Лучевая диагностика. Предмет история развития

Лучевая диагностика -
это медицинская дисциплина, использующая различные виды излучений для изучения строения и функций нормальных и патологически измененных органов и систем, с целью диагностики, лечения и профилактики заболеваний
Определение

Основная задача интроскопии – все сделать прозрачным

Вильгельм Конрад Рентген
Основоположником лучевой диагностики по праву считают великого немецкого физика Вильгельма Конрада Рентгена (1845 -1923)
Открытие Х- лучей 8 ноября 1895 г

Нобелевский лауреат
Рентгену присуждена Первая Нобелевская премия по физике
С именем Рентгена связано много легенд, однако многие думают, что открытие совершил вовсе не он, а его учитель, физик украинского происхождения – Иван Пулюй, который видел Х-лучи до Рентгена, и даже сумел получить первые в мире рентгенограммы

Украинский физик Иван Пулюй
Иван Пулюй (1845 -1918)
Работал в Вене
Наблюдал Х-Лучи за несколько лет до Рентгена
Несправедливо забыт историей

Лаборатория Рентгена

Первые настоящие трубки

Одна из первых рентгенограмм
Рентгенограмма кисти жены Рентгена

Для сравнения – современная КТ (3D –реконструкция)

Музей Рентгена в Гёссене

Памятник Рентгену
Доживший до 78-летнего возраста Вильгельм Рентген в течение семи лет просвечивал открытыми им лучами себя и свою супругу без внешнего видимого вреда для здоровья, но умер от рака кишечника
Памятник Рентгену

Лучи работают на человечество!

Рентгеновские аппараты
Один из первых рентгеновских медицинских аппаратов
Поводится рентгеноскопия

Начало неотложной рентгенологии

Применение рентгеновских лучей в России
А.С.Попов
Крейсер Аврора,
после Цусимы

Продвинутые «Девайсы»

А так ими пользовались

Негатоскоп - дедушка

Стоматология, 1907 и 1936

Таможня

“Берёт добро”

Боремся с терроризмом

Проще всего – просветить рентгеновскими лучами
Однако реальна опасность облучения
Не все люди дают согласие на осмотр

Ловим вооруженного и опасного преступника
Последний “писк” рентгеновской визуализации – методика обратного рассеивания

Система реально работает в некоторых аэропортах Америки

Возможности
Главный принцип – регистрация не проходящего а отраженного рентгеновского излучения
Доза облучения при этом во много раз меньше

Незаконная иммиграция

4,5 тонны марихуаны

Пистолетики

Подслушивающее устройство

Бомба с сотовым телефоном

Передвижная рентгеновская установка

Разминирование

Дефектоскопическая установка

Ветеринария
Это злобное существо – наш предок – обезьяна

Череп собаки. Тоже во многом похож!

Зубы профессионала

Исследуем скакуна

Лечим кота, упавшего с 4 этажа

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ

Важность проблемы
Любой вид ионизирующих излучений небезразличен для всех живых организмов и вызывает в нем биологические изменения
Если источник излучения находиться вне организма – происходит его внешнее облучение, если внутри - внутреннее

Главный механизм действия радиации
Действие ионизирующего излучения на любое вещество, сопровождается образованием возбужденных атомов и ионов, с последующим запуском целого каскада реакций
Полностью механизм действия радиации не раскрыт до сих пор

2 пути действия
Непосредственная реализация действия радиации на клетки и организм в целом происходит двумя путями
Прямым
Непрямым

Прямой путь

Прямой путь действия радиации
Заключается в непосредственной ионизации и возбуждении молекул тканей и органов
Это ведет к разрывам молекулярных связей, образованию свободных радикалов (водных и органических), которые тут же, в случайном порядке, присоединяются к любой подвернувшейся молекуле
В организме появляется масса биологически активных чужеродных веществ

Свободные радикалы
Это частицы содержащие один или несколько неспаренных электронов
По другому определению свободный радикал — вид молекулы или атома, способный к независимому существованию, обладающий относительной стабильностью и имеющий один или два неспаренных электрона

Последствия общения с ними…
Получить повреждение может любая молекула, в любом месте
СР вызывают такие повреждения молекул:
Разрывы в ДНК,
Окисление sh-групп,
Сшивки полипептидных цепей в белках,
Инактивацию ферментов,
Полимеризацию углеводов.
И, пожалуй, наиболее трагичным для судьбы клетки процессом является инициирование ими цепей свободнорадикальных процессов окисления липидов

Цепные реакции
Большую роль в радиационных повреждениях придают цепным реакциям окисления, которые в присутствии кислорода во много раз увеличивают количество измененных молекул в клетке и вызывают дальнейшее изменение надмолекулярных (субмикроскопических) структур
При этом повреждения передаются от одной молекуле к другой, а от той – к следующей, и так много раз

Основные типы повреждения ДНК
Повреждение одиночных нуклеотидов
Повреждение пары нуклеотидов
Разрыв цепи ДНК
Образование поперечных сшивок между основаниями одной цепи или разных цепей ДНК

Непрямой путь действия радиации
Все живые организмы содержат в своем составе воду (две трети общей массы 65—70%)
Под действием излучения в воде образуется положительно заряженный ион воды (Н2О)
Н2О ? Н2О+ + е –
Далее - еще
Н2О + е –?Н2О - + Н/
Н2О+ Н/ + ОН/
Водород (Н/) и гидроксильная группа ОН/, обладая большой химической активностью, тут же взаимодействуют с биологическими веществами и вызывают их изменение
При наличии кислорода в воде могут образовываться радикалы НО2 и перекись водорода Н2О2, которые также являются сильными окислителями

Соотношение эффектов
45% поглощенной энергии излучения воздействует на организм по типу прямого действия;
55% - идет по типу косвенного действия.
В сухих чистых веществах преобладает прямое действие, в слабых растворах — косвенное действие
Интересный факт: если в человеке ионизируются все молекулы воды всего в 5 мг воды, то наступит смерть

Атаке подвергаются все органеллы клетки

И прежде всего митохондрии

Нарушается репликация ДНК

Может запускаться апоптоз

Закон Бергонье - Трибондо
J. A. Bergonie, 1857-1925, французский врач – сформулировал правило, согласно которому чувствительность живых клеток к действию ионизирующих излучений тем выше, чем менее они дифференцированы, чем больше выражена их пролиферативная активность и продолжительнее процесс кариокинеза
Кариокинез – деление клеточного ядра, происходящее во время деления клетки перед началом деления цитоплазмы
Это правило широко используется в лучевой терапии опухолей

По радиочувствительности, в порядке ее уменьшения, ткани располагаются следующим образом:
Костный мозг
Лимфоидная ткань
Зародышевые клетки
Слизистые оболочки
Кожа
Костная и мышечная ткань
Нервные клетки

Эффективные эквивалентные дозы облучения от различных естественных и техногенных источников облучения
Смертельная доза для человека при одномоментном облучении 600 бэр (6 Грей или 6 Зивертов)
Человек получает за всю жизнь от всех источников облучения 14 - 15 бэр
Просмотр телевизора на расстоянии 2м 1 мкбэр/час
Ежедневный в течение года трехчасовой просмотр цветных телепрограмм 0.5-0.7 мбэр
Облучение за год за счет радиоактивных выбросов в районе расположения станции 0,02-0,5 мбэр
Облучение за год за счет естественных выбросов ТЭС работающих на угле 0,2-0,5 мбэр

Полет на сверхзвуковом самолете на высоте 18-20 км 1 -3 мбэр
Полет в течение суток на орбитальном космическом корабле 18-35 мбэр
Прием радоновой ванны 1 –100 мбэр
Флюорография 0.02-0.05 бэр
Рентгенография грудной клетки 0.01-0,1 бэр
Рентгеновская маммография 0.1-0.2 бэр.
Рентгеноскопия грудной клетки 0,2-0,4 бэр
Рентгенография зубов 0.003-0.3 бэр
Рентгеновская томография 0,5-10 бэр
Рентгенодиагностика при раке легких 5 бэр
Рентгеноскопия желудка, кишечника 10-25 бэр
Лучевая гамма-терапия после операции 20-50 бэр

Эффекты, возникающие при действии ИИ на организм, делят на:
Пороговые, которые неизбежно наступают после превышения определенного порога облучения, их еще называют нестохастическими
Вероятностные, или стохастические, которые не зависят от дозы – повреждение может быть вызвано одним квантом энергии

Подробнее
Соматические нестохастические (детерминированные) — эффекты, возникающие у облученного сразу после облучения большими дозами — это острая и хроническая лучевая болезнь, локальные лучевые повреждения (катаракта), поражения кожи, нарушение репродуктивной функции и т. д.
Эффекты, возникающие у облученного через длительное время после облучения, т. е. отдаленные последствия: понижение сопротивления инфекциям, сокращение продолжительности жизни, возникновение опухолей, лейкозов

Генетические или наследственные
Эффекты, проявляющиеся в потомстве облученных людей и животных
Эти эффекты являются также стохастическими
При этом могут возникать доминантные и рецессивные генные мутации, хромосомные аберрации

Итоги воздействия
Генетические повреждения в момент органогенеза могут приводить к различным уродствам

Явление радиационного гормезиса
Термин 'радиационный гормезис' был предложен в 1980 году Т.Д. Лакки.
Он выразил идею о том, что радиация может в зависимости от дозы оказывать диаметрально противоположное воздействие на живые организмы: в достаточно больших количествах - угнетать жизненные процессы, вплоть до гибели организма, при снижении дозы - уменьшать свое поражающее действие, а при ультрамалых дозах - стимулировать жизненные процессы, оказывать благоприятное действие

Попытка объяснить его природу
Согласно действующей парадигме, радиационный гормезис является эволюционной адаптацией, возникшей как ответ организма на неблагоприятные условия окружающей среды. Причем вклад радиации в эти условия может быть не самым большим
Таким образом, гормезис является частью общего стресс-ответа организма. Поэтому механизмы запуска радиационного гормезиса надо искать среди общих схем защиты клетки и организма от различного рода стрессов: температурного, окислительного

Влияние малых доз
Конкретные величины малых доз зависят от видовой характеристики, для млекопитающих они лежат в диапазоне до 0.5 Гр
Эксперименты свидетельствуют о том, что под влиянием малых доз ионизирующих излучений естественная продолжительность жизни животных увеличивается на 10-12% по сравнению с адекватным контролем
Самый наглядный пример – стимулирующее действие радоновых ванн

Стимуляция иммунитета
Стимулирующее действие малых доз радиации связывают с активизацией иммунной системы организма
Достоверное снижение иммунитета выявлено в дозах более 100 Гр
При значительно меньшем облучении отчетливо прослеживается стимуляция общеиммунологического статуса организма
Интересно отметить, что даже у рентгенологов, в условиях удовлетворительной защиты и малых доз радиации, обнаружена стимуляция бактерицидной активности сыворотки крови, причем ее степень возрастает с увеличением стажа их работы

Радиомодификация
Было обнаружено, что радиочувствительность и устойчивость клеток и тканей к облучению зависит от присутствия в них веществ, которые назвали радиомодификаторами
Одним из первых были открыты модифицирующие свойства кислорода – при его присутствии в тканях радиочувствительность повышалась, и наоборот
Радиочувствительность также увеличивается при увеличении температуры тканей, ярком обычном и ультрафиолетовом освещении

Гипоксирадиотерапия – пример практического применения модификации
(Греч. hypo- + лат. oxy [genium] кислород + radius луч + греч. therapeia лечение) — лучевая терапия опухолей, проводимая в условиях вдыхания больными воздуха с пониженным содержанием кислорода;
Развивающаяся в результате этого общая гипоксия организма обеспечивает противолучевую защиту нормальных тканей, которые под влиянием острой гипоксии защищаются от поражающего действия ионизирующего излучения в существенно большей степени, чем клетки опухолей.

Другие факторы
Можно искусственно управлять процессом добавлением в окружающие клетку среду различных веществ – примесей
Молекулы – примеси могут повышать радиочувствительность – это явление радиосенсибилизации или понижать – эффект защиты (протекция)
Основной закон радиомодификации – препарат уже должен быть в организме в момент воздействия радиации

Конкретно
Известны радиосенсебилизирующие свойства монооксида азота (NО), блокаторов SH-групп N-этилмалеимида, мизонидазола, метронидазола
Мизонидазол подавляет репарацию потенциально летальных повреждений (двухнитевых разрывов ДНК). Известными ингибиторами репарации ДНК являются кофеин, актиномицин Д, бромдезоксиуридин
Усиливают лучевое поражение ингибиторы и разобщители окислительного фосфорилирования (цианид, 2,4-динитрофенол и др.)
К веществам, усиливающим радиационную деградацию ДНК, относится гидроксамовая кислота
Некоторые агенты (кислород, цианид) в зависимости от условий облучения могут проявлять как протекторные, так и сенсибилизирующие свойства

Какие соединения зашищают?
Общие для многих организмов соединений с радиопротекторными свойствами – тиолы, некоторые ароматические аминокислоты, нуклеотиды, дикарбоновые кислоты (сукцинат, малат), аскорбиновая кислота, альфа-токоферол, бета-каротин, ферменты супероксиддисмутаза, каталаза и др.)
Наиболее изучены и представляют практический интерес для человека – бета–каротин, метаболиты трикарбонового цикла (сукцинат натрия и малат натрия), продукты из черноморских мидий, продукты пчеловодства (особенно маточное молочко), некоторые лекарственные травы и плоды (лапчатка, тысячелистник, рябина, арония, шиповник и др.)

Антиоксиданты обезвреживают свободные радикалы

Механизм протекции
Точно не известен
Одна из теорий – конкуренция примеси за свободный радикал с другими молекулами
Другая – быстрое восстановление произошедших разрушений

ЗАЩИТА ОТ ИЗЛУЧЕНИЯ

Защита от излучения
Уменьшение силы исходного излучения
Сокращением времени контакта
Увеличением расстояния
Коллективными и индивидуальными средствами защиты (экранирование)

Защитные перчатки и фартук

Перчатки начала века

Резина со свинцом

Индивидуальные защитные средства

Мобильные ширмы

Это не часы, это дозиметры!