Лекция №1. Введение. История ядерной медицины
жүктеу/скачать 88.75 Kb.
|
1 2
- Бұл бет үшін навигация:
- 1.1 Ионизирующие излучения
- 1.2 Биологическое действие ионизирующих излучений
- 1.3 Лучевая диагностика
- 1.4 Радиационная терапия
|
ЛЕКЦИЯ №1. ВВЕДЕНИЕ. ИСТОРИЯ ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЫ. Ядерная медицина — раздел медицинской радиологии, исполь- зующий радионуклиды и ионизирующие излучения для исследования функционального и морфологического состояния организма, а также для лечения заболеваний человека. Ядерная медицина возникла и развивается на стыке физики, химии (в том числе радиохимии, биохимии и иммунохимии), биологии (в том числе – молекулярной биологии) и клинической медицины. В настоящее время в медицинской практике для диагностики и ле- чения различных заболеваний используются разнообразные радиоактив- ные изотопы и источники ионизирующих излучений. Для этих целей были разработаны рентгеновские аппараты, мощные гамма-терапевтические установки, ускорители электронов, протонов и других элементарных час- тиц, синтезированы радиоактивные изотопы – источники ионизирующих излучений различного типа, радионуклиды медицинского назначения и меченные ими вещества – радиофармпрепараты. В медицине нашли применение как корпускулярная (электроны, протоны, нейтроны, ускоренные ионы), так и электромагнитная (рентге- новское излучение, γ-лучи) радиация. В клинике диагностика и лечение пациентов проводится как закры- тыми, так и открытыми источниками излучения. Закрытые источники ис- пользуются в радиационной диагностике (рентгеноскопия, просвечиваю- щая рентгенография, компьютерная рентгеновская томография), в радиа- ционной терапии (гамма- и рентгеновская терапия; электронная, протон- ная, нейтронная, ионная (адронная) терапия; внутриполостная терапия; брахитерапия) и в лучевой хирургии (установки типа «гамма-нож»). От- крытые источники применяются в радионуклидной диагностике (сцинти- графия, однофотонная эмиссионная компьютерная томография, пози- тронная томография) и в радионуклидной терапии (альфа- и бета-терапия, терапия с помощью излучателей оже-электронов и электронов конверсии, радиоиммунная терапия и др.). Методы радиохирургии уничтожают злокачественные опухоли с помощью таких автоматизированных систем, как гамма-, кибер- и икс-нож. В ядерной медицине радионуклиды используются для диагностики или терапии в составе радиофармпрепаратов, производимых в специаль- ных радиохимических лабораториях, позволяющих осуществлять направ- ленный синтез меченых соединений. Прежде чем переходить к основному материалу, дадим определе- ния некоторым важным понятиям, используемым в данном пособии. 1.1 Ионизирующие излучения Эра использования ионизирующих излучений началась с открытия рентгеновского излучения в экспериментах с трубкой Крукса, газовым раз- рядом и катодными лучами. Немецкий ученый Вильгельм К. Рентген, занимался изучением ка- тодных лучей, работая с трубкой Гитторфа. 8.11.1895 Рентген обнаружил свечение экрана, покрытого гексационоплатинатом бария, BaPt(CN)6. По- скольку экран находился от источника излучения на значительном рас- стоянии, а трубка была покрыта светонепроницаемым кожухом, то Рентген предположил, что свечение экрана вызвано высокоэнергетическими неви- димыми лучами. Он назвал их Х-лучами (в Германии, в России и в некото- рых других странах, они теперь называются рентгеновскими). Широкому признанию открытия Рентгена способствовало получение им изображений различных предметов на фотопластинках в рентгеновских лучах. Первое сообщение Рентгена «О новом виде лучей» было опубликовано в январе 1896 г. 20.01.1896 Анри Пуанкаре на заседании Парижской Академии рас- сказал об открытии новых лучей и высказал предположение, что рентге- новское излучение связано с флуоресценцией и, возможно, возникает все- гда в люминесцирующих веществах и никакой катодной трубки для полу- чения Х-лучей не надо. В феврале-марте 1896 года эту гипотезу проверил французский физик Анри Беккерель. Он использовал фотографическое действие через чёрную бумагу активированных солнечным светом кри- сталлов соли урана. На первом этапе эксперименты подтвердили гипотезу Пуанкаре, но вскоре Беккерель открыл, что урановая соль даже без воздей- ствия солнечного света обладает свойством испускать излучение, проходя- щее через чёрную бумагу. Излучение, обнаруженное Беккерелем, назвали сначала беккереле- выми лучами – по аналогии с рентгеновскими. Однако оказалось, что но- вое излучение состоит их трёх видов, которые по предложению Э. Резер- форда стали именовать α-, β- и γ-излучениями. Альфа-излучение – поток положительных ионов гелия-4, β-излучение — поток электронов (электро- ны открыты в 1897 г. Э. Вихертом и Дж.Дж.Томсоном), а γ-излучение – электромагнитное излучение, аналогичное рентгеновскому, но с большей энергией – поток фотонов (понятие фотона введено М. Планком в 1901 г., статус частицы фотон получил в 1905 г. в рамках теории относительности А. Эйнштейна). Протон как элементарную частицу в 1919 г. открыл Э.Резерфорд, а 1932 г. Дж. Чедвик открыл нейтрон. В 1932 г. А. Андерсон обнаружил в космических лучах позитрон (е+) – частицу с массой электрона, но с поло- жительным электрическим зарядом (существование позитрона было тео- ретически предсказано П. Дираком в 1928 г.). Таким образом, в первой трети 20-го века были отрыты все элемен- тарные частицы и все виды ионизирующих излучений, представляющие интерес для современной ядерной медицины. 1.2 Биологическое действие ионизирующих излучений Парацельс в середине 16-го века описал заболевание горняков («Шнеебергская лёгочная болезнь»), которое в 20-том веке было иденти- фицировано, как рак лёгких, и объяснено воздействием ионизирующего излучения радиоактивного газа радона-222 и короткоживущих продуктов его распада, накапливающихся в воздухе урановых рудников. Непосредственное действие ионизирующей радиация на биологи- ческие объекты было обнаружено в 1895 г., когда помощник Рентгена В. Груббе получил радиационный ожог рук при работе с рентгеновскими лу- чами. В 1900 г. Гизель и Вальхоф указали на физиологическое действие радиации, испускаемой радием. В начале 20-го века Е.С.Лондон изучил действие γ-излучения радия на ферменты, токсины и различные ткани животных объектов и показал высокую чувствительность к облучению кроветворной системы и половых желез. Ему же принадлежит монография по радиобиологии «Радий в био- логии и медицине» (1911). Г.Хейнеке обнаружил, что облучение не только воздействует на кожу, но и вызывает поражение внутрених органов и тканей и может привести к гибели живых организмов. В 1911 г. Беккерель, проносивший весь день пробирку с радием в жилетном кармане, получил радиационный ожог кожи. Он рассказал об этом П. Кюри, тот в течение десяти часов носил привязанную к предплечью пробирку с радием. Через несколько дней у него наблюдалось покраснение, перешедшее в язву, от которой он страдал два месяца. Л. Мату (ассистент Беккереля) первым со- общил, что радиоактивные излучения ускоряют прорастание семян. Вскоре обнаружились целительные свойства излучения: радий помогал при раке и волчанке. С 1896 г. началось применение рентгеновских лучей в лечении кожных заболеваний, а затем для лечения злокачественных опухолей. Сведения о вредном действии радиации продолжали накапливать- ся: в 1896 г. – о дерматитах у лиц, подвергавшихся частому облучению, а в 1902 г. – о лучевом раке кожи. В 1903 г. Г. Хейнеке обнаружил опустошение кроветворной ткани у животных, погибших в результате облучения. В 1907 г. было уже 7 случаев смерти людей от ионизирующей радиации. В последующие годы обнаруживаются лучевые изменения различных био- химических процессов: нарушения активности ферментов в органах и тка- нях, появление токсических веществ в крови. В 1906 г. И. Бергонье и Л. Трибондо обнаружили, что ионизирующее излучение оказывает тем большее повреждающее действие на клетки, чем интенсивнее те делятся. По мере накопления фактов становилось ясным, что ионизирующие излу- чения способны вызывать повреждения и гибель любого биологического объекта, любой биологической системы. В 1925 г. доказана важная роль биохимических процессов в развитии лучевого поражения. Первые этапы знакомства с действием рентгеновских лучей были сопряжены с жертвами среди врачей-рентгенологов, рентгенотехников, физиков и других специалистов. Уже в 1897 г. стало известно о 23 случаях лучевых поражений кожи. В 1900 г. зарегистрирован случай лейкемии, а в 1902 г. описан профессиональный рак кожи у рентгенотехника, подвер- гавшегося действию рентгеновского излучения. Всего в первые десятиле- тия развития рентгенологии погибло от профессионального рака около 200 рентгенологов. В 1922 г. Ф.Дессауэр предложил теорию о вероятности случайных попаданий порций энергии излучения в мишени – жизненно важные структуры клеток. Затем на дрозофилах был открыт эффект радиационного мутагенеза, проявляющийся не только в повреждении генома, но и в обра- зовании необратимых изменений, передающихся по наследству. Так была доказана высокая радиочувствительность делящихся клеток, ядра клетки, молекулы ДНК, а также возникновение мутаций под влиянием облучения. В 1945 г. впервые было применено ядерное оружие. Наблюдения за людьми, выжившими после атомной бомбардировки, дали важную ин- формацию о немедленных радиационных поражениях и более поздних эффектах воздействия ионизирующих излучений. Разработка методов ди- агностики, профилактики и лечения острой лучевой болезни и радиацион- ных поражений стали практическими задачами радиобиологических ис- следований. Активное развитие радиологии как науки произошло в эпоху испытаний в атмосфере ядерного оружия. Большое значение имел анализ последствий аварий на предприятиях ядерного топливного цикла, особен- но — аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. В 1955 г. при ООН создан специальный Научный комитет по изуче- нию действия атомной радиации на человека — НКДАР. Этот комитет со- брал и обобщил огромный фактический материал по поражающему дейст- вию атомной радиации на человека. Изучение прямого и косвенного действия радиации привело к об- наружению эффекта радиомодификации. Появилась возможность целена- правленного изменения чувствительности тканей к облучению. Примене- ние различных радиомодификаторов с одной стороны позволило повысить эффективность облучения злокачественных опухолей, а с другой – увели- чить защиту здоровых тканей. 1.3 Лучевая диагностика Успехи лучевой диагностики и ядерной медицины связаны с созда- нием систем визуализации радиационных полей. Практически за все время своего развития врачи были вынуждены ставить диагнозы заболеваний, не заглядывая внутрь человека (за исклю- чением случаев исследовательской хирургии). Открытие рентгеновских лучей позволило получать «теневые» изображения органов человека. Ме- тод диагностической рентгенографии в течение первой половины 20-го века медленно совершенствовался, до тех пор, пока в начале 1960-х годов не была создана рентгеновская компьютерная томография. После этого было создано много типов аппаратов, работающих на различных физиче- ских принципах (ультразвук, магнитный резонанс, позитронная томогра- фия и др.) которые позволили изучать состояние внутренних органов чело- века по изображениям полей излучений. Сразу после открытия (конец 1885 г.), рентгеновские лучи стали предметом пристального внимания учёных. Интерес был обусловлен уни- кальным свойством нового излучения – проникать через сравнительно плотное вещество. Два факта: затемнение фотопластинки под действием ионизирующего излучения и формирование на фотопластинке изображе- ния костного скелета при прохождении рентгеновского излучения через ткани кисти руки привели к созданию первого в мире метода медицинской визуализации. Практически сразу стали очевидны перспективы рентгеновской ди- агностики. Во многих странах появились специалисты – рентгенологи. В больницах появились рентгеновские отделения и кабинеты, возникли на- учные общества рентгенологов, на ме- дицинских факультетах университетов организовались соответствующие ка- федры. Рис. 1. Рентгенограммы раненных конечностей. В начале 20-го века начали развиваться два основных варианта метода рентгенографического иссле- дования – рентгеноскопия и рентгено- графия. Совершенно необходимыми они стали при диагностике раненых в 1-ой мировой войне (рис. 1). В 1921 г. была разработана методика рентгенографии на заданной глубине. Новые возможности появились благодаря контрастированию по- лых органов (например, органов желудочно-кишечного тракта путём вве- дения взвеси сернокислого бария). В 1950-х годах основное развитие рент- генографии шло по линии создания эффективных контрастирующих аген- тов для увеличения контраста изображения и лучшей визуализации диаг- ностируемых органов. В 1968 г. началось внедрение таргетных контрасти- рующих агентов. Рентгеновские аппараты постоянно совершенствовались, особенно в плане повышения радиационной безопасности, как пациента, так и вра- ча-рентгенолога; непрерывно повышалась чувствительность и разрешаю- щая способность метода. После появления компьютеров были созданы то- мографы, позволяющие получить объёмные изображения отдельных орга- нов. С 1955 г. с помощью рентгеновской аппараты изучают динамику изме- нения органов в пространстве и времени. Первые коммерческие компьютерные томографы начали выпускать уже в 1973 г. В 1979 г. А. МакКормаку и инженеру Г. Хаунсфилду была при- суждена нобелевская премия в области медицины. Ещё через три года, в 1982 г., нобелевской премии по химии был удостоен английский микро- биолог Арон Клуг, который внёс значительный вклад в развитие экспери- ментальных и расчётных методов трёхмерной компьютерной томографии. 1.4 Радиационная терапия Уже в конце 19-го века ионизирующие излучения начали приме- нять для лечения кожных и онкологических заболеваний. С этой целью использовали два источника радиации: рентгеновский аппарат, как источ- ник рентгеновского излучения и препараты радия – как источники γ-излучения. Эти источники обеспечивали внешнее облучение. Позже за- крытые радиевые источники (например, запаянные ампулы с солью радия) начали помещать в различные полости человека, что обеспечило эффек- тивное облучение внутренних органов. Первая рентгенотерапия рака (неоперабельный рак молочной же- лезы) была проведена доктором Дж.Джиллманом (Чикаго, США, 1896 г.). Л.Фройнд в том же году в Вене провёл сеанс рентгенотерапии родимого пятна у 5-летней девочки. В 1901 г. французские врачи Э.Блох (Eugene Bloch) и А.Данло (Henri Alexandre Danlos) применили излучение радия для лечебных целей: они приводили соли радия в контакт с поражениями ко- жи, вызывными туберкулёзом. Возникновение лучевой терапия как медицинской специальности связано с лечением больных злокачественными лимфомами. Рис. 2. Способ облучения всего тела паци- ента (1905 г.). В первой половине 20-го века для лучевой терапии широко исполь- зовали γ-излучение радия. В 1901 г. Данлос прикладывал к поверхности опухолей соли радия, содержащиеся в запаянных стеклянных трубочках. Аббе в 1903 г. проводил активную внутритканевую терапию внедрением таких трубочек в опухоль. В 1903 Александр Белл (Alexander Graham Bell) также помещал источники, содержащие радий, в опухоль или около неё. Затем стали применять стеклянные капилляры, содержащие радон. Позднее для поглощения β-излучения и использования только γ-излучения препараты с радоном или радием стали помещать в полые золотые или платиновые иг- лы. В 1908 г. начали лечить излучением радия рак матки. Методики внут- риполостного лечения были развиты К. Регаудом и Париже и Форселлом в Стокгольме. В середине ХХ века в разных странах применяли свыше 200 разно- видностей источников излучения различной конструкции, формы и интен- сивности излучения, для различных видов применений. Развитию лучевой терапии способствовали достижения в экспери- ментальной ядерной физике: создание ускорителей электронов, протонов, дейтронов и других частиц и атомных реакторов – источников нейтронов. Новая аппаратура позволила расширить диапазон использующихся в луче- вой терапии энергий и перейти от электромагнитных излучений к корпус- кулярным. Кроме того, расширились возможности синтеза радионуклидов для различных медицинских применений. В 1961 г. возникло сотрудничество между Радиационной лаборато- рией и Госпиталем Штата Массачусетс с целью внедрения протонных пуч- ков в клиническую практику. Первый в мире прибольничный центр про- тонной терапии был построен в 1990 г. в Медицинском центре Университе- та Лома Линды (Калифорния, США). Циклотрон медицинского назначе- ния выдавал пять пучков протонов, ускоренных до энергий 70250 МэВ. Внедрение протонной терапии в широкую клиническую практику началось после создания рентгеновской компьютерной томографии, которая позво- лила точно направлять высокоэнергетические протоны на целевой объект. Ещё в 1946 г. Вильсон предположил, что в борьбе со злокачествен- ными опухолями пучки ионов углерода будут эффективнее протонных. Од- нако первый пациент был облучён ускоренными до высоких энергий ио- нами углерода только в 1977 г. по инициативе Кастро (Castro). Интерес к применению в радиотерапии отрицательных π-мезонов возник в 1961 г. после первого сообщения Фаулера и Перкинса (P. H.Fowler, жүктеу/скачать 88.75 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
1 2