Основные факторы, модифицирующие радиочувствительность

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

При трактовке радиочувствительности клеток и тканей при определенных ограничениях может быть использован закон Бергонье и Трибондо, сформулированный еще в 1902 году. Согласно этому закону, наиболее чувствительные к ионизирующему излучению ткани содержат клетки:

1. Находящиеся в момент облучения в процессе активного деления.

2. Проходящие многие трансформации в своем жизненном цикле.

3. Не имеющие четкой специализации по своей структуре и функциям.

Исключением являются лимфоциты и ооциты, которые являются высокорадиочувствительными, находясь в интерфазе.

На радиочувствительность существенное влияние оказывает и кислородный эффект. Клетки с нормальным содержанием кислорода значительно чувствительней к действию редкоионизирующего излучения, чем находящиеся в состоянии гипоксии. При падении рО₂ниже 20 мм рт. ст. клетки более устойчивы к действию радиации, чем при более высоком парциальном давлении кислорода. Радиомодифицирующее действие кислорода может быть связано с увеличением образования гидропероксида (НО₂). Этот радикал, обладающий высокой окислительной способностью, образуется при облучении воды в присутствии кислорода: Н + О₂= НО₂. Выход этого радикала уменьшается пропорционально падению парциального давления кислорода. Кроме того, в присутствии кислорода уменьшается возможность репарации свободных радикалов SH-группами. Следует отметить, что степень насыщенности тканей кислородом не имеет значения при поражении плотноионизирующим излучением.

Температура также влияет на радиочувствительность. Понижение температуры тела способно повысить сопротивляемость организма к действию ионизирующего излучения. В некоторых случаях это ведет лишь к отсроченности наступления радиационных последствий. В то же время повышение температуры тканей повышает их радиочувствительность. Определенную роль при этом играет кислород, а также зависимость митоза от температуры.

Таким образом, клетки – основные структурные элементы организма, в частности, млекопитающих и человека. Разумеется, на более высоких уровнях организации живого – тканевом, органном, системном, организменном, популяционном, видовом, биоценотическом – вступают в свои права новые закономерности и ограничения в действии радиации. Однако основные события происходят на уровне клеток.

Радиобиологические принципы лучевой терапии опухолей

Проанализировав историю развития лучевой терапии злокачественных новообразований, нетрудно убедиться, что, наряду с естественной зависимостью от физико-технического прогресса, ее основные успехи связаны с достижениями в области изучения биологического действия ионизирующих излучений.

Каковы же радиобиологические принципы, определяющие стратегию лучевой терапии?

1. Непосредственная постоянная связь эффекта с поглощенной дозой излучения, определяемая числом клеток в облученном объекте и их радиочувствительностью.

2. Использование количественных критериев эффективности лечения, прежде всего, фактора терапевтического выигрыша, что требует параллельной оценки реакций опухолей и нормальных тканей.

3. Прижизненная динамическая оценка ведущих физиологических и биохимических параметров опухолей (кровотока, рН, кислородного статуса и др.), а также возможных кинетических показателей опухолевых клеточных популяций.

4. Максимальное усовершенствование методов локального и регионального лечения, имея в виду не только улучшение непосредственных результатов, но и связанные с ними потенциальные возможности увеличения показателей выживаемости.

5. Управление тканевой радиочувствительностью с помощью средств, избирательно или преимущественно усиливающих противоопухолевый эффект ионизирующих излучений и/или ослабляющих их действие на нормальные ткани.

6. Комбинированное применение радиомодифицирующих агентов (полирадиомодификация).

7. Стремление к индивидуализированной лучевой терапии и применение радиомодифицирующих агентов, основанное на разработке прогностических критериев оценки их эффективности, а, следовательно, и коррекции их применения в процессе лечения.

Опухоль – это сложная клеточная система с определенной внутренней организацией. В ней сочетаются в разных соотношениях клеточные популяции и неклеточные компоненты соединительной ткани. Эта система реагирует на излучение в соответствии с общими радиобиологическими закономерностями, о которых мы говорили выше. 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.

Радиочувствительность клетки, т.е. ее реакция на облучение, определяется большим числом факторов. Она зависит от возраста и состояния больного, от состояния окружающих опухоль тканей, от гистологического типа новообразования, соотношения в нем объемов клеточных и стромальных элементов, скорости репопуляции клеток, наличия некротических участков, количества клеток с низким содержанием кислорода. Среди всех факторов явно доминируют два: число гипоксических клеток и число непролиферирующих покоящихся клоногенных элементов.

Опухоли любого и даже одинакового гистологического строения всегда содержат как недифференцированные, так и дифференцированные клетки. Васкуляризация и оксигенация этих клеток неодинакова. Имеются клетки нормально насыщенные кислородом, гипоксические и аноксические. При падении рО₂ниже 20 мм рт. ст. клетки более устойчивы к действию радиации, чем при более высоком парциальном давлении кислорода. Причина хронической гипоксии вызвана удалением от капилляра клеток из-за неконтролируемого деления тех из них, которые расположены ближе к этому источнику кислорода и питательных веществ. Кислород является самым сильным из известных модификаторов лучевого поражения. Концентрация кислорода и глюкозы в крови в нормальных условиях достаточна для обеспечения жизнедеятельности клеток, располагающихся на расстоянии до 100-150 мкм от ближайшего капилляра, что составляет 10-15 клеточных слоев. До клеток, оттесняемых на большее расстояние, эти метаболиты не доходят, что и приводит к возникновению некрозов.

Радиочувствительность (До), т.е. наклон кривых выживаемости нормоксических и аноксических клеток на графике зависимости эффекта от дозы различается в 2,5-3,5 раза. Закономерной связи между величиной гипоксической фракции и гистологическим строением опухоли, размером или скоростью роста новообразования установить не удалось. Гипоксические клетки обнаружены и в довольно маленьких опухолях.

Здоровые ткани человеческого организма и опухолевая ткань мало различаются по радиочувствительности (причина, как указывалось выше, – гипоксические клетки и способность опухоли к быстрой репопуляции).

Успех лучевой терапии зависит от наибольшей концентрации дозы излучения в опухоли и направленного изменения радиочувствительности опухоли и окружающих ее нормальных тканей с помощью различных средств и методов.

Следовательно, центральной проблемой лучевой терапии является искусственное управление лучевыми реакциями нормальных и опухолевых клеток с целью максимального повреждения опухоли и сохранения нормальных тканевых элементов. Средства, которые усиливают лучевые реакции здоровых клеток, называют радиомодифицирующими агентами.

Дело в том, что никакой особой разницы в радиочувствительности здоровых и опухолевых клеток нет; как и для здоровых клеток, радиочувствительность злокачественных клеток варьирует в широких пределах и иногда оказывается большей, а иногда и меньшей (из-за наличия гипоксических зон), чем у клеток здоровых тканей. При этом обнаружено существенное варьирование радиочувствительности индивидуальных опухолей одного и того же вида.