Введение в ядерную терапию

https://ic.pics.livejournal.com/ss69100/44650003/1656446/1656446_600.jpg
Ядерная медицина – тема обширная, весной мы остановили свои рассказы на том, как свойства атомных ядер помогают с определением самых сложных, непростых диагнозов.

Однако, хоть диагностирование в медицине чрезвычайно важно, медицина без лечения, без терапии – не медицина, а только ее часть.

Могут ли атомы, излучения быть полезны и для лечебных процедур? Ответ известен – могут. Слово «химиотерапия» наверняка слышали все, и никому из нас не хочется оказаться с ней близко знакомым лично.

От всей души желаем каждому из наших читателей, чтобы здоровье их было в полном порядке, болезни обходили стороной, причем самой дальней. Ну, а мы продолжим знакомство с ядерной медициной, теперь уже терапевтической, лечебной.

Физики открывают тайны атомного ядра

Мысли о том, что радиоактивность может оказаться пригодной в медицинских целях, появились сразу у нескольких ученых – мысли эти, что называется, витали в воздухе, поэтому нельзя назвать конкретного человека, который попробовал первым начать эксперименты в этом направлении.

Происходило это в конце даже не прошлого, а позапрошлого века, когда открытия, связанные со свойствами атомов, сыпались друг за другом, как из рога изобилия.

Мы уже описывали открытия, сделанные физиками в области атомных ядер, в предыдущих статьях, поэтому на этот раз повторим их «речитативом», коротко.

http://geoenergetics.ru/biblioteka/yadernaya-medicina/

1895 – Вильгельм Рентген открывает Х-лучи, 1896 – Антуан Беккерель открывает явление естественной радиоактивности, в том же году супруги Пьер и Мария Кюри открывают радиоактивные свойства полония и радия.

1898 год – Эрнест Резерфорд обнаруживает, что уран испускает два разных излучения, менее проникающее, которое он назвал альфа-излучением, и излучение более проникающее, которое мы с той поры называем бета-излучением.

1900 – Поль Виллар обнаруживает у урана еще и третий тип излучения, наиболее глубоко проникающий и, по аналогии с придумкой Резерфорда, называет его гамма-излучением. Лаборатория Резерфорда стала тем местом, где он сам и выяснил, что альфа-излучение является потоком альфа-частиц, ядер гелия; бета-излучение оказалось потоком электронов; гамма-излучение представляет собой поток высокочастотных квантов.

1931 год – Эрнест Лоуренс создает первый циклотрон, ставший на долгое время основным инструментом физиков-ядерщиков.

В 1932 году Джеймс Чедвик открыл нейтрон, а Карл Андерсон – позитрон, античастицу электрона. В 1934 году супруги Жоли-Кюри в своей лаборатории впервые создали искусственные радиоактивные изотопы, которые с той поры стали использовать в лучевой диагностике и терапии наряду с рентгеновскими излучениями. Открытие тем более важно, что в природе существует всего 300 естественных радиоактивных изотопов, а вот искусственных создано более полутора тысяч.

В 1940 году Георгий Флеров и Константин Петржак отрывают четвертый тип радиоактивности – самопроизвольный распад ядер тяжелых элементов, в результате чего получаются два осколка с приблизительно равными массами.

До следующих открытий, имеющих отношение к ядерной медицине, прошло более 40 лет – в 1982 году группа немецких ученых под руководством Стефана Хофманна, используя самый мощный на тот момент в мире ускоритель многозарядных ионов открыли позитронную радиоактивность.

Спустя два года, в 1984-м, независимые группы ученых – в СССР и в Англии открыли еще один вид радиоактивности – кластерную. При ней ядра ряда тяжелых элементов испускают ядерные фрагменты, намного более тяжелые, чем альфа-частица – атомные ядра с атомными массами от 14 до 34.

Медики увидели переспективы

Открытия конца XIX века вызвали небывалый интерес сначала у физиков по всему миру, которые буквально бросились проводить эксперименты, связанные с радиоактивностью. Ни о какой технике безопасности тогда и думать-то никто не мог – физики еще не понимали, каково истинное строение ядер атомов, какие элементарные частицы вырываются из них на волю.

Но атомам ведь все равно, знаем мы их истинную природу или нет, они «живут» по законам природы, по законам физики, до нас им дела нет, потому побочные эффекты не замедлили явиться во всей красоте.

Один физик за другим вынужден был обращаться за помощью к медикам – ожоги, резкое ухудшение самочувствия и прочие прелести вариантов не оставляли. Поскольку обращений было много, радиоактивностью вскоре заинтересовались и медики. Именно ожоги кожи привели медиков к мысли о наличии повреждающего эффекта у рентгеновских лучей, а потом и радия.

Совсем немного времени спустя у медиков появилась мысль об использовании нового открытия для уничтожения злокачественных опухолей.

Одна из первых попыток рентгенотерапии рака – работа доктора Дж. Джилмана из Чикаго, к которому обратился за помощью физик Е. Груббе после опытов с Х-лучами. Увидев такое действие облучения, Джилман направил к Груббе больную с неоперабельным раком молочной железы, и первый документированный сеанс терапевтического использования рентгеновских лучей был зафиксирован 29 января 1896 года.

В начале ХХ века медики стали получать информацию от физиков, которые хладнокровно фиксировали поражения, полученные ими во время их экспериментов.

Анри Беккерель и супруги Кюри описали патологическое влияние радия на кожу, полученные ими в результате длительного контакта препаратов с их кожей, полученные от них данные медики стали сразу в нескольких странах – лучевая терапия развивалась одновременно едва ли не во всем мире.

Отметим, что как прикладная наука радиотерапия довольно долгое время была чисто эмпирической, ведь ни у физиков, ни у медиков не было полного понимания физических основ разных типов излучения и понимания того, что происходит с опухолями и здоровыми тканями организма при воздействии радиации.

Жестоко по отношению к пациентам, которые становились «подопытными кроликами»?

Вовсе нет. В начале минувшего века число выживших при онкологических заболеваниях составлял не более 5%, любой пациент отдавал себе отчет в том, что шансов выйти своими ногами из больницы у него чрезвычайно мало.

Ну, а медики подходили к опытам с излучением пошагово, крайне осторожно, старательно фиксируя все изменения опухолей, все осложнения, возникающие в здоровых тканях.

https://imgprx.livejournal.net/214c35b35a9a85778ea61f72bbd2f6ee7bcdc5dd/fg5mnc56OiM_4ZA46JCvmvT3gTJLyS2h2qMceL7xEGCWbMUjsJWHxNWvy2Ek6x6TRAuBanougMaLVK5rLKxVfF8_aAqMAe6vtEaYliS4qoHL3OTsGDOjg1tSImNCtzfSxBkPBBiWAKs_-1pYKd_WIw

Московский научно-исследовательский онкологический институт имени Герцена, Фото: mnioi.ru

Отметим, что Россия оказалась едва ли не первой страной в мире, где началось систематическое изучение, применение и развитие методов радиотерапии. Уже в 1903 году был основан Институт имени Морозовых Императорского Московского университета, который успешно работает и сейчас, пройдя через все революции и войны.

Теперь он называется Московский Научно-Исследовательский Онкологический Институт (МНИОИ) имени Герцена и является одним из ведущих научных и лечебно-профилактических онкологического профиля страны.

Уже в год своего основания Институт получил из Франции роскошный подарок – супруги Кюри обеспечили его запасом радия, который в те времена стоил ровно в 200 раз дороже золота. Стоит отдать должное физикам и медикам того времени – они работали все и одновременно, не играя в столь популярную в наше время «игру патентов», открытиями обменивались на совершенно бескорыстной основе.

Еще одна особенность – тесное взаимодействие физиков и медиков, каждое новое открытие физиков мгновенно становилось достоянием медиков, медики зачастую «заказывали» те или иные исследования у физиков, физики внимательно изучали, какие результаты получались у медиков.

Медики придумывали все новые способы обеспечения взаимодействия излучения и опухолевых тканей – рентгеновское излучение разной мощности, размещали рентгеновский аппарат на разных расстояниях от больного органа, прикладывали трубочки с солями радия к поверхности опухолей, очень быстро стали пробовать вводить радиоизотопы внутрь организма.

Запаянные трубочки с солями радия, золотые и платиновые иглы, булавки, шарики, спирали, гранулы, цилиндров, жесткие и гибкие аппликаторы различной формы – медики и физики искали все новые способы борьбы со страшным заболеванием.

Физика лучевой терапии

По мере развития медицины и физики, ученые, наконец, смогли понять, каким образом излучения справляются с клетками рака – от практики смогли перейти к теории. Под воздействием излучения нарушается ДНК раковых клеток, что приводит к подавлению и полному прекращению образования новых клеток опухоли.

Раковые клетки размножаются значительно быстрее, чем клетки здоровых тканей, в результате основной «удар» излучения приходится именно по клеткам рака как самым активным.

Эмпирически, опытным методом медики первой трети прошлого века выяснили, что клетки здоровой ткани получают кратно меньшие повреждения, что и приводит к тому, что имеется возможность подавить и уничтожить опухоли, нанеся при этом намного меньшие повреждения здоровым тканям, чем это удавалось сделать при помощи традиционного в таких случаях медицинского скальпеля.

Эта физика процесса определила и определяет все дальнейшее развитие лучевой терапии: суметь сфокусировать дозу излучения только исключительно на клетках опухоли, максимально щадя при этом здоровые ткани.

Развивалась лучевая терапия значительно активнее радиоактивных методов диагностики, используя едва ли не все до одного открытия ядерной физики.

Описать все методы, используемые ныне в радиотерапии в рамках одной статьи невозможно, только описание физики медицинских методов превратится в цикл статей, а начать придется с классификации этих методов.

Классификация

Очевидно главное разделение методов – внешние и внутренние. Излучение подводится извне дистанционно или же при непосредственном контакте радиофармпрепаратов с опухолью (на коже или на слизистых оболочках).

Дистанция, на которой находится источник излучения и опухоль, разумеется, могут быть разными, в зависимости от этого различают близкофокусную лучевую терапию (дистанция менее 7,5 см) и собственно дистанционную радиотерапию (от 30 см).

Вводить радиофармпрепараты в организм человека тоже можно по-разному – в полость, внутри которой «прячется» раковая опухоль и непосредственно в саму опухоль (этот метод называется брахитерапия), в кровеносные и лимфатические сосуды, в просветы пищевода, трахеи или бронхов.

Лучевая терапия может быть радикальной, паллиативной и симптоматической – в первом случае ее используют для полного удаления опухолевой ткани, во втором задачей радиотерапии является уменьшение размеров опухоли и замедление процесса ее роста, в третьем радиотерапия нужна для снятия каких-либо синдромов, связанных с развитием опухоли.

К сожалению, бывает так, что опухоль прорастает внутрь жизненно важных органов или в крупные кровеносные сосуды – тогда полностью удалить ее невозможно, но методы радиотерапии позволяют значительно продлить жизнь пациента, избавить его от болей без использования наркотических веществ.

Еще одно разделение методов лучевой терапии – она может быть комбинированной или сочетанной. Комбинируют ее с другими лечебными методами – например, с хирургией, а сочетают одновременно несколько способов радиационного воздействия.

https://imgprx.livejournal.net/3cfdbfb5d0ff5d2184d7e3427dc2181ed1921066/fg5mnc56OiM_4ZA46JCvmvT3gTJLyS2h2qMceL7xEGCWbMUjsJWHxNWvy2Ek6x6TRAuBanougMaLVK5rLKxVfHMFPitykRWgj2e3MKuWb1zxlU2VmWo7icSlg_yY_5FYjE61EMVvT1381cZUA3mZwQ

Лучевая (ядерная) терапия, Рис.: mnioi.ru

Перечисленные методы лучевой терапии вот так подразделяют именно медики, которые подбирают метод лечения практически индивидуально для каждого пациента – в зависимости от того, какой орган тела насколько серьезно поврежден, в зависимости от «возраста» опухоли, от состояния пациента, от индивидуальной переносимости к радиации и так далее.

Логически очевидно, что необходимая доза всякий раз оказывается разной, всякий раз надо определиться, за сколько сеансов ее необходимо применить к опухоли. Следовательно, в зависимости от различного распределения дозы излучения лучевую терапию подразделяют на однократную, фракционированную или дробную; бывает необходимость и непрерывном облучении.

Поскольку медики уже много лет совершенствуют методы лечения при помощи радиотерапии, схем фракционирования доз излучения в настоящее время – 13 штук, но описывать каждую из них уместнее для учебника, чем для статьи.

В качестве «лирического отступления» еще раз подробно поясним, по какой причине редакция журнала Геоэнергетика решила, что обязана познакомить читателей с ядерной медициной вообще и с радиотерапией в частности. Причин, собственно говоря, две.

Во-первых, бесконечные, навязчивые, маниакальные рассказы о «невероятной опасности радиации» откровенно утомляют, поэтому показать реальные факты того, как радиация спасает наши жизни – необходимо.

Во-вторых, методы ядерной медицины, если отбросить все детали – это способы использования энергии для блага нашей с вами цивилизации. Энергия рентгеновского и гамма излучения, энергия атомных ядер – это все наше, «родное».

Если же немного серьезнее, то дело в том, что различные направления ядерной медицины – удивительное явления в истории развития науки и технологий, удивительный сплав фундаментальной физики и не менее фундаментальных медицины и биологии.

Для того, чтобы получить требуемые медиками препараты, физики используют ускорители и ядерные реакторы, делят ядра химических элементов самыми разными методами, вынуждены придумывать всевозможные средства защиты от вредного воздействия радиации.

Как научная дисциплина, ядерная медицина – это симбиоз нескольких наук, достаточно новое, бурно развивающееся направление, требующее появления специалистов широкого профиля, ей нужны люди, одинаково хорошо разбирающиеся в таких не очень-то смежных дисциплинах.

https://imgprx.livejournal.net/2a9eb652fc8331c7142923df91ad294b0acbb3b0/fg5mnc56OiM_4ZA46JCvmvT3gTJLyS2h2qMceL7xEGCWbMUjsJWHxNWvy2Ek6x6TRAuBanougMaLVK5rLKxVfFLOgrbuDt-O4OE6N3avW95XYig_TvIYxGKGRBC-709R3ZBsNFh143ICZH-5YaIYzg

Фото: atomic-energy.ru

Вот уже второй год наш МИФИ, базовый вуз Росатома, принимает студентов на факультет ядерной медицины – страна включается в научную и технологическую гонку.

Мы постараемся приложить максимум усилий, чтобы о ядерной медицине узнали вы, наши читатели, и очень надеемся на то, что вашими стараниями о ней узнают те, кому ее предстоит развивать – наше подрастающее поколение.

Это молодым ребятам – идти в учебные аудитории, это им – осваивать и развивать междисциплинарную науку, это им – прикладывать усилия для того, чтобы справиться с одной из самых страшных болезней, им – разрабатывать новые и новые методы лечения.

Если вы полагаете, что мы уже перечислили все, что медики придумали, то это вы зря. При проведении лучевой терапии они еще используют методы модификации чувствительности клеток опухоли к радиации – при помощи одного вида излучения делают раковые клетки более чувствительными к удару по ним другим, «основным», излучением.

Любовь медиков к «несложной» терминологии, использование которой неподготовленным человеком приводит к вывиху языка, общеизвестна, так что уж не обессудьте.

Вот этот метод они называют радиосенсибилизацией, а метод, при помощи которого они защищают здоровые ткани от того самого «основного излучения» – радиопротекцией.

А еще медики выяснили, что раковые клетки и клетки здоровые совершенно по-разному насыщаются кислородом, что тоже может быть полезным при радиотерапии – все, что для этого требуется, так это подать пациенту кислородную маску и дать такой процедуре «простое» название – оксигенотерапия.

В том случае, если больной будет дышать насыщенным кислородом воздухом не через маску, а находясь в специальной барокамере, название меняется на оксигенобаротерапия. Можно действовать и прямо противоположным методом: наложить на поврежденную конечность пациента пневматический жгут, тогда кислород из здоровых тканей уйдет практически сразу, а в клетках рака он задержится значительно дольше, и вот в эти минуты на них и направляется правильно подобранная доза излучения.

Готовы прочитать название метода? Регионарная турникетная гипоксия. Если обойтись без всяких жгутов, а дать больному подышать гипоксической смесью (обедненным по кислороду воздухом), медики возрадуются тому, что имеют возможность использовать гипоксическую гипоксию.

Конечно, при лечении онкологии бывают и такие случаи, когда медики приходят к решению о необходимости хирургического вмешательства. Лучевая терапия может быть предоперационной и послеоперационной – она способна подготовить организм к проведению хирургической операции и быстрее восстановиться после нее.

Больше того – во время проведения операции медики могут использовать вместо скальпеля большую дозу радиации, применить ее к открытой хирургическим путем опухоли, не повреждая окружающие ткани и сосуды. Это – метод интраоперационной радиотерапии.

Физический инструментарий ядерных медиков

Определившись с тем, как именно они будут лечить того или иного человека, медики смотрят на «инструментарий», предоставленный им физиками. Повторим, что это статья ознакомительная, поэтому и сейчас – просто список того, что умеют делать физики для нас с вами, если случилась онкологическая проблема.

Итак, вот список того, что в распоряжение медиков способны предложить ядерные физики:

• электромагнитные излучения;


• рентгеновское излучение;


• тормозное излучение;


• характеристическое излучение;


• тормозное излучение высокой энергии;


• гамма-излучение;


• фотоэффект;


• эффект Комптона;


• образование электрон-позитронных пар;


• корпускулярное излучение, то есть потоки заряженных частиц, электронов, протонов, нейтронов, пи-мезонов и тяжелых ионов, гамма и бета излучения.

Разумеется, каждое из видов излучения может быть совмещено с другим, их могут применять последовательно и в комбинациях.

Вот теперь подведем некий промежуточный итог. Методов лучевой терапии – множество, физических процессов, которые помогают медикам при решении их жизненно важных для больных задач – еще одно множество.

Само собой, что рассказать о них в 1-2 статьях не получится, а потому впереди целый цикл, в котором мы постараемся познакомить вас со всем тем, что сегодня здесь размещено в качестве двух списков. Знакомя с медицинскими достижениями, мы просто вынуждены будем, аккуратно и без спешки, познакомить вас с небольшим таким курсом ядерной и радиационной физики.

Что из этого получится, сказать пока трудно, но одно известно точно – мы будем стараться во всех статьях обходиться без формул и опираться на его величество Здравый Смысл, поскольку убеждены, что сделать это вполне можно.

А теперь о том, по какой такой причине мы, после полугодового перерыва, вернулись к теме ядерной медицины.

http://geoenergetics.ru/2017/11/09/yaderno-medicinskie-itogi-goda-v-rossii/

Неординарное событие – не так часто награда достается коллективу, в котором совместно работают ядерные физики и медики и, как видите, стараемся сдержать обещание рассказать о методах, применяемых в настоящее время в лучевой терапии. Теперь уже чуточку понятнее, о чем говорится.

Брахитерапия – внутренний метод радиотерапии, при котором источник радиации вносится непосредственно внутрь опухоли. Делают это при помощи очень тонких игл, на которой размещена капсула с радиоактивным элементом, которая вскрывается только после того, как игла доберется до нужного места.

Качество иголки, возможность точно в нужное время вскрыть капсулу, изолирование капсулы на все время ее хранения, точно рассчитанная доза – вот небольшой такой набор сложностей, связанных с иголкой как «транспортным средством» для лечебного препарата, каковым стал изотоп йода-125, с которыми пришлось справиться нашим физикам.

Еще одна сложность – производство этого изотопа, что тоже далеко не просто, тоже требует серьезных усилий.

Комментарий, который после вручения Правительственной Премии был сделан директором ФЭИ Андреем Говердовским, был частью его интервью, сегодня мы с удовольствием размещаем полный текст:

– Как сейчас идет проект по микроисточникам с йодом-125 для брахитерапии? Можно ли сказать, что это уже – в хорошем смысле – рутинный процесс? Или надо решать еще какие-либо проблемы, например, разрешительного характера?

Все вопросы разрешительного характера у нас решены. Число клиник, использующих наши микроисточники, растет. Теперь операции по брахитерапии с использованием отечественных микроисточников с йодом-125 будут делать и в Сибири. Цена наших микроисточников значительно ниже, поэтому мы уверены, что спрос будет продолжать расти.

– Сколько уже сейчас операций проведено с использованием микроисточников на основе I-125? Как сами врачи оценивают качество источников?

На данный момент проведено более 80 операций. Врачи оценивают качество очень высоко, поэтому и применяют отечественные микроисточники для операций. Качество подтверждают и положительные результаты уже проведенных операций.

– Ранее сообщалось, что новым перспективным «ядерно-медицинским» направлением для ФЭИ станет и проект по радиофармпрепаратам на основе иттрия-90 для лечения рака печени. В какие сроки, в сотрудничестве с какими центрами (МРНЦ и Институтом Бурназяна) и какие результаты (в частности, по доклиническим испытаниям) планируется получить?

Работа по итрию-90 сейчас становится первоочередным проектом. Нам необходимо время на доведение технологии, и мы выйдем на доклинические испытания, которые мы будем проводить вместе с МРНЦ им. Цыба.

Данная работа поддержана Минобрнауки Российской Федерации. При этом предусмотрено финансирование как нашей части работ, так и части, которую будут выполнять медики. Мы идем с ними в паре.

– Среди других перспективных направлений – это альфа-эмиттеры, прежде всего радий-223. Что здесь (и тоже – с кем) планируется сделать в ближайшие годы?

В ближайшие годы мы собираемся сделать генератор радия-223 для лечения метастазов. Это еще один мощный совместный проект с МРНЦ, который займет не менее семи лет. Это очень важная работа, потому что аналогов очень дорогим зарубежным препаратам сегодня нет. Мы рассчитываем понизить стоимость примерно на порядок. Для пациентов это будет очень существенно.

– Как идет проект по генераторам рения-188? Какие основные этапы в нем пройдены и когда можно ожидать выхода на рынок этих установок?

Генератор рения-188 – это первая генераторная система для радиотерапии, и мы ожидаем большое будущее для данного генератора, тем более, что материнский изотоп для него производится в достаточном количестве в НИИАР. ФЭИ уже давно его производит и имел в свое время регистрационное удостоверение (РУ), но поменялись правила, и сейчас нами ведется работа для получения нового РУ.

В России широко ведутся работы по созданию лекарственных наборов для этого генератора. Уже созданы два препарата и прошли клинические испытания. После получения РУ на генератор эти препараты получат право на использования их в клиниках. На очереди еще несколько препаратов в разработке у наших ведущих институтов и фармацевтических фирмах.

Мы ожидаем большой спрос на наши генераторы не только в России, но и за рубежом, особенно в странах Юго-Восточной Азии. Для поставок нашей продукции за рубеж создан участок по их производству по всем правилам GMP. В настоящее время идет оснащение его специальным оборудованием.

Как видите, в интервью есть небольшой рассказ не только о йоде-125, но и еще о трех изотопах.

С точки зрения физики это не просто разные химические элементы, а источники излучений разных типов. Йод-125 и иттрий-90 испускают электроны – это бета-радиоактивность, радий-223 альфа радиоактивен, а рений-188 является источником гамма-излучения.

Согласитесь, что интервью директора ФЭИ замечательно тем, что подробный рассказ обо всех перечисленных им изотопах и о том, как именно их используют медики в радиотерапии – готовый сценарий для нашей следующей статьи. В ближайшее время мы предоставим ее вашему вниманию.

Б. Марцинкевич

***

Источник.