Клетки имеют разное строение и выполняют различные функции (например, нервные, мышечные, костные и т.д.). Чтобы понять механизмы, определяющие естественную радиочувствительность организма (без чего невозможно правильно оценить последствия облучения человека), необходимо последовательно рассмотреть клеточные и тканевые аспекты радиочувствительности, так как клетка — основная биологическая единица, в которой реализуется воздействие поглощенной при облучении энергии, что в последующем приводит к развитию лучевого поражения. Среди многих проявлений жизнедеятельности клетки наиболее чувствительна в отношении ионизирующего излучения ее способность к делению. Под клеточной гибелью (или летальным эффектом) понимают утрату клеткой способности к пролиферации, а выжившими считают клетки, сохранившие способность к неограниченному размножению.
В зависимости от связи летального эффекта с процессом деления различают две основные формы радиационной гибели клеток: интерфазную (до деления клетки или без него) и репродуктивную (после первого или нескольких последующих циклов деления). Для большинства клеток характерна репродуктивная форма лучевой гибели, основной причиной которой являются структурные повреждения хромосом, возникающие в процессе облучения.. Гибель таких аберрантных клеток или их потомков происходит вследствие неравномерного разделения или частичной утраты жизненно необходимого генетического материала из-за неправильного соединения разорванных хромосом или отрыва их фрагментов.
Определение доли клеток с хромосомными аберрациями часто используют в качестве надежного количественного показателя радиочувствительности, т.к. с одной стороны, число таких поврежденных клеток четко зависит от дозы ионизирующего излучения, а с другой — отражая его летальное действие.
Группы клеток образуют ткани, из которых состоят органы и системы (пищеварительная, нервная, кровеносная системы, железы внутренней секреции и т.д.).
Ткань – это не просто сумма клеток, это уже система, имеющая свои функции. Она имеет свою систему саморегуляции и, установлено, что клетки ткани, которые активно делятся, более подвержены действию радиации. Поэтому мышцы, мозг, соединительные ткани у взрослых организмов достаточно устойчивы к воздействию радиации. Клетки же костного мозга, зародышевые клетки, клетки слизистой оболочки кишечника являются наиболее уязвимыми.
Кроме того, на тканевую радиочувствительность оказывают большое влияние и другие факторы: степень кровоснабжения, величина облучаемого объема и др. Таким образом, радиочувствительность ткани нельзя рассматривать только с позиций составляющих ее клеток без учета морфофизиологических факторов. Например, эритробласты изменяют свою радиочувствительность в зависимости от места их нахождения в организме — в селезенке или костном мозге. Все это усложняет оценку радиочувствительности тканей, органов и целого организма, но не отвергает принципиального и ведущего значения цитокинетических параметров, определяющих тип и выраженность лучевых реакций на всех уровнях биологической организации.
Следует иметь в виду, что при переходе от изолированной клетки к ткани, к органу и организму все явления усложняются. Эго происходит потому, что не все клетки поражаются в равной степени, а тканевой эффект не равен сумме клеточных эффектов: ткани, а тем более органы и системы нельзя рассматривать как простую совокупность клеток. Находясь в составе ткани, клетки в значительной степени зависимы и друг от друга, и от окружающей среды. Митотическая активность, степень дифференцированности, уровень и особенности метаболизма, а также другие физиологические параметры отдельных клеток не безразличны для их непосредственных «соседей», а, следовательно, и для всей популяции в целом. Общеизвестно, например, что заживление раны происходит вследствие временного ускорения размножения оставшихся клеток, обеспечивающего рост ткани и замещение вызванных травмой тканевых утрат, после чего тип клеточного деления нормализуется.
На органном уровне радиочувствительность зависит не только от радиочувствительности тканей, составляющих данный орган, но и от его функций. Следует рассмотреть действие излучения на отдельные органы и системы при внешнем облучении.
• Семенники. Клетки семенников находятся на разных стадиях развития. Наиболее радиочувствительны клетки – сперматогонии, наиболее радиорезистентные – сперматозоиды. При воздействии однократного облучения в дозе 0,15-2 Гр возникает временная олигоспермия, свыше 2,5 Гр – временная стерильность, а в дозе более 3,5 Гр наблюдается стойкая стерильность.
Яичники. В яичниках взрослой женщины содержится популяция незаменяемых овоцитов (их образование заканчивается в ранние сроки после рождения). Женские половые клетки высоко радиочувствительны в процессе митотического деления и неспособны к регенерации. Воздействие однократного облучения в дозе 1 — 2 Гр на оба яичника вызывает временное бесплодие и прекращение менструаций на 1-3 года. При остром облучении в диапазоне доз 2,5 — 6 Гр развивается стойкое бесплодие.
Читайте также: Производство ткани в брянске
Органы пищеварения. Наибольшей радиочувствительностью обладает тонкий кишечник. Далее по снижению радиочувствительности следуют полость рта, язык, слюнные железы, пищевод, желудок, прямая и ободочная кишки, поджелудочная железа, печень.
Сердечно-сосудистая система. В сосудах большей радиочувствительностью обладает наружный слой сосудистой стенки, что объясняется высоким содержанием коллагена. Сердце считается радиорезистентным органом, однако при локальном облучении в дозах 5-10 Гр можно обнаружить изменения миокарда. При дозе 20 Гр отмечается поражение эндокарда.
Органы дыхания. Лёгкие взрослого человека — стабильный орган с низкой пролиферативной активностью. Последствия облучения легких проявляются не сразу. При локальном облучении может развиться радиационный пневмонит, сопровождающийся потерей эпителиальных клеток, воспалением дыхательных путей и легочных альвеол, приводящий к фиброзу. Это часто лимитирует лучевую терапию. При однократном воздействии гамма-излучения LD50 для человека составляет 8-10 Гр, а при фракционировании в течение 6-8 недель- 30-30 Гр.
Органы выделения. Почки достаточно радиорезистентны. Однако облучение почек в дозах более 30 Гр за 5 недель может привести к развитию хронического нефрита (это может быть лимитирующим фактором при проведении лучевой терапии опухолей органов брюшной полости).
Орган зрения. Возможны два типа поражений глаз: воспалительные процессы в конъюнктиве и склере (при дозах 3 — 8 Гр) и катаракта (при дозах 3 -10 Гр). У человека катаракта появляется при облучении в дозе 6 Гр. Наиболее опасным является нейтронное облучение.
ЦНС. Эта высоко специализированная ткань человека радиорезистентна. Клеточная гибель наблюдается при дозах свыше 100 Гр.
Эндокринная система характеризуется низкой скоростью обновления клеток, поэтому являются радиорезестентной. Наиболее РЧ органами эндокринной системы являются половые железы. Далее по снижению РЧ следуют: гипофиз, щитовидная железа, островки поджелудочной железы, паращитовидная железа.
Костно-мышечная система и сухожилия. У взрослых они радиорезистентны. В пролиферативном состоянии (в детском возрасте или при заживлении переломов) радиочувствительность этих тканей повышается. Наибольшая радиочувствительность скелетной ткани характерна для эмбрионального периода, так как особенно интенсивная пролиферация остеобластов и хондробластов у человека происходит на 38-85 сутки эмбрионального развития. Мышцы – высокорадиорезистентны.
В целом поражения всего организма определяются двумя факторами:
1) радиочувствительностью тканей, органов и систем, существенных для выживания организма;
2) величиной поглощенной дозы облучения и ее распределением в пространстве и времени.
Каждый в отдельности и в сочетании друг с другом эти факторы определяют преимущественный тип лучевых реакций (местные или общие), специфику и время проявления (непосредственно после облучения, вскоре после облучения или в отдаленные сроки) и их значимость для организма.
От какого фактора зависит радиочувствительность ткани
Радиочувствительность — это ответ опухоли на облучение, который измеряется степенью регрессии, скоростью ее наступления и длительностью. Радиочувствительность зависит от ряда факторов: способности клеток устранять повреждение, гипоксии, периода клеточного цикла и доли растущих клеток. Кроме того, возможность ликвидации опухоли определяется ее начальным объемом.
Важно понимать, что термины «радиочувствительность» и «способность излечить лучевой терапией» имеют разные значения. Относительно радиорезистентпые новообразования, доступные для локального подведения высоких доз облучения, могут быть излечены, но радиочувствительные метастатические опухоли излечить с помощью одной лучевой терапией (ЛТ) нельзя: может быть достигнут только местный эффект.
Прекрасный пример относительно радиорезистентного новообразования — плоскоклеточный рак шейки матки (РШМ). Эта опухоль остается одной из самых излечиваемых, что объясняется возможностью подведения к ней высоких доз излучения и ее происхождением из тканей, которые также относительно радиорезистентны. Ключ к успешному лечению — хорошие условия для расположения радия или цезия в непосредственной близости к опухоли без превышения дозы на окружающие нормальные ткани выше переносимой.
Читайте также: Мазь для роста тканей метилурацил
Множество попыток было предпринято, чтобы найти способ определения радиочувствительности опухоли. Однако в настоящее время не существует надежного метода прогнозирования результата лечения данной конкретной опухоли. Не исключено, что опухоли состоят из нескольких популяций клеток с различной чувствительностью к XT и ЛТ. Чувствительные клетки погибают, а резистентные — продолжают расти. Это объясняет, почему вначале ответившие на лечение опухоли в конечном счете не излечиваются.
Для прогнозирования и изучения радиочувствительности опухолевых клеток разработаны модели in vitro. Клеточная радиочувствительность определяется в основном потерей репродуктивной способности, которую показывает кривая выживаемости, характеризующаяся начальным наклоном а и конечным b, причем а отражает невосстановимые повреждения клетки, а b — восстановимые. Отношение а/b — доза, при которой вклад от а эквивалентен вкладу от и, и есть показатель радиочувствительности.
Кривая выживаемости клеток.
Начальный наклон (а) отражает невосстановимые повреждения, а конечный наклон (b) — восстановимые.
Отношение а/b — это точка на кривой, где два значения равны
Большие значения отношения характерны для быстроделящихся клеток, они помогают предсказать ответ опухолей и оценить раннюю эффективность облучения. Низкие значения характеризуют поздно реагирующие ткани.
Размер плеча кривой выживаемости дает важную информацию, т. к. отражает величину репарации сублетальных повреждений. Широкие плечи имеют низкие отношения а/b и хорошую репарацию сублетальных повреждений, которая занимает 2—6 ч. Способность клеток восстанавливать сублетальные повреждения служит основанием для фракционирования дозы ЛТ, при котором используются различия между способностью нормальных и опухолевых тканей к репарации.
Различная способность к репарации также служит основой для ускоренного фракционирования и гиперфракционирования, при которых доза подводится 2 раза в день. Такой подход дает хорошие результаты при быстро растущих опухолях. Лечение 2 раза в сутки оставляет достаточный срок нормальным тканям для репарации, тогда как опухолевые, менее организованные ткани погибают в силу нехватки времени для восстановления.
Некоторые клетки почти не имеют плеча на графике, что говорит об их ограниченной способности к репарации сублетальных повреждений; эти клетки погибают от относительно небольших доз радиации. Например, дисгерминомы излечиваются сравнительно невысокими дозами облучения (20—30 Гр) по сравнению с опухолями шейки матки, к которым необходимо подвести более 70 Гр для получения полного эффекта.
Различная выживаемость нормальных и опухолевых тканей зависит от разной их способности накапливать и репа-рировать сублетальные повреждения, полученные от фракционированных доз.
Нормальные ткани восстанавливаются быстрее и эффективнее
Доступ кислорода также имеет большое значение для радиочувствительности клетки. Излучение в клетке взаимодействует с органическими молекулами (ДНК). ДНК может восстановиться, если молекула кислорода не присоединится к ней, «фиксируя» повреждение. Надо отметить, что кислород усиливает эффект излучения с низкой ЛПЭ (фотоны), но не оказывает аналогичного действия при облучении пучком с высокой ЛПЭ.
Способность кислорода усиливать излучение, или коэффициент кислородного усиления, вычисляется как отношение дозы излучения, производящей определенный эффект без кислорода, к дозе, дающей тот же эффект, но в присутствии кислорода. Для наблюдения полного кислородного эффекта необходимо наличие по крайней мере 2 % (17 мм рт. ст.) тканевого кислорода.
Способность опухолевых клеток к росту потенциально не ограничена, но практически зависит от поступающих с кровью питательных веществ. Известно, что любая опухоль размером более 200 мкм имеет некроз в центре вследствие ограниченной способности кислорода диффундировать на большие расстояния. Кислород легко проникает на 70 мкм от кровеносного сосуда.
Клетки, располагающиеся дальше этого расстояния, страдают от нехватки кислорода и переходят в фазу покоя. В них может развиться гипоксия и даже аноксия и некроз. Это важно с точки зрения радиобиологии, т. к. покоящиеся клетки проявляют более выраженную способность к восстановлению радиационных повреждений. Клетки в состоянии гипоксии более резистентны к облучению, чем нормально оксигенированные. Таким образом, большие опухоли труднее излечить с помощью ЛТ не только из-за большего числа составляющих их клеток, но и вследствие нахождения в них гипоксических, покоящихся и радиорезистентных клеток.
Читайте также: Краска для темных тканей pebeo
С увеличением расстояния от кровеносных сосудов клетки находятся в состоянии гипоксии и даже аноксии.
Гипоксические клетки более радиорезистентны и поэтому труднее поддаются лечению.
Кислород диффундирует примерно на 70 мкм от капилляров.
Клинический пример: замечено, что экзофитные рыхлые опухоли шейки матки, легко кровоточащие при контакте, лучше и быстрее отвечают на облучение, чем инфильтративные формы. Кровоснабжение и оксигенация этих двух видов новообразований значительно отличаются: рыхлая опухоль лучше васкуляризована и, следовательно, оксигенирована, поэтому ее радиочувствительность выше. К сожалению, к настоящему времени попытки преодолеть такое существенное различие в чувствительности к облучению с помощью гипербарической оксигенации и радиосенсибилизации не дали ожидаемых результатов.
Другим важным фактором, влияющим на радиочувствительность, служит содержание в опухоли митотических, или клоногенных, клеток. Размножающиеся клетки более чувствительны к облучению. Число митозов коррелирует с прогнозом лечения при многих опухолях. Фаза клеточного цикла тоже имеет большое значение. Клетки в поздней G2 и митотической (М) фазах наиболее чувствительны к облучению, а в поздней синтетической фазе (S) — наиболее резистентны. Это учитывается при совместном применении ЛТ и XT. Так, например, паклитаксел задерживает клетки в фазе митоза и, следовательно, выступает в роли чрезвычайно сильного радиосенсибилизатора.
От первоначального объема опухоли в значительной степени зависит возможность излечения: чем меньше объем, тем меньшая доза облучения требуется для уничтожения всехзлокачественных клеток и наоборот, при большем объеме доза, необходимая для исчезновения опухоли, возрастает. Принцип лечения сокращающимися полями заключается в последовательном уменьшении размера полей облучения с тем, чтобы подвести наибольшую дозу на центральную часть опухоли, где предположительно находятся наиболее радиорезистентные клетки в состоянии гипоксии.
В течение длительного времени клиницисты предпринимали попытки установить взаимосвязь между ответом опухоли на облучение и частотой местного рецидивировапия. В целом, чем полнее ответ опухоли к окончанию лечения и чем скорее он наступает, тем дольше период ремиссии, т. к. можно предположить, что отдаленные метастазы не появятся. Хотя эта зависимость не универсальна, при РШМ показана устойчивая корреляция между длительностью ремиссии и степенью резорбции опухоли к концу курса облучения — частичной или полной регрессией.
Grigsby установил взаимосвязь между выживаемостью и ответом опухоли к окончанию лечения, который он определял с помощью ПЭТ, основанной на измерении метаболизма глюкозы.
Другой фактор, ограничивающий излечиваемость с помощью лучевой терапии (ЛТ), — увеличение побочных эффектов со стороны нормальных тканей, связанное с повышением дозы. Появление этих осложнений зависит от суммарной дозы и дозы за фракцию, объема облученных тканей и их радиочувствительности. Цель любой терапии — достижение излечения с минимальным количеством побочных эффектов. Комбинирование ЛТ с хирургическим лечением или XT снижает толерантность нормальных тканей к облучению.
Установлены и хорошо обоснованы размеры полей, суммарные дозы и схемы фракционирования, но они не могут оставаться неизменными. Продолжают исследовать различные методы повышения процента выздоровления и снижения осложнений; для этого используют новые химиотерапевтические радиосенсибилизаторы, а также технические достижения в подведении излучения, такие как ЛТМИ и радиопротекторы, подобные этиолу.
а — клеточный цикл
б — кривая выживаемости клеток в митозе и фазе G2 более крутая и не имеет плеча.
Кривая для клеток в поздней S-фазе более пологая и имеет большое плечо.
Фазы G1 и ранняя S характеризуются промежуточной чувствительностью.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом