Относительная биологическая эффективность ионизирующих излучений, используемых в лучевой терапии онкологических больных

Abstract

Наибольшее практическое значение в клинической радиобиологии и лучевой терапии онкологических больных имеют быстрые нейтроны, которые характеризуются высокой плотностью ионизации и глубоко проникают в опухоль. Однако побочными эффектами их действия является развитие поздних тяжелых лучевых осложнений. Поэтому является актуальным исследование закономерностей формирования относительной биологической эффективности (ОБЭ) нейтронов конкретной энергии в зависимости от дозы и степени радиочувствительности/радиорезистентности облучаемых клеток (положения в митотическом цикле). Изучена ОБЭ быстрых нейтронов в зависимости от их энергии (6 и 22 МэВ), величины поглощенной дозы и стадии митотического цикла культуры лимфоцитов периферической крови человека (цитогенетическое исследование). Наибольшие значения ОБЭ нейтронов с энергией 6 МэВ (в диапазоне доз 0,32—2,67 Гр) по выходу аберраций хромосом отмечены при воздействии на культуру лимфоцитов в G₂-стадии, наименьшие — при воздействии в S-стадии. Промежуточное положение занимают значения ОБЭ нейтронов при облучении культуры лимфоцитов в G₀- и G₁-стадии. В диапазоне доз 0,2—4,0 Гр величина ОБЭ нейтронов с энергией 22 МэВ наиболее значима в интервале доз 0,2—2,0 Гр, обычно используемых в клинической практике. С повышением дозы облучения ОБЭ нейтронов обеих энергий падает. Таким образом, максимальную биологическую эффективность быстрые нейтроны проявляют при облучении в диапазоне малых доз и в наиболее радиочувствительном состоянии клеток (G₂-стадия митотического цикла). К настоящему времени в Украине не сохранен приоритет нейтронной терапии для лечения онкологических больных и, соответственно, отсутствует концепция ее дальнейшего развития. Полученные нами данные указывают на то, что при терапевтическом использовании излучений с высокой плотностью ионизации в клинической онкологии имеют значение предклинические биодозиметрические исследования с целью уточнения их ОБЭ.

Найбільше практичне значення в клінічній радіобіології і променевій терапії онкологічних хворих мають швидкі нейтрони, які характеризуються високою щільністю іонізації і глибоко проникають в пухлину. Однак побічними ефектами їх дії є розвиток пізніх тяжких променевих ускладнень. Тому актуальними є дослідження закономірностей формування відносної біологічної ефективності (ВБЕ) нейтронів конкретної енергії залежно від дози і ступеня радіочутливості / радіорезистентності опромінюваних клітин (положення в мітотичному циклі). Вивчено ВБЕ швидких нейтронів залежно від їх енергії (6 і 22 МеВ), величини поглиненої дози і стадії мітотичного циклу культури лімфоцитів периферичної крові людини (цитогенетичне дослідження). Найбільші значення ВБЕ нейтронів з енергією 6 МеВ (у діапазоні доз 0,32—2,67 Гр) щодо виходу аберацій хромосом визначені у разі дії на культуру лімфоцитів у G₂-стадії, найменші — у випадку дії в S-стадії. Проміжне положення займають значення ВБЕ нейтронів при опроміненні культури лімфоцитів в G₀- і G₁-стадії. У діапазоні доз 0,2—4,0 Гр величина ВБЕ нейтронів з енергією 22 МеВ найбільш значуща в інтервалі доз 0,2—2,0 Гр, які використовуються в клінічній практиці. З підвищенням дози опромінення ВБЕ нейтронів обох енергій падає. Таким чином, максимальну біологічну ефективність швидкі нейтрони виявляють у разі опромінення в діапазоні малих доз і в найбільш радіочутливому стані клітин (G₂-стадія мітотичного циклу). До теперішнього часу в Україні не збережено пріоритет нейтронної терапії для лікування онкологічних хворих і, відповідно, відсутня концепція її подальшого розвитку. Отримані нами дані вказують на те, що для терапевтичного використання випромінювань з високою щільністю іонізації в клінічній онкології мають значення передклінічні біодозиметричні дослідження з метою уточнення їх ВБЕ.

Fast neutrons, which are characterized by high ionization density and penetrate deeply into a tumor, are of the greatest practical importance in clinical radiobiology and radiation therapy of cancer patients. However, the side effect of their action is the development of late severe radiation complications. Therefore, the study of the patterns of formation of the relative biological efficiency (RBE) of neutrons of a specific energy depending on the dose and degree of radio sensitivity/radio resistance of irradiated cells (the position in the mitotic cycle) is justified because of its importance. Objective of the study: to study the RBE of fast neutrons depending on their energy (6 and 22 MeV), absorbed dose, and stage of mitotic cycle of human peripheral blood lymphocyte culture (cytogenetic study). It is shown that the highest values of the RBE with the energy of 6 MeV (in the dose in terval 0.32-2.67 Gy) for chromosome aberration yield are observed when exposed to the lymphocyte culture in the G₂-stage, the lowest — when exposed in the S-stage. The intermediate position is occupied by the values of the RBE of neutrons at irradiation of the lymphocyte culture in the G₀- and G₁-stages. In the dose interval 0.2-4.0 Gy, the value of the RBE neutrons with the energy of 22 MeV is the most significant in the dose interval 0.2-2.0 Gy, which is commonly used in clinical practice. As the dose of the radiation exposure increases, the RBE of neutrons with both energies decreases. Thus, the maximum biological efficacy of fast neutrons is manifested by irradiation in the low-dose interval and in the most radiosensitive state of cells (the G₂-stage of mitotic cycle). Currently, the priority of neutron therapy for the treatment of cancer patients has not been preserved in Ukraine and, accordingly, there is no concept of its further development. The data obtained by us indicate that it is ad visable to conduct pre-clinical biodosimetric studies to clarify the RBE at the therapeutic use of radiation with high ionization density in clinical oncology.