М. Кононов Клінічна дозиметрія та радіаційна медицина Біологічні аспекти використання іонізуючого випромінювання
2 Взаємодія іонізуючого випромінювання з організмом
3 Взаємодія іонізуючого випромінювання з організмом o o o Фізична фаза включає взаємодію між заряд-женими частками і атомами, з яких скла-дається тканина. Електрону, який рухається з великою швидкістю, потрібно ~10 -18 секунди для перетинання молекули ДНК і ~10 -14 секунди, щоб пройти через біологічну клітину Хімічна фаза включає процес, в якому «по-шкоджені» атоми і молекули реагують з інши-ми компонентами клітини в швидких хімічних реакціях Біологічна фаза включає всі наступні процеси
4 Взаємодія іонізуючого випромінювання з організмом
5 Взаємодія іонізуючого випромінювання з організмом
6 Взаємодія іонізуючого випромінювання з організмом o головним фактором, що визначає успіх променевої терапії є доза випромінювання. Низькі дози є неефективними, якщо ж є можливість дати дуже високу повну дозу, то, в принципі, будь-яка пухлина може стати локально контрольованою. Між цими двома екстремальними випадками знаходиться ймовірність контролю над пухлиною TCP (tumor control probability)
7 Взаємодія іонізуючого випромінювання з організмом o При дозі іонізуючого випромінювання в 1 Гр в ядрі кожної клітини відбувається близько 2× 105 актів іонізації, що призводять до ~ 1000 одиночних розривів ДНК, 40 подвійних розривів і пошкодження ~ 500 основ
8 Особливості взаємодії іонізуючого випромінювання з пухлиною
9 Фази життя клітини o o народження при мітозі G 1 -фаза період синтезу ДНК (S-фаза) G 2 -фаза Радіочутливість клітин значною мірою зале-жить від фази (найбільшою радіорезис-тентність є в S-фазі, особливо в її кінці, найбільша вразливість в G 2 -фазі і під час мітозу
10 Фази життя клітини (резистентність)
11 Кисневий ефект
12 Коефіцієнт кисневого підсилення (ККП) o o o в присутності кисню виникає велика кількість хімічно активних радикалів і перекисів, що підсилюють процеси окислення в опромінюваних тканинах. Крім того кисень приєднується до молекул ДНК в місцях розривів міжатомних зв'язків, знижуючи можливість процесів репарації. Кисневий ефект є найбільш вираженим при випромінюванні електромагнітної природи. При фракціонованому опроміненні прояв кисневого ефекту є вищим, ніж при одноразовому опроміненні.
13 Коефіцієнт кисневого підсилення (ККП)
14 Пухлина сама створює власну гіпоксію
15 Радіопротектори o речовини, що пригнічують розвиток реакції непрямої дії. Основним механізмом протекції, захисту є здатність цих речовин зв'язувати кисень і радикальні групи.
16 Реоксігенація
17 Реоксігенація o o Реоксигенації - комплексний процес, пов'язаний із загибеллю частини пухлинної популяції і включає такі фактори, як збільшення кровотоку внаслідок зменшення тиску тканини на вени і лімфатичні протоки, підвищення тиску плазми між капілярами і зростання щільності капілярної мережі. Крім того, загибель оксигенований клітин зменшує споживання кисню цією частиною популяції, збільшуючи надходження кисню до гипоксическим клітинам, далеко віддаленим від сусідів.
18 Чутливість до опромінювання різних видів пухлин
Відношення α / β для деяких нормальних тканин і пухлин людини 19
20 Чутливість до опромінювання різних видів пухлин o o До радіочутливих пухлин відносять лімфоми, семіноми, плазмоцитоми, пухлини голови і шиї. Проміжну радіочутливісь мають пухлини молочної залози, недрібноклітинний рак легені. До резистентних пухлин відносять нейрогенні пухлини, остеосаркоми, фібросаркоми, рак нирки. Низькодиференційовані пухлини в цілому більш радіочутливі, ніж високодиференційовані. Рівні радіочутливості пухлини в організмі і клітинної лінії цієї пухлини можуть істотно різнитися
21 Чутливість до опромінювання різних видів пухлин o o Навіть при малих дозах опромінення може бути виявлена з дуже малою ймовірністю загибель клітини; але також з дуже малою ймовірністю при дуже великих дозах виявляють окремі життєздатні клітини. Ядро має більшу радіочутливістю, ніж цитоплазма. Загалом пошкодження генетичного апарату клітини є головною причиною репродуктивної загибелі клітин при опроміненні.
22 Біологічна ефективність іонізуючого випромінювання
23 Використовується o o o Рентгенівське випромінювання Гамма випромінювання радіонуклідів Гальмівне гамма випромінювання Легкі частинки Важкі частинки Ядра
Забезпечення обладнанням для променевої терапії (стан 2012 р) Страна Население К-во х 106 центров (2007) Линейные ускорители Гаммааппараты Кол-во ускорителей на 1 миллион населения США 301, 62 2400 4400 14, 6 Япония Германия Франция Великобритания Голландия Бельгия Чехия Швеция Австрия Швейцария Израиль Дания Финляндия 127, 77 82, 31 61, 7 60, 8 16, 4 10, 58 10, 29 9, 18 8, 31 7, 51 7, 12 5, 46 5, 3 800 220 180 160 21 25 28 18 13 26 9 6 10 900 410 380 300 88 50 35 71 40 34 25 50 35 60 34 20 23 0 11 46 0 1 14 5 1 0 7, 1 5, 0 6, 1 4, 9 5, 5 4, 7 3, 4 7, 7 4, 8 4, 5 3, 5 9, 1 6, 6 24
25 Страна Население К-во х 106 центров (2007) Линейные ускорители Гаммааппараты Ливан 3, 9 6 10 4 Кол-во ускорителей на 1 миллион населения 2, 6 Литва 3, 37 5 7 0 2, 07 Латвия 2, 28 4 7 0 3, 04 Китай 1321, 92 1031 1000 510 0, 75 Индия 1131, 04 187 232 237 0. 2 Бразилия 183, 99 266 200 77 1, 08 Россия 142, 07 140 100 250 0, 7 Египет 74, 03 32 31 20 0, 42 Колумбия 43, 93 41 25 25 0, 57 Аргентина 39, 36 63 80 37 2, 03 Греция 11, 17 (2007) 28 33 12 2, 94
26 Страна Население К-во Линейные х 106 центров ускорители (2007) 32 12 Кол-во ускорителей на 1 миллион населения 2, 86 4 0 3, 07 35 16 3, 47 5 9 0, 65 70, 6 35 44 0, 5 Польша 39, 2 63 19 1, 6 Сербия 9, 86 6 14 2 1, 42 Хорватия 4, 44 4 7 6 1, 6 Словения 2, 02 3 2 1, 5 Беларусь 9, 4 12 18 1, 28 Украина 45, 96 Греция 11, 2 Эстония 1, 29 Венгрия 10, 06 Болгария 7, 7 Турция 2 14 15 13 Гаммааппараты 0, 28
27 Відносна біологічна ефективність (ВБЕ) ВБЕ – співвідношення доз стандартного випромінювання до даного при умові, що обидві величини дози призводять до однакового біологічному ефекту За стандартне випромінювання зазвичай береться 250 к. В рентгенівське випромі-нювання
28 Відносна біологічна ефективність (ВБЕ) o Однією з головних причин різниці в значеннях ВБЕ є відмінність в лінійній передачі енергії (ЛПЕ, англ. LET). Під цією величиною розуміється кількість енергії, що втрачається даним видом іонізуючого випромінювання на одиницю шляху в даній речовині
29 Відносна біологічна ефективність (ВБЕ)
Коефіцієнт кисневого підсилення (ККП) для різних видів опромінення 30
31 Залежність ВБЕ від дози
32 Відносна біологічна ефективність (ВБЕ)
33 Відносна біологічна ефективність (ВБЕ)
34 Реакція на радіаційне ураження здорових клітин
35 o o o типи нормальних тканин поділяють на так звані ієрархічні, або H-типу (від англ. Hierarchy), і гнучкі, або F-типу (від англ. Flexible). Перший вид тканин розрізняють за характером клітин: стовбурові, фракції росту, постміотічні зрілі клітини. Процеси при опроміненні в них протікають швидко, вони є відповідальними за появу ранніх променевих ушкоджень. До них відносяться гемопоетичні клітини, слизові оболонки, епітелій тонкої кишки. Тканини другого типу складаються з клітин, в яких процеси оновлення йдуть повільно. До них відносяться тканини нирки, печінки, клітини центральної нервової системи. При опроміненні тканин гнучкого типу виникають пізні променеві ушкодження.
36 Ієрархія клітин тканини (на прикладі шкіри)
37 Різниця радіаційного впливу на здорові тканини та пухлину
38 Різниця радіаційного впливу на здорові тканини та пухлину
39 Терапевтичне вікно
40 Ушкодження здорової тканини (радіаційна патологія)
41 Стохастичні ефекти o До стохастичних ефектів відносять такі ефекти, для яких із збільшенням дози збільшується ймовірність прояву реакції, але не її тяжкість. Типовий приклад – радіаційний канцерогенез
42 Детерміністичні ефекти Детерміністські ефекти є більш поши -реними і клінічно важливими. Їх тяжкість посилюється із збільшенням дози. Поділяються на o ранні реакції o пізні реакції o
43 Детерміністичні ефекти
44 Детерміністичні ефекти
45 Приклади пізніх ефектів
46 Визначення ураження тканини o o o Візуальна оцінка Функціональні тести Клонування стовбурових клітин (дослід-ницький метод)
47 Ефект об’єму o при опроміненні частини об’єму певні органи можуть витримати істотно більш високі дози, оскільки мають велику резервну здатність. Для підтримки життя в нормальних фізіологічних умовах цим органам достатньо від однієї чверті до однієї третини функціонального об’єму
48 Ефект об’єму
49 Ефект об’єму
50 Фракціонування опромінення
51 Основні фактори впливу o o o Радіочутливість (radiosensitivity) Репарація (reparation) Пересортування (reassortment) Репопуляція (repopulation) Реоксігенація (reoxygenation)
Відношення α / β для деяких Згадаємо: нормальних тканин і пухлин людини 52
53 Врахування фракціонування o Залежність від кількості фракцій (N) та загального часу опромінення (T)
54 Врахування фракціонування
55 Врахування фракціонування
56 Врахування фракціонування o o o При фракційному опроміненні нейтронами зміна ізоефективної повної дози для нормальних тканин в залежності від дози за фракцію істотно менша, ніж для фотонів Для фотонів і пізніх реакцій тканин ізоефективна повна доза збільшується більш круто зі зменшенням дози за фракцію в порівнянні з ранніми реакціями ВБЕ (відносна біологічна ефективність) для пізніх реакцій має тенденцію бути вище, ніж ВБЕ для ранніх реакцій при низьких дозах за фракцію, особливо, при фракційних дозах, менших за 2 Гр.
57 Врахування фракціонування
58 Врахування фракціонування
59 Врахування фракціонування
60 Врахування фракціонування
61 Врахування загального часу терапії o o o Опромінення зазвичай триває 5 - 7 тижнів, тому виникає необхідність враховувати проліферацію клітин і в пухлині, і в критичних нормальних тканинах нормальні тканини, що рано реагують, зазвичай мають відносно високу швидкістю проліферації Клітини тканин з пізньою реакцією мають зазвичай повільну проліферацію, тому зміна загального часу опромінення забезпечує менший ефект, ніж на тканини, що рано реагують. Як наслідок, при невеликих змінах загального часу опромінення немає необхідності коректувати повну дозу.
62 Врахування загального часу терапії
63 Гіперфракціонування (2 -3 опромінення на день) o Метою гіперфракціонування є викорис-тання збільшеної здатності до віднов-лення нормальних тканин з пізньою реакцією
64 Прискорене фракціонування o o Зменшення загальної тривалості терапії при використанні традиційної дози за фракцію з метою зменшити вплив проліферації клітин пухлини в процесі опромінення. Так само як і в гіперфракціонування, щоб забезпечити повну дозу в межах скороченого загального часу (без збільшення дози за фракцію), необхідно давати більше однієї фракції в день
65 Вплив характеристик фракціонування
66 Зведення схем фракціонування дози o o o o Звичайне (класичне) дрібне фракціонування - 1, 8 -2, 0 Гр на день 5 разів на тиждень; СОД (сумарна очагова доза) - 45 -60 Гр; Середнє фракціонування - 4, 0 -5, 0 Гр на день 3 рази на тиждень; Велике фракціонування - 8, 0 -12, 0 Гр в день 1 -2 рази на тиждень; Інтенсивно-концентроване опромінення - 4, 0 -5, 0 Гр щодня протягом 5 днів, наприклад в якості передопераційного опромінення; Прискорене фракціонування - опромінення 2 -3 рази на добу звичайними фракціями зі зменшенням сумарної дози за весь курс лікування; Гіперфракціонування, або мультифракціонування - дроблення добової дози на 2 -3 фракції зі зменшенням дози за фракцію до 1, 01, 5 Гр з інтервалом 4 -6 год, при цьому тривалість курсу може не змінитися, але сумарна доза, як правило, підвищується; Динамічне фракціонування - опромінення з різними схемами фракціонування на окремих етапах лікування; Спліт-курси - режим опромінення з тривалою перервою на 2 -4 тижні в середині курсу або після досягнення певної дози;
Врахування перерв у лікуванні o o o Додати пропущені фракції в кінець курсу. Таке рішення збільшує загальний час опромінення , надаючи великі можливості для репопуляціі клітин пухлини. Для коригування втрати ефективності лікування на практиці додають одну або кілька фракцій такої ж величини або збільшують фракційну дозу, що у обох випадках не є ідеальним. Збільшити дозу за фракцію для залишилася частини курсу. Дозволить уникнути проблем репопуляціі, але вимагає збільшенням фракційної дози Додати припущення фракції або в дні відпочинку , або даючи кілька фракцій у день. У цьому варіанті і доза за фракцію і загальний час курсу зберігаються незмінними. Можливо це рішення є найкращим, однак якщо перерва трапився в кінці курсу, то його важко реалізувати 67
Варіанти тотального опромінення o o o Нізькодозовий варіант фотонного тотального опро-мінення тіла - від 0, 1 - 0, 2 Гр до 1 -2 Гр сумарно; Високодозовий варіант фотонного тотального опро-мінення тіла від 1 -2 Гр до 7 -8 Гр сумарно; Нізькодозовий варіант фотонного субтотального опромінення тіла від 1 -1, 5 Гр до 5 -6 Гр сумарно; Високодозовий варіант фотонного субтотального опромінення тіла від 1 -3 Гр до 18 -20 Гр сумарно; Електронне тотальне або субтотальне опромінення шкіри в різних режимах при її пухлинному ураженні. 68
Скачать презентацию М Кононов Клінічна дозиметрія та радіаційна медицина Біологічні
ac9a15c9291cdd42c7d1bf2b3c9e918d.ppt