Радіоактивні ізотопи застосовуються в терапії (радіотерапії)

Радіоактивність є природною властивістю багатьох речовин, атоми яких знаходяться в нестабільному стані. Хоча атом кожного хімічного елемента характеризується строго визначеною кількістю вхідних в нього протонів і електронів, кількість нейтронів в атомному ядрі може варіювати, так що атомна вага (який визначається як сума входять до ядро протонів і нейтронів) може бути різним у атомів одного і того ж елемента.

Суміш таких атомів. що отримали назву ізотопів, в певній пропорції присутній в будь-якому чистому речовині (особливо в металах типу заліза, марганцю або кобальту). Радіоактивне випромінювання є результатом розпаду нестабільних атомних ядер на більш стабільні елементи. Кожен хімічний елемент характеризується цілком певним рівнем природної радіоактивності.

Існує безліч природних радіоактивних матеріалів. які випромінюють в діапазоні, здатному викликати іонізацію в живих тканинах. Історично прийнято поділяти всі радіоактивні випромінювання на а-, b- і у-випромінювання, в залежності від їх характеристик. Альфа-частинки по суті є ядрами атомів гелію, що випускаються при розпаді нестабільних радіонуклідів.

Слід пам'ятати, що, хоча багато характеристик радіоактивних випромінювань описуються виходячи з хвильової концепції випромінювання, кожне випромінювання одночасно є також потоком частинок. З цієї точки зору легше зрозуміти природу а- і b-випромінювань. Так, а-випромінювання являє собою потік важких позитивно заряджених атомів гелію, а b-випромінювання є потоком негативно заряджених електронів з зникаюче малою масою. Гамма-промені на відміну від попередніх типів випромінювання не несуть ніякого заряду.

Хоча всі ці три типи випромінювання здатні викликати іонізацію в живих тканинах, найбільшого поширення в радіаційної терапії отримало саме у-випромінювання. У медицині дуже широко використовується нестабільний ізотоп кобальту з атомним вагою 60, який втрачає один з нейтронів з випусканням у-випромінювання і перетворюється в стабільний ізотоп з атомною вагою 59.

Характеристики випромінювання при цій реакції дуже стабільні, а кількість розпадів залишається незмінним, так що за 5,33 року половина маси цього радіоактивного елемента переходить в стабільну форму, що визначає період напіврозпаду для 60 Со. Знання часу напіврозпаду того чи іншого елемента дуже важливо для планування теоретичних і клінічних задач.

Для різних елементів цей період коливається від декількох секунд до сотень і тисяч років. Радій, який інтенсивно використовувався в медичній практиці до знаходження найбільш підхожих елементів, має період напіврозпаду в 1620 років, т. Е. Таке джерело випромінювання практично не вимагає заміни при його використанні. Проте в даний час в медицині все більш широко застосовуються бета-частинки або електрони, так як характеристики цього випромінювання більш підходять для медичних цілей.

В даний час відбувається вивчення і інших атомних частинок. так як теоретично вони можуть надавати цікаві біологічні ефекти. Йдеться про нейтронах, протонах і пі-мезона.

Хоча з моменту відкриття радію подружжям Кюрі медики користувалися в основному радіоактивними джерелами природного походження, сучасна фізика високих енергій дозволяє виробляти цілий ряд штучних джерел і ізотопів. Ці радіонукліди зазвичай отримують шляхом бомбардування в атомних реакторах природних матеріалів важкими частинками.

Перевага штучних джерел випромінювання полягає в тому, що так можна отримувати матеріали з найбільш прийнятними для поставлених завдань характеристиками у-випромінювання і періоду напіврозпаду.

Розробка нових діагностичних методів, наприклад радіоізотопного сканування. і впровадження нових підходів в терапії вимагають створення штучних джерел випромінювання із заданими властивостями. Стосовно до терапії потрібне створення нових типів закритих і відкритих джерел. Використання закритих джерел полягає в тому, що радіоактивний матеріал поміщається в ізолюючий контейнер (наприклад, платинові голки з радіоактивним цезієм або радієм).

У цьому випадку можливе введення радіоактивного матеріалу саме в ті тканини, які потрібно опромінити, а по закінченні заданого часу видалити його з організму.

Відкриті радіоактивні джерела. такі як I, вводяться в організм перорально або у вигляді ін'єкції. Вони проникають в кров'яне русло і акумулюються в органі-мішені (у випадку з йодом - в щитовидній залозі, де радіоактивне випромінювання діє як на пухлинну тканину, так і на нормальні тканини залози). Зрозуміло, що в останньому випадку ізотопи неможливо використовувати повторно.

Відкриті джерела широко використовуються в діагностиці (радіоактивний технеций - в діагностичному скануванні кісток і мозку). У терапії найбільш відоме застосування радіоактивних ізотопів йоду (зазвичай 131 I) для лікування раку щитовидної залози. Ізотоп приймається перорально, вибірково накопичується в щитовидній залозі і забезпечує «внутрішнє» опромінення високої інтенсивності, практично не зачіпаючи прилеглі органи і тканини. Менш відомим прикладом є використання радіоактивного фосфору (32 Р) для опромінення кісткового мозку при стійкій червоною полицитемии або істинної поліцитемії.

Терапія з використанням радіонуклідів характеризується вибірковістю, ефективністю і відносно малою токсичністю, що допускає багаторазове використання, в тому числі в якості паліативного лікування. Дізнатися про обмеження ці види терапії, пов'язані з необхідністю утримувати пацієнтів в ізольованих приміщеннях, і труднощами зі зберіганням радіоактивних відходів. Крім того, багато сучасних методи радіотерапії досить дорого коштують. Проте останнім часом в клінічній практиці рік від року зростає кількість показань до застосування відкритих радіоактивних джерел в лікуванні онкологічних захворювань.

У клінічній практиці вибір природних або штучних радіоактивних ізотопів залежить від поставленого завдання. Наприклад, при інтерстиціальної імплантації, коли містять радіоактивний матеріал голки поміщаються в безпосередній близькості або взагалі всередині пухлинної тканини, все більш широко використовується радіоактивний цезій замість раніше вживаного радію.

Справа в тому, що радій характеризується дуже високою радіаційною активністю (кількість радіоактивних розпадів в секунду), і при роботі з ним потрібно приділяти велику увагу захисту медичного персоналу, що проводить дане лікування. Радіаційна активність цезію значно нижче, тому витрати часу і коштів на захист від випромінювання при роботі з ним будуть також значно нижче.

Радіоактивні ізотопи також використовуються в джерелах зовнішнього опромінення (дистанційна променева терапія). Майже всі великі онкологічні центри укомплектовані установками для дистанційної гамма-терапію, так як безліч пухлин залягає досить глибоко і не може бути піддана опроміненню з використанням прямої імплантації (брахітерапії). В даний час в якості зовнішнього джерела випромінювання найбільш широко застосовується 60З, радіоактивний ізотоп, який випромінює високоенергетичні у-промені (з енергією близько 1,2 МеВ), що володіють достатньою проникаючу здатність, щоб досягати глибоко залягають пухлини.

Період напіврозпаду кобальту-60 становить 5,3 року, тому джерело на його основі може працювати без заміни ізотопу протягом 3-4 років.

Традиційна кобальтова гармата є циліндричний джерело 60 Со, одержуваний в атомних реакторах, поміщений в захисну оболонку. За допомогою простого механізму джерело висувається в робоче положення на необхідну для проведення лікування час, а потім знову забирається всередину захисного кожуха.

В даний час таке обладнання все частіше визнається застарілим і по можливості замінюється лінійними прискорювачами, які більш надійні, довговічні, відносно недорогі і більш прості в експлуатації. До недоліків кобальтового випромінювача слід також віднести розсіювання радіації на кордонах пучка і старіння ізотопного джерела, так як у міру зниження його радіоактивності в результаті атомного розпаду з часом потрібно збільшувати час експозиції.