Материал: Кислородный эффект в радиобиологии
Значение кислородного эффекта при радиотерапии опухолей
Исследование кислородного эффекта имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение.
В частности, это явление необходимо учитывать при радиотерапии злокачественных новообразований.
Понятно, что цель радиотерапии – убить опухолевые клетки и как можно меньше повредить нормальные ткани, окружающие опухоль.
Однако, применению облучения для удаления опухоли препятствует тот факт, что существенная часть популяции клеток опухоли является гораздо более устойчивой к действию облучения.
Это связано с тем, что в опухолях имеются гипоксические зоны, возникающие в результате гораздо худшего снабжения опухоли кровью по сравнению с нормальными тканями, что происходит по следующим причинам:
1)рост капиллярной сети не поспевает за быстрым ростом опухоли;
2)быстрое деление клеток опухоли приводит к периодическому сдавливанию имеющихся там капилляров и прекращению кровотока.
Парциальное напряжение кислорода (рО2) в гипоксической зоне опухоли может составлять 1-10 мм рт. ст., тогда как в нормальных тканях – от 20 до 100 мм рт. ст.
Методы преодоления резистентности гипоксических клеток при радиотерапии опухолей
Для преодоления резистентности гипоксических клеток опухоли предложены различные методы:
1.Метод гипербарической оксигенации (метод оксибарорадиотерапии).
2.Метод фракционированного облучения с учетом реоксигенации опухоли.
3.Использование радиосенсибилизаторов гипоксических клеток.
4.Применение ионизирующих излучений с высокой ЛПЭ (т.е. излучений, при действии которых отсутствует кислородный эффект).
Помимо перечисленных имеются и другие методы сближения радиочувствительности клеток нормальных тканей и гипоксических клеток опухоли.
Метод оксибарорадиотерапии
В 50-е годы прошлого века Л. Грей для повышения содержания кислорода в гипоксических опухолевых клетках предложил применять гипербарическую оксигенацию во время сеанса радиотерапии (помещение пациента в барокамеру и вдыхание чистого кислорода под давлением 2-3 атм.).
Основываясь на характере исследованной им зависимости ККУ от парциального напряжения кислорода (см. следующий слайд) он сделал вывод, что такое дополнительное повышенное оксигенирование практически не изменит радиочувствительность нормальных тканей, но существенно повысит радиочувствительность гипоксических опухолевых клеток (даже если прирост содержания кислорода в гипоксических зонах опухоли будет небольшим).
Применение оксибарорадиотерапии, действительно, повысило эффективность лечения некоторых видов опухолей (особенно опухолей головы и шеи).
Однако, в дальнейшем оказалось, что гипербарическая оксигенация приводит к увеличение содержания кислорода далеко не во всех опухолях.
Теоретическая основа метода оксибарорадиотерапии
Реоксигенация опухоли при фракционированном облучении
Другим подходом практического применения кислородного эффекта в радиотерапии опухолей является использование явления реоксигенации опухолевых клеток.
У экспериментальных животных в опухолях разных типов доля гипоксических клеток может варьировать от 0 до 50% (в среднем порядка 15%). У человека опухоли содержат по ориентировочным оценкам 10-15% гипоксических клеток. При действии облучения на опухоль гибнут, главным образом, аэрированные клетки опухоли, т.к. они более радиочувствительны.
Однако, через некоторый интервал времени популяция опухолевых клеток, состоящая сразу после облучения практически только из гипоксических клеток, восстанавливает соотношение гипоксических и аэрированных клеток на первоначальном уровне.
Это происходит в результате реоксигенации большей части выживших гипоксических клеток. Т.о., в опухоли вновь появляется фракция радиочувствительных аэрированных клеток, что позволяет опять применить облучение для их эффективного уничтожения. И так несколько десятков раз до полного уничтожения опухоли (см. схему на следующем слайде).