між браншамі якого поміщається кільцеподібна камера з глибоким вакуумом, куди вводяться електрони. Збільшення магнітного поля прискорює їх до такої міри, що вони набувають швидкість, близьку до швидкості світла.
Лінійний прискорювач, як і бетатрон, дає електрони з високою енергією (5 і 40 МеВ). Він складається з довгої трубки, перегородженої діафрагмами, розташованими на різних відстанях один від одного-між ними створено глибокий вакуум. Бета-частинки, що випускаються групами, поступово прискорюються електричним полем.
У бетатроні і лінійному прискорювачі можна вставити на шляху виходу електронів платинову пластинку, щоб отримати пучок фотонів високої енергії.
Кобальтова «бомба» влаштована в принципі просто. Джерело випромінювань у вигляді радіоактивного кобальту високої питомої радіоактивності укладений в захисну камеру ( «головку», товсті стінки якої складаються з вольфраму і свинцю). Коліматор дозволяє регулювати розміри пучка гамма-променів високої енергії (1,17 і 1,33 МеВ), що випускається джерелом випромінювання.
Цезієвого «бомба» (цезій-137) також являє собою камеру, яка містить ізотоп, який випускає гамма-промені високої енергії (0,7 МеВ).
Перераховані апарати дозволяють застосовувати телерадіотерапію. Випускається кобальтом-60 високоенергетичне випромінювання і в ще більшій мірі випромінювання від прискорювачів здатні проникати глибше в тканини, а обмеження їх пучка точніше, ніж при традиційній променевої терапії, що дає можливість практично без ризику опромінювати пухлини, розташовані близько до «критичним» здоровим тканинам ( спинний мозок, око). Ці випромінювання менш чутливі до відмінностей в складі і щільності тканин, вони менше адсорбуються кістковою тканиною, тому можна майже не побоюватися передозування, а отже, можливості некрозу.
Внутрішньотканинну променеву терапію довгий час називали кюрітерапіей, так як вона обмежувалася застосуванням радію-226. Радій поміщали в голки, які вводили в пухлину, або в герметично закриті трубочки або формочки, які мали в контакті з пухлиною. Цей вид опромінення в зв`язку з його дуже високою енергією вимагає захисних заходів, які дуже важко забезпечити. Цезій-137 і іридій-192 легше в обігу, і їх використання у вигляді зерен (плезіотерапія) або ниток (ендорадіотерапія) становить значний крок вперед, так як енергія цих променів менше і захист від них спрощена. Останнім часом іридій-192 застосовується все ширше. Для лікування шкірних поразок можна також користуватися пластинками з фосфором-32 або стронцієм-90.
Деякі радіоактивні ізотопи застосовуються у вигляді колоїдних розчинів (наприклад, радіоактивне золото-198 і особливо фосфор-32), які вводять в ексудати, викликані деякими видами раку в плевральній або черевній порожнинах.
Прикладом внутритканевой, або інтерстиціальної променевої терапії може служити імплантація зерен іттрія- 90 в гіпофіз для руйнування залози, що рівноцінно її видалення. Останнє іноді показано при лікуванні некотррих гормоночувствітельних злоякісних пухлин (наприклад, молочної залози).
Так звана метаболічна променева терапія заснована на специфічному клітинно-тканинному тропизме, пов`язаному з хімічною характеристикою певних речовин-при цьому відбувається концентрація радіоактивного ізотопу в тих тканинах, які здатні його поглинати. Так, наприклад, радіоактивний йод-131, що випускає бета-і гамма-промені, вибірково адсорбується в щитовидній залозі, нормальної або ураженої раком, за умови, що ракові клітини не повністю втратили диференціювання. Радіоактивний фосфор-32, джерело бета-променів, переважно локалізується в кістковому мозку, особливо якщо в ньому відбувається інтенсивний поділ клітин. Названі радіоактивні елементи знаходяться в розчинах, які можна транспортувати і використовувати тільки з дотриманням строгих заходів обережності, властивих поводження з будь-якими радіоактивними речовинами.
Для кожного хворого фахівець з променевої терапії зобов`язаний вибрати найкращий метод і техніку лікування. Спочатку він за допомогою різних методів обстеження, в тому числі рентгенологічного та навіть (при деяких локалізаціях) діагностичного хірургічного втручання, визначає обсяг «мішені». Потім за допомогою орієнтирів зображує на поверхні тіла обсяг мішені і вибирає найбільш підходящі пучки. Балістична центрування полегшується використанням симулятора, - рентгенодіагностичного апарату, пучку променів якого можна надавати розміри лікувальних пучків. Залежно від отриманих при пеленгацією і симулювання даних радіофізики розраховують дози, які досягнуть основних точок, і малюють криві ізодоз на різній глибині пухлини і здорових тканин. Такого роду розрахунки в даний час здійснюються за допомогою ЕОМ. Контроль розрахунків проводиться за допомогою симулятора, що дозволяє вносити необхідні поправки.
Сумарну дозу, число сеансів опромінення в тиждень і разову дозу підбирають відповідно до типів раку для кожного хворого.
При внутриполостной і внутрішньотканинний введення ізотопів лікар також визначає межі розповсюдження пухлини для оптимального розташування радіоактивного матеріалу і вводить напрямні пристосування, правильне положення яких контролюється рентгенологічно. Потім жолоби, трубочки, формочки заповнюються радіоактивним матеріалом. Для отримання уявлення про правильність імплантації радіоактивних елементів і уточнення дози виробляють рентгенограми. У цих умовах точне визначення дози важко.
Зі сказаного ясно, що променева терапія має три цілі: лікувальну, паліативну, допоміжну.
Лікувальна променева терапія може бути радикальною. У такому випадку вона повністю знищує пухлину за таких умов: пухлина дуже чутлива до опромінення, її обсяг обмежений і вся пухлинна тканина отримує достатню дозу променів. Променева терапія буде паліативної, якщо вона застосовується проти чутливих до опромінення пухлин, розміри і розташування яких виключають повне включення всього обсягу пухлинної тканини в пучок променів. Променева терапія може бути і лікувальною, і паліативної, якщо вона застосовується в поєднанні з хірургічним та хіміотерапевтичних методами, особливо при спробі зменшити обсяг пухлини перед хіміо- або імунотерапії або після хіміотерапії. Нарешті, променева терапія має допоміжне призначення, коли вона застосовується для знищення гіпофіза або статевих, залоз.
