Irodalomjegyzék Mesterséges eredetű sugárforrások Sugárvédelem alapelvei... 34

Átírás

1 Tartalomjegyzék 1. A sugárbiológia ismeretek jelentősége a klinikai diagnosztikában és terápiában, korai kezdetek 12 Irodalomjegyzék Az ionizáló sugárzás típusai Az ionizáló sugárzások fajtái Természetes eredetű sugárforrások Kozmikus sugárzás Földkérgi eredetű radionuklidok Mesterséges eredetű sugárforrások Ipari tevékenység miatt megnövekedett sugárterhelés Orvosi sugárforrások Fegyverkezés A sugárterhelés meghatározásánál alkalmazott dózismennyiségek Sugárvédelem alapelvei Irodalomjegyzék Sugárfizikai és sugárkémiai alapismeretek Az atom szerkezete, ionizáció, gerjesztés Atommodellek Magmodellek Ionizáló sugárzások felosztása Részecske- vagy korpuszkuláris-sugárzás Elektromágneses vagy foton sugárzás Sugárzás és anyag kölcsönhatása Az α- és β-sugárzás kölcsönhatása az anyaggal A γ- és röntgensugárzás kölcsönhatása az anyaggal Sugárgyengítési törvény Kémiai reakciók és kötések Kémiai kötések A sugárzás biológiai hatásának időbeni lefolyása

2 Szabadgyök-képződés Irodalomjegyzék Sejtszintű sugárkárosodások, a lineáris energiatranszfer és a relatív biológiai hatás Sugárhatásra kialakuló fizikai-kémiai folyamatok Az ionizáló sugárzás sejten belüli célpontja, sugárhatásra kialakuló DNS károsodások A sejtek sugárérzékenységét, a túlélő sejtek sorsát befolyásoló folyamatok A sejtek halálához vezető letális kromoszóma aberrációk, biodozimetriai alapok A lineáris energia transzfer és a relatív biológiai hatás A relatív biológiai hatás fogalma, viszonya a lineáris energia transzfer értékhez Irodalomjegyzék A sugárkárosodások javítása, a sejtosztódás zavarai, a sugárzás okozta sejthalál A DNS károsodások észlelése A kétláncú DNS-törések javítása A nem-homológ DNS végeket összekapcsoló hibajavító folyamat Homológ rekombináció Sugárzás hatására kialakuló változások a sejtosztódás során Sugárhatásra bekövetkező sejthalál A sugárkárosodások típusai, a lineáris-kvadratikus modell sejtbiológiai alapjai Megosztott, időben elkülönült dózisok sejtpusztító hatása A megosztott dózisok között eltelt idő szerepe a sejtek túlélésében Irodalomjegyzék Sugárvédő anyagok Antioxidáns hatással rendelkező, szabadgyök-fogó klasszikus sugárvédő vegyületek Amifosztin (WR2721, Ethyol) Nitroxid alapú antioxidánsok Szuperoxid-diszmutáz alapú génterápia Szelén Az egészséges szövetekben helyi hypoxiát okozó eljárások A sugárzás hatásait mérséklő anyagok (sugárhatás gyengítők) Hematopoetikus növekedési faktorok Keratinocita növekedési faktor (KGF-1, palifermin)

3 TGF-β termelődés csökkentését célzó szerek Egyéb sugárhatás gyengítők Irodalomjegyzék Oxigén hatása a sejtek túlélésére, sugárérzékenyítő szerek, bioreduktív gyógyszerek Az oxigén sugárérzékenyítő hatásának mechanizmusa A sugárérzékenyítéshez szükséges oxigén koncentrációja és a szöveti hypoxia jelentősége a sugárterápiában A daganat oxigén ellátottságának a mérése Hypoxia mérése kísérleti tumorokban Hypoxia mérése humán tumorokban Reoxigenizáció A daganat hypoxia szerepe a kemoterápiás szerekkel szembeni rezisztenciában A hypoxia szerepe a daganatok progressziójában Sugárérzékenyítő technikák és bioreduktív szerek A sugárérzékenyítő terápiákat értékelő klinikai vizsgálatok összesítő metaanalízise A daganat vérellátására ható terápiák Egyéb hatásmechanizmusú, sugárérzékenyítő vegyületek Irodalomjegyzék Az ionizáló sugárzás genetikai és magzati hatásai Az ivarsejteket ért sugárexpozíció következményei Az ivarszervek, ivarsejtek sugárérzékenysége Sugárzás indukálta genetikai károsodások gyakorisága Az ionizáló sugárzás magzati hatásai A magzati sugárexpozíció determinisztikus hatásai A méhen belüli élet során elszenvedett sugárexpozíció daganatkeltő hatása Esetleges javaslatok a terhes nőt ért sugárexpozíció kérdéskörére Irodalomjegyzék Akut sugársérülés emberben és állatkísérletes rendszerekben Akut sugárbetegség A cerebrovaszkuláris szindróma A gasztrointesztinális szindróma A hematopoetikus szindróma Több szerv együttes funkcionális károsodásával járó szindróma (multiple organ dysfunction syndrome MODS)

4 Bőrszindróma Az LD 50 érték, és az akut sugárbetegség prognózisát befolyásoló tényezők A sugárexpozíció mértékére utaló biológiai indikátorok (biológiai dozimetriai módszerek) Az akut sugárbetegség kezelése Irodalomjegyzék A sugárhatásra kialakuló daganatok epidemiológiája, kialakulási mechanizmusa Az ionizáló sugárzás daganatkeltő hatására vonatkozó epidemiológiai megfigyelések A hirosimai és nagaszaki atomtámadás következményei A daganat kialakulás kockázatának becslése sugárexpozíciót követően A csernobili baleset következményei Daganat kialakulás kockázata nukleáris létesítményekben dolgozókban Az orvosi sugárexpozíciók kockázata A mammográfiás vizsgálatok lehetséges kockázatai A komputer tomográfiás (CT) vizsgálatok egészségügyi kockázatai Sugárzás kiváltotta daganatok kialakulási mechanizmusa A daganatkeletkezés többlépcsős folyamat Onkogének és tumor szuppresszor gének károsodása sugárzás indukálta daganatokban Sugárzás hatására kialakuló genom instabilitás Irodalomjegyzék Normálszövetek és daganatsejtek proliferatív szerveződése A normálszövetek sugárzásra adott válaszreakcióinak mérése, a sugárválaszt befolyásoló tényezők A szövetek proliferatív szerveződésének a hatása a sugárhatásra kialakuló normálszöveti mellékhatásokra A besugárzott térfogat, a szövetek funkcionális szerveződésének a hatása a normálszövetekben kialakuló mellékhatásokra Daganatok proliferatív szerveződése A daganatok összetételét alkotó sejtek A daganat növekedését befolyásoló tényezők A daganatok proliferatív szerveződésének meghatározására alkalmas paraméterek, eljárások Összefoglalás Irodalomjegyzék

5 12.A frakcionált sugárterápia sugárbiológiai alapjai, a lineáris-kvadratikus sugárhatás modell jelentősége, alkalmazása a sugárterápiában A sugárzás biológiai hatásának vizsgálata a múltszázadban Kumulatív dózis válasz (Cumulative Response Dose,CRE) Orton-Ellis modell NSD, CRE klinikai alkalmazhatósága Túlélő frakció Túlélő frakció (túlélő hányad) Surviving Fraction SF Target elmélet Single-target modell Multitarget modell Lineáris-kvadratikus (LQ) modell Az LQ modell kiegészítése a teljes kezelési idő alatt jelenlévő hatásokkal Az α/β értékei Hyperfrakcionált sugárkezelés Dóziseloszlás inhomogenitásának figyelembe vétele Összefoglalás Irodalomjegyzék Teleterápia sugárbiológiai hatásai Sugárterápiás kezelések jellemzői Teleterápia fizikai alapjai Fotonsugárzás jellemzői Elektronsugárzás jellemzői Teleterápiás berendezések Terápiás röntgenkészülékek Kobaltágyú Elektrongyorsítók (lineáris gyorsítók) Képregisztráció folyamán bejelölendő térfogatok Besugárzástervezés Sugárterápiás tervek értékelése Síkbeli és térbeli dóziseloszlások, izodózisgörbék elemzése Dózis-térfogat hisztogram A tervminőségi indexek Lokális tumor kontroll valószínűsége (TCP) és az egészséges szövet károsodásának valószínűsége (NTCP) Lokális tumor kontroll valószínűséget (TCP) leíró matematikai modell Egészséges szövet károsodásának valószínűségét (NTCP) leíró matematikai modellek

6 Irodalomjegyzék Az alacsony és magas dózisteljesítményű brachyterápia sugárbiológiai alapja Rövid történeti áttekintés Brachyterápia alapfogalmai A γ-sugárforrások jellemzésére szolgáló paraméterek: LDR brachyterápia Remote afterloading vagy távvezérléses utántöltéses technika Minőségi indexek a brachyterápiában Sugárbiológia szerepe a brachyterápiában HDR brachyterápia LDR brachyterápia sugárbiológiai hatása LDR brachyterápia permanens implantátumok segítségével PDR brachyterápia sugárbiológiai hatása Irodalomjegyzék Sugárterápia következtében kialakuló korai és késői mellékhatások Különböző anatómiai régiók sugárterápia következtében kialakuló korai és kései mellékhatások A bőr, mint védendő szerv korai és kései sugárkárosodása Agytumorok sugárkezelésének korai és kései mellékhatásai Fej-nyak tumorok sugárkezelésének korai és kései mellékhatásai Tüdő tumorok sugárkezelésének korai és kései mellékhatásai Emlő tumorok sugárkezelésének korai és kései mellékhatásai Emésztő- és kiválasztó szervrendszeri tumorok sugárkezelésének korai és kései mellékhatásai Nőgyógyászati tumorok sugárkezelésének korai és kései mellékhatásai Prosztata tumorok sugárkezelésének korai és kései mellékhatásai Tolerancia dózisok meghatározása Irodalomjegyzék Eltérő frakcionálási sémák összehasonlíthatóságának és új sugárterápiás modalitások kialakításának sugárbiológiai alapjai A frakcionált sugárterápia történelmi előzményei A sugárterápia hatásosságát befolyásoló sejt- és és sugárbiológiai folyamatok A DNS hibajavító folyamatok eredményességének, gyorsaságának hatása a frakcionált sugárterápia hatásosságára A hypoxiás daganatsejtek re-oxigenizációja A sejtciklus egyes fázisai közti átrendeződés

7 A frakcionált sugárterápia időtartama alatt a normálszövetekben és a daganatokban bekövetkező fokozott repopuláció hatása Az új, frakcionált sugárterápiás protokollok kialakítását alapvetően befolyásoló sugárbiológiai tényezők A frakciódózis hatása a normálszövetek és daganatok sugárválaszára A terápia időtartamának hatása a normálszövetek és daganatok ionizáló sugárzás iránti válaszreakcióira Hogyan válaszoljunk a sugárterápia során a nem várt okokból beiktatott szünetekre? Hogyan végezzük a sugárterápiát más onkoterápiás modalitásokkal való kombinációban? Összefoglalás Irodalomjegyzék Hyperfrakcionált, hypofrakcionált és gyorsított sugárterápia, és részecske sugárzások alkalmazása daganatos megbetegedések kezelésére Módosított frakcionálási sémák alkalmazása a sugárterápiában A hyperfrakcionált sugárterápia A hypofrakcionált sugárterápia Gyorsított sugárterápia Folyamatos, hyperfrakcionált, gyorsított sugárterápia Gyorsított sugárterápia heti hat alkalommal, napi egy frakcióval végzett besugárzás esetén A módosított frakcionálási sémákkal végzett sugárterápiás kezelések eredményeinek összegzése Részecske sugárzások alkalmazása a sugárterápiában A nagy lineáris energia transzfer értékű sugárzások alkalmazásának sugárbiológiai előnyei Neutronsugárzás alkalmazása daganatos megbetegedések kezelésére A bór neutron befogásán alapuló sugárterápia Protonsugárzás alkalmazása a sugárterápiában Nehéz ion sugárzások Összefoglalás Irodalomjegyzék Kombinált kemo- és sugárterápia sugárbiológiai hatása A sugárterápia és kemoterápia között kialakuló kölcsönhatások molekuláris és celluláris alapjai Fokozott DNS károsodás és csökkent DNS hibajavítás (repair) Sejt-ciklus szinkronizáció Sejtosztódás gátlása

8 Fokozott apoptózis Módosult repopuláció A kombinált kemoterápia és sugárterápia mellékhatásai Korai mellékhatások Késői toxicitás A kombinált sugárterápia és kemoterápia klinikai vonatkozásai Méhnyakrák Agytumor Fej-nyaki daganatok Tüdődaganatok Nyelőcső daganatok Végbél daganatok Irodalomjegyzék A sugárbiológiában alkalmazható tudományos módszerek az egyéni sugárérzékenység becslésére Az egyének sugárérzékenységében megnyilvánuló különbségek, az egyéni különbségek genetikai háttere Az egyéni sugárérzékenység mérésére alkalmazható eljárások Klonogén, vagy kolónia-képzőassay Lágy-agar teszt Sejt-proliferációs vizsgálatok Mikronukleuszassay Kromoszóma aberrációk mérése Egy-sejt elektroforézisassay A gén-expresszióban sugárhatásra bekövetkező változások mérése valós idejű polimeráz láncreakcióval A sugárhatásra bekövetkező gén-expressziós változások mérése mikroarray segítségével Daganatos betegek egyéni sugárérzékenységére vonatkozó saját vizsgálatok és irodalmi adatok Az egyéni sugárérzékenység tanulmányozása mikroarray vizsgálatokkal Daganatok sugárterápiás válaszreakcióinak a becslése Mellékletek Irodalomjegyzék Biológiailag effektív dózis (BED) alkalmazása a teleterápiában számolási feladatok Elmélet: BED számítása Feladatok Elmélet: BED számítása időfaktorral

9 Feladatok Irodalomjegyzék Biológiai izoeffektív dózis (EQD 2 ) számítása Elmélet: EQD Feladatok Elmélet: inkomplett repair Feladatok Elmélet: korrekciós dózis α/β ismerete nélkül Feladatok Irodalomjegyzék Brachyterápia sugárbiológiai hatásai számolási feladatok Elmélet: HDR brachyterápia Feladatok Elmélet: LDR brachyterápia folyamatos dózisleadás Feladatok Elmélet: LDR kezelés átalakítása biológiailag ekvivalens HDR kezeléssé a Liversage-egyenlet alapján Feladatok Elmélet: LDR brachyterápia permanens implantátumokkal Feladatok Irodalomjegyzék Protonterápia sugárbiológiai hatásai Protonterápia rövid történeti áttekintése A protonterápia fizikai alapjai Proton kölcsönhatása az anyaggal Gyorsítók Ciklotron Szinkrotron Szállítási rendszer Passzív széles szórt nyaláb technika Aktív, keskeny pásztázó (szkennelt) nyaláb technika Proton specifikus besugárzástervezés Passzív széles nyalábú technika esetén alkalmazott standard besugárzástervezés A pásztázó (szkennelt) keskenynyaláb technika és intenzitásmodulált protonterápia Betegpozicionálás és rögzítés A nehéz ion és protonterápia sugárbiológiája

10 Másodlagos sugárzás Az LQ modell alkalmazása a nehéz ion és protonterápiában Feladatok Irodalomjegyzék Tesztsorok Sugárbiológia teszt kérdések I Sugárbiológia tesztkérdések II Sugárbiológia tesztkérdések III Megoldások Meghatározások

11 Bevezető A Sugárbiológia elektronikus tankönyv a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Nukleáris Technika Karán a Fizikus MSc képzés, orvosi fizika hallgatóinak Sugárbiológia tárgyához készült, de haszonnal forgathatják más műszaki vagy egészségügyi főiskolák, egyetemek hallgatói is. A könyv áttekintést ad az ionizáló sugárzások az élő szervezetre gyakorolt károsító hatásáról. Röviden bemutatja a sugárzások fizikai, kémiai és biológiai hatásait. Taglalja a sugárzások rákgyógyításban betöltött szerepét, a gyors technológiai fejlődés adta lehetőségek alkalmazását és az emberi szervezet daganatos és egészséges szöveteire kifejtett sugárbiológiai hatását. A mintegy 450 oldalas elméleti anyagot kiegészíti az 50 példát tartalmazó példatár, amely többségében megoldott, tematizált gyakorlófeladatokat tartalmaz. Az eligazodást tartalomjegyzék, valamint a könyv végén található Meghatározások fejezet segíti. A megértést színes ábrák, animációk és mozgókép könnyítik. Készült a TÁMOP A/1-11/ számú, a Matematikai és fizikai képzés a természettudományos, a műszaki és az informatikai felsőoktatásban című projekt keretében 2013-ban. A most megjelenő változat az előbbiekben említett mű javított, átdolgozott kiadása. 11