Лучевая терапия – вчера, сегодня, завтра

Рак занимает второе место среди главных причин смерти, уступая лишь сердечно-сосудистым заболеваниям. Еще сто лет назад по этой причине погибало только около 10 % населения. Сейчас слова рак, онкологическое заболевание, злокачественная опухоль, к сожалению, перестали быть экзотическими медицинскими терминами, с этим прямо или косвенно приходится сталкиваться многим из нас. Ежегодно во всем мире фиксируется 11 млн. новых случаев заболевания раком. И это только в странах, в которых уровень медицинского обслуживания находится на достаточно высоком уровне и возможно провести хотя бы приблизительные оценки. В Украине каждый год регистрируют более 160 тысяч онкологических больных, более 100 тысяч человек умирает ежегодно от этой болезни. На сегодня на онкологическом учете находится около 850 тысяч человек - практически каждый пятидесятый. За последние несколько лет количество больных раком увеличивается каждый год в среднем на 2 процента, при том, что население Украины сокращается быстрыми темпами. Вопросы борьбы с этой страшной болезнью современности выходят для нас на первый план.

Лучевая терапия совместно с химиотерапией и хирургическим вмешательством составляют основную тройку современных методов лечения онкологических заболеваний. В экономически развитых странах лучевое лечение в том или ином варианте используют у 60 % – 70 % онкологических больных. В нашей стране (как и во всех станах СНГ) этот уровень существенно ниже, прежде всего из-за существенно более низкого уровня технического оснащения. Эта область медицины очень сильно, особенно в последние годы, зависит от уровня технологического прогресса, развития компьютерной техники и вычислительных алгоритмов. Что же собой представляет лучевая терапия?

История лучевой терапии насчитывает уже более ста лет. В январе 1896 года Эмиль Грабб (Emil Grubbe) из Чикаго, штат Иллинойс, первым применил лучевую терапию, когда облучил 55-летнюю пациентку, страдающую раком молочной железы. Это произошло всего лишь через несколько месяцев после открытия Рентгеном X-лучей (так в «западных» странах принято называть рентгеновское излучение – икс-лучи).

Под лучевой терапией подразумевается облучение мест образования злокачественных опухолей высокоинтенсивными пучками ионизирующего излучения. И хотя сейчас лучевую терапию применяют не только для лечения злокачественных опухолей, все же онкология является основной сферой приложения лучевых методов лечения.

Ионизирующим излучением – называют такие виды излучения, которые эффективно могут разрушать атомы вещества, отрывать электроны от ядер (атом состоит из ядра и электронов), выбивать атомы из молекул, разрушая структуру ДНК и других важных для функционирования живых клеток молекулярных образований. В лучевой терапии наиболее широко используются пучки электронов и фотонов высоких энергий. Фотоны наиболее высоких энергий (несколько мегаэлектронвольт) называются гамма-излучением (гамма-квантами). Фотоны более низких энергий (от единиц до сотен килоэлектронвольт) называют рентгеновским излучением - Икс-лучи (X-ray), если использовать зарубежную терминологию. И рентгеновское и гамма излучение отличаются от привычного для нас света только энергией. Например, энергия фотонов света порядка одного электронвольта. Напомним, что 1 мегаэлектронвольт=1000 килоэлектронвольт=1 000 000 электронвольт. Единица энергии электронвольт удобна для использования в ядерной физике. Это энергия, которую получает электрон при ускорении в поле с разностью потенциалов 1 В (один вольт).

В последние годы в лучевой терапии более широко стали использоваться другие виды ионизирующего излучения – протоны, нейтроны, тяжелые ионы. Но для получения интенсивных высокоэнергетических пуков такого излучения требуются очень дорогие и высокотехнологические установки, что существенно ограничивает область их применения. Потому в этой статье мы ограничимся электронным и фотонным излучением.

В лучевой терапии основной лечебный эффект связан с двумя факторами:

1. Многие злокачественные опухоли более чувствительны к лучевому облучению по сравнению со здоровыми тканями. Поэтому если область в районе злокачественной опухоли облучить, обеспечив дозу, достаточную для разрушения опухоли, но еще переносимую для здоровых тканей, то через некоторое время здоровые ткани восстановятся, а раковая опухоль будет разрушена.

2. Второй эффект связан с точным пространственным выделением области, куда прикладывается основная доза облучения. Этот подход родственен хирургическому вмешательству. Четко определяются области опухоли – туда подводится доза, гарантировано достаточно для уничтожения раковых клеток опухоли. Остальные области (здоровые ткани) не подвергаются облучению (или подвергаются слабому облучению).

Эффективному использованию второго фактора мешает целый ряд физических ограничений и технических трудностей. Точно визуально локализовать область опухоли можно только для поверхностных (кожных) злокачественных образований на ранних стадиях болезни. Такие онкологические заболевания можно лечить с использованием пучков высокоэнергетических электронов или низкоэнергетического рентгеновского излучения – при этом вся энергия излучения будет поглощаться в опухоли, и не будут облучаться здоровые ткани под опухолью. Но для таких случаев хирургический способ лечения, как правило, более эффективен. Лучевая терапия может иметь существенные преимущества, когда опухоли образуются внутри тела. В этих случаях хирургическое отсечение опухоли часто бывает или невозможным, или малоэффективным, или связано с тяжелыми побочными эффектами. Фотонное и электронное излучение может проходить через ткани тела, не разрушая их и поглощаться в основном на некоторой глубине, которую можно регулировать. Электроны и низкоэнергетическое рентгеновское излучение поглощаются в основном приповерхностных слоях тела (несколько миллиметров). Гамма излучение поглощается эффективней на больших глубинах – чем большая энергия излучения, тем большая глубина (от долей сантиметра до нескольких сантиметров). Регулируя энергию и направление пучка можно добиваться преимущественного выделения ионизирующей энергии в районе опухоли. К сожалению, до средины семидесятых годов прошлого столетия методы достаточно точного определения опухолей внутри тела были слабо развиты. Также техника не обеспечивала высокоточного предварительного расчета доставки необходимой дозы в выбранную область. Потому многие годы в лучевой терапии в основном применялся первый лечебный фактор – более высокая чувствительность злокачественной опухоли к облучению. При этом не требовалось высокоточных расчетов и высокоточного управления пучками излучения. Для повышения эффективности использовались методики фракционирования, многопольное и ротационное облучение.

Фракционирование – методика лучевой терапии, при которой общая доза необходимая для подавления злокачественного образования (в среднем 60-70 Грей, для некоторых типов опухолей меньше) подается в район опухоли порциями. Т.е. ежедневно проводится облучение с получением дозы порядка двух Грей (2 Гр) - и так повторяется 30 - 40 дней. Положительный эффект достигается за счет того, что здоровые ткани при получении относительно небольшой дозы (2 Гр) успевают регенерироваться между облучениями гораздо быстрее чем раковые клетки. Это позволяет давать повышенные общие дозы, сохраняя на приемлемом уровне целостность здоровых тканей и гарантировать уничтожение злокачественных клеток. Преимущество многопольной методики связано с тем, что пучок фотонов или электронов ионизирует вещество (частично оставляет свою энергию в этом веществе) на всем своем пути. И даже если рассматривать, что это выделение энергии равномерное, то понятно, что если облучать злокачественную опухоль с разных направлений (последовательно одним пучком, изменяя его направление или сразу многими пучками), то в точке пересечения пучков выделенная энергия будет складываться (смотрите рис.1).

А, значит, в этой точке (точке нахождения опухоли) будет приложена большая доза.

Ротационное облучение можно рассматривать как подвид многопольного. В этом случае при облучении направление пучка непрерывно изменяется – источник излучения вращается вокруг центра вращения (точки, в которой сходятся все пучки и находится опухоль).

Среди различных методов лучевой терапии можно выделить три основных направления:

1. Дистанционная лучевая терапия. Облучение проводится внешним источником радиационного излучения. Этот метод получил наибольшее распространение.

2. Брахитерапия – метод лучевой терапии, когда источник излучения в закрытом виде (капсулы, таблетки, «зерна») вводится внутрь пораженного органа. При этом максимальная доза радиации доставляется непосредственно в опухоль без поражения прилегающих тканей и органов. Хотя брахитерапия заметно дешевле дистанционной лучевой терапии, но брахитерапия применима на ограниченном количестве локализаций злокачественных опухолей с доступом в теле из внутренних пустот - опухоли головы и шеи (губы, язык, небо, носоглотка), бронхиальные опухоли, раковые заболевания пищевода, гинекологические опухоли, раковые заболевания простаты. За последние годы идет возрождение интереса к брахитерапии из-за её эффективного использования при злокачественных заболеваниях простаты.

3. Радионуклидная терапия – специфический метод лучевой терапии при котором радионуклиды вводятся в организм больного в открытом виде (как химические препараты) и из-за биохимических особенностей такие радионуклиды могут концентрироваться в местах локализации опухоли. Яркий пример эффективного использования радионуклидной терапии – лечение рака щитовидной железы радиоактивным йодом. Организационно радионуклидная терапия относится к ядерной медицине и имеет ограниченное распространение. С учетом развития нанотехнологий можно ожидать существенного увеличения роли этого метода лечения в онкологии.

Сейчас активно изучаются и развиваются новые методы лечения онкологических заболеваний с применением лучевой терапии – протонная лучевая терапия, лучевая терапия с применением тяжелых ионов, бор-нейтронозахватная лучевая терапия, применение нанотехнологий для доставки частиц-«убийц» (химические или радиоактивные препараты) в раковые клетки. В бор-нейтронозахватной лучевой терапии предварительно обеспечивают в опухоли достаточно высокую концентрацию элементов (например, бора) с большим сечением взаимодействия с нейтронами. Дальше при облучении тела нейтронами они будут поглощаться (при этом будет выделяться большая энергия) практически только в районе опухоли. Но это методики будущего, а мы немного подробнее остановимся на наиболее распространенном методе лучевой терапии – дистанционной лучевой терапии.