ęklasycznej radiobiologii i wytłumaczenie ważnych pojęć radiobiologia Kielce FizMed 03.pdf ·...
Transcript of ęklasycznej radiobiologii i wytłumaczenie ważnych pojęć radiobiologia Kielce FizMed 03.pdf ·...
Trochę klasycznej radiobiologii i wytłumaczenie ważnych pojęć:
OER – efekt tlenowy
LET – liniowe przekazywanie energii
RBE - względna skuteczność biologiczna
hipertermia
efekt mocy dawki
mechanizmy choroby popromiennej
Wstęp do radiobiologiiWykład 3
komórkihipoksyczne
komórkieuoksyczne
komórkihipoksyczne
komórkieuoksyczne
0 Gy
2 Gy
4 Gy
6 Gy
10 Gy
Efekt tlenowy i OER
OER = oxygen enhancement ratio
OER = dawka wywołująca efekt F w warunkach hipoksjidawka wywołująca efekt F w warunkach euoksji
pamiętajmy, że mówimy tu o ostrej hipoksji...
Hipoksja jest niekorzystnym czynnikiem prognostycznymw leczeniu promieniowaniem
G. Steel, 2002
wyleczalność miejscowa wyleczalność ogólna
Hipoksja jest niekorzystnym czynnikiem prognostycznymw leczeniu chirurgicznym...
Hoeckel i wsp. Cancer. Res. 1996
wyleczalność ogólna
wyleczalność miejscowahipoksja wzmaga złośliwośćkomórek nowotworowych i
powstawanie przerzutów lokalnych
promieniegamma
promieniebeta
promieniealfa
głęboka penetracja
średnia penetracja
płytka penetracja
tkanka
miejsca ionizacji
Względna skuteczność biologiczna RBEliniowe przekazywanie energii LET = linear energy transfer
LET = Δ EΔ l
energia E przekazana materii przez cząstkę promieniowania podczas przebycia drogi l
jednostka: keV / µm
Co-60 0,27 keV / µmPromienie X, 250 kV 2 keV / µmNeutrony 3 MeV 31 keV / µmNeutrony 14 MeV 100 keV / µm Promienie alfa 2,5 MeV 166 keV / µm
promieniowanie LET
cząstki αwysokie LET
1 Gy ~ 3 - 4 trafienia/komórkę
~ 100 000 jonizacji/komórkę
Rozkład trafień w komórce wywołanychwiązką promieniowania o niskim i wysokim LET
1 Gy ~ 1000 trafień/komórkę
~ 100 000 jonizacji/komórkę
promieniowanie Xpromieniowanie Xniskie LETniskie LET
LET = linear energy transferw keV µm-1
Względna skuteczność biologicznaRBE = relative biological effectiveness
RBE = dawka promieniowania X (250 kV) wywołująca efekt Fdawka innego promieniowania wywołująca efekt F
UWAGA: wartość RBE zależy od mierzonego efektu!
przyjęte w ochronie radiologicznej, średnie wartości RBE
promieniowanie RBE
X, gamma, beta: 1
neutrony: 10
alfa: 20
ciężkie jony ?
Zależność między LET i RBE
Dose (Gy) LET (kV/µm)
RB
E
GW Barendsen, Current Top Radiat Res 4:293-356, 1968
Przeżywalność komórek napromienionych promieniowaniemo różnym LET.
Zależność między RBE i LET
Dlaczego w zakresie 100 kV/µm jest najwyższy stosunek RBE do LET
w tym zakresie LETpowstaje najwięcejpodwójnoniciowychpęknięć DNAwywołanych jednymprzejściem cząstki
Eric Hall, Radiobiology for the Radiologist, 2000
Dlaczego powyżej 100 kV/µm RBE spada…
A simple model to explain the decreasing RBE with increasing LET Circles symbolise cells. A hit cell is marked grey and indicates cell death.
Numbers inside circles illustrate the number of lethal events produced by an ion track
Promieniowrażliwość komórek w zależności od fazy cyklu komórkowego
Krzywe przeżywalności komórek CHOnapromienionych w różnych fazachcyklu komórkowego.W.K. Sinclair i wsp., Rad. Res. 29:450-474, 1966
Frakcje przeżywalności komórek CHO (A – krótki cykl) i HeLa (B – długi cykl) napromienionych jedną dawką w różnych fazach cyklu komórkowego.W.K. Sinclair, BNL Report 5023 (C-57), Upton NY,1969)
Wpływ mocy dawki na przeżywalność komórek
Przeżywalność komórek CHL-F narażonych na promieniowania gammao różnej mocy dawki.J.S. Bedford i wsp. Radiat. Res. 54:316-327, 1973.
1 rad = 0.01 Gy
Wpływ mocy dawki na przeżywalność komórek„efekt odwrotnej mocy dawki”
efekt wynika z zatrzymania komórek w promieniowrażliwej fazie G2czyli redystrybucji komórek w cyklu
Wpływ mocy dawki naprzeżywalność komórek HeLaMitchell i wsp. 1979
Model zależności przeżywalności od mocy dawki w komórkach proliferujących w hodowli.Eric Hall, 2000
redystrybucjaw fazie G2
~8 400 rad/h
Hipertermia
Wpływ temperatury i czasu narażenia na przeżywalność komórek CHO. W.C. Dewey i wsp. Radiology 123: 463-474, 1977
Quae medicamenta non sanat, ferum sanat.Quae ferum non sanat, ignis sanat.Quae vergo ignis non sanat, insonabilia repotari oportet.Hipokrates
HipertermiaSynergistyczne działanie promieniowania jonizującego (5 Gy) i hipertermii (40 min 42,50C).
Promieniowanie podano w różnych czasach przed i po hipertermii.S.A. Sapareto i wsp. Rad. Res. 43:221-233, 1978)
Komórki CHO
Zastosujmy wiedzę na temat działania promieniowania na komórkido wytłumaczenia dlaczego niektóre tkanki reagują wcześnie a inne późno na napromienienie...
dłonie radiologa, początek 20. wieku...
Trochę o fazach choroby popromiennej...skupmy się na fazie ostrej, ponieważ ona jest konsekwencją śmierci komórek
Prodromalna
Latencji
Ostra
martwica- tkanki wcześnie reagujące- tkanki późno reagujące
rumieńwymiotybiegunka
stanzapalny
śmierćkomórek
Dlaczego niektóre tkanki reagują wcześnie a inne późno?Klasyczny model Adama Michałowskiego, 1981
komórki macierzyste(samoodnawiające się)
komórki prekursorowe(namnażające się)
komórki dojrzałe(funkcjonalne)
komórki dojrzałe(funkcjonalne)
komórki macierzyste
Tkanki hierarchicznereagują wcześnie ponieważ
ich komórki dzielą się intensywnie
Tkanki elastycznereagują późno ponieważ
ich komórki dzielą się rzadko
U podstaw modelu leżą założenia, że:
1. komórki umierają śmiercią mitotyczną
2. Odczyny tkanek są następstwem śmierci komórek
- naskórek- jelito cienkie- szpik kostny- jądra
pozostałe tkanki
?
Skóra: narząd reagujący wcześnie (naskórek) i późno (skóra właściwa)
14-2114-1825-3020-2815-2514-21powyżej 21
3-10powyżej 38-1215-2015-25powyżej 20powyżej 25
RumieńDepilacjaSuche złuszczanieMokre złuszczaniePęcherzeOwrzodzenia Martwica
Czas wystąpienia po narażeniu (dni)
Zakres dawki (Gy)
Objawy
Czas wystąpienia objawów zespołu skórnegow zależności od dawki promieniowania. Według IAEA (1998)
naskórek - tkanka hierarchiczna
skóra właściwa - tkanka elastyczna
Dobrym przykładem tkanki wrażliwej na działaniepromieniowania która, według Michałowskiego, powinnareagować późno jest wątroba
RILD – Radiation Induced Liver Diseasepierwotnie zwana: "popromiennym zapaleniem wątroby (radiation hepatitis)
Występuje kilka tygodni po napromienieniu narządu
NTCP: normal tissue complication probability
Prawdopodobieństwowystąpienia RILD jakofunkcja dawki całkowitejdla wątroby(Dawson i Ten Haken, 2005)
M.S. Anscher et al. IJROBP 62:255-259, 2005
ROS: reaktywne formy tlenu
promieniowanie
ROS
hipoksja
uszkodzenie tkanki
obrzękniedokrwieniezwłóknienie
aktywacja makrofagów
cytokiny obumieranie komórekśródbłonkazwłóknienie
ROS
Schemat popromiennych mechanizmów prowadzących do martwicy tkanki
Nowy paradygmat: uszkodzenie naczyń krwionośnych jest odpowiedzialne za powstanie odczynu