+7 (965) 124-39-22

  • Facebook
  • Twitter
  • Instagram

©2019 DETONCO.

  • Detonco

Кому пришло в голову облучать людей

Пост обновлен 18 нояб. 2019 г.


Начнем с самого начала. Откуда же возникла идея воздействия ионизирующего излучения, в частности для лечения онкологических заболеваний и даже некоторых неонкологических.


Основополагающими в области физики считаются открытие В. К. Рентгеном Х-лучей в 1895 г., открытие А. Беккерелем в 1896 г. явлений естественной радиоактивности, а также открытие М. Склодовской и П. Кюри радиоактивных свойств полония и радия в 1898 г. Супруги Кюри переработали 8 тонн смоляной урановой руды и выделили 1 г нового химического элемента, названного радием - «лучистым». Радиоактивность радия оказалась в миллион раз выше, чем у урана. В последующие 20 лет были открыты все другие естественные радиоактивные элементы.

Дальнейшие открытия физиков также лежат в основе современной лучевой терапии. В том же 1898 г. Э. Резерфорд обнаружил две составляющие излучения урана: менее проникающую, названную α-излучением, и более проникающую, названную β-излучением. Третья составляющая урановой радиации, самая проникающая из всех, была открыта позже, в 1900 г., П. Виллардом и названа по аналогии с резерфордовским рядом γ-излучением. Э. Резерфорд и его сотрудники показали, что радиоактивность связана с распадом атомов (значительно позже стало ясно, что речь идет о распаде атомных ядер), сопровождающимся выбросом из них определенного типа излучений. В последующих исследованиях Резерфорда было показано, что α-излучение представляет собой поток α-частиц, которые являются ядрами изотопа гелия 4Не, β-излучение состоит из электронов, а γ-излучение является потоком высокочастотных электромагнитных квантов, испускаемых атомными ядрами при переходе из возбужденных в более низколежащие состояния. Открытие в 1932 г. нейтрона принадлежит физику Дж. Чедвику. В том же 1932 г. К. Андерсон открыл позитрон.


В 1934 г. супруги 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. Между искусственной и естественной радиоактивностью нет принципиального различия.

Четвертый вид радиоактивности, открытый в СССР в 1940 г. 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 г. немецкие физики З. Хофман и др. с помощью самого мощного в мире ускорителя многозарядных ионов в Дармштадте открыли протонную радиоактивность.

Наконец, в 1984 г. независимые группы ученых в Англии и СССР - X. Роуз, Г. Джонс и Д. В. Александров и др. - открыли кластерную радиоактивность некоторых тяжелых ядер, самопроизвольно испускающих кластеры: атомные ядра с атомной массой от 14 до 34.

Открытия конца XIX века вызвали небывалый интерес в среде ученых и медиков, которые немедленно стали экспериментировать с новым видом энергии. В этот период времени отсутствие знаний о природе лучей и их действии на живые организмы привело к появлению поражения кожи у людей, которые проводили эксперименты с длительным или частым облучением. Возникновение ожогов кожи у физиков-экспериментаторов навело ученых на мысль о наличии повреждающего действия рентгеновских лучей, а позднее и радия, а также на идею использования этого эффекта для уничтожения злокачественных опухолей. Следует учесть, что в то время лечение онкологических больных проводили без современных возможностей химио-, гормоно- и иммунотерапии. В начале XX в. показатели пятилетней выживаемости онкологических больных всех стадий были менее 5 %. Благодаря совершенствованию хирургической техники, анестезиологии и реаниматологии, появлению химиотерапии, гормональной и иммунотерапии, а также лучевого лечения к 60-70-м гг. XX в. показатели пятилетней выживаемости онкологических больных увеличились до 70 %.


Одной из первых попыток рентгенотерапии рака считают работу доктора Дж. Джиллмана из Чикаго, к которому с сильными ожогами обратился физик Е. Груббе после опытов с Х-лучами (Ярмоненко С. П., 2004). Увидев такое действие облучения, Джиллман направил к Груббе больную с неоперабельным раком молочной железы. Сеанс облучения был проведен 29 января 1896 г.

Имеется сообщение о начале проведения сеансов рентгенотерапии невуса у 5-летней девочки 24 ноября 1896 г. Л. Фройндом (L. Freund) в Вене.

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 под карманом появилось покраснение, а еще через несколько дней образовалась язва.

Как и А. Беккерель, супруги Кюри получили ожоги кожи, после чего в совместной работе 1901 г. они не только описали патологическое влияние радия на кожу, но и высказали предположение об использовании радия для лечения опухолей. После того, как было признано значение радия для лечения злокачественных опухолей, резко поднялись цены на радиевые источники. Однако Кюри отказались патентовать процесс получения радия и использовать результаты своих исследований в любых коммерческих целях. Кюри выступали за свободный доступ к знаниям и считали понятия «коммерческая выгода» и «наука» несовместимыми.

В 1908 г. впервые начали лечить радием рак матки. В основу дальнейших методик внутриполостного лечения были положены разработки Cl. Regaud в Париже и Форселла в Стокгольме. Эмпирические схемы, предложенные этими исследователями, различались по количеству использованного радия и времени лечения, однако, как показали более поздние расчеты, определенные точки таза получали примерно одинаковые дозы. Кроме того, эффективность лечения также была равной.

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 г. в институте в Париже прошли лучевую терапию 8319 больных злокачественными опухолями.

Следует еще раз вспомнить нашего великого соотечественника А. С. Попова, который не только изобрел радио, сконструировал рентгенодиагностический аппарат, но и изучал излучение радия. В 1905 г. А. С. Поповым был издан перевод на русский язык научного труда М. Склодовской-Кюри «Радий и радиоактивные вещества».

В России в 1918 г. в Петрограде было основано 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. 4), который в 1929 г. стал одновременно начальником организованной в Военно-медицинской академии кафедры рентгенологии и радиологии, был одним из первых радиологов мирового уровня. Под его руководством были выполнены основополагающие научные исследования, посвященные влиянию рентгеновских лучей на организм, заложены основы лучевой терапии злокачественных опухолей и неопухолевых заболеваний.

О влиянии Российской школы рентгенологов и радиологов свидетельствует хотя бы тот факт, что проф. М. И. Неменов являлся почетным членом итальянского, австрийского и других научных обществ рентгенологов и радиологов. В 1937 г. было издано первое в стране руководство по клиническому применению препаратов радия для лечебных целей.

В начале XX в. уже во всех развитых странах стали применять лучевую терапию у онкологических больных. С. Л. Дарьялова (2000) приводит примеры начала интраоперационной лучевой терапии, когда в 1909 г. C. Beck провел рентгеновское облучение больным с нерезектабельными опухолями желудка, а в нашей стране при нерадикальных операциях на лимфатических путях шеи в рану закладывали препараты радия - мезотория. Такой радиохирургический метод был применен В. М. Зыковым в Институте имени Морозовых Императорского Московского университета (ныне - МНИОИ имени П. А. Герцена). Этот институт был основан в 1903 г. 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 1906 г. 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». Выступая на I Всероссийском съезде онкологов в апреле 1914 г., директор института В. М. Зыков сообщил о наличии в институте радиологического отделения и лаборатории для изучения влияния на ткани pадиоактивных веществ.

В 1910 г. русский ученый Н. И. Кушталов опубликовал результаты первого в мире научного исследования о действии облучения на молочную железу - «О влиянии Х-лучей на молочную железу кроликов и собак».

В 1901-1902 гг. американские врачи Pusey и Senn проводили однократные, а затем повторные облучения лимфатических узлов у нескольких больных лимфомами. Лучевая терапия до сих пор является одним из эффективных методов лечения лимфом, особенно лимфомы Ходжкина.

В 1901 г. Danlos прикладывал к поверхности опухолей соли радия, содержащиеся в запаянных стеклянных трубочках. Abbe в 1903 г. начал проводить активную внутритканевую терапию внедрением таких трубочек в ткань опухоли.

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 иглы и трубки. В середине XX в. в разных странах применяли свыше 200 разновидностей источников излучения различной конструкции и формы в зависимости от их назначения и условий использования. Их изготавливали в виде отрезков проволоки, помещаемых в металлические или нейлоновые трубки, игл, булавок, спиралей, шариков, гранул, цилиндров, жестких и гибких аппликаторов прямоугольной, круглой и сферической формы (вогнутых и выпуклых). Радионуклиды имели покрытие из золота или платины.


В нашей стране в 50-х гг. прошлого века был налажен массовый выпуск источников излучения на основе радионуклида 60Co 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 198Au, 32P, 131I, 90Y. В настоящее время во всем мире проводят системную, а также внутриопухолевую и внутрисосудистую радионуклидную терапию. Возможности радионуклидной терапии в настоящее время расширяются в связи с достижениями в области иммунологии и радиохимии, например в связи с использованием моноклональных антител, меченых радионуклидами, а также производством различных радиофармацевтических препаратов.

Одним из первых, кто применил лучевую терапию в легочной онкологии, был G. Scott, который в 1914 г. провел успешную рентгенотерапию периферической злокачественной опухоли, а J. D.Kernan с 1929 г. проводил эндоскопическую диатермическую обработку эндобронхиального компонента опухоли с внедрением в нее радиоактивных гранул.

Происходит 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 г.


В 1930 г. Р. Moore впервые ввел в склеру глаза радон с целью локального разрушения хориоидальной меланомы. Позднее было предложено использовать пластинки с радиоактивным кобальтом, повторяющие по своей форме наружную кривизну глазного яблока, однако при облучении возникали серьезные осложнения со стороны глаза, поэтому были созданы другие, более щадящие рутениевые и стронциевые глазные аппликаторы.

Появление такой новой медицинской дисциплины, как лучевая терапия, привело к развитию новых отраслей науки и техники - радиобиологии, медицинской физики - и созданию высокотехнологичного оборудования.

В 1896 г. петербургский физиолог И. Р. Тарханов (Тарханишвили) опубликовал результаты первых исследований лягушек и насекомых, облученных лучами Рентгена, и пришел к выводу о возможном влиянии рентгеновских лучей на жизненные функции.

В 1906 г. французские радиобиологи Ж. Бергонье и Л. Трибондо (J. Bergonie и L. Tribondeau) сформулировали фундаментальный закон (правило) клеточной радиочувствительности: ионизирующее излучение тем сильнее действует на клетки, чем интенсивнее они делятся и чем менее определенно выражены их морфология и функция, то есть чем менее они дифференцированы.


Наряду с этими исследованиями была открыта еще одна впечатляющая страница в радиобиологии. Речь идет об открытии в 1925-1927 гг. отечественными учеными Г. А. Надсоном и Г. С. Филипповым в экспериментах на дрожжевых клетках, а позднее в США Г. Мёллером (H.J. Muller) на дрозофилах эффекта лучевого мутагенеза, проявляющегося не только в повреждении генома, но и в образовании стойких, необратимых изменений, передающихся по наследству. В этих и других последующих многочисленных работах приведены факты высокой радиочувствительности делящихся клеток, клеточного ядра, молекулы ДНК.


Истоки современных понятий о фракционировании дозы зародились в работах H. Coutard и Cl. Regaurd, которые в 1925 г. показали, что при лечении рентгеновскими лучами надо учитывать не только физические свойства излучения и суммарную дозу, но и величину дозы, подведенной в единицу времени, а также продолжительность срока лечения. При лечении рака шейки матки ими было предложено протяженно-фракционированное облучение.

Авторы при клинико-экспериментальном обосновании метода считали, что увеличение времени, необходимого для подведения суммарной дозы (протяженное облучение), и распределение дозы с перерывами (отдельными фракциями) позволяют облучать большими дозами с меньшими повреждениями здоровой, в частности соединительной, ткани.

Физики и радиобиологи пытались объяснить выраженность биологического эффекта облучения, несмотря на крайне малое при этом поглощение энергии. С. П. Ярмоненко (2004) называет 1922 год знаменательной датой в развитии радиобиологии в связи с появлением первой теории, которую высказал F. Dessauer о вероятности случайных попаданий порций энергии излучения в мишени - жизненно важные структуры клеток.


Принцип попадания и теория мишени были развиты различными учеными, в том числе знаменитым нашим соотечественником Н. В. Тимофеевым-Ресовским.

Дальнейшие достижения в области радиобиологии - изучение прямого и косвенного действия радиации - привели к исследованию процессов радиомодификации, то есть возможности целенаправленного изменения чувствительности тканей к облучению. Оказалось, что специальными химическими веществами можно изменить именно косвенное действие радиации, которое осуществляется продуктами радиолиза воды, свободными радикалами. В настоящее время в лучевой терапии существует целое направление - применение различных радиомодификаторов, которые, с одной стороны, позволили путем применения радиосенсибилизаторов повысить эффективность облучения злокачественных опухолей, а с другой - увеличить защиту здоровых тканей при применении радиопротекторов.

Таким образом, в основе лучевой терапии лежат радиобиологические представления о действии различных видов ионизирующего излучения на уровне клеток, тканей и организма, а также о возможностях целенаправленного изменения эффектов облучения с помощью применения специальных средств радиомодификации - фармацевтических препаратов, гипертермии, гипоксии, различных режимов фракционирования дозы и др.

Вполне естественно, что рентгенологи, лучевые терапевты и радиобиологи очень рано столкнулись с проблемой дозирования облучения. Так зародился важнейший раздел физики - дозиметрия.


В начале XX в. основными источниками излучения были радий и рентгеновские аппараты, поэтому проводилась дозиметрия фотонного ионизирующего излучения (рентгеновского и гамма-излучения). В дальнейшем возникла необходимость в дозиметрии потоков заряженных частиц, нейтронов, высокоэнергетического тормозного излучения, так как в 1942 г. появился первый ядерный реактор и были созданы ускорители заряженных частиц. В мире уже существовало большое число источников различных видов ионизирующих излучений, при этом предлагались разнообразные дозиметрические величины.

В 1925 г. начала действовать постоянная комиссия - Международная комиссия по радиологическим единицам. В то время применяли пастовый 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 бледнозеленого до коричневого.

Затем были разработаны не химические, а физические дозиметры, в которых стали измерять ионизацию воздуха рентгеновыми и гамма-лучами. На Международном конгрессе в Лондоне в 1925 г. еще не удалось достигнуть соглашения в определении международной единицы дозы. Официально единица Рентген была принята в 1928 г. на Втором международном конгрессе в Стокгольме. В 1937 г. на Международном конгрессе в Чикаго были внесены некоторые изменения в определении единицы «Рентген», но суть понятия осталась прежней. В то время в рентгенах измеряли как ионизирующее излучение, выходящее из источника, так и поглощенную пациентом энергию. Эти понятия для излучений с большой энергией становились несовместимыми. Оказалось, что единица «Рентген» 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 г. в Женеве была введена новая единица - «рад» (radiation absorbed dose). На этом заседании единицей экспозиционной дозы в воздухе назвали Рентген, а поглощенной дозы - рад.

В 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)». XXX сессия Всемирной ассамблеи здравоохранения, состоявшаяся в 1974 г., рекомендовала принять систему СИ во всех областях медицины, включая практическое здравоохранение. В этой системе в разделе «Производные единицы» в 1975 г. была утверждена в качестве единицы измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения Грей - Гр (Gray, Gy) в честь британского физика Луиса Гарольда Грея (Louis Harold Gray) (рис 6), а с 1979 г. единицей измерения эффективной и эквивалентной доз является Зиверт - Зв (Sievert, Sv) в честь шведского исследователя Рольфа Максимилиана Зиверта (Rolf Maximilian Sievert).

Взаимодействие излучения со средой в эксперименте изучали на фантомах. Во многих исследованиях в качестве материала тканеэквивалентного

Первые рентгенотерапевтические аппараты были созданы на основе рентгенодиагностических установок. Впоследствии был предложен ряд усовершенствований рентгенотерапии для уменьшения количества осложнений и более выгодного распределения дозы (облучение через решетку, маятниковая конвергенция, ротационные методы и др.).

С целью получения излучения больших энергий, чем в рентгенотерапевтических аппаратах, в 1933 г. R. J. Van de Graaff создал генератор для медицинских целей с энергией 2 МэВ.

В 1932 г. E. O. Lawrence совместно с M. S. Livingstone впервые разработали циклотрон - циклический ускоритель, в котором многократное ускорение частиц происходило между двумя электродами (дуантами) по спирали с помощью магнитного поля. С помощью циклотрона удалось получить мощные пучки тяжелых заряженных частиц с большими энергиями.

Уже 1940 г. R. S. Stone и соавт. использовали при лечении злокачественных опухолей нейтронный пучок, который был получен при ударении разогнанных в циклотроне частиц о бериллиевую мишень. Медицинские пучки нейтронов выпускали наружу с помощью коллиматора из парафиновых пластинок.

Американский физик D. W. Kerst сконструировал в Иллинойском университете в 1940 г. первый бетатрон - индукционный ускоритель электронов. Он впервые успешно осуществил на практике давно уже возникшую идею об использовании явления электромагнитной индукции для ускорения электронов, что открывало путь к созданию

установок, в которых энергию электронов можно довести до чрезвычайно больших величин. Появление бетатрона открыло новую эпоху в развитии ядерной физики и лучевой терапии.

До 1951 г. при получении γ-излучения для лучевой терапии использовали радий. Активность чрезвычайно дорогого радия была невелика, источник обычно содержал 4-10 г препарата. Такие установки для лечения назывались телерадиевыми. В 50-х гг. прошлого столетия удалось начать изготовление высокоактивных источников 60Co. Первый источник объемом 5 см3 и массой 40 г имел активность 1000 Кюри. Для получения такой энергии необходимо было бы использовать 1500 г радия. Трудно переоценить значение этого факта для проведения лучевой терапии во всем мире до настоящего времени. В дальнейшем гамма-терапевтические аппараты для дистанционной лучевой терапии были установлены во всех клиниках для лечения больных злокачественными опухолями.

Усовершенствование гамма-терапевтической техники привело к созданию аппаратов с возможностью конвергентно-ротационного облучения.

Изменилась методика проведения внутриполостной терапии. В 1963 г. N. K. Henschke и соавт. предложили вводить в опухоль интрастаты, а потом в автоматизированном режиме помещать в них источники излучения. Этот способ стал называться методом afterloading, т. е. методом последующего введения. К числу основных преимуществ метода afterloading относятся: высокая степень комфортности и воспроизводимости лечения; обеспечение возможности формирования индивидуальных дозовых распределений принципиально любой формы и протяженности; возможность фракционирования дозы излучения. Важнейшим преимуществом является снижение дозы облучения персонала в 10-20 раз.



В 1951 г. известный шведский нейрохирург, профессор L. Leksell, впервые предложил идею радиохирургической установки «Гамма-нож» (Leksell Gamma-Knife). Прогресс в области стереотаксического облучения и совершенствования ускорительной техники позволил профессору Стенфордского университета D. Adler в 1992 г. разработать систему «Кибер-нож» (Cyber-Knife).



В 1954 г. на ускорителе университета г. Упсала (Швеция) и в 1961 г. на Гарвардском циклотроне в Бостоне (США) в клинической практике начали применять протонную терапию. Первый в Советском Союзе медицинский протонный пучок с необходимыми для лучевой терапии параметрами был создан по предложению В. П. Джелепова на фазотроне 680 МэВ в ЛЯП ОИЯИ (Лаборатория ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований) в 1967 г.



В настоящее время для дистанционной радиотерапии созданы линейные ускорители, которые позволяют проводить не только конвенциальное облучение (conventional irradiation), но и конформное облучение (conformal irradiation), интенсивно модулированную радиотерапию (intensity-modulated radiation therapy - IMRT) и радиотерапию, корректируемую по изображениям (image guided radiation therapy - IGRT).