Ядерные излучения лечат

Вскоре после открытия лучей Рентгена удалось установить, что их способность проникать сквозь ткани может быть использована в медицине. С помощью нового "всевидящего ока" врачи могли найти металлический осколок или иглу, застрявшие в тканях человека, увидеть туберкулезный инфильтрат или раковую опухоль в легких. Рентгеновские лучи остаются незаменимым помощником врача и сегодня. С их помощью можно поставить точный диагноз язвы желудка и митрального порока, плеврита и эхинококка печени. Техника рентгеновского исследования усовершенствовалась: современной аппаратурой можно производить послойное исследование легких для точной локализации в них болезненного процесса; с помощью современного флюорографа в течение нескольких часов можно обследовать жителей целого поселка. В наши дни не забывают об опасности частых повторных облучений, не практикуют без особой на то нужды массовых рентгеновских обследований населения, не подвергают опасности облучения беременных женщин. В каждом случае врач должен взвесить пользу и возможный вред от применения лучей Рентгена и принять правильное решение.

В медицине рентгеновские лучи применяются не только с целью диагностики. Ученые сумели использовать в интересах больного разрушительное, смертоносное действие больших доз этих лучей, направив их на ткани злокачественных опухолей. С помощью современных рентгенотерапевтических установок, в результате длительного курсового лечения, врачи достигают нередко поразительных успехов. Но ведь опухоли, как правило, лежат в глубине, среди здоровых тканей. Каким же образом удается разрушить опухоли, не повредив существенно кожу и здоровые ткани?

Это, несомненно, очень сложная задача. При лучевой терапии всегда в некоторой степени страдают здоровые ткани. Но и врач, и больной вынуждены идти на это во имя достижения основной цели - уничтожения злокачественной опухоли. Преимущественного разрушения ткани опухоли по сравнению со здоровой удается достигнуть прежде всего потому, что опухоль обычно обладает большей радиочувствительностью. Опухоль быстро увеличивается, прорастает в соседние здоровые ткани в результате частого деления клеток (митоза). А мы уже знаем, что частота митозов является показателем радиочувствительности любой ткани. Чем опухоль злокачественнее и быстрее растет, чем чаще в ней возникают митозы, тем чувствительнее она к действию радиации. Поэтому при одной и той же дозе и одинаковых условиях облучения опухолевая ткань разрушается больше, чем здоровая.

Однако в быстро растущих опухолях формирование кровеносных сосудов и кровоснабжение нередко отстают. Опухоль в целом, а ее центр в особенности, настолько плохо снабжается кислородом, что нередко даже происходит омертвение сердцевины опухоли. Поскольку при недостатке кислорода чувствительность клеток к радиации резко снижается, в такой опухоли создаются весьма невыгодные для лучевой терапии условия: бедность кислородом делает опухоль менее чувствительной к облучению, чем соседние здоровые ткани. В результате лучевое лечение либо не достигает цели, либо приводит к сильному повреждению тканей организма и к развитию лучевой реакции.

Разобравшись в причинах устойчивости к радиации некоторых опухолей, специалисты-радиобиологи вскоре нашли и выход. Если больного на время облучения поместить в камеру с повышенным до 3 атмосфер давлением кислорода, последний хорошо насытит ткань опухоли и тем самым в два-три раза повысит ее радиочувствительность. Что касается здоровых тканей, то они и без того отлично снабжались кислородом, и увеличение его давления уже не повлияет на их радиочувствительность. Применение такого мероприятия может повысить чувствительность опухоли к действию лучевой терапии, увеличить эффективность лечения. Однако этот метод может дать результаты лишь при некоторых видах опухолей, он требует специального технического оснащения. Кроме того, кислород под давлением может в некоторых случаях быть небезопасен.

Чтобы уменьшить действие облучения на здоровые ткани, прибегают к такому приему. Опухоль облучают с разных сторон таким образом, чтобы все пучки лучей пересекались точно в центре опухоли. Тогда каждый участок кожи получит дозу лучей, в несколько раз меньшую, чем ткань опухоли. В последние годы созданы специальные ротационные гамма-установки, в которых источник излучения во время сеанса непрерывно движется по дуге, составляющей часть окружности, центр которой лежит в опухоли. Кроме того, для уменьшения облучения здоровых тканей при лечении регулируют длину волны лучей, а вместе с ней и глубину их проникновения в организм. Если лучевое лечение назначается при раке кожи или некоторых других кожных заболеваниях (экземе, невродермите), врачи пользуются близкофокусной рентгеновской трубкой, дающей мягкие лучи с очень слабой проникающей способностью. Если же опухоль расположена глубоко под здоровыми тканями, применяют наиболее жесткие рентгеновские лучи или пользуются гамма-лучами специальных кобальтовых установок, которые поглощаются преимущественно на глубине около 10 см, тогда как кожа остается незатронутой.

Быстрое развитие ядерной физики, создание все более мощных и разнообразных ускорителей заряженных частиц - электронов, протонов, дейтронов, альфа-часстиц (ядер гелия) и еще более тяжелых частиц - раскрыли новые перспективы и перед лучевой терапией опухолей, особенно глубоко расположенных. Пучки тяжелых заряженных частиц легче фокусируются и меньше рассеиваются, меньше повреждают здоровые ткани; благодаря ограниченному пробегу в тканях, более высокой, чем у гамма-лучей, ОБЭ и увеличению линейной плотности ионизации с глубиной проникновения - потоки тяжелых частиц дают более эффективное и концентрированное разрушение опухолей, а здоровые ткани страдают при этом значительно меньше. Отсутствие кислородного эффекта, характерное для плотноионизирующих частиц высоких энергий, позволяет с успехом использовать протонные и другие ускорители для лечения и тех форм опухолей, которые из-за плохого кровоснабжения и гипоксии устойчивы к терапии рентгеновскими или гамма-лучами. В нашей стране уже созданы первые клиники, в которых больных злокачественными опухолями лечат потоками быстрых протонов.

Наибольшего эффекта можно ожидать от лечебного применения так называемых отрицательных пи-мезонов -o частиц с массой, промежуточной между массами электрона и протона (составляющей 270 масс электрона), впервые обнаруженных в 1947 г. в космических лучах. Сейчас установлено, что пи-мезоны (а они бывают и положительно заряженные, и нейтральные) выполняют в ядрах атомов роль своеобразного клея или смазки, скрепляющей нуклоны, т. е. протоны и нейтроны. Постоянный обмен пи-мезонами представляет собой основу тех ядерных сил, которые придают большинству ядер прочность и устойчивость.

Какие же преимущества перед другими видами лучевого лечения имеют потоки отрицательных пи-мезонов? Оказывается, в конце своего пробега (-) пимезон поглощается атомным ядром и вызывает его расщепление. А так как длина пробега этой частицы и время ее жизни (10^-8сек.) хорошо известны, то можно очень точно навести мезонную пушку так, чтобы снаряд разорвался внутри цели - опухоли. Вылетающие из расщепленного ядра осколки рассеиваются в окружающей место "взрыва" ткани на расстоянии не более нескольких миллиметров, расходуя при этом очень большую энергию - до 30 Мэв. Благодаря этим особенностям мезонных пучков отношение дозы радиации, создаваемой ими в облучаемом очаге, к дозе в здоровой ткани (основной показатель эффективности и безопасности лучевой терапии) в несколько раз выше, чем для других ускоренных частиц, и в 10 раз выше, чем для рентгеновских и гамма-лучей. Строительство мезонных фабрик - дело достаточно сложное: они нуждаются в очень мощных протонных ускорителях. Однако недалек тот день, когда и в нашей стране потоки пи-мезонов станут применяться для лечения раковых больных.

Несмотря на все эти мероприятия, при лечении облучением все же создается опасность повреждения здоровых тканей, поэтому больным с профилактической целью назначают один из защитных противолучевых препаратов типа цистамина, цистафоса или аминоэти-лизотиурония и, таким образом, предупреждают опасность развития лучевой реакции.

Чтобы обеспечить максимальное облучение опухолевой ткани и свести к минимуму поражение здоровых тканей, иногда вводят радиоактивный излучатель - радиевую или кобальтовую иглу - непосредственно в опухоль. Хорошо поддаются лучевому лечению опухоли кожи, грудной железы, мозга, костей. Другие формы рака лечатся преимущественно хирургически.

В медицине широкое применение находят не только лучи Рентгена и гамма-лучи, но и ядерные излучения радиоактивных изотопов. Каждый из них, в силу только ему одному присущих свойств и особенностей, имеет определенную область применения.

Радиоактивный изотоп йода (I¹³¹), так же как его стабильная разновидность, попав в животный организм, очень быстро накапливается в ткани щитовидной железы. В состав каждой молекулы гормона щитовидной железы - тироксина входит четыре атома йода. Поэтому по быстроте, с которой введенный в кровь радиоактивный изотоп йода накапливается в щитовидной железе, можно судить о ее функции. Опытами установлено, что через сутки после введения йода в здоровой железе его накапливается от 15 до 45%. Пои повышенной функции щитовидной железы (это состояние носит название базедовой болезни, или гипертиреоза, и характеризуется целым рядом болезненных проявлений), через сутки в ней накапливается 50% и больше введенного йода, а при пониженной функции (наблюдаемой при микседеме и кретинизме) - меньше 10%.

Таким образом, определение скорости захвата йода щитовидной железой, а также динамики его содержания в крови и выделения с мочой позволяет составить точное объективное представление о функции щитовидной железы, поставить правильный диагноз болезни и назначить соответствующее лечение. В дальнейшем, повторяя периодически исследования, можно следить за динамикой развития болезни и выздоровления.

Возникает вопрос, каким образом можно точно определить количество радиоактивного йода, накопленного в щитовидной железе больного. Такое определение возможно потому, что щитовидная железа расположена очень удобно - на шее, прямо под кожей. Поднеся к железе счетчик излучения, можно уловить сравнительно мягкие бета-лучи, испускаемые изотопом.

Радиоактивный йод - 131 как будто специально приспособлен для того, чтобы оказывать только нужный нам эффект и не вызывать побочных последствий. Период полураспада этого изотопа - 8,1 дня, т. е. он довольно быстро теряет свою активность. Способность изотопа накапливаться в щитовидной железе избавляет остальные ткани организма от опасности облучения. Наконец, йод-131 излучает бета-лучи, достаточно жесткие для того, чтобы оказать влияние на ткань самой железы, но слишком мягкие, чтобы достичь других органов и вызвать их поражение. Благодаря такому уникальному сочетанию свойств йод - 131 широко применяется не только для диагностики состояния щитовидной железы, но и для лечения ее заболеваний. Гипертиреоз и диффузный зоб (увеличение щитовидной железы), сочетающийся с усилением ее функции, отлично поддаются лечению радиоактивным йодом. Для лечения вводится в сотни раз большее количество изотопа, чем при диагностике, однако и в этом случае другие ткани организма не страдают. Выполнив лечебную роль, разрушив часть клеток железы и нормализовав ее функцию, йод-131 распадается и исчезает из организма. Исцеленный больной возвращается к нормальной жизни и работе.

Широкое применение в медицине находит и другой радиоактивный изотоп - фосфор - 32. С помощью этого изотопа лечат эритремию (полицитемию) - заболевание костного мозга, при котором в крови у человека резко увеличивается количество эритроцитов (до 10 - 12 млн. в 1 мм³ крови, в то время как у здоровых людей их содержится около 5 млн.).

Фосфор как стабильный, так и радиоактивный интенсивно накапливается в тех тканях и органах, где усиленно идут процессы обмена веществ, синтеза фосфорсодержащих соединений (например нуклеиновых кислот), процессы деления клеток. Все эти процессы интенсивно идут и в здоровом костном мозгу. Но в кроветворной ткани, пораженной болезнью, эти процессы особенно усилены. С помощью радиофосфора часто удается достигнуть успеха там, где оказались безрезультатными все другие методы. Правда, следует отметить, что лечебное применение фосфора значительно менее безопасно, чем введение радиоактивного йода. Фосфор довольно равномерно распределяется по организму, период его полураспада больше, чем йода (14,3 дня), а его более жесткое бета-излучение обладает значительной проникающей способностью. Поэтому в настоящее время радиофосфором лечат только эритремию (и то лишь после того, как другие средства оказались неэффективными).

Изотопы успешно используют и в других областях медицины. С их помощью установлено,- что при срастании перелома сначала к нему направляется большое количество фосфора, тогда как кальций мобилизуется значительно позже. Поэтому теперь больному с переломом врачи назначают кальций только спустя две недели после перелома.

Вводя радиоактивную метку (атом серы - 35 или другого изотопа) в молекулы различных лекарственных веществ, ученые и врачи таким образом устанавливают характер распределения изучаемого вещества в организме, его способность накапливаться в тех или иных органах, быстроту и пути выведения из организма.

Некоторые изотопы находят довольно широкое лечебное применение и в качестве источников внешнего гамма-облучения. Известно, что в довоенные и первые послевоенные годы драгоценные ампулы с радием использовались для облучения некоторых злокачественных опухолей, расположенных в матке и некоторых других областях организма. В настоящее время вместо радия успешно применяется более дешевый и удобный изотоп - кобальт - 60. Более того, благодаря возможности получения радиоактивного кобальта в большом количестве (путем облучения нейтронами в атомном реакторе стабильного изотопа кобальта - 59) для телегаммате-рапии создают мощные источники излучения - так называемые кобальтовые пушки. Большой заряд радиокобальта помещается в центр свинцового шара со стенками толщиной 35 - 50 см. Пучок лучей, ширину которого можно изменять по желанию врача, вырывается из свинцовой бомбы через узкую щель. С помощью жестких гамма-лучей кобальта - 60 удается успешно облучать глубоко расположенные опухоли без существенного повреждения кожи. Однако жесткость излучения кобальтовых источников, а также применяемых в последние годы аппаратов с цезием - 137, который дает такие же жесткие лучи, но имеет период полураспада, больший (33 года), чем у кобальта (5,3 года), не позволяет производить с их помощью просвечивание и получать снимки. А перспектива замены сложного и громоздкого рентгеновского аппарата ампулой с изотопом весьма привлекательна. Есть основания полагать, что эта задача разрешима. Лучи нужной жесткости испускают такие радиоактивные изотопы: тулий - 170, ксенон - 133, европий - 155 и др. Возможно, что в ближайшие годы будут разработаны новые методы радиодиагностики и радиотерапии.

Новые возможности использования ядерных излучений в медицине связаны с их способностью подавлять имунные силы организма. Реакция несовместимости тканей - самое большое и трудно преодолимое препятствие на пути пересадки органов. Как уже говорилось, большие дозы радиации настолько угнетают нормальные механизмы иммунитета, что становится возможной пересадка костного мозга не только от особи данного вида, штамма, линии, но и от другого вида, например, от мыши к крысе, и наоборот. Если на фоне облучения возможна пересадка костного мозга, очевидно, возможны и другие пересадки. В настоящее время хирургия уже приступила к таким пересадкам органов. Успешно осуществляются пересадки кожи, костей, суставов, почек. Во всех случаях предварительное облучение способствовало приживлению пересаженного органа. Надо полагать, что первые успешные пересадки сердца также осуществляются и будут осуществляться с использованием ядерных излучений и так называемых иммунодепрессивных препаратов, к числу которых, например, относятся гормоны коры надпочечников и их синтетические аналоги.

За рубежом предпринято несколько попыток использовать ионизирующую радиацию и для лечения такого страшного и почти неизлечимого заболевания, как острый лейкоз (белокровие). Эту болезнь большинство ученых рассматривает как злокачественную опухоль кроветворной ткани. Если все тело больного лейкозом подвергнуть облучению большой дозой радиации (800 - 900 р.), весь аппарат кроветворения, пораженный болезнью, должен погибнуть. Вместе с ним погиб бы и сам больной, но в его организм, где механизмы иммунитета глубоко подавлены, можно пересадить клетки костного мозга от кого-нибудь из близких родственников, и тогда больной не только выживет после столь радикального лечения, но может и выздороветь от лейкоза. В большинстве случаев, если судить по сообщениям иностранных журналов, с помощью этого метода лечения удается продлить жизнь больного лейкозом на 1 - 2 года. Описано несколько случаев более длительного эффекта. В нашей стране общее облучение как метод лечения лейкоза пока ввиду его опасности не применялось. Да и за рубежом немного больных подверглись общему облучению, так что судить о его эффективности пока трудно. И все же трудно отказаться от мысли о том, чтобы использовать свойство излучений подавлять иммунитет для радикального излечения лейкозов и других злокачественных опухолей системы крови.