Краткая история становления лучевой терапии

Лучевая терапия – применение ионизирующего из­лучения в основном для лечения злокачественных новообразований, а также некоторых доброкачественных опухолей и неопухолевых заболеваний.

В становлении и развитии современной лучевой терапии имели большое значение открытия в области ядерной физики, радиобиологии, а также создание и совершенствование медицинского оборудования.

Основополагающим в области медицинской физики считают открытие немецким физиком Вильгельмом Конрадом Рентгеном, в ноябре 1895 года Х-лучей, в нашей стране названных впоследствии его именем.

Рис. 1.1. А) Вильгельм Конрад Рентген (1845-1923). При жизни великий ученый отличался редкой скромностью, почти нелюдимостью. Это одна из немногих сохранившихся до настоящего времени фотографий. Б) Знаменитый снимок, сделанный Рентгеном 22 декабря 1995 г. и посланный физику Францу Экснеру из Вены. Традиционно он известен, как «первый рентгеновский снимок» и «снимок руки жены Рентгена». Однако это абсолютно точно не первая рентгенограмма, и она не была помечена, как снимок руки его жены, когда была опубликована впервые.

После нескольких недель неустанной работы по изучению свойств нового излучения он предъявил свое открытие миру. В конце 1895 года, 28 декабря, он составил предварительный доклад „Uber eine neue Art von Strahlen” («О новом виде лучей»), а 23 января 1896 года продемонстрировал рентгеновский снимок кисти руки изумленной аудитории физико-медицинского научного общества университета г. Вюрцбурга, Германия.

За выдающийся вклад в науку Рентген получил первую Нобелевскую премию по физике в 1901 году. Именно благодаря его открытию началось развитие лучевой диагностики и лучевой терапии.

Научный мир после открытия Рентгена был словно наэлектризован и заражен лихорадкой открытий, поисками новых таинственных излучений. В 1896 году, спустя неполных 4 месяца после открытия Рентгена, Анри Беккерель открыл явление естественной радиоактивности, способности атомов урана к самопроизвольному излучению.

Рис. 1.2. Анри Беккерель (1852-1908). За открытие явления естественной радиоактивности великий французский ученый в 1903 г. был награжден Нобелевской премией по физике

В 1898 году М. Склодовская и П. Кюри открыли полоний и радий. Много времени и усилий они посвятили изучению их химических и радиоактивных свойств. Супруги Кюри переработали 8 тонн смоляной урановой руды и выделили 1 грамм нового химического элемента, названного радием - «лучистым». Радиоактивность радия оказалась в миллион раз выше, чем у урана. В последующие 20 лет были открыты все естественные радиоактивные элементы.

Рис. 1.3. Супруги Мария Склодовская-Кюри (1867 - 1934) и Пьер Кюри (1859 - 1906). Профессора (Мария – первая женщина-профессор) знаменитого Парижского университета Сорбонны. В 1903 году получили Нобелевскую премию за открытие новых радиоактивных элементов. В 1911 г. Мария Кюри была награждена еще одной Нобелевской премией за блестящие исследования в области радиохимии

Дальнейшие физические открытия также лежат в основе современной лучевой терапии. В 1898 году британский ученый Э. Резерфорд обнаружил две составляющие излучения урана: менее проникающую – α-излучение, более проникающую - β-излучение. Третья составляющая излучения урановой радиации, обладающая самой высокой проникающей способностью, была открыта позже, в 1900 году, П. Уиллардом и названа γ-излучением. В последующих исследованиях Резерфорда было показано, что α-излучение представляет собой поток α-частиц, которые являются ядрами атома гелия, β-излучение состоит из электронов, а γ-излучение является потоком высокочастотных электромагнитных квантов, испускаемых атомными ядрами при переходе из возбужденного в более низкоэнергетическое состояние.

Рис. 1.4. Э. Резерфорд (1871 – 1937) Английский физик, основоположник ядерной физики. Открыл альфа– и бета– лучи, предложил ядерную модель атома, разработал теорию радиоактивных превращений.

В 1932 году Д. Чедвик открыл нейтрон, а К. Андерсон - позитрон.

В 1934 году супруги Ирен и Фредерик Жолио-Кюри впервые получили в лаборатории искусственные радиоактивные изотопы, которые с тех пор стали использовать в лучевой диагностике и лучевой терапии наряду с рентгеновскими лучами. Из общего числа (около 2000) известных ныне радиоактивных изотопов лишь около 300 - природные, а остальные получены искусственно в результате ядерных реакций.

Рис. 1.5. Академик Флеров Георгий Николаевич (1913 - 1990). Герой Социалистического Труда, академик АН СССР, доктор физико-математических наук, профессор, лауреат Ленинской и трех Государственных премий

Четвертый вид радиоактивности, открытый в СССР в 1940 году молодыми физиками Г. Н. Флеровым и К. А. Петржаком, связан со спонтанным делением ядер, при этом некоторые достаточно тяжелые ядра распадаются на два осколка с примерно равными массами.

В 1982 году немецкий физик 3. Хофман с коллегами открыл протонную радиоактивность с помощью самого мощного в мире ускорителя многозарядных ионов в Дармштадте, ФРГ.

В 1984 году группы ученых в Англии и СССР - X. Роуз, Г. Джонс и Д. В. Александров и др. - открыли кластерную радиоактивность некоторых тяжелых ядер. Ядра некоторых радиоактивных элементов при определенных условиях самопроизвольно испускают кластеры: атомные ядра массой от 14 до 34.

Эпохальные физические открытия конца XIX века вызвали небывалый интерес в среде ученых-медиков, которые стали экспериментировать с новыми видами излучения. Отсутствие знаний о природе лучей и характере их действия на живые организмы привело к поражению кожи у многих людей, которые проводили эксперименты с новыми видами излучения.

Известно, что среди пострадавших от воздействия облучения на кожу оказался и Анри Беккерель, который по просьбе Пьера Кюри подготовил препарат радия для демонстрации его свойств на конференции и положил стеклянную трубочку с радием в карман жилета, где она находилась почти 6 часов. Спустя 10 дней на коже, в области проекции трубочки, появилось покраснение, а еще через несколько дней образовалась язва.

Как и А. Беккерель, супруги Кюри получили ожоги кожи, после чего в совместной работе они не только описали патологическое влияние радия на кожу, но и высказали предположение об использовании радия для лечения опухолей.

Возникновение ожогов кожи у физиков-экспериментаторов навело ученых на мысль о наличии повреждающего действия рентгеновских лучей, а позднее и радия. Так зародилась идея использования этого эффекта для уничтожения злокачественных клеток.

Рис. 1.6. Американский физик Эмиль Герман Груббе (1875-1960) был одним из первых производителей рентгеновских трубок. Он первым использовал рентгеновское излучение для лечения рака и предложил фракционированную (т.е. разделенную на фракции – сеансы) радиотерапию. Вместе с Рентгеном его считают разработчиком принципов радиационной защиты.

Одной из первых попыток рентгенотерапии рака считают работу доктора Дж. Джиллмана из Чикаго, к которому обратился за помощью физик Е. Груббе с сильными ожогами после опытов с Х-лучами. Увидев такое действие облучения, Джиллман направил к Груббе больную неоперабельным раком молочной железы. Сеанс облучения был проведен 29 января 1896 года, исследователи отмечали некоторый положительный эффект.

В 1908 году впервые начали лечить радием рак матки. Незадолго до начала Первой мировой войны Парижский университет и Пастеровский институт учредили Радиевый институт для исследований радиоактивности. М. Склодовская-Кюри была назначена директором отделения фундаментальных исследований и медицинского применения радиоактивности. С 1919 по 1935 год в институте в Париже прошли лучевую терапию 8319 больных злокачественными опухолями.

В начале XX века уже во всех развитых странах стали применять лучевую терапию для лечения онкологических больных. В нашей стране при нерадикальных операциях на лимфатических путях шеи в рану закладывали препараты радия-мезатория. Такой радиохирургический метод в 1913 был применен В. М. Зыковым в Институте имени Морозовых Императорского Московского университета (ныне — МНИОИ имени П. А. Герцена). Этот институт был основан в 1903 году и является не только первым в России, но и одним из старейших онкологических институтов в мире. В 1903 г. супруги Кюри подарили институту первые препараты радия. Для лечения больных применяли рентгено- и радиотерапию.

В 1901-1902 г.г. американские врачи Pusey и Senn проводили однократные, а затем повторные облучения лимфатических узлов у нескольких больных лимфомами.

В 1901 году Danlos прикладывал к поверхности опухолей соли радия, содержащиеся в запаянных стеклянных трубочках. А Abbe в 1903 году стал первым проводить внутритканевую радиотерапию путем внедрения таких трубочек в ткань опухоли. Позднее для поглощения β-излучения и использования только γ-излучения препараты с радоном или радием стали помещать в полые золотые или платиновые иглы и трубки.

В 1906 году заведующий «светолечебным» отделением института доктор медицины Д. Ф. Решетилло выпустил первое в нашей стране руководство по лучевой терапии «Лечение лучами Рентгена с предварительным изложением рентгенологии и рентгенодиагностики».

В 1918 году в Петрограде было создано первое в мире научно-исследовательское учреждение рентгенорадиологического профиля - Государственный рентгенологический, радиологический и раковый институт (ныне - Центральный научно-исследовательский рентгенорадиологический институт Росздрава). Основатель института - проф. М. И. Неменов.

Рис. 1.7. Первое советское руководство по радиотерапии вышло в 1920 году под редакцией профессора М.И. Неменова.

Он был одним из первых радиологов мирового уровня. Под его руководством выполнены основополагающие научные исследования, посвященные влиянию рентгеновских лучей на организм, заложены основы лучевой терапии злокачественных опухолей и неопухолевых заболеваний. В 1937 г. было издано первое в стране руководство по клиническому применению препаратов радия для лечебных целей. Происходило постепенное накопление первых сведений о результатах лучевого лечения. Так, М.И. Неменов публикует результаты лечения 810 больных раком кожи, которым проводили лучевую терапию с 1919 по 1934 год.

В середине ХХ века в разных странах применяли уже свыше 200 разновидностей источников излучения различной конструкции и формы в зависимости от их назначения и условий использования. Радионуклиды имели покрытие из золота или платины. В нашей стране в 50-х годах прошлого века был налажен массовый выпуск источников излучения на основе радионуклида ⁶⁰Со (кобальт) для дистанционной и контактной лучевой терапии, комплекты игл и аппликаторов для онкогинекологии, кожные β-аппликаторы на гибкой основе, офтальмологические аппликаторы (⁹⁰Sr + ⁹⁰Y) и др.

Все большее значение приобретала радионуклидная терапия открытыми источниками излучения в виде жидкостей и газов. В ткани, лимфатические сосуды, полости вводили коллоидные растворы ¹⁹⁸Аu, ³²Р, ¹³¹I, ⁹⁰Y. В настоя­щее время во всем мире проводят системную, а также внутриопухолевую и внутрисосудистую радионуклидную терапию.

Появление такой новой медицинской дисциплины, как лучевая терапия, привело к развитию новых отраслей науки и техники - радиобиологии, медицинской физики, созданию оборудования для подготовки к лучевой терапии и ее проведения.

Так, радиобиология начала свое поступательное развитие почти одновременно с открытием Рентгена. В 1896 году петербургский физиолог И.Р. Тарханов опубликовал результаты первых исследований лягушек и насекомых, облученных лучами Рентгена, и сделал выводы о возможном влиянии рентгеновских лучей на жизненные функции.

Отечественный исследователь Е.С. Лондон в результате многолетних исследований опубликовал в 1911 году монографию «Радий в биологии и медицине». Эта книга, изданная на немецком языке, считается первым классическим трудом по радиобиологии.

В 1906 г. французские радиобиологи Ж. Бергонье и Л. Трибондо сформулировали положение, названное тогда законом. Этот закон гласил: чувствительность тканей к ионизирующему излучению прямо пропорциональна митотической активности и обратно пропорциональна степени дифференцировки клеток. А 1922 год ознаменовался новой вехой в развитии радиобиологии в связи с появлением первой теории Ф. Дессауэра «точечного тепла» или «точечного нагрева» о случайной вероятности попаданий ионизирующего излучения в мишени – жизненно важные структуры клеток. Согласно его теории, распределение «точечного тепла» является чисто статистическим, поэтому конечный эффект в клетке зависит от случайных "попаданий" дискретных порций энергии в жизненно важные микрообъемы внутри клетки; с увеличением дозы увеличивается вероятность таких попаданий и наоборот.

Стохастическая (вероятностная) гипотеза (О. Хуг и А. Келлерер, 1966) является дальнейшим развитием теории. Согласно этой теории, зависимость "доза-эффект" обуславливается не только прямым попаданием в молекулы и структуры-мишени, но и состоянием биологического объекта как динамической системы. Таким образом, в основе лучевой терапии лежат радиобиологические изменения при воздействии различных видов ионизирующего излучения на уровне молекул, клеток, тканей и всего организма. Сегодня эта теория с некоторыми добавками и усовершенствованиями является общепринятой.

Вполне естественно, что лучевые терапевты и радиобиологи рано столкнулись с проблемой дозирования облучения. Так появилась дозиметрия – еще один из важных разделов физики. При дозиметрии ионизирующих излучений рассматриваются свойства ионизирующих излучений, физические величины, характеризующие поле излучения и взаимодействие излучения с веществом.

Первоначально рентгенологи и радиотерапевты пытались ориентироваться на единицу кожно-эритемной дозы. Регистрация кожных проявлений проводилась спустя несколько суток и недель после облучения. Конечно, это был очень неточный инструмент оценки, допускавший значительные колебания эффекта. Кроме множества зарубежных и отечественных работ о лучевых дерматитах, образовании на коже лучевых язв, выпадении волос, в 1902 году был описан первый случай лучевого рака кожи. Очень важными были работы Е.С. Лондона в России, Г. Хейнеке в Германии, которые показали, что облучение воздействует не только на кожу, но и вызывает лучевое поражение органов и тканей может привести к гибели организма.

Дозиметрия, как раздел физики, количественно оценивающий испускаемую и поглощенную энергию излучений, а также активность радиоактивных веществ, появилась значительно позднее. В 1925 году начала действовать постоянная Международная комиссия по радиологическим единицам. В то время применяли ластовый дозиметр. Детектором излучения являлась специальная паста из платиноцианида бария. Эту пасту накладывали на кожу больного на время облучения, а измерение дозы производили по изменению цвета пасты от бледно-зеленого до коричневого.

Затем были разработаны физические дозиметры, в которых стали измерять ионизацию воздуха рентгеновскими и гамма-лучами. Официально единица Рентген была принята в 1928 году на II международном онкологическом конгрессе в Стокгольме. Но оказалось, что эта единица может быть использована только для измерения электромагнитного излучения и не может применяться для измерения дозы, создаваемой корпускулярным излучением. Кроме того, возникли трудности при измерении излучения с энергией более 3 МэВ. Поэтому в 1956 году в Женеве была введена новая единица - «рад» (radiation absorbed dose).

В 1960 году XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)». В этой системе в разделе «Производные единицы» в 1975 году для измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения была утверждена единица Грей - Гр (Gray, Gy) в честь британского физика Луиса Гарольда Грея, а с 1979 года единицей измерения эффективной и эквивалентной доз (биологических аналогов поглощенной дозы) является Зиверт - Зв (Sievert, Sv) в честь шведского исследователя Рольфа Максимилиана Зиверта..

Рис. 1.8. Основоположники современной радиобиологии. а) Английский физик Льюис Гарольд Грей (Loise Harold Gray, 1905-1965), ученый, которого называют «отцом радиобиологии». б) Рольф Зиверт (R.M. Sievert, 1898-1966). Будучи пионером радиационной защиты, шведский ученый Зиверт первым в мире разработал и внедрил Шведский закон по радиационной защите, принятый на государственном уровне в 1941 году. В 1956-1962 году Зиверт был избран на пост председателя Международной комиссии по радиационной безопасности (International Commission for Radiological Protection, ICRP).

В настоящее время весь процесс планирования и проведения лучевой терапии основан на данных, полученных с помощью современных дозиметрических устройств. При этом необходимыми являются как дозиметрическое обеспечение характеристик ионизирующего излучения, так и клиническая дозиметрия. От разработок в области дозиметрии зависит качество лучевой терапии, обеспечивается его гарантия.

Первые рентгенотерапевтические аппараты были созданы на основе рентгенодиагностических установок. С целью получения излучения больших энергий, чем в рентгенотерапевтических аппаратах, в 1933 году R.J. Van de Graaff создал генератор для медицинских целей с энергией 2 МэВ. Американский физик D.W.Kerst сконструировал в 1940 году первый бетатрон - индукционный ускоритель электронов.

До 1951 года в качестве источника гамма-излучения для лучевой терапии использовали радий. В 50-х годах прошлого столетия удалось искусственно получить, а затем начать промышленное производство высокоактивных источников ⁶⁰Со. В дальнейшем гамма-терапевтические аппараты для дистанционной лучевой терапии довольно быстро были установлены во всех клиниках для лечения больных злокачественными опухолями.

Эволюционировала и методика проведения внутриполостной терапии. В 1963 году N.K. Henschke предложил вводить в опухоль полые трубки - интрастаты, а потом в автоматизированном режиме помещать в них источники излучения. Этот способ стал называться методом afterloading, т.е. методом последующего введения активности. Важнейшим преимуществом способа является снижение дозы облучения персонала в 10-20 раз.

В последние десятилетия наблюдается непрерывный прогресс в области стереотаксического облучения и совершенствования оборудования для лучевой терапии. В 1951 году шведскому нейрохирургу профессору Л. Лекселлу и биофизику Б. Ларсону удалось создать первую радиохирургическую установку «Гамма-нож» (Leksell Gamma-Knife) на основе источников ⁶⁰Со, для лечения опухолей в головном мозге. В 1992 году профессор Стенфордского университета американец Джон Адлер разработал систему «Кибер-нож» (Cyber - Knife). Это компактный линейный ускоритель, установленный на контролируемом компьютером манипуляторе - роботе имеющем 6 степеней свободы доступа к мишени.

В 1954 году на ускорителе универси­тета г. Упсала (Швеция) и в 1961 году на Гарвардском циклотроне в Бостоне (США) в клинической практике начали применять протонную терапию.

В настоящее время с целью внедрения современных технологий дистанционной радиотерапии созданы линейные ускорители, которые позволяют проводить 3D конформное облучение (conformal irradiation), интенсивно модулированную радиотерапию (intensity-modulated radiation therapy – IMRT) и радиотерапию, корректируемую по изображению (image guided radiation therapy – IGRT).

Тестовые задания к разделу

(выделены правильные ответы)

1) В каком году В.К. Рентген открыл излучение, названное впоследствии его именем?

а) в 1890

б) в 1895

в) в 1898

г) в 1905

2) Кто открыл явление естественной радиоактивности?

а) Пьер и Мария Кюри

б) Ирен Жолио - Кюри

в) Вильгельм Конрад Рентген

г) Анри Беккерель

д) Эрнест Резерфорд

3) В каком году Дж. Джиллманом и Е. Груббе была предпринята первая попытка применения рентгеновского излучения в лечении рака?

а) в 1890

б) в 1895

в) в 1896

г) в 1905

д) в 1035

4) Кому принадлежит открытие химического элемента радия?

а) Пьер и Мария Кюри

б) Ирен Жолио - Кюри

в) Вильгельм Конрад Рентген

г) Анри Беккерель

д) Фредерик Жолио-Кюри

е) Эрнест Резерфорд

5) Кто обнаружил две составляющие излучения урана: менее проникающую – α-излучение и более проникающую – β-излучение?

а) Пьер и Мария Кюри

б) Ирен Жолио - Кюри

в) Вильгельм Конрад Рентген

г) Фредерик Жолио-Кюри

д) Эрнест Резерфорд

6) В каком году Фредерик и Ирен Жолио-Кюри открыли явление искусственной радиоактивности?

а) в 1895

б) в 1906

в) в 1925

г) в 1934

7) Когда был основан первый в России онкологический институт имени Морозовых Императорского Московского университета (ныне — МНИОИ имени П. А. Герцена)?

а) в 1895 году

б) в 1896 году

в) в 1903 году

г) в 1911 году

8) В каком году была издана монография отечественного исследователя Е.С. Лондона «Радий в биологии и медицине», считающаяся первым классическим трудом по радиобиологии?

а) в 1899 году

б) в 1904 году

в) в 1911 году

г) в 1914 году

д) в 1920 году

9) Когда в Петрограде было создано первое в мире научно-исследовательское учреждение рентгенорадиологического профиля - Государственный рентгенологический, радиологический и раковый институт?

а) в 1904 году

б) в 1911 году

в) в 1918 году

г) в 1929 году

д) в 1929 году

10) В каком году и где была официально принята единица измерения ионизирующей радиации, единица экспозиционной дозы «Рентген»?

а) в 1890 году в Лондоне

б) в 1906 году в Петербурге

в) в 1928 году в Стокгольме

г) в 1934 году в Москве

д) в 1956 году в Женеве

11) Кто является автором стохастической (вероятностной) гипотезы радиобиологического действия, считающейся в настоящее время общепринятой?

а) Ж. Бергонье и Л. Трибондо

б) Ф. Дессауэр

в) О. Хуг и А. Келлерер

г) В.К. Рентген

д) Г.Н. Флеров

12) В каком году принят стандарт «Международная система единиц (СИ)»?

а) в 1895

б) в 1897

в) в 1960

г) в 1970

13) В какой стране в 1954 году впервые в клинической практике начали применять протонную терапию?

а) в США

б) в Англии

в) в Швеции

г) в России

д) в Италии

14) В каком году R.J. Van de Graaff создал первый ускоритель для медицинских целей?

а) в 1920

б) в 1933

в) в 1950

г) в 1965

д) в 1981

15) В каком году профессор Стенфордского университета Джон Адлер разработал систему «Кибер-нож» (Cyber – Knife)?

а) в 1932

б) в 1942

в) в 1963

г) в 1992

д) в 1995

Дата добавления: 2014-12-16