НЕЙРОРАДИОХИРУРГИЯ — НЕЙРОХИРУРГИЯ БЕЗ КРОВИ
Онлайн консультации по радиохирургическому лечению нейроонкологии, сосудистых мальформаций и функциональных заболеваний головного мозга
РАДИОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ СТЕРЕОТАКСИЧЕСКОЙ РАДИОХИРУРГИИ
РАДИОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ СТЕРЕОТАКСИЧЕСКОЙ РАДИОХИРУРГИИ
Для чего предназначено стереотаксическое облучение?
• Стереотаксическое (высокоприцельное) облучение ставит цель уничтожить опухоль, одновременно пощадив здоровые ткани настолько насколько это возможно.
• Стереотаксическое облучение следует принципу AHARA (As High As Reasonably Achievable) — облучить клиническую мишень настолько высокой дозой, насколько это возможно (разумно достижимо), облучая одновременно другие области и органы как можно меньшей дозой.
Что происходит с живой тканью при облучении ионизирующей радиацией?
В начале — физическое взаимодействие между излучением и атомами молекул клетки.
В процессе — биологическое нарушение функций клетки.
В итоге — число клеток уменьшается.
Что представляет из себя радиохирургия?
Радиохирургия — метод стереотаксического облучения, при котором для воздействия на патологический объект (опухоль, сосудистая мальформация и др.) однократно используется большая доза радиации (десятки Гр), а для защиты здоровых тканей используется высокий градиент (падение) дозы.
• Стереотаксическое (высокоприцельное) облучение ставит цель уничтожить опухоль, одновременно пощадив здоровые ткани настолько насколько это возможно.
• Стереотаксическое облучение следует принципу AHARA (As High As Reasonably Achievable) — облучить клиническую мишень настолько высокой дозой, насколько это возможно (разумно достижимо), облучая одновременно другие области и органы как можно меньшей дозой.
Что происходит с живой тканью при облучении ионизирующей радиацией?
В начале — физическое взаимодействие между излучением и атомами молекул клетки.
В процессе — биологическое нарушение функций клетки.
В итоге — число клеток уменьшается.
Что представляет из себя радиохирургия?
Радиохирургия — метод стереотаксического облучения, при котором для воздействия на патологический объект (опухоль, сосудистая мальформация и др.) однократно используется большая доза радиации (десятки Гр), а для защиты здоровых тканей используется высокий градиент (падение) дозы.
Рис. 1) Пример градиента дозы при использовании 4 мм коллиматора на Гамма-ноже. 50% падение дозы отмечается на расстоянии всего 2.5 мм от максимальной дозы, а практически до ноля доза убывает на расстоянии 6−8 мм от максимума. Именно за подобные характеристики Гамма-нож получил почетное звание — «золотой стандарт радиохирургии»
Каковы биологические эффекты стереотаксической радиохирургии?
• Снижение пролиферативной активности опухоли,
• Индукция апоптоза,
• Радиационное повреждение эндотелия опухолевых сосудов,
• Стимуляция локального клеточного иммунного ответа.
Что является критической мишенью для облучения?
Критической мишенью для вызванной излучением гибели клеток является молекула ДНК, содержащаяся в ядре клетки.
Существует два механизма повреждения клеток при воздействии ионизирующего излучения:
— прямой,
— не прямой.
При прямом действии, излучение взаимодействует с атомами в клетке, порождая заряженные частицы (электроны или позитроны), которые напрямую воздействуют на ДНК клетки.
При непрямом действии, заряженные частицы, порожденные излучением, воздействуют не на ДНК клетки, а на другие атомы и молекулы, например, воды, вызывая образование свободных радикалов, которые уже и приводят к повреждению молекул ДНК.
• Снижение пролиферативной активности опухоли,
• Индукция апоптоза,
• Радиационное повреждение эндотелия опухолевых сосудов,
• Стимуляция локального клеточного иммунного ответа.
Что является критической мишенью для облучения?
Критической мишенью для вызванной излучением гибели клеток является молекула ДНК, содержащаяся в ядре клетки.
Существует два механизма повреждения клеток при воздействии ионизирующего излучения:
— прямой,
— не прямой.
При прямом действии, излучение взаимодействует с атомами в клетке, порождая заряженные частицы (электроны или позитроны), которые напрямую воздействуют на ДНК клетки.
При непрямом действии, заряженные частицы, порожденные излучением, воздействуют не на ДНК клетки, а на другие атомы и молекулы, например, воды, вызывая образование свободных радикалов, которые уже и приводят к повреждению молекул ДНК.
Рис. 2) Прямой и непрямой механизмы повреждения ДНК
Как происходит повреждение ДНК?
• Большинство разрывов ДНК являются однонитевыми. Они легко восстанавливаются по противоположной комплиментарной нити в качестве шаблона.
• Разрывы на двух нитях, если они расположены далеко друг от друга, так же легко восстанавливаются, т. к. каждый из них восстанавливается независимо.
• Множественные разрывы на обеих нитях лежащие друг на против друга, или разделённые только несколькими базовыми парами могут привести к двунитевому разрыву, который ликвидировать значительно труднее или невозможно.
• Большинство разрывов ДНК являются однонитевыми. Они легко восстанавливаются по противоположной комплиментарной нити в качестве шаблона.
• Разрывы на двух нитях, если они расположены далеко друг от друга, так же легко восстанавливаются, т. к. каждый из них восстанавливается независимо.
• Множественные разрывы на обеих нитях лежащие друг на против друга, или разделённые только несколькими базовыми парами могут привести к двунитевому разрыву, который ликвидировать значительно труднее или невозможно.
Рис. 3) Различные варианты повреждения ДНК
А — нормальная цепь ДНК (схематично) B — одноцепочечный разрыв ДНК C — множественные одноцепочечные разрывы ДНК D — двухцепочечный разрыв ДНК
А — нормальная цепь ДНК (схематично) B — одноцепочечный разрыв ДНК C — множественные одноцепочечные разрывы ДНК D — двухцепочечный разрыв ДНК
К чему приводит двухцепочечный разрыв ДНК (на примере вестибулярных шванном)?
1. Запускается немедленная активация эндогенной клеточной геномной системы наблюдения, которая, в свою очередь, направлена на активацию апоптоза. Клинически — раннее уменьшение опухоли в результате потери клеток.
2. Возникает отсроченная активация эндогенной клеточной системы геномного наблюдения, на стадии активного клеточного цикла с отсроченным развитием апоптоза. Клинически — уменьшение опухоли с течением времени. Поскольку клетки шванномы обычно имеют длинное время клеточного цикла и низкий пролиферативный индекс, мы ожидаем отсроченного уменьшения опухоли на протяжении многих лет после радиохирургии.
3. Развивается состояние необратимой остановки клеточного роста. В этом состоянии клетки шванномы остаются интактными и живыми, но не могут войти в активный клеточный цикл и деление. Клиническое следствие — постоянная стабильность размеров опухоли с потерей ранее отмечавшегося линейного потенциала роста, несмотря на интактную архитектуру опухолевых клеток при гистопатологическом исследовании.
4. Происходит повреждение опухолевых сосудов с развитием ишемии и гипоксической гибели клеток опухоли. Клинически проявляется феноменом потери контрастирования в центральной части опухоли и развитием отсроченного уменьшения опухоли, когда ишемическая гибель клеток преобладает над ишемическим отеком.
Что такое апоптоз и некроз?
Апоптоз
— генетически запрограммированный физиологический вид смерти клетки,
— не сопровождается дистрофическими изменениями клеток,
— не сопровождается воспалением,
— не сопровождается активацией внутриклеточных гидролитических ферментов,
— заканчивается фагоцитозом апоптозных телец соседними клетками.
Некроз
— развивается под воздействием различных повреждающих причин и не связан с геномом клетки,
— развитию предшествует дистрофия, имеющая характер некробиоза,
— развивается с помощью гидролаз,
— обязательно развивается воспалительная реакция (за счет выхода внутриклеточных ферментов в межклеточное пространство),
— заканчивается аутолизом погибшей ткани.
1. Запускается немедленная активация эндогенной клеточной геномной системы наблюдения, которая, в свою очередь, направлена на активацию апоптоза. Клинически — раннее уменьшение опухоли в результате потери клеток.
2. Возникает отсроченная активация эндогенной клеточной системы геномного наблюдения, на стадии активного клеточного цикла с отсроченным развитием апоптоза. Клинически — уменьшение опухоли с течением времени. Поскольку клетки шванномы обычно имеют длинное время клеточного цикла и низкий пролиферативный индекс, мы ожидаем отсроченного уменьшения опухоли на протяжении многих лет после радиохирургии.
3. Развивается состояние необратимой остановки клеточного роста. В этом состоянии клетки шванномы остаются интактными и живыми, но не могут войти в активный клеточный цикл и деление. Клиническое следствие — постоянная стабильность размеров опухоли с потерей ранее отмечавшегося линейного потенциала роста, несмотря на интактную архитектуру опухолевых клеток при гистопатологическом исследовании.
4. Происходит повреждение опухолевых сосудов с развитием ишемии и гипоксической гибели клеток опухоли. Клинически проявляется феноменом потери контрастирования в центральной части опухоли и развитием отсроченного уменьшения опухоли, когда ишемическая гибель клеток преобладает над ишемическим отеком.
Что такое апоптоз и некроз?
Апоптоз
— генетически запрограммированный физиологический вид смерти клетки,
— не сопровождается дистрофическими изменениями клеток,
— не сопровождается воспалением,
— не сопровождается активацией внутриклеточных гидролитических ферментов,
— заканчивается фагоцитозом апоптозных телец соседними клетками.
Некроз
— развивается под воздействием различных повреждающих причин и не связан с геномом клетки,
— развитию предшествует дистрофия, имеющая характер некробиоза,
— развивается с помощью гидролаз,
— обязательно развивается воспалительная реакция (за счет выхода внутриклеточных ферментов в межклеточное пространство),
— заканчивается аутолизом погибшей ткани.
Рис. 4) Схематичное изображение апоптоза и некроза
Библиография
- I. Toma-Dasu //Applied radiobiology for radiosurgery //Department of Medical Radiation Physics Stockholm University and Karolinska Institutet.
- Aoki Y, Nakagawa K, Tago M, Terahara A, Kurita H, Sasaki Y//Clinical evaluation of gamma knife radiosurgery for intracranial arteriovenous malformation.//Radiat Med. 1996 Sep-Oct;14(5):265−8.
- Szeifert GT, Major O, Kemeny AA//Ultrastructural changes in arteriovenous malformations after gamma knife surgery: an electron microscopic study. J Neurosurg. 2005 Jan;102 Suppl:289−92.
- Linskey ME//Stereotactic radiosurgery versus stereotactic radiotherapy for patients with vestibular schwannoma: a Leksell Gamma Knife Society 2000 debate//J Neurosurg 2000;93 (Suppl 3):90−95.