Ст.н.с. д-р Иван ЦАКОВ

 Радиацията е явлението, при което естествени или изкуствено създадени радиоактивни вещества излъчват фотони, електрони, протони, неутрони, алфа-частици, бета-частици, гама- или рентгенови лъчи и други частици. Гама- и рентгеновите лъчи са известни с наименованието Х-лъчи.

Всеки атом в живата и неживата материя се състои от ядро, съставено от протони и неутрони и обвивка от обикалящи около него електрони. С различни начини електроните от атомната обвивка, протоните и неутроните от атомните ядра могат да бъдат извадени от мястото им и формирани в снопове. Процесът се нарича йонизация, а така йонизираните среди излъчват снопове йонизиращи частици, т.е. радиация. При възбуждането пък на атомните ядра в избраната среда, те излъчват кванти енергия. т.нар. гама-лъчи. От тук идва и името гама терапия – лечение с изкуствено получени в ядрените реактори и други методи изотопи на химическите елементите от Менделеевата система. Изотоп на даден химически елемент е същият елемент, но с различен брой неутрони в ядрото. Много елементи имат по няколко изотопа.

Доказаната вреда при работата с радиоактивни вещества създаде радиобиологията – науката, изучаваща въздействието на радиацията върху живите същества и околната среда, както и защитата им от нея.

Науката дозиметрия пък се занимава с измерването на величината на радиацията в околната среда и в радиационната медицина. Двете основно измервани величини в дозиметрията са:

– погълната доза радиационна енергия, мерна единица Грей;

– еквивалентна погълната радиационна доза, зависеща от вида радиационно лечение, мерна единица Сиверт.

Радиоактивността бива два вида: естествена и изкуствена. Естествената, т.нар. радиационен фон, се формира от радиоактивните елементи в земната сърцевина, кора и от взаимодействието нa космическото и слънчевото лъчение със земната атмосфера. Средногодишно ние сме изложени на около 3 милиСиверта радиация, половината от която е от медицински изследвания – рентген, мамография, компютърна томография, самолетни полети, а другата половина е от естествения радиационен фон, т.е. местоживеенето. При самолетни полети над земните полюси еквивалентната доза стига до 6 милиСиверта годишно. Космонавтите са подложени на още по-големи радиационни натоварвания.

В затворени помещения особено силно е влиянието на газовата еманацията на елемента Радон – продукт от разпада на радиоактивните елементи уран, радий и торий, съдържащи се в камъни, гранити и други скални материали, използвани в жилищното строителство! Той е тежък инертен, без мирис и цвят газ, проникващ в помещенията през цепнатини и неуплътнени врати и прозорци и е една от основните причини за рак на белите дробове.

Към естествения радиоактивен фон се прибавя и изкуственият от взривените атомни бомби в атмосферата, земята и водата (1945-1963 г.), от аварирали атомни реактори в САЩ, Англия, Франция, СССР, Китай, Япония, паднали спътници.

А ето как човечеството всекидневно оползотворява радиацията, т.н. полезна радиация.

ПРИЛОЖЕНИЕ НА РАДИОИЗОТОПИТЕ

В индустрията, медицината, селското стопанство, хранителната промишленост, науката и другаде се използват над 150 различни изотопа на елементите от Менделеевата система.

1. За контрол на заварките в радиационната дефектоскопия се използва гама лъчението от изотопи на кобалт 60, цезий 137, иридий 192, селен 75, както и  рентгеново лъчение от подвижни рентгенови апарати. Видът на апаратурата се определя от материла и атомния му номер в Менделеевата система, технологичния процес.

2. Гама, неутронно и рентгеново лъчение се използват в селското стопанство за увеличаване на добивите, т.н. генно инженерство. Изкуствено създадени и подобрени са над 2700 посевни растения. Чрез лабораторно гама облъчване на самците от вредни насекоми и последващото им разпространение в природата от човека те, след няколко поколения сношаване със самките си, пресъздават стерилно, неопасно за селскостопанските култури поколение.

3. С изотопите фосфор 32, фосфор 33, сяра 35 ветеринарите изследват ДНК полиформизма за селекцията на определени животински видове.

4. Радиоизотопи се използват при световната стандартизация за качество и безопасност на храните – важно за райони след радиационни аварии като Чернобил (Украйна), Фукушима (Япония), САЩ и др.

5. Датиране на намерени археологически образци става с измерване на радиационната активност на изотопа въглерод 14, натрупан в тях като продукт от взаимодействието на неутроните от космическото лъчение с атмосферния азот.

РАДИАЦИОННА МЕДИЦИНА

Използването на изотопите, ускорителната и реакторната техника в съвременната онкологична медицина е обобщено с наименованието радиационна медицина.

Диагностични радиационни методи

Съвременното лечение и превенция на болестите изисква добра, лесно достъпна и детайлно-информативна диагностична апаратура.

1. Компютризацията на класическата рентгенография доведе до създаването на рентгенова компютърна томография (РКТ) – съчетание на компютри и дигитилизирани нискофонови рентгенови апарати. РКТ е основана на различната степен на пропускане и поглъщане на рентгеновото лъчение от различните органи на пациента. В синхронизираната с дихателния цикъл на пациента 4D КТ е застъпена и временната компонента от прегледа. Рентгеново лъчение натоварва пациента от 1 до 12 милиСиверта за различните изследвани органи. По норматив за годишно допустима норма при 2000 работни часа средно и вдишвани 1,2 куб.м въздух в час дозата трябва да е не повече 3 милиСиверта годишно.

2. Магнито-резонансната томография (МРТ) не е радиационна и е с по-високо качество в изображението на изследвания орган. След аварията в Чернобил 1986 г., за успокоение на пациентите, физическото й наименование „Ядрено-магнитна томография”, бе променено на „Магнито-резонансна томография“ (МРТ). С нея неинвазивно се изследват главният и гръбначният мозък, скоростта на кръвния поток, активация на кората на главния мозък при задаване на логически задачи, бялото и сивото му вещество, костна система и др.

МРТ е основана на разликата в количеството вода в болните и здравите тъкани на човешкия организъм. Неприложима е при наличие на метални и феромагнитни елементи в тялото на пациента, импланти, зъбни брекети, кардиостимулатори, татуировки с метални бои. МРТ aнулира съдържанието на намиращите се в пациента банкови и други магнитни карти! При зададени умствени задачи предизвикват усилен кръвопоток в човешкия мозък и така получените изображения се наслагват върху първичните мозъчни без натоварване, с което се визуализират нарушенията в мозъка. Прегледът с МРТ е шумен и затова обезателно се ползват наушници и се предупреждават пациентите с клаустрофобия за тясната койка в МРТ камерата. За увеличаване на контраста се въвежда венозно веществото галоамид – натрупано в органите със злокачествени тумори, то рязко увеличава качеството на изображението.

3. В Позитрон-Емисионната Томография „ПЕТ” се използват изкуствени радиоактивни изотопи, излъчващи античастиците на електроните – позитрони. При срещите си с електроните в тъканите на човешкото тяло те взаимно анихилират. При всяка анихилаци те се превръщат в два фотона (фотон на гръцки означава „светлина”), чието сумарно изсветване се визуализира на компютърния екран като висококачествено изображение на изследвания орган. Радиционното дозово натоварване на пациента е сравнимо с това КРТ. Оптимални са фармацевтичните препарати с изотопа F 18 на флуора заради ниското дозово натоварване и голямото време на живот. Количеството въведен радиоизотопен препарат се определя от теглото и ръста на пациента. ПЕТ не се препоръчва за бременни, а за децата само в краен случай.

Радиационна терапия

 В радиационната терапия йонизиращото лъчение взаимодейства с атомите и молекулите в тъканта, при което се освобождават йони, електрони и свободни радикали. Това води до биохимични реакции, поразяващи както раковите, така и здравите клетки! Пораженията от различните видове лъчения са различни, но принципиално това става по схемата:

• проникване на радиоактивното лъчение;

• йонизиране на атоми и молекули по пътя му;

• химико-биологични изменения в тъканта.

Радиоактивното лъчение предизвиква незабавно поражение или акумулативно такова, т.е. регистрирано след време – определящото тук е дозата и видът лъчение. Например при облъчване на кожата при доза от 6 Грей след часове се наблюдава дълготрайно зачервяване, а при по-големи дози се появяват мехурчета, разраняване, опадане на косата, дълготрайна пигментация на кожата.

РАДИОИЗОТОПНА ТЕРАПИЯ

Радиоизотопната терапия (на гръцки „терапия” означава лечение) е директно въвеждане на избрания радиоактивен изотоп с определена за съществуващия тумор доза. Това е много критична операция с висока степен на опасност за поразяване и на заобикалящата го здрава тъкан. Комплектуването на радиоизотопа с биомолекули улеснява въвеждането му в тумора. Брахитерапията е приложима в човешки органи с вътрешни свободни пространства, в които с автоматизиран ендоскоп се поставят изотопи на радиоактивни елементи като кобалт 60, цезий 137, калифорний 252, иридий 19. Процесът паралелно се наблюдава и контролира с ултразвук, магнитно-резонансна или компютърна томография. Сеансите продължават с различно времево дозово натоварване по няколко пъти седмично. Особено важно е извеждането на дъщерните продукти от разпада на изотопа, чието оставане в тялото на пациента е онкоопасно. Използва се при лечение на рак в матката, пикочния мехур, правото черво, носоглътката и др.    

АДРОННА ЛЪЧЕТЕРАПИЯ

Възможностите и достиженията на адронната онкотерапия – обобщеното наименование на онколечение със снопове протони, йони и неутрони – са описани в статията ми „Протонно-йонна онкотерапия”, публикувана във вестник „Лечител” от 28 април 2022 г, брой 27. Полезността на тази терапия се потвърждава и от данните за 2021 година – 325 000 пациенти, от които 280 000 с протонни, 42 000 с въглеродни и 3 500 с хелиеви йони терапия.

Организираната през 2002 година Европейска мрежа за леки йонни терапии ENLIGHT (European Netwоrk for Lifgt Ion Therapy) в Европейския Център за ядрени изследвания в Женева, CERN, нейните възможности, както и членството на Република България в CERN, са идеална предпоставка за формиране на българско и балканско лоби за създаването на Протонно-йонен онкотерапевтичен център в нашата страна (вж. https://ptcog.ch). По статистика за лечение на годишно 20 милиона онкоболни по света са необходими около 300 такива центъра и то преимуществено с въглеродния изотоп 12C⁺⁶.

Подобен комплекс в гр. Дармщадт, ФРГ струваше 190 милиона евро по цени 2010 г. Себестойността на нов протонно-йонен център е около 250 милиона евро. Около тази цена са и новосъздадените центрове в гр. Хайделберг, ФРГ и в Лондон, Обединеното Кралство.