10.2. ЗАСТОСУВАННЯ ІОНІЗУЮЧИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ У СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОМУ ВИРОБНИЦТВІ ТА ІНШИХ СФЕРАХ ДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ ЧАСТИНА 2 (+КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ)

3. Використанні іонізуючих випромінювань в медицині

Вважається, що медицина стала першою сферою діяльності людини, яка застосувала іонізуючі випромінювання для своїх проблем. Є підстави вважати, що сам В.К. Рентген був автором ідеї використання відкритих ним променів для діагностики переломів кісток, котра досить оперативно була реалізована травматологами, а згодом і іншими напрямами медицини. Американський лікар Джіллман і фізик Груббе буквально через 23 дні після повідомлення про відкриття рентгенівських променів зробили успішну спробу їх застосування для лікування неоперабельного раку молочної залози. До теперішнього часу ці напрями – застосування іонізуючих випромінювань у діагностиці та лікуванні захворювань залишаються основними в їх використанні медициною. Але можна виділити ще два важливих напрями застосування випромінювань в медицині – для стерилізації медичних інструментів і матеріалів і при трансплантації органів і тканин.              

Застосування іонізуючих випромінювань у діагностиці захворювань

У теперішній час рентгенівська радіація стала одним з найбільш потужних і широко застосованих інструментом діагностики найрізноманітніших захворювань різних органів. У більшості цивілізованих країн не менш половини населення щорічно проходять рентгенологічне обстеження  не так з діагностичною, скільки з терапевтичною метою раннього виявлення захворювань або навіть схильності до них.

Принцип одержання рентгенівського зображення заснований на здатності рентгенівських променів проходити через організм, по-різному поглинаючись окремими по щільності тканинами і органами. В результаті на фото- чи іншому світлочутливому матеріалі можна одержати рентгенограму зображення зламаної чи пошкодженої кістки, морфологічні зміни органів, виразки, пухлини, появу в організмі сторонніх тіл.

До теперішнього часу рентгенограма на фотоматеріалі є основним способом одержання рентгенівського зображення. Однак, з кінця минулого століття ситуація почала змінюватись. Вже в багатьох рентгенівських пристроях промені, що пройшли через організм, падають не на фотоплівку, а на світлочутливі кристали, котрі перетворюють їх в електричні імпульси. В результаті зображення може бути переведене на дисплей комп’ютера, зафіксоване на відеодиску, опрацьовано за допомогою електронах пристроїв для одержання додаткової інформації, оперативно передане на будь-яку відстань.

А буквально в останні десятиліття у практичній рентгенодіагностиці одержав широке розповсюдження метод рентгенівської комп’ютерної томографії, який дозволяє за допомогою спеціального скануючого пристрою одержати на заданій глибині надзвичайно чітке зображення органу у вигляді своєрідного „тонкого зрізу”, на котрому можна визначити будь-які відхилення від норми. Більш того, шляхом накладення на знімок багатьох таких зрізів-шарів можна одержати об’ємне комп’ютерне зображення деталей внутрішньої будови органів. Прилад, який так і називається – рентгенівський комп’ютерний томограф (гр. tomos – шар), в умовах мінімальної дози опромінення дозволяє одержати зображення перетину усього тіла людини в будь-якому місці, роздивитись його з різних боків, одержати синтезоване зображення його органів. Він застосовує не тільки рентгенівське, а й γ-випромінювання, електрони, нейтрони різних енергій, в залежності від завдань. Тоді він називається, відповідно, гамма-, електронна, нейтронна комп’ютерна томографія.                                                                                                                                                                                                                                                                  

Специфічною областю рентгенодіагностики є мамографія – спосіб виявлення пухлин молочної залози у жінок (лат. mamma – грудь) за допомогою особливих низькоенергетичних рентгенівських апаратів, які дозволяють ідентифікувати м’які тканини. Після рентгенографії грудної клітини мамографія у теперішній час – це другий діагностичний метод масового обстеження населення, який дозволяє на ранніх стадіях виявляти виникнення пухлини.

Поява радіоактивних ізотопів відкрила в медицині новий напрям, відомий як радіоізотопна діагностика. Одним з перших методів, розроблених у цій області, була оцінка стану і функцій щитовидної залози. За допомогою радіоактивних препаратів йоду – специфічного елемента, необхідного для утворення в залозі ферменту тироксину, що вводились в організм, вдається за ступенем його засвоєння упевнено діагностувати порушення у функціонуванні цього органу.

Як при пониженій, та і при підвищеній функції щитовидної залози в ній можуть виникати ділянки із зміненою структурою, котрі з часом можуть розвиватися у пухлину. За допомогою гамма-сканеру одержують сцинтиграми залози з зображенням картини розподілу ізотопу по органу і пухлині, на підставі котрої приймають рішення про методику лікування чи необхідності операції. Важко переоцінити значення цього методу в діагностиці найрізноманітніших захворювань щитовидної залози у багатотисячних контингентів населення, що постраждало внаслідок викидів у навколишнє середовище великих кількостей радіоактивного йоду при аварії на Чорнобильській АЕС.

Аналогічно за допомогою радіоактивних ізотопів досліджуються структура і функції інших органів – печінки, нирок, легень, мозку, кісток. Так, для виявлення пухлини у мозку використовують радіоактивний ізотоп миш’яку ⁷⁴As, котрий накопичується в ній у значно більших кількостях, ніж у здоровій тканині. Атоми радіоактивного миш’яку          випускають позитрони, котрі, анігілюючи з електронами речовин мозку, утворюють γ-кванти. Гамма-випромінювання легко реєструється за допомогою звичайних детекторів, котрі і дають повну картину розподілу  ізотопу у мозку. Для виявлення пухлин чи каменів у нирках у якості мітки використовують радіоактивні ізотопи ртуті  ¹⁹⁷Hg або ²⁰³Hg, які вводяться у формі спеціальних препаратів. Для одержання інформації про стан різних функцій печінки застосовують колоїдний розчин радіоактивного золота ¹⁹⁸Au, фарбник бенгальський рожевий, мічений ¹³¹І. При дослідженні легень хворий вдихує газоподібну мітку або радіоактивний аерозоль с ¹¹С і т.д. В принципі для будь-якого метаболічного процесу можна підібрати, а при необхідності спеціально синтезувати речовину з включеним до її складу потрібним радіоактивним ізотопом.

Слід відзначити, що з метою зведення до мінімуму імовірністі нанесення шкоди здоров’ю внаслідок опромінення іонізуючою радіацією, для радіоізотопної діагностики застосовують препарати, що містять мізерні кількості короткоживучих ізотопів у складі речовин котрі, як правило, швидко виводяться з організму.

Одним з різновидів методу радіоізотопної діагностики є радіоімунний аналіз – надчутливий спосіб вимірювання дуже малих кількостей гормонів, що містяться, наприклад, в крові хворого. Принцип аналізу нескладний. Дані про концентрацію антигену в біологічному зразку одержують, порівнюючи його інгібуючий вплив на процес зв’язування міченого радіоактивним ізотопом антигену з антитілом і інгібуючий вплив на цей же процес антигену з стандартних зразків. По рівню радіоактивності зв’язаної фази „антиген-антитіло” у порівнянні з радіоактивністю стандарту, оцінюють кількість гормону.

Важливою перевагою цього методу обстеження, який набуває масовості, є те, що радіоактивна речовина не вводиться в організм, а додається до зразка, наприклад, в пробірку з кров’ю, сечею, слиною хворого. Тому людина не піддається ризику, пов’язаного з можливим опроміненням, і тест при необхідності може бути багаторазово повторений.

Застосування іонізуючих випромінювань у лікуванні хвороб

Основним шляхом використання іонізуючих випромінювань в цьому напряму медицини є радіаційна, або променева, терапія локалізованих злоякісних захворювань. Приблизно 70 % хворих мають потребу у радіаційній терапії, котра застосовується як самостійно, так і у сполученні з іншими переважно хірургічними і хімічними методами лікування.

Пухлина росте внаслідок неконтрольованих поділів клітин. Радіаційна терапія, в основі якої лежить закон Бергон’є-Трибондо, базується на здатності випромінювань за певних доз вибірково вбивати клітини пухлин, що діляться, котрі мають більш високу радіочутливість порівняно з клітинами оточуючих диференційованих тканин, що не діляться.

Головна трудність при проведенні радіаційної терапії – це, так би мовити, „доставка” необхідної летальної для клітин дози до пухлини всередині організму, не викликаючи надто великих уражень оточуючих тканин. Це досягається за допомогою різних прийомів, основним з котрих є визначення точної локалізації пухлини з наступним опроміненням на спеціальних ротаційних рентгенівських, гамма- або установках іншого типу випромінювань з точним фокусуванням пучка у центрі пухлини.

Крім такого зовнішнього опромінення хворого для лікування пухлин застосовують метод вкорінення джерела опромінення безпосередньо в пухлину. Таке джерело у вигляді голки, проволоки або зерен, що містять радіоактивну речовину, оперативним шляхом імплантується в пухлину і залишається в ній на деякий час, звичайно 3-10 діб, для забезпечення необхідної дози. Коли застосовують джерела з короткоживучими радіоактивними ізотопами, наприклад ¹²⁵І з періодом піврозпаду 60 діб, вони залишаються в тканинах назавжди, де розпадаються і розсмоктуються. Необхідність у повторній операції для їх виймання відпадає.

Застосовують у радіаційній терапії пухлин і радіоактивні ізотопи, котрі можуть локалізуватись у строго визначеному органі чи тканині. Так, ізотопи йоду використовуються не тільки для розпізнавання захворювань щитовидної залози, але й для лікування деяких її хвороб, передусім вузлуватого зобу і пухлин, що розвиваються на фоні гіперфункції цього органу. При цьому для забезпечення необхідної дози опромінення, безумовно, значно збільшується питома радіоактивність препарату у порівнянні з тою, що застосовується для діагностичних цілей. Вона у цих випадках досягає 0,3-0,5 Гр на залозу.

Своєрідне застосування знайшов ізотоп плутонію ²³⁸Pu – його α-випромінювання використовують як автономне джерело енергії у кардіостимуляторах – мініатюрних приладах, що задають нормальний ритм скорочень серця. Звичайно такі прилади разом з джерелом живлення операбельним шляхом вживлюються в організм. Плутонієве джерело забезпечує роботу кардіостимулятора протягом 10-25 років, в той час як електрична батарейка вимагає заміни, тобто повторної операції, кожні 2-3 роки

У наш час радіаційна терапія стала виключно ефективною технологією боротьби з раком. Вона забезпечує більш високу частоту видужування, ніж при хірургічному втручанні, при лікуванні таких форм злоякісних захворювань, як рак молочної залози, шийки матки, передміхурової залози, гортані, жовчного міхура, язика, піднебіння та багатьох інших. А при лікуванні раку шкіри за допомогою використання м’якої рентгенівської радіації, що не глибоко проникає, виліковується до 95% випадків захворювань.

Радіаційна стерилізація матеріалів і інструментів в медицині

Головним поштовхом для застосування радіаційного способу стерилізації у медицині стало широке впровадження матеріалів і інструментів з пластмас і полімерних матеріалів. Традиційні методи стерилізації на основі автоклавирування при високих температурах і тисках виявились непридатними через низьку термостійкість більшості видів таких матеріалів, а також можливості виникнення при дії на них високих температур деяких токсичних продуктів. І в багатьох випадках радіаційна стерилізація виявилась єдиним з можливих способів стерилізації. Більш того, вона яскраво продемонструвала свої незаперечні переваги, головна з яких – це можливість стерилізувати медичну продукцію у вже герметично упакованому вигляді. Крім того, завдяки технологічній простоті – необхідність контролю тільки одного показника – дози опромінення, високої продуктивності і внаслідок цього – високої економічної ефективності радіаційна стерилізація стала успішно витісняти звичайні способи стерилізації.

В основі радіаційної стерилізації лежить вже згадувана здатність іонізуючого випромінювання за певних рівнях доз викликати загибель мікроорганізмів. Теоретично величина стерилізуючої дози визначається характером контамінації матеріалу і радіостійкістю мікроорганізмів. Практично ж у більшості країн прийнята стерилізуючи доза 25 або 30 кГр рідкоіонізуючого (звичайно γ-) випромінювання. У свій час в СРСР  для підприємств медичної промисловості мінімальна стерилізуюча доза була визначена як 25 кГр. Вважається, що вона є летальною для всіх видів і форм мікроорганізмів.

У теперішній час на основі цієї радіаційно-біологічної технології стерилізують сотні видів медичної продукції. В першу чергу це, безперечно, інструменти і матеріали на основі полімерів: шприци для ін’єкцій, системи взяття і переливання крові, катетери, серцеві клапани, штучні кровоносні судини, предмети протезування, деталі до апаратів штучного кровообігу, штучна нирка та інші багаточисельні матеріали. Радіаційній стерилізації піддаються шовні і перев’язочні матеріали – кетгут, бинти, вата, тампони та інші, багато які лікувальні препарати, які можуть бути стерилізовані і звичайними методами.

Крім перерахованих позитивних якостей радіаційна стерилізація дозволяє зберігати після обробки незмінними первинні властивості і функціональні особливості матеріалів, що особливо стосується лікувальних препаратів. Внаслідок цього номенклатура матеріалів, що можуть піддаватися радіаційній стерилізації постійно зростає.

Застосування іонізуючих випромінювань при трансплантації органів і тканин

Дуже специфічну групу матеріалів і області медицини, котру необхідно піддавати стерилізації, являють собою біологічні тканини – кров, кровоносні судини, кістки, хрящі та деякі інші, що призначені для трансплантації. Ані термічні, ані хімічні методи стерилізації у цьому випадку абсолютно непридатні, так як пошкоджують клітини живих тканин. Не можна для цього застосовувати і вказані для стерилізації дози, котрі можуть призводити до денатурації високополімерних речовин клітин.

Вихід було знайдено в комбінації термічних і радіаційних приймів при щадних рівнях. Так, для стерилізації крові рекомендується опромінення в дозі 7,5 кГр при її підігріві до 60^ОС. Цей режим дозволяє одержати стерильний препарат з практично повністю природними біологічними властивостями. В даному випадку підвищена температура  грає роль радіосенсибілізатора, а не стерилізатора.

Під впливом іонізуючих випромінювань в клітині змінюється контроль біосинтезу білків. З цим порушенням важливої функції клітинного обміну речовин пов’язаний прояв деяких радіобіологічних ефектів на цьому рівні, зокрема пригноблення імуно-біологічного пізнавання – імунітету, який захищає організм від проникнення чужорідних білків. Застосування радіації для послаблення міжклітинного пізнавання, відповідального за цей процес, є основою для вирішення багатьох практичних задач і, зокрема, подолання несумісності при пересадці тканин і органів. Ця методологія знайшла практичне втіленні при трансплантаціях нирок, печінки та інших органів.     

Безперечно, потужним гальмом для широкого впровадження в нашій країні радіаційно-біологічних технологій не тільки в сільському господарстві, а й в інших галузях, є вкрай недостатня кількість радіаційної техніки спеціального призначення.