Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
Оптимизация дозового распределения для проведения лучевой терапии требует одновременного решения нескольких задач: максимального поражения опухолевых клеток как в самой опухоли, так и в зонах регионарного метастазирования; при этом находящиеся по соседству радиочувствительные органы должны быть защищены.
Существование пика Брэгга позволяет с максимальной эффективностью проводить лучевую терапию злокачественных опухолей. В зависимости от локализации опухолей выбирают вид излучения и его энергетическую характеристику такими, чтобы пик Брэгга приходился на топографически обозначенный очаг злокачественных клеток. Поскольку размер очага может оказаться большим по сравнению с шириной пика Брэгга, составляющей только миллиметры, то приходится искусственно увеличивать размытие энергетического спектра частиц. Так создается модифицированная кривая Брэгга с максимумом, в котором обеспечена постоянная доза в пределах облучаемого очага новообразования. Доза в любом месте вне очага имеет значительно меньшую величину, что позволяет добиваться улучшенных условий дозирования для прилегающих к очагу радиочувствительных тканей. Эта область применения пучков протонов и более тяжелых ускоренных ионов в целях лучевой терапии получила название адротерапии. Ее развитие, начатое в 60-х гг. в США, Швеции и СССР, в настоящее время продолжается, и во многих странах мира созданы установки уже на индустриальной основе.
5. Пространственное распределение ионов
5. Пространственное распределение ионов
Итак, поглощенная энергия излучений затрачивается на возбуждение и ионизацию атомов и молекул. В основе конечного радиобиологического эффекта лежат физико-химические превращения с участием возбужденных и ионизированных молекулярных структур. И поскольку число возбуждений и ионизаций определяется величиной поглощенной дозы излучения, можно было бы ожидать, что различные вцды ионизирующих частиц приводят к одному и тому же биологическому эффекту при условии, что объект поглотил излучение в одинаковых дозах. В действительности это не так.
На рис. П. 10 приведены результаты эксперимента по определению выживаемости клеток, облученных ионизирующими частицами различных типов. Поглощение излучения в одной и той же дозе приводит к различным эффектам.
Так, сообщение популяции клеток потоком а-частиц поглощенной дозы 4-6 Гр приводит к гибели 99,9% клеток, а при такой же дозе рентгеновского или 7-излучения гибнет только 20-30% облученных клеток (рис. Н.10).
Следовательно, поглощенная доза, по величине которой судят о суммарном числе образованных возбуждений и ионизаций, не может использоваться для сопоставления эффективности различных типов излучения. Точно так же не совпадает со степенью конечного биологического эффекта величина энергии ионизирующих частиц: а-частицы с энергией 2,5 МэВ эффективнее а-частиц с энергией 27 МэВ, а /5- и «-частицы примерно равной энергии значительно различаются по степени поражающего действия.
Приведенные данные еще раз подтверждают, что биологический эффект зависит не только от поглощенной дозы, но и от ЛПЭ излучения. Поэтому упрощенных критериев, применяемых в системе нормативов радиационной защиты в виде вводимых весовых множителей (см. гл. I, раздел 6), совершенно недостаточно при осуществлении дозиметрии в конкретных биологических исследованиях.
Обратимся еще раз к данным рис. П.10. Наклон кривых на этом рисунке отражает эффективность, с которой различные виды излучения вызывают гибель клеток. Чем больше наклон кривой, тем
Рис. П. 10. Выживаемость культуры Т — клеток почки человека при действии ионизирующих частиц различных типов: 1 —
а-частицы с энергией 2,5 МэВ, ЛПЭ = 165 кэВ/мкм; 2 — о-
частицы с энергией 27 МэВ, ЛПЭ — 25 кэВ/мкм; 3 —
дейтроны с энергией 3,0 МэВ, ЛПЭ = 20 кэВ/мкм; 4 —
рентгеновские лучи, 20 кВ, ЛПЭ = 6 кэВ/мкм; 5 —
рентгеновские лучи, 250 кВ, ЛПЭ — 2,5 кэВ/мкм; 6 — /9-частицы с максимальной энергией 2,2 МэВ, ЛПЭ = 0,3 кэВ/мкм
74_________Гл. II. Поглощение энергии ионизирующих излучений
меньше клеток выживает в популяции, поглотившей определенную дозу излучения, т. е. тем эффективнее биологическое действие данного типа ионизирующих частиц. Наклон кривых увеличивается с ростом ЛПЭ излучения. Наибольшей эффективностью в рассматриваемом эксперименте обладали а-частицы с ЛПЭ = 165 кэВ/мкм. И мы знаем, что чем выше значение ЛПЭ, тем больше энергии теряет частица на единицу пути и тем плотнее распределены создаваемые ею ионы вдоль трека.
Величина ЛПЭ — важнейшая радиобиологическая характеристика излучения, показатель его биологической эффективности, или, как иногда говорят, «качества». Физическая природа частиц или квантов не сказывается на специфике биологического действия: например, при равных ЛПЭ наблюдают одинаково эффективное подавление размножения клеток как в результате рентгеновского облучения, так и при действии а-частиц.
Для того чтобы представить возможную причину различной эффективности излучений с высокими и низкими значениями ЛПЭ, рассмотрим схематическое изображение треков некоторых частиц (рис. П. 11). Здесь представлены участки треков частиц, сферическая молекула белка радиусом в 310 нм, распределение актов возбуждения и ионизации, произведенных частицами вдоль направления своего движения.
