Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности радиочувствительности тканей и факторы, определяющие реакции тканей на радиационное воздействие (обзор литературы) 13
Глава 2. Материалы и методы исследования 36
Глава 3. Анализ особенностей реакций нормальных тканей на лучевую терапию у лиц с хроническим радиационным воздействием в анамнезе
Глава 4. Анализ особенностей токсических эффектов лучевой терапии в здоровых тканях в подгруппе пациентов с опухолями головы и шеи с хроническим радиационным воздействием в анамнезе 80
Глава 5. Анализ особенностей токсических эффектов лучевой терапии в здоровых тканях в подгруппе больных раком легкого с хроническим радиационным воздействием в анамнезе 87
Заключение 96
Выводы 107
Практические рекомендации 108
Список литературы 109
- Материалы и методы исследования
- Анализ особенностей реакций нормальных тканей на лучевую терапию у лиц с хроническим радиационным воздействием в анамнезе
- Анализ особенностей токсических эффектов лучевой терапии в здоровых тканях в подгруппе пациентов с опухолями головы и шеи с хроническим радиационным воздействием в анамнезе
- Анализ особенностей токсических эффектов лучевой терапии в здоровых тканях в подгруппе больных раком легкого с хроническим радиационным воздействием в анамнезе
Материалы и методы исследования
Теория выживаемости клеток под воздействием ионизирующего излучения, с учетом репарируемых и необратимых повреждений ДНК, лежит в основе линейно-квадратичной модели (ЛКМ). Применение ЛКМ предполагает использование отношения /, где характеризует внутреннюю радиочувствительность клетки и соответствует одномишенной и одноударной гибели клеток, а характеризует сублетальные повреждения клеток [149]. ЛКМ является наиболее часто используемым универсальным инструментом для количественного прогнозирования зависимостей доза/фракционирование в лучевой терапии [28, 160]. Клинически и экспериментально установлено, что отношение / имеет определенное значение для каждого типа ткани (нормальной или опухоли), включенных в объем облучения, характеризуя реакции тканей на облучение.
Для рано реагирующих тканей – быстро пролиферирующих эпителиальных и большинства опухолевых тканей, в которых реакции возникают в процессе облучения и от нескольких дней до недель после облучения, отношение / лежит в диапазоне 7-20 Гр, в то время как поздно реагирующие ткани, повреждения которых проявляются в период от нескольких месяцев до нескольких лет после облучения, характеризуются значениями /, находящимися в диапазоне от 0,5 до 6 Гр. В частности, при проведении лучевой терапии опухолей головы и шеи, мукозит развивается у 85-100% пациентов, что является наглядным подтверждением реализации линейно-квадратичной модели на практике [49, 80, 84].
Помимо пролиферативной активности, одну из главных ролей в развитии реакции на облучение играет архитектура органов и тканей. Толерантные дозы в значительной мере определяются структурой функциональных субъединиц – групп клеток, способных структурно или функционально регенерировать без утраты специфических функций. При параллельной организации субъединиц, например нефронов почек или альвеол легких, органы способны выдержать инактивацию многих функциональных субъединиц без клинических признаков поражения, так как имеют значительный резерв и компенсируются оставшимися компонентами [251]. Симуляция локального повреждения тканей показала возможность легочных альвеол регенерировать из единственной выжившей стволовой клетки [202]. Органы с последовательной организацией, такие как спинной мозг, кишечник, кровеносные сосуды, даже при поражении одной субъединицы могут демонстрировать серьезные повреждения и четко отвечают представлениям о пороговом действии излучения [4, 126]. Корреляции между параметрами доза-объем зависят от архитектуры органа. В органах с последовательной организацией влияние максимальной дозы на исход значимо выше, чем в органах с параллельной структурой [201]. Принятие во внимание биологических характеристик облучаемых тканей позволяет адекватнее оценить распределение дозы и прогнозировать эффект лучевой терапии [21].
Существенное количество исследований поддерживают гипотезу о значимости генетического компонента в наблюдаемой вариабельности реакций нормальных тканей на лучевую терапию у различных пациентов. Возможность генетической обусловленности индивидуального повышения радиочувствительности была оценена при изучении лиц с синдромом Дауна – одной из самых частых хромосомных патологий. Установлено, что лимфоциты периферической крови данной группы пациентов демонстрируют существенно большее число хромосомных аберраций после воздействия ионизирующего излучения [213].
Достижения в области генотипирования обеспечивают беспрецедентные возможности определения генетических предпосылок радиочувствительности тканей [106, 192, 195, 232]. На основании успешных исследований всего генома человека определены кандидатные гены, с наибольшей вероятностью влияющие на ответ тканей [136, 177]. Полиморфизм ряда генов может коррелировать с частотой острых кожных реакций на лучевую терапию у пациенток с раком молочной железы [224]. Получены данные исследований, посвященных непосредственно связи генетических изменений и частоты/тяжести реакций здоровых тканей на облучение. Особое внимание в настоящее время отводится изучению однонуклеотидного полиморфизма [26, 115, 132]. Варианты гена LIN28B, согласно Wen J. et al., могут быть предиктивными биомаркерами для развития лучевого пульмонита у больных раком легкого [245]. Полиморфизм гена NEIL1 может позволить предсказать радиационно-индуцированную токсичность у больных раком пищевода [53]. Langsenlehner T. et al. описывают радиопротективную роль полиморфизма XRCC1 Arg280His при раке предстательной железы [146]. Показано, что у пациентов с тяжелыми поздними лучевыми повреждениями наблюдается 4 и более однонуклеотидных полиморфизма в кандидатных генах, а также индуцированный низкими дозами облучения апоптоз CD8 in vitro [34]. Важная роль в реакциях клеток на воздействие излучения отводится гену TP53, мутации которого связаны с изменением процессов репарации ДНК, толерантностью клеток к повреждению ДНК и радиорезистентностью [98, 223]. Talbot C.J. et al. установили связь между полиморфизмом гена TNF и риском развития постлучевой индурации молочной железы, телеангиоэктазии, общей токсичности, подтвердив свои данные обширными когортными исследованиями 2036 пациенток [222].
Анализ особенностей реакций нормальных тканей на лучевую терапию у лиц с хроническим радиационным воздействием в анамнезе
Непосредственным источником информации для исследования явилась следующая медицинская документация: истории болезни стационарного больного, амбулаторные карты поликлиники, технологические карты лучевой терапии Государственного бюджетного учреждения здравоохранения «Челябинский областной клинический онкологический диспансер» (ГБУЗ ЧОКОД) и ГБУЗ «Областной онкологический диспансер № 3» г. Копейск. Для анализа использованы данные медицинской документации с 1995 по 2011 гг.
Информация о принадлежности каждого пациента основной группы к когорте реки Теча или когорте Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРС), с указанием системного номера, факте предшествующего хронического облучения и дозах облучения, обусловленных хроническим радиационным воздействием, получена из медико-дозиметрической базы данных Федерального государственного бюджетного учреждения науки Уральского научно практического центра радиационной медицины Федерального медико биологического агентства России (ФГБУН УНПЦ РМ ФМБА).
Критериями включения в исследование явились: 1) Установленный диагноз злокачественной опухоли солидного характера. 2) Локализованный или местно-распространенный характер опухоли. 3) Проведение дистанционной лучевой терапии в качестве самостоятельного метода лечения, либо в составе комплексного и комбинированного методов. 4) Указание на хроническое радиационное воздействие в анамнезе для пациентов основной группы.
Критериями исключения из исследования стали: 1) Пациенты с гемобластозами, лимфомами в исследование не включались. Отказ от рассмотрения в исследовании пациентов с гемобластозами был обусловлен диффузным характером процесса и второстепенной ролью лучевой терапии при лечении данной патологии. 2) Первично-множественный опухолевый процесс и ранее проведенный курс лучевой терапии. 3) Наличие генерализации процесса и отдаленных метастазов являлось критерием исключения из исследования. Полиорганные изменения и сложность клинической картины, имеющие место при генерализованном процессе, затрудняют адекватную оценку лучевых реакций и динамики заболевания. 4) Пациенты, которым проводилась близкофокусная рентген-терапия, брахитерапия, системная лучевая терапия, не рассматривались.
В результате производственной деятельности ПО «Маяк» на Южном Урале сложилась уникальная радиационная ситуация, в результате которой сформировалась обширная группа лиц, длительное время подвергавшихся радиационному воздействию. С марта 1949 г. начат сброс сточных вод радиохимического производства в реку Теча, продолжавшийся до 1956 г. Почти 99% как регламентных, так и аварийных жидких радиоактивных отходов было сброшено с марта 1950 г. до октября 1951 г., суммарная активность за этот период составила 4,9 млн Ки [7]. Средний суточный объём сбросов в этот период составил 4 300 кюри по -излучателям, эпизодически достигая 100 000 кюри в сутки. Мощность дозы -излучения достигала 50000 мкР/с. С 28 октября 1951 года все основные технологические отходы производства были переключены на озеро Карачай и поступление радиоактивных веществ в реку Теча снизилось до 100 Ки/сут [16].
Загрязнению подверглись прибрежные территории реки Теча, пойменная растительность, биота, а жители прибрежных населенных пунктов подвергались действию различных уровней радиации в течение продолжительного периода времени [7].
На рисунке 2 продемонстрирована схема расположения населенных пунктов на реке Теча (цитировано по Аклееву А.В., 2012 г.). Рисунок 2 – Схема расположения населенных пунктов на реке Теча
Население прибрежных сел подверглось комбинированному внешнему - и внутреннему - и -излучению. Основным дозообразующим радионуклидом являлся -излучатель Sr90, тканями-мишенями которого были костная ткань и гемопоэтическая ткань красного костного мозга. Период полураспада Sr90, равный 28,8 лет, привел к облучению тканей в течение длительного периода времени с постепенно снижающейся мощностью дозы. Доза внешнего облучения была обусловлена -излучающими радионуклидами – Cs137, Zr95, Nb95, Ru106. В настоящее время радиационное воздействие на организм человека обусловлено, прежде всего, инкорпорированным остеотропным Sr90 [7].
Исследования по содержанию радионуклидов в организме, как и первые медицинские осмотры жителей прибрежных сёл, были начаты в 1951 г.
Для адекватной дозиметрической оценки и мониторинга состояния здоровья облученных жителей, была создана медико-дозиметрическая база данных (МД БД) УНПЦ РМ, формирование которой начато в 1967 г., а в настоящее время постоянно обновляется. МД БД состоит из двух крупных структурных блоков – «Окружающая среда» и «Человек», а также ряда специальных регистров, в частности «Канцер-регистр». Канцер-регистр включает в себя информацию, полученную в клинике УНПЦ РМ и специализированных медицинских учреждений Челябинской и Курганской областей.
В начале 1970-х гг. была выделена когорта лиц, облученных на р. Теча. Расширенная когорта реки Теча (РКРТ) включает две группы жителей прибрежной зоны р. Теча, родившихся до 1 января 1950 г. Первая группа («оригинальная когорта р. Теча» – ОКРТ) включает лиц, проживавших в прибрежных селах в период максимальных сбросов (1950–1952 гг.). Вторая группа состоит из позже приехавших, т.е. лиц, впервые приехавших для проживания в какое-либо из 41 прибрежных сел в период между 1 января 1953 г. и 31 декабря 1960 г. Численность РКРТ составляет в настоящее время 29 873 человека: 24 988 членов ОКРТ и 4 885 позже приехавших лиц [16].
Для проведения эпидемиологических исследований на основе БД «Человек» сформирована когорта потомков облученных лиц, численность которой составляет 19737 человек. Когорту потомков составляют лица, родившиеся в 1950 г. или позже, у которых хотя бы один родитель принадлежит к ОКРТ [16]. Включение потомков в общую группу исследования было обусловлено наличием постнатального облучения и установленных доз на красный костный мозг и мягкие ткани у данных лиц.
В 1957 г. в результате взрыва в хранилище жидких радиоактивных отходов ПО «Маяк» и рассеивания 2 млн. Ки радиоактивных веществ на площади 23 тыс. км2 сформировался Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС). Радионуклидный состав аварийного выброса был представлен -излучателями Sr90, Се144 и Zr95. Средняя эффективная доза для членов когорты ВУРС составила 212 мЗв, 92% дозы было получено населением ВУРС в течение первых 2 лет [17]. Остаточное радиоактивное загрязнение территории обусловлено присутствием в объектах окружающей среды долгоживущих радионуклидов – цезия-137 и стронция-90 [137].
Анализ особенностей токсических эффектов лучевой терапии в здоровых тканях в подгруппе пациентов с опухолями головы и шеи с хроническим радиационным воздействием в анамнезе
Реакции по степени тяжести статистически значимо не различались между группами (р=0,216), однако следует отметить, что соотношение пациентов по степени тяжести реакций не являлось абсолютно идентичным. Так, у пациентов основной группы преобладали реакции II степени, частота которых составила 38,2%, в то время как в контрольной группе реакции I и II степени распределились почти поровну - 30,2% и 28,0% соответственно. Несмотря на преимущественно ретроспективный характер исследования, несколько пациентов основной группы получали лучевое лечение под наблюдением исследователя, что позволило лично зафиксировать клинические проявления эффектов облучения в здоровых тканях и оценить индивидуальные особенности каждого из пациентов. Ниже приведены клинические примеры, характеризующие особую выраженность реакций.
Пациентка Д., 68 лет с диагнозом: рак правой молочной железы T4N1M0 IIIб ст., после мастэктомии, 6 курсов химиотерапии. Гистологическое заключение № 44883-95: инфильтрирующий дольковый рак низкой степени дифференцировки. Доза на красный костный мозг для данной пациентки составила 0,096 Гр, на мягкие ткани – 0,03 Гр. При проведении классического послеоперационного курса ДЛТ в режиме традиционного фракционирования на область послеоперационного рубца и пути лимфооттока, при суммарной очаговой дозе 30 Гр были отмечены явления эзофагита II ст., гипертермия до 380С, приведшие к необходимости инфузионной терапии в течение 4 суток.
В ряде случаев, не смотря на проводимую терапию токсических эффектов лучевой терапии, выраженность симптомов вызывала необходимость прерывания лечения. Наличие и частота перерывов в процессе проведения лучевой терапии может рассматриваться в качестве одного из объективных показателей тяжести реакций. Данные по соотношению частоты перерывов приведены в таблице 14.
Незапланированные перерывы в процессе лучевой терапии, обусловленные токсическими эффектами лучевой терапии в здоровых тканях Перерывы Количество человек Процентное соотношение р Основнаягруппаn=89 Контрольнаягруппаn=182 Основнаягруппа(%) Контрольнаягруппа(%) Имелись 10 7 11,2 3,8 0,019 Отсутствовали 79 175 88,8 96,2 Количество перерывов в лечении, обусловленных реакциями, оказалось значимо выше в основной группе (p=0,019). Выявление особенностей динамики гематологических показателей у онкологических больных с хроническим облучением в анамнезе Проведена сравнительная оценка содержания форменных элементов крови и гемоглобина до начала лучевой терапии и в среднем через 2 недели после начала облучения. Результаты представлены в таблице 15.
Как следует из таблицы 15, содержание эритроцитов, гемоглобина, лейкоцитов не различается в основной и контрольной группах и не претерпевает существенных изменений в процессе лучевой терапии. Статистически значимым становится различие в относительном количестве моноцитов в процессе лучевой терапии – в основной группе содержание моноцитов значимо меньше (р=0,017), чем в контрольной. Кроме того, при оценке динамики содержания форменных элементов обращает на себя внимание снижение относительного количества лимфоцитов в периферической крови пациентов основной группы на 40%. В контрольной группе снижение лимфоцитов составляет 16%. Данные различия в динамике лимфоцитов статистически значимы (p 0,001). Снижение медианы относительного содержания моноцитов в основной группе составило 20%, в контрольной группе относительное количество моноцитов не изменилось. Данные показатели значимо различаются в сравниваемых группах (p 0,001). Динамика абсолютного количества лимфоцитов и моноцитов значимо не различается в основной и контрольной группах.
Определение факторов, влияющих на токсические эффекты лучевой терапии в здоровых тканях и изменения гематологических показателей Произведен анализ факторов радиационной и нерадиационной природы с целью установления возможного их влияния на частоту реакций здоровых тканей на облучение. Рассматривались роль пола, возраста, этнической принадлежности, параметров проводимого лучевого лечения. Для лиц с хроническим радиационным воздействием в анамнезе рассматривалась роль параметров предшествующего радиационного воздействия: возраста начала воздействия ионизирующего излучения (ИИ), срока от начала воздействия ИИ до лечения, дозы на красный костный мозг и мягкие ткани. Для лиц как основной, так и контрольной групп дополнительно произведена оценка роли объема костного мозга, облучаемого в процессе лучевой терапии, в изменении частоты и тяжести тканевых реакций. С учетом отсутствия точных дозиметрических данных, позволяющих произвести индивидуальный расчет объемов, использованы литературные данные [78], [102]. На основании литературных данных о распределении активного костного мозга в организме, ведущую роль в определении объема облучаемого при лучевой терапии костного мозга играет локализация процесса. В частности, кости таза содержат от 25,3 до 40% всего костного мозга в организме, грудина – 2,3-2,9%, грудной отдел позвоночника – 14,1-19,9%, что свидетельствует о наибольшем риске гематологической токсичности при лучевой терапии рака предстательной железы, мочевого пузыря, легких. При рассмотрении подгрупп больных с одинаковой локализацией процесса, параметр объема облучаемого костного мозга рассматриваться не будет. Сводные данные анализа с помощью критерия хи-квадрат приведены в таблице 16.
Анализ особенностей токсических эффектов лучевой терапии в здоровых тканях в подгруппе больных раком легкого с хроническим радиационным воздействием в анамнезе
Основная группа, включавшая 89 больных, ранее подвергшихся хроническому аварийному облучению, была сформирована из лиц с установленным фактом хронического радиационного воздействия, обусловленного производственной деятельности ПО «Маяк». Сброс сточных вод радиохимического производства в реку Теча, продолжавшийся с 1949 г. до марта 1956 г. привел к загрязнению прибрежных территорий реки Теча и длительному комбинированному внешнему - и внутреннему - и -облучению жителей прибрежных населенных пунктов. В 1957 г. в результате взрыва в хранилище жидких радиоактивных отходов ПО «Маяк» и рассеивания 2 млн. Ки радиоактивных веществ на площади 23 тыс. км2 сформировался Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС). С учетом особенностей радионуклидного состава, при котором основными дозообразующими радионуклидами являлись Cs137 и Sr90, пролонгированного характера воздействия ионизирующего излучения, правомерно было рассматривать членов когорты реки Теча и ВУРС в составе одной группы исследования. Из 89 пациентов основной группы, 47 больных (52,8%) являлись лицами, облученными на реке Теча, 11 больных (12,4%) – потомки лиц, облученных на реке Теча, 31 пациент (34,8%) подвергся радиационному воздействию на территории ВУРС. У пациентов с хроническим радиационным воздействием в анамнезе для учета влияния радиационного фактора рассматривались поглощенные дозы на красный костный мозг (ККМ) и дозы на мягкие ткани (МТ). В подгруппе больных раком легкого использовалась поглощенная доза на легкие, при опухолях других локализаций – поглощенная доза для желудка. Средняя поглощенная доза на ККМ составила 0,360 Гр (стандартная ошибка среднего – 0,053, диапазон доз – от 0,00001 Гр до 2,27 Гр), медиана поглощенной дозы на ККМ - 0,0576 Гр. У 54% пациентов дозы на ККМ были менее 0,1 Гр, у 33,7% – в диапазоне от 0,1 Гр до 1,0 Гр, свыше 1,0 Гр – у 12,3% пациентов. Средняя поглощенная доза на мягкие ткани составила 0,048 Гр (стандартная ошибка среднего – 0,012, диапазон доз – от 0,00001 Гр до 0,615 Гр), медиана - 0,0067 Гр. Дозы на мягкие ткани для большинства пациентов (89,9%) не превысили 0,1 Гр. Для 10,1% пациентов дозы на мягкие ткани были свыше 0,1 Гр (от 0,1038 Гр до 0,6152 Гр). Не установлено статистически значимых различий в средних значениях поглощенных доз на красный костный мозг у лиц женского и мужского пола (р=0,479), у больных при различных локализациях (р=0,166) и гистологических вариантах опухолевого процесса (р=0,587). Для доз на мягкие ткани также не установлено значимых различий в средних значениях у лиц женского и мужского пола (р=0,429), при различных локализациях (р=0,465) и гистологических вариантах опухолевого процесса (р=0,430). Пациенты основной и контрольной групп были сопоставимы по основным параметрам. Средний возраст в основной группе составил 62,4 года (стандартное отклонение 8,9), медиана возраста – 63,0 года. Средний возраст в контрольной группе составил 61,95 года (стандартное отклонение 8,5), медиана – 62,5 года. Пациенты основной и контрольной группы были сопоставимы по возрасту (p=0,453) и характеру распределения. Не было различий между группами по полу (р=0,922), этнической принадлежности (р=0,562), локализациям процесса (p=0,822), гистологическому варианту опухоли (p=0,718), распределению по стадиям (p=0,540). При оценке локализаций преобладали больные раком легкого – 28 пациентов (31,5%) в основной группе и 62 (34,1%) – в контрольной; опухоли губы, слизистой полости рта, ротоглотки, гортани, языка были объединены в подгруппу опухолей головы и шеи – численность данной подгруппы составила 35 пациентов в основной группе (39,3%) и 77 в контрольной (42,3%). Среди пациентов обеих групп преобладал плоскоклеточный вариант опухоли: 44 больных (49,4%) в основной группе и 100 больных (56,5%) – в контрольной. Для 11 пациентов (12,4%) в основной группе и 23 пациентов (13%) в контрольной группе отсутствовала морфологическая верификация процесса, в таких случаях диагноз выставлялся на основании клинико-рентгенологических данных и оформлялся комиссионно.
Все пациенты и основной, и контрольной группы получали дистанционную гамма-терапию в конвенциональном варианте (2D) на гамма-терапевтических установках: «Рокус», «Луч», «Theratron». Основная и контрольная группы были сопоставимы по проводимому лечению. Запланированная суммарная очаговая доза (СОД) в среднем составила – 53,4 Гр для основной группы, 55,7 Гр - для контрольной (р=0,124).
Дополнительно, с учетом высокой клинической значимости и наличия ряда радиобиологических различий тканей, были проанализированы две подгруппы пациентов, с наиболее часто встречавшимися локализациями: рак легкого и опухоли головы и шеи. Количество больных раком легкого составило 28 пациентов в основной группе и в 62 пациента в контрольной. Пациенты с опухолями головы и шеи в основной группе составили 35 человек, в контрольной - 77 человек. Пациенты обеих подгрупп основной и контрольной группы были сопоставимы по основным параметрам.
Для оценки эффектов лучевой терапии в здоровых тканях руководствовались следующими данными: описание локального статуса, характеризующее соответствующие изменения местных тканей, на основании чего можно было сделать вывод о выраженности лучевого дерматита и эпителиита. Выраженность болевого синдрома, обусловленного тканевой реакцией, могла быть объективно оценена в соответствии с назначаемыми для купирования болей анальгетиками. Степень дисфагии характеризовала тяжесть эзофагита. Данные о наличии перерывов, обусловленных реакциями здоровых тканей на облучение, содержались в технологической карте лучевой терапии и истории болезни. Результаты рентгенографии органов грудной клетки позволяли оценить тяжесть пульмонита. Изменения периферического состава крови (до начала лучевой терапии и через 2 недели после начала лечения) оценивались по результатам общего анализа крови. Оценка тяжести реакций производилась на основании критериев Национального Института рака (Common Terminology Criteria for Adverse Events (CTCAE). Version 4.0. National Cancer Institute. 2009).