Терапевтическое использование излучений

Типы ионизирующего излучения, применяемые в терапии

Ионализирующие излучения используются в клинической практике для разрушения патологических клеток, прежде всего — опухолевых. Основные типы излучений:

  • Рентгеновское и гамма-излучение — электромагнитные волны высокой энергии. Их проникающая способность позволяет облучать опухоли на значительной глубине.
  • Бета-частицы — электроны или позитроны высокой энергии. Используются для поверхностных опухолей, так как имеют ограниченную глубину проникновения.
  • Альфа-частицы — тяжелые и высокоионизирующие, но с малой дальностью действия. Применяются редко, в основном в виде радиофармпрепаратов, доставляющихся к опухолевым клеткам.
  • Нейтроны — имеют высокую биологическую эффективность, но требуют сложного оборудования. Используются в нейтрон-захватной терапии.
  • Протоны и тяжелые ионы — обладают свойством Брегговского пика, позволяющим фокусировать дозу в пределах опухоли с минимальным повреждением окружающих тканей.

Физико-биологические основы действия ионизирующих излучений

Ключевым биофизическим механизмом терапевтического действия ионизирующего излучения является повреждение ДНК, приводящее к гибели клеток или утрате их способности к делению. Повреждения могут быть прямыми (ионізация в молекулах ДНК) или косвенными — через образование свободных радикалов, главным образом гидроксильного (•OH), в результате радиолиза воды.

Наиболее значимыми считаются:

  • двухцепочечные разрывы ДНК;
  • кластерные повреждения (множественные ионизации в пределах нескольких нанометров);
  • хромосомные аберрации, нарушающие митотическую активность.

Клетки с высоким митотическим индексом более чувствительны к радиации, что и определяет эффективность терапии против опухолей. Однако радиочувствительность варьирует в зависимости от:

  • фазы клеточного цикла (максимум в G2 и митозе);
  • уровня кислорода в тканях (эффект оксигенации усиливает радиочувствительность);
  • активности репарационных механизмов.

Терапевтическое окно и биологическое обоснование дозирования

Оптимальное использование излучения требует точного баланса между уничтожением опухолевой ткани и сохранением здоровых структур. Понятие терапевтического окна связано с разницей в радиочувствительности между злокачественными и нормальными клетками. Критически важными являются:

  • пороговые дозы для нормальных тканей;
  • суммарная доза за курс терапии;
  • фракционирование дозы — деление полной дозы на множество малых сессий позволяет лучше сохранить здоровые ткани, давая им время на репарацию, в то время как опухолевые клетки менее эффективно восстанавливаются.

Типичная фракционированная схема: 1.8–2.0 Гр за сеанс, 5 раз в неделю, суммарно 60–70 Гр в течение нескольких недель. Альтернативные подходы включают:

  • гипофракционирование (меньшее количество сеансов с более высокими дозами);
  • гиперфракционирование (чаще, но меньшими дозами — применяется при повышенном риске осложнений).

Методы облучения и аппаратура

Наиболее распространённые технологии:

  • Дистанционная лучевая терапия (телетерапия): облучение с внешнего источника (обычно линейный ускоритель, LINAC), позволяет точно направить пучок излучения.
  • Контактная терапия (брахитерапия): введение радиоактивных источников внутрь или вблизи опухоли. Позволяет достигать высокой дозы в минимальном объёме ткани.
  • Радионуклидная терапия: введение радиофармпрепаратов, специфически накапливающихся в патологических тканях (например, 131I при раке щитовидной железы).

Современные методы используют интенсивно-модулированную лучевую терапию (IMRT), высокоточное позиционирование пациента, томотерапию, протонную терапию, терапию тяжелыми ионами — всё это требует участия физиков, радиобиологов и инженеров.

Молекулярно-таргетированная радиотерапия

Использование радиофармпрепаратов, селективно накапливающихся в опухолевых клетках, позволяет сочетать радиационное действие с молекулярной селективностью. Пример — 177Lu-DOTATATE для нейроэндокринных опухолей. Такая терапия сопряжена с высокими требованиями к разработке лиганда и его фармакокинетике.

Осложнения и побочные эффекты облучения

Побочные эффекты делятся на:

  • острые (возникают в течение дней или недель): воспаление слизистых, алопеция, нарушение кроветворения;
  • подострые (недели — месяцы): фиброз, снижение функции органов;
  • отдалённые (месяцы — годы): вторичные опухоли, стойкие нарушения функции тканей.

Развитие осложнений зависит от:

  • суммарной дозы и фракционирования;
  • вида облучения и его распределения;
  • объёма облучённой ткани;
  • индивидуальных факторов (генетика, наличие сопутствующих заболеваний).

Биофизические подходы к снижению радиотоксичности

Ведутся исследования по снижению побочного действия излучений:

  • использование радиопротекторов (тиоловые соединения, антиоксиданты);
  • сверхточная локализация пучка (системы IGRT, MR-LINAC);
  • адаптивные схемы облучения с учетом динамики опухоли;
  • применение кислородных носителей и гипербарической оксигенации;
  • мониторинг биомаркеров радиочувствительности в реальном времени.

Будущее терапевтической радиобиофизики

Современная биофизика разрабатывает перспективные направления:

  • FLASH-облучение — сверхвысокая доза за доли секунды, при которой наблюдается сниженное повреждение нормальных тканей;
  • радиогеномика — предсказание радиочувствительности на основе генетических данных пациента;
  • нанотехнологии — доставка радионуклидов с помощью наночастиц с таргетирующими лигандными оболочками;
  • сочетание с иммунотерапией — индуцированное излучением повреждение может запускать системный иммунный ответ против опухоли.

Биофизика в терапевтическом использовании излучений требует синтеза знаний о физике взаимодействия, биохимии повреждений, клеточной регенерации и клинических протоколов. Эффективность терапии напрямую зависит от междисциплинарного подхода и точной настройки всех параметров — от энергии пучка до временного интервала между фракциями.

Оглавление