Методы лучевой терапии

Физическая стадия взаимодействия

Первая - чисто физическая стадия взаимодействия, протекающая за миллиардные доли секунды, состоит в передаче части энергии фотона (частицы) одному из электронов атома с последующей ионизацией и возбуждением атомов (молекул). Ими могут в равной степени оказаться белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты, вода, различные низкомолекулярные органические и неорганические соединения.

Ионам и возбужденным атомам, обладающим избыточной энергией, заимствованной у фотона (частицы) высокой энергии, в силу этого свойственна повышенная химическая реактивность, они способны вступать в такие реакции, которые невозможны для обычных, невозбужденных атомов (молекул).

Физико-химическая стадия взаимодействия

физико-химическая стадия взаимодействия. Имеет значение наличие в облучаемой системе воды и кислорода. Если их нет, возможности химического воздействия активированных радиацией атомов ограничены, локализованы. В присутствии воды возникают положительно заряженные ионы воды Н₂0⁺ и растворенные в воде (гидратированные) электроны: е^-гидр. Присоединяясь к одной из нейтральных молекул, е^- гидр. образует Н₂0^-. В присутствии растворенного кислорода эти активные продукты облучения легко с ним реагируют, образуя такие более долгоживущие и химически активные формы, как свободные радикалы: гидроксильный (гидроперекисный) ОН, супероксидный 0₂, гидропероксид НО₂, а также перекись водорода Н₂О₂. Гидроксильный радикал (ОН) – наиболее реакционноспособная АФК.

Химическая стадия лучевого воздействия

1. Третья - химическая стадия лучевого воздействия длится, как правило, несколько секунд. На этой стадии появляются биохимические повреждения биологически важных макромолекул (нуклеиновых кислот, липидов, белков, углеводов). Образовавшиеся в результате поглощения энергии ионизирующих излучений ионы и свободные радикалы взаимодействуют между собой и с окружающими молекулами.

2. При воздействии продуктов радиолиза воды на аминокислоты, белки, углеводы, нуклеотиды, фосфолипиды, ДНК образуются органические свободные радикалы.

Химическая стадия лучевого воздействия

Наибольшей радиочувствительностью отличаются фосфолипиды, составляющие структурную основу клеточных мембран.

Образующиеся под влиянием облучения радикалы полиненасыщенных жирных кислот взаимодействуют с кислородом с образованием гидроперекисей и нового свободного радикала, что поддерживает цепной характер реакции перекисного окисления липидов (ПОЛ).

В результате цепных реакций липопероксидации образуются алкоксил- и пероксилрадикалы, гидропероксиды и другие молекулярные продукты ПОЛ, обладающие способностью окислять практически любые биомакромолекулы (ДНК, белки и др.).

Химическая стадия лучевого воздействия

1. наибольшим значением для дальнейшей судьбы облученной клетки обладают процессы, происходящие в молекулах ДНК, белков и фосфолипидов.

2. Радиационные повреждения ДНК происходят в результате ее радиолиза – нарушения структуры азотистых оснований, появление одно- и двухнитевых разрывов ДНК, щелочнолабильных сайтов, сшивок ДНК-белок, меж- и внутримолекулярных сшивок.

Химическая стадия лучевого воздействия

1. В белковых макромолекулах облучение может приводить к разрыву пептидной связи и образованию амида, кетокислоты и гидроперекисного радикала. В условиях доступа О₂ и Н₂О происходит нарушение пептидной цепи (разрыв дисульфидных мостиков, водородных связей, отщепление аммиака, сероводорода, окисление сульфгидрильных групп и ароматических аминокислот); образование сшивок между пептидными цепями, нарушение вторичной и третичной структуры белков, что изменяет его функции (ферментативную, гормональную, рецепторную). Образование свободных радикалов влечет за собой изменение структуры белка, что приводит к нарушению его функций (ферментативной, гормональной, рецепторной и др.).

Биологическая стадия лучевого поражения

гибель по репродуктивному или интерфазному типу;

остановка деления;

возникновение «скрытых» (долгоживущих) повреждений различных структур клетки, проявляющихся в виде нарушений ее функций или передающихся по наследству потомству;

полная репарация возникших повреждений, сохранение жизнеспособности и восстановление пролиферации.

Биологическая стадия лучевого поражения

В репродуктивной гибели решающее значение имеет лучевое повреждение хроматина, прежде всего ДНК. Под влиянием радиации возникают одно- и двунитиевые разрывы в молекуле ДНК. В обоих случаях нарушается пространственная структура хроматина и считывание (транскрипция) наследственной информации.

Одиночные разрывы не вызывают поломок молекулы ДНК – вторая нить удерживает концы разорванной первой нити вблизи друг друга, облегчая их восстановление, сшивание репаративными системами. При двойном разрыве концы расходятся, их репарация затруднена.

Биологическая стадия лучевого поражения

1. В жизненном цикле клетки наибольшая радиочувствительность в процессе митоза. Дело в том, что деятельность систем внутриклеточного восстановления к началу митоза полностью прекращается, и все повреждения ДНК, оставшиеся нерепарированными. Во время митоза хромосомы концентрируются, что затрудняет доступ ферментов репарации к поврежденным участкам молекулы ДНК.

Биологическая стадия лучевого поражения

На протяжении G1-фазы наиболее полноценно функционируют системы внутриклеточной репарации.

Поэтому радиочувствительность таких клеток минимальна. В медленно обновляющихся клеточных системах G1-фаза может длиться неделями и даже годами.

В S-фазе репаративные системы либо не работают, либо функционируют слабо. В G2-фазе функционируют системы пострепликативной репарации, эффективность которых, по-видимому, ниже, чем в G 1-фазе.

В итоге большинство клеток млекопитающих наиболее чувствительны к радиации в конце G1-фазы, перед началом синтеза ДНК и перед вступлением в митоз, в самом конце G2-фазы.

Основные факторы, модифицирующие радиочувствительность

Радиочувствительность – способность биологических объектов реагировать на действие ионизирующих излучений процессами деструкции и нарушением функций.

Закон Бергонье и Трибондо, сформулированный в 1902 году. наиболее чувствительные к ионизирующему излучению клетки:

а) находящиеся в момент облучения в процессе активного деления;

б) проходящие многие трансформации в своем жизненном цикле;

в) не имеющие четкой специализации по своей структуре и функциям.

Исключением являются лимфоциты и ооциты.

Кислородный эффект

На радиочувствительность существенное влияние оказывает и кислородный эффект. При падении рО2 ниже 20 мм рт. ст. клетки более устойчивы к действию радиации, чем при более высоком парциальном давлении кислорода. В реализации «кислородного эффекта» облучения важнейшую роль играют: активные формы кислорода (АФК), активные соединения азота (АСА) и продукты ПОЛ.

Кроме того, в присутствии кислорода уменьшается возможность репарации свободных радикалов SH-группами.

Кислородный эффект

На радиочувствительность существенное влияние оказывает и кислородный эффект. При падении рО2 ниже 20 мм рт. ст. клетки более устойчивы к действию радиации, чем при более высоком парциальном давлении кислорода. В реализации «кислородного эффекта» облучения важнейшую роль играют: активные формы кислорода (АФК), активные соединения азота (АСА) и продукты ПОЛ.

Кроме того, в присутствии кислорода уменьшается возможность репарации свободных радикалов SH-группами.

Постлучевые процессы в опухоли

В опухоли сочетаются в разных соотношениях клеточные популяции и неклеточные компоненты соединительной ткани. Эта система реагирует на излучение в соответствии с общими радиобиологическими закономерностями. Опухоль расслаивается на отдельные фрагменты разрастающейся грануляционной тканью. В последней много капилляров, эпителиоидных и лимфатических клеток, гистиоцитов, фибробластов. Существенные изменения происходят в сосудах, питающих опухоль. Мелкие сосуды облитерируются, что нарушает трофику тканей. В крупных сосудах развиваются эндофлебит и эндартериит, что также ведет к расстройству питания опухоли. При достаточной дозе излучения гибнут опухолевые клетки, а грануляционная ткань постепенно превращается в рубцовую.