В настоящее время лечение онкологических заболеваний вклю­чает в себя хирургические, лучевые, лекарственные методы лечения  и иммунотерапию. Лучевая терапия является одним из наиболее часто используемых методов воздействия на злокачественные новообразования. В развитых странах около 70% всех онкологических больных проходят  лучевую терапию.

Лучевая терапия  - раздел клинической медицины, связан­ный с использованием ионизирующего излучения в качестве основ­ного лечебного фактора. Активное применение достижений ядерной и радиационной фи­зики в медицинских целях привело к созданию многих новых источ­ников и аппаратов для лучевой терапии онкологических больных, позволивших улучшить результаты лечения.

Биологические основы лучевой терапии

В основе лучевой терапии лежит применение ионизирующих излучений, то есть таких, которые при взаимодействии со средой, в том числе с тканями живого организма, передают атомам свою энергию, превращая нейтральные атомы в ионы.

Всестороннее изучение общих закономерностей биологического действия ионизирующих излучений на живой организм составляет содержание специальной науки – радиобиологии.

 Механизм биологического действия облучения сложен. Наибольшее значение принадлежит образованию короткоживущих свободных радикалов Н⁺ и ОН^-, обладающих чрезвычайно высо­кой реакционной способностью и вступающих в химические реакции с молекулами клетки. При этом происходит повреждение практически всех внутриклеточных структур  и мембран клетки. Наиболее существенно повреждение  ДНК и РНК.

Большое значение придается содержанию кислорода в клетке. При взаимодействии кислорода со свободными радикалами образуются перекисные соединения и запускаются процессы перекисного окисления, вызывающие выраженное повреждение структур клетки. Прямая зависимость повреждающего воздействия от содержания кислорода в клетке называется кислородным эффектом. При низком содержании кислорода в клетке она малочувствительна к действию радиации.

 Необходимо подчеркнуть, что после воздействия ионизирующего излучения сразу же запускаются компенсаторные системы восстановления поврежденных структур клетки или системы репарации.

 Различают летальные и сублетальные повреждения. При сублетальных повреждениях клетка может восстановиться или, при повторном лучевом воздействии, погибнуть. Радиационная гибель клеток прежде всего связана с  пораже­ние ядерных структур - ДНК, дезоксирибонуклепротеидов и ДНК-мембранного комплекса. Облучение приводит к разрыву молекул ДНК, нарушению процессов регуляции и функционирования внутриклеточных структур и мембран, на которых осуществля­ются сложные процессы клеточного метаболизма.

 Различают интерфазную гибель, когда клетка погибает через некоторое время после облучения без предварительного деления, и митотическую или репродуктивную гибель, наступающая после одного или не­скольких делений.       Интерфазный тип гибели характеризуется нарушением всей метаболической организации клетки, дегенерацией основных внутриклеточных органелл, нарушением проницаемости клеточных мембран. При дозах, обычно используемых в лучевой терапии, ин­терфазная гибель выражена лишь у малодифференцированных, высокочувствительных к облучению клеток. Для подавляющего  большинства клеток характерна митотическая, отсроченная во времени гибель.

Патоморфологичекие изменения в опухолях при облучении заключаются в следующем. С увеличением дозы облучения все большее число клеток теряет способность к размножению. Нарастает количество патологических митозов. Некоторые клетки начинают делиться и после ряда циклов деления погибают. Одновременно происходит разрастание грануляционной ткани, по мере роста которой масса опухолевых клеток разбивается на отдельные островки. Понижается васкуляризации опухоли за счет развития эндофлебита и эндоартериита, с последующей облитерацией просвета кровеносных сосудов. Нарушения микроциркуляции приводят к усилению гипоксии в облученных тканях, что вызывает усиление образования соединительнотканных клеток, в свою очередь вызывающих сдавление кровеносных сосудов и усугубляющих гипоксию. Развивается так называемый «порочный круг», объясняющий нарастание постлучевых изменений в тканях с течением времени.

Все органы и ткани чувствительны к ионизирующему излучению в разной степени. Это свойство принято называть радиочувствительностью. Наиболее чувствительны к облучению половые железы, кроветворная ткань, эпителий кишечника, хрусталик глаза. Способность органов и тканей переносить определенное воздействие ионизирующей радиации называется толерантностью. При проведении лучевой терапии необходимо учитывать толерантность окружающих опухоль нормальных тканей. Для каждого органа и ткани определена доза облучения, при превышении которой развивается лучевое повреждение. Такая доза называется толерантной. Органы и ткани с низкими значениями толерантной дозы называются в лучевой терапии критическими.

Чувствительность любой злокачественной опухоли к излучению зависит от специфических особенностей составляющих ее клеток и в первую очередь от радиочувствительности ткани, из которой опу­холь произошла.

В зависимости от происхождения по степени радиочувствительности все опухоли делят на 3 большие группы.

1 группа - опухоли высокой степени радиочувствительности. Сюда относят опухоли из кроветворной ткани – гемобластозы, включающие в себя лейкозы и злокачественные лимфомы, опухоли из половых клеток - семиномы, опухоли тимуса – тимомы, одна из наиболее злокачественных опухолей – мелкоклеточный рак легкого, недифференцированные раки, а также большинство опухолей, встречающихся в детском возрасте, типа нейробластомы, опухоли Вильмса или нефробластомы, саркома Юинга.

 К опухолям средней степени радиочувствительности относят все плоскоклеточные раки. Плоскоклеточные раки – это наиболее часто встречающиеся злокачественные опухоли. Они включают в себя рак кожи, губы, полости рта, носоглотки, гортани и гортаноглотки, трахеи и бронхов, пищевода, наружных отделов прямой кишки, плоскоклеточные раки встречаются в шейке матки, влагалище, мочевом пузыре, щитовидной железе и в некоторых других органах. В эту же группу относят рак молочной железы, мочевого пузыря, онкогинекологические заболевания.

К опухолям низкой степени радиочувствительности или к радиорезистентным опухолям относят все соединительнотканные саркомы, типа остегенной саркомы, хондросаркомы, лейомиосаркома, рабдомиосаркомы и др., аденокарциномы желудочно-кишечного тракта, опухоли паренхиматозных органов, например рак поджелудочной железы, гепатоцеллюлярный рак печени, фолликулярный и папиллярный раки щитовидной железы, гипернефроидный рак почки, меланома, а также доброкачественные опухоли.

На радиочувствительность оказывают влияние также другие факторы. Большое значение имеют размеры опухоли. Новообразования до 3-5 см в диаметре, как правило, имеют хорошо развитую кровеносную сеть, но по мере роста опухоли наблюдается отставание развития кровеносных сосудов по сравнению  с быстро растущей массой опухолевых клеток, поэтому опухоли больших размеров из-за наблюдающейся в них гипоксии менее чувствительны к лучевой терапии.

 Все заболевания, вызывающие дыхательную или сердечно-сосудистую недостаточностью и солровождающиеся гипоксией, также оказывают влияние на радиочувствительность.

Определенное значение имеет возраст пациента. Опухоли детей значительно более чувствительны к ионизирующему излучению, что вызывает необходимость соответствующей коррекции дозы облучения. У пожилых людей опухоли более устойчивы к облучению, что связано со снижением процессов   Имеет значение фаза деления клетки. Наиболее уязвима для радиотерапии клетка в фазу митоза.

Разницу в радиочувст­вительности злокачествен­ной опухоли и окружаю­щих ее здоровых тканей определяют как терапев­тический интервал радио­чувствительности. Чем больше терапевтиче­ский интервал, тем легче добиться разрушения эле­ментов опухоли при сохра­нении жизнеспособности окружающих тканей.

С целью повышения радиочувствительности опухолей и защиты нормальных окружающих тканей используют различные радиомодификаторы. Сюда можно отнести применение гипербарической оксигенации для повышения содержания кислорода в клетке, использование гипоксии для защиты нормальных тканей, применение гипертермии, гипергликемии, низкоэнергетического лазерного излучения, синхронизаторов клеточного деления и др.

Лечебное применение ионизирущих излучений возможно лишь при четкой характеристике пучка излучений и точной количественной оценке энергии, поглощенной в облучаемых тканях. Все методы регистрации и количественного определения величины поглощенной энергии называются дозиметрией. Ее основным понятием является доза излучения – величина энергии, поглощенной в единице массы облучаемого вещества.

Для характеристики источника излучения введено понятие экспозиционной дозы. Экспозиционная доза измеряется в воздухе с помощью дозиметров. Единицей ее измерения является Рентген или Кулон на кг.

Основной количественный показатель воздействия облучения на ткани – это поглощенная доза. Она характеризуется величиной энергии, поглощенной в единице массы облучаемого вещества. Единицей измерения поглощенной дозы является Грей.

Источниками ионизирующих излучений являются радионуклиды или специальные электрофизические установки. Энергия ионизирующих излучений измеряется в электрон-вольтах, килоэлектрон-вольтах (сокращенно Кэв) и мега электрон-вольтах (Мэв). Ионизирующие излучения, имеющие энергию свыше 1 Мэв, относятся к высокоэнергетическим. Энергия излучения во многом определяет пространственное распределение поглощенной дозы в облучаемом объекте.

Основные виды ионизирующих излучений,

 применяемых в онкологии

Приступая к лечению больного врач стремится выбрать такой вид излучения, который по своим физическим свойствам будет оптимальным для лечения конкретной опухоли. Ведь каждый вид излучения обладает лишь ему присущим распределением поглощенной дозы в теле человека.

Вот  краткая характеристика основных видов ионизирующих излучений, используемых на практике.

Рентгеновское или низкоэнергетическое тормозное излучение получают в рентгеновской трубке. Этот вид излучения применяется в онкологии около 100 лет. Максимум поглощенной дозы расположен на поверхности кожи, а затем происходит быстрый спад дозы. Рентгеновское излучение применяют для лечения поверхностных опухолей, таких как рак кожи, губы.

Тормозное высокоэнергетическое излучение используют для лечения глубокорасположенных новообразований, таких как рак легкого, пищевода, желудка, поджелудочной железы. Получают данный вид излучения в линейных или циклических ускорителях. Энергия тормозного высокоэнергетического излучения составляет от 5 до 25 Мегаэлектрон-вольт. Зона максимума ионизации для высокоэнергетического тормозного излучения находится на глубине нескольких сантиметров и зависит от энергии излучения. Поверхностные ткани существенно не облучаются. Недостат­ком данного вида излучения является сравнительно медленный спад дозы.

Одним из наиболее распространенных видов ионизирующих излучений является гамма-терапия. В качестве источников гамма-лучей используются радионуклиды Cs, Со. Максимум до­зы при использо­вании гамма-излучения ⁶⁰Со сдвинут с поверх­ности тела вглубь на  0,5 см  что уменьшает облучение кожи. Гамма-излучение является универсальным по своим характеристикам. Оно применяется для лучевой терапии опухолей любых локализаций.

Бетта-излучение возникает при  радиоактивном распаде радионуклидов золота, йода, стронция, железа и др. Пробег бетта-частиц в воздухе составляет около 3 см, а в тканях около 1 см. Применяют бетта-излучающие изотопы при контактной лучевой терапии. Кроме того, в настоящее время их используют при метастазах рака щитовидной железы, рака предстательной железы, при лечении рака молочной железы и др.

Следующий вид ионизирующих излучений – электронный высокоэнергетический пучок, получаемый в ускорителях. Электроны ис­пользуют в тех случаях, когда проникновение луча в ткань должно быть ограничено несколькими сантиметрами (< 5 см.). Максимум дозы, поглощенной в теле пациента, находится не на поверхности, а смещен вглубь на 1-3 см.. Этого оказывается достаточно для того, чтобы кожа не получила ожог при облучении. Пучки уско­ренных электро­нов применяют при лечении не­глубоко зале­гающих опухо­лей, метастазов в лимфатические узлы, рака кожи и губы.

Нейтронное излучение возникает при распаде радионуклидов (калифорния) или в ускорителях. Нейтронное излучение эффективно при радиорезистентных опухолях. Наличие изотопов позволяет применять данный вид излучения при контактной радиотерапии. Пучок нейтронов, получаемый в ускорителях, имеет характеристики, сходные с рентгеновским излучением.

Протонное излучение. Его называют излучением 21 века из-за его уникальных характеристик. Пучок протонов проходит через ткани, не вызывая их ионизации, а на определенном пути пробега, называемым «пик Брегга» отдает им всю свою энергию, что позволяет сконцентрировать дозу внутри объема мишени и минимизировать дозы в окружающих здоровых тканях. Дальнейшие перспекти­вы этого метода связаны с нарастающим процессом создания спе­циализированных госпитальных центров протонной лучевой тера­пии.

Дистанционные и контактные методы лучевой терапии

Основной принцип проведения лучевой терапии заключается в равномерном облучении опухоли в полном объеме с максимальным щажением окружающих нормальных тканей. Существенное значение при проведении радиотерапии имеет способ подведения ионизирующего излучения к опухоли. Различают дистанционные и контактные способы облучения. При дистанционном облучении источник излучения находится на определенном расстоянии от облучаемого объекта. Дистанционное облучение может быть статическим или подвижным. Статическое облучение производится через одно или несколько входных полей на коже пациента и называется соответственно однопольным или многопольным. Многопольное облучение позволяет уменьшить дозу на поверхностных тканях. Для защиты нормальных тканей от облучения применяют защитные экранирующие блоки из сплава свинца с вольфрамом. Для оптимизации дозных полей широко используют клиновидные фильтры. При проведении подвижного облучения источник все время движется вокруг пациента, оставаясь при этом «наведенным» на патологический очаг. Преимуществом этого метода является еще более значительное снижение дозы в окружающих здоровых тканях. Однако общий объем облучаемых тканей при подвижном облучении возрастает.

         При использовании контактных методов облучения радиоактивные источники  помещаются в опухоли или в непосредственной близости от нее. Полная реализация энергии излучателей на расстоянии до нескольких миллиметров позволяет создавать высокие дозы облучения в органе-мишени без повреждения окружающих нормальных тканей. При контактной лучевой терапии используют гамма-, бета- и нейтронное излучение. Различают открытые и закрытые формы радионуклидов. Источники гамма- и нейтронного излучения помещены в герметически закрытые оболочки, исключающие их попадание в окружающую среду. Бетта-излучающие изотопы представлены в виде различных растворов. При их использовании происходит некоторое всасывание  в кровь и выведение из организма больного с естественными выделениями, при дыхании. При этом происходит радиоактивное заражение окружающей среды, что заставляет применять их в специальных отделениях лучевой терапии, снабженных  аппаратурой для хранения и обезвреживания радиоактивных отходов.

При контактной лучевой терапии существуют 3 основных способа подведения источника радиации.

Первый – это внутриполостной метод облучения. Он  приме­няется при лечении опухолей, возникших в  стенке какой-либо полости тела или  полого органа (прямой кишки,  мочевого пузыря, влагалища, пищевода, носоглотки и     т.д.).     При    этом источник   излучения  с помощью специальных аппликаторов,    зондов или баллонов вводят в естественные    полости тела.    Контактное облучение такого типа осуществляется с помощью аппаратуры типа "АГАТ-ВТ", "Микроселектрон" и др. Разновидностью внутриполостного ме­тода является бетта-терапия, осуществляемая путем прямого введе­ния жидкого радиоактивного препарата в закрытые полости тела (брюшную, плевральную) при плевритах, асцитах.

  Внутритканевой метод облучения заключается в непосредствен­ном введении радиоактивных препаратов в ткань опухоли. Его применяют в основном при ограниченных новообразованиях, объем которых можно точно определить. Для гамма- и нейтронной терапии исполь­зуются закрытые радиоактивные препараты в иглах, проволоке, зернах. Для бетта-терапии применяют открытые радиопрепараты (коллоидные растворы), введение которых осуществляют через инъекционные иглы .

Следующий – это аппликационный метод облучения, при котором закрытые ра­диоактивные препараты с помощью муляжей, масок, аппликато­ров размещают на поверхности облучаемого участка. Этот ме­тод применяется для лечения злокачественных опухолей кожи и слизистых оболочек, распространяющихся вглубь на 1-3 мм для бетта-терапии и на 1-2 см для гамма-терапии.

         Вследствие того, что при контактном облучении дозное поле со­средоточено преимущественно в зоне опухоли, контактная терапия применяется при локально ограниченных опухолях или после дистанционной лучевой терапии. Она  наиболее широко используется при лечении больных раком пищевода, шейки и тела матки, молочной железы, языка, дна полости рта, губы, кожи. Применение контактной лучевой терапии позволяет значительно улучшить результаты лечения больных. Последовательное применение дистанционной и контактной лучевой терапии называется сочетанной лучевой терапией.

Интраоперационная лучевая терапия - это метод лечения онко­логических больных однократным подведением высокой дозы, когда доступ к мишени обеспечивается хирургическим путем и облучается либо сама опухоль, либо ложе после ее удаления.

Важным этапом лучевого лечения является фиксация пациен­та. Для этого используют маски, накладываемые на разные части тела, фиксирующие матрасы для фиксации всего тела, подголов­ники для фиксации головы (рис. 16).

Все это позволяет с высокой точностью подводить заданную до­зу к геометрически ог­раниченному объему, который содержит, или имеет большую вероят­ность содержать ткани, подлежащие облучению с целью повысить дозу в опухоли при этом серьезно не повреждая нормальные ткани

Рационально использовать современные методы лучевой те­рапии практически невозможно без высокоточной предлучевой топометрической подготовки (ПТП). Под ПТП понимают:

- систему определения линейных размеров, площадей и объе­мов патологических образований, органов и анатомических структур;

- обозначение их в количественных терминах; -обозначение синтопии патологических образований и смеж­ных органов в зоне интереса;

- изготовление топометрических карт в масштабе 1:1;

- обозначение на поверхности тела пациента ориентиров для центрации пучка ионизирующего излучения;

- проведение визуального контроля в процессе лечения. Все   топометриче-

ские исследования проводят в тех же по­ложениях, в которых будет облучаться больной

Необходимо также использовать средства, обеспечивающие точность и воспроизводимость укладки больного (держатели ко­нечностей, валики, маски, линейки угловые измерители, различ­ные маркеры и др.)

Клиническая дозиметрия

Реализация программы гарантии качества в лучевой терапии требует получения достоверной первичной дозиметрической ин­формации. Необходимо проводить измерения радиационных ха­рактеристик терапевтических пучков излучения, радиационных полей и поглощенной дозы в фантомах, полей рассеянного излу­чения в каньонах с терапевтическими установками (в целях радиа­ционной безопасности пациентов и персонала), прямые измерения радиационных полей и поглощенной дозы на больных.

Для решения этих задач необходимо иметь соответствующую контрольно-измерительную аппаратуру

Дозиметрическое планирование

Дозиметриче­ское планирование (ДП) является од­ним из наиболее сложных этапов ле­чебной технологии. Основной его зада­чей является обес­печить максимум дозы в опухоли при минимальных лу­чевых повреждени­ях здоровых орга­нов и тканей, особенно в некоторых критических зонах.

Самым доступным способом модификации терапевтического интервала является использование нестандартных схем фракцио­нирования во времени дозы контактного и дистанционного облу­чения. На биологические эффекты ионизирующего излучения ока­зывают существенное влияние величина облучаемого объема, мощность дозы при которой проводят облучение, фракционирова­ние дозы, радиобиологические свойства облучаемых опухолей и нормальных тканей. Эти факторы необходимо учитывать при пла­нировании как контактного, так и сочетанного с ним дистанцион­ного компонентов облучения.

Существует несколько методов установления изоэффективности различных режимов дистанционного и контактного облучения. Широко распространены методы оценки биологического эффекта ионизирующего излучения в нормальных тканях на основе кон­цепции ВДФ.