Види випромінювань, що застосовуються у медичній практиці . Біологічна дія іонізуючих випромінювань на здорову та патологічно змінену клітину.

Променева терапія — це розділ медичної радіології, який вивчає застосування іонізуючих випромінювань для лікування хвороб.

Променева терапія проводиться в радіологічних відділеннях онкологічних диспансерів та НДІ. Для лікування злоякісних пухлин променева терапія застосовується майже у 80% хворих в поєднанні із хірургічним чи хіміотерапевтичним методами та майже у 40% хворих променева терапія проводиться як самостійний радикальний метод лікування.

В медичній практиці використовуються як іонізуючі (альфа-, бета-, гама-, рентгенівське, нейтронне та протонне),так і неіонізуючі (ультразвукове, інфрачервоне, лазерне, резонансне радіочастотне) випромінювання.

Джерела іонізуючих випромінювань. Розрізняють природні джерела — космічне випромінювання і природні радіонукліди Землі та штучні джерела іонізуючого випромінювання - нерадіонуклідні та радіонуклідні.

Нерадіонуклідні джерела випромінювань — це технічні пристрої, які не містять у собі радіоактивних речовин, але за певних умов здатні генерувати іонізуюче випромінювання за рахунок прискорення і гальмування заряджених частинок. Це генератори рентгенівського (рентгенівські апарати близько- та далекодистанційні), гальмівного та корпускулярного випромінень високих енергій (лінійні прискорювачі електронів, синхрофазотрони, синхроциклофазотрони та ін.).

Радіонуклідні джерела іонізуючих випромінень — це джерела випромінень безперервної дії, в яких міститься радіоактивна речовина. В залежності від технологічного призначення розрізняють закриті та відкриті джерела іонізуючого випромінювання.

Закрите джерело — це радіоактивне джерело іонізуючого випромінювання, обладнання якого виключає потрапляння радіоактивної речовини, що в ньому міститься, у зовнішнє середовище, це: радіоактивні препарати (голки, кульки та ін.) та гама-терапевтичні установки для статичного та динамічного опромінення.

Відкрите джерело — це радіоактивне джерело випромінювання, при використанні якого можливе потрапляння в зовнішнє середовище радіоактивної речовини, що в ньому міститься - це справжні розчини та суспензії радіоактивних речовин.

Фізичні властивості та проникаюча здатність деяких іонізуючих випромінювань представлені в табл.2.1.

Таблиця 2.1. Фізичні властивості та проникаюча здатність деяких видів іонізуючих випромінювань.

Види випромінювань	Енергія випромінювань МеВ	Швидкість поширення в вакуумі км/с	Довжина пробігу в повітрі	Довжина пробігу в тканинах	Іонізуюча здатність (щільність іонізації на одиницю шляху пробігу)
Альфа	1-10	20 000	до 20 см	до 50 мкм	10 000-20 000 пар/мм
Бета	0,1-2	270 000	до 15 м	до 1 см	5-10 пар/мм
Гамма	0,1-20	300 000	сотні метрів	десятки сантиметрів	1 пара/см
Нейтрони	0,5-10	0,001-1000000	сотні метрів	сантиметри, метри	Сотні, десятки тисяч пар на мм

Біологічна дія іонізуючих випромінювань.

Під біологічною дією іонізуючих випромінювань розуміють їх здатність викликати функціональні, анатомічні і метаболічні зміни на всіх рівнях біологічної організації. Біологічна дія іонізуючих випромінювань зумовлена енергією, що передається випромінюваннями різним тканинам і органам.

В основі біологічної дії іонізуючих випромінювань лежать:

- поглинання енергії випромінювання біосубстратом;

- іонізація і збудження атомів і молекул, радіоліз води з утворенням вільних радикалів H⁺ OH^- і пероксиду водню - H₂O₂, утворення активних вільних радикалів, розвиток первинних радіаційно-хімічних реакцій і пошкодження високомолекулярних сполук.

Первинна дія випромінювання може бути прямою і непрямою. При прямому впливі випромінювання відбувається збудження та іонізація молекул речовини тканин і органів.

Передача енергії іонізуючого випромінювання речовині здійснюється в дуже короткий термін (див. табл. 2.2):

Таблиця 2.2. Стадії променевого ураження

Час	Етап ураження	Рівень біологічної організації
10^-12 сек	Фізична взаємодія, поглинання енергії, іонізація і збудження молекул.	Молекулярний
10^-9-10^-3 сек	Первинні радіохімічні реакції, утворення радикалів. Зміни молекул, порушення біохімії клітин.	Субклітинний
Секунди-хвилини	Ураження клітин: порушення структур, що забезпечують функцію і спадковість клітин.	Клітинний
Хвилини-години	Порушення морфології клітин та їх загибель	Тканинний, органний
Хвилини-місяці	Ураження цілісного організму: порушення функцій органів і систем; морфологічні зміни в органах і системах; загибель організму	Цілісний організм
Все життя індивідуума	Віддалені соматичні ефекти (зниження опірності, скорочення тривалості життя, розвиток раку або лейкозу, дистрофічні зміни тканин)
Невизначено тривалий час	Генетичні наслідки опромінення	Популяційний

Іонізація і збудження атомів і молекул опроміненої тканини є первинним фізичним процесом, що зумовлює пусковий механізм біологічної дії іонізуючого випромінювання, тому її називають прямою дією. При цьому відбувається розрив молекулярних зв'язків з утворенням вільних радикалів з високою хімічною активністю. Вони взаємодіють з оточуючими інтактними атомами та молекулами (молекулами органічних речовин, розчинених у воді: білків, нуклеопротеїдів, ліпідів, ферментів тощо), внаслідок чого відбувається їх розщеплення з утворенням наступних вільних радикалів, які взаємодіють з неопроміненими молекулами і зумовлюють непряму дію іонізуючого випромінювання, тобто зміни молекул, виникають не від отриманої енергії іонізуючого випромінювання, а від енергії змінених молекул (під час опромінення під пряму дію потрапляє дуже незначна частина молекул опромінюваного організму).

Основним субстратом окислювальних реакцій, що викликають вільні радикали, є біоліпіди і нуклеопротеїди. В результаті радіаційного впливу порушується структура тканин і клітин.

Іонізація атомів і молекул веде до зміни структури молекул, що призводить до порушення біохімічних процесів в органах і тканинах і проявляється розладом тканинного дихання, зміною дії ферментативних систем, порушенням синтезу білків тощо.

Іонізуюче випромінювання завжди спричиняє пошкоджуючу дію на живий організм. Реакції організму на опромінення різноманітні і визначаються як діючим чинником - випромінюванням, так і властивостями самого організму.

Ступінь променевого ураження чітко корелює з парціальним тиском кисню в тканинах — чим нижчий парціальний тиск кисню, тим менші прояви променевого ураження (так званий „кисневий ефект”). В умовах гіпоксії радіочутливість організму може знижуватись у 2 – 3 рази.

Особливості біологічної дії випромінювань:

1) Біологічний ефект залежить від величини поглинутої дози та потужності дози випромінювань, ця залежність пряма - з наростанням дози та її потужності посилюється ефект. Патологічні зміни виникають на всіх рівнях інтеграції організму – молекулярному, клітинному, органному та в цілісному організмі.

2) Ефект опромінення пов'язаний з розподілом дози в часі, тобто зі швидкістю поглинання енергії. Розподіл однієї і тієї ж сумарної дози на окремі фракції веде до зменшення ступеня променевого ураження, процеси відновлення, що починаються відразу після опромінення, здатні хоча б частково компенсувати порушення, що виникли.

3) Ступінь і форма променевого ураження визначається розподілом енергії випромінювання в організмі. Найбільший ефект зумовлює опромінення всього організму - загальне опромінення. Менші зміни викликає вплив в тій же дозі на окремі частини організму – локальне (місцеве) опромінення, при цьому має значення, які частини організму опромінюються. Найбільші наслідки викликає опромінення живота, а найменші - опромінення кінцівок.

4) Біологічна дія залежить від виду випромінювання (див. розділ “Взаємодія іонізуючого випромінювання з речовиною”).

Отже, всі види іонізуючих випромінювань самі або опосередковано викликають або збудження, або іонізацію атомів або молекул біосистем. Однак, при опроміненні об'єктів різними видами іонізуючих випромінювань в рівних дозах виникають кількісно, а інколи і якісно різноманітні біологічні ефекти. Тому було введене поняття про відносну біологічну ефективність (ВБЕ) іонізуючих випромінювань (див. розділ „Взаємодія іонізуючих випромінювань з речовиною”).

5) Наявність прихованого періоду дії радіації. Прихованим періодом називається проміжок часу, що охоплює період від моменту опромінення до появи змін, що реєструються клінічно. Тривалість прихованого періоду обернено пропорційна поглинутій дозі. Чим більша доза, тим коротший прихований період. Необхідно мати на увазі, що прихований період є поняттям умовним, чисто клінічним, бо в дійсності реакція на опромінення розвивається безупинно.

6) Властивість кумуляції - накопичення. Якщо ділянку шкіри опромінити в дозі 1 Гр, то жодних візуальних змін не буде. Якщо опромінення повторювати декілька днів підряд, розвинеться еритема. Якщо опромінення щодня продовжувати 2-3 місяці - то виникає некроз. Це відбувається тому, що в тканинах поступово накопичуються невеликі зміни, які викликаються кожним опроміненням, що в підсумку призводить до більших пошкоджень.

В формуванні біологічного ефекту особливу роль грає функція систем, які інтегрують організм - нервової системи, ендокринного апарату і гуморальної системи, що транспортує по організму токсичні продукти, які утворюються в тканинах в результаті опромінення.

Нервові рецептори зазнають впливу токсичних продуктів, що призводить до порушення процесів нервової регуляції, а виникнення ланцюгових реакцій, що самоприскорюються в опроміненому організмі, зумовлює подальший розвиток етапів променевого ураження з характерною періодичністю розвитку патологічного процесу.

З вищесказаного випливають два важливих положення:

Перше - взаємодія іонізуючого випромінювання з живою речовиною відбувається за законами фізики і супроводжується збудженням та іонізацією атомів і молекул і первинними радіохімічними процесами (реакціями). Але це лише первинна дія радіації.

Друге - іонізація атомів і молекул є лише пусковим механізмом для вторинних процесів, які розвиваються в подальшому в живому організмі по біологічним законам. Тому ефективність біологічної дії іонізуючих випромінювань оцінюють з точки зору тяжкості цих вторинних пошкоджень.