Ядерная рубашка: все ближе к телу — Naked Science
58 минут
Редакция
5

Ядерная рубашка: все ближе к телу

4.7

Частота заболеваемости раком растет, и ряд научных работ указывает, что сходная ситуация продолжится в будущем. Человечеству необходимо найти способ сократить число жертв этой болезни. Один из таких способов — ядерная медицина. Если раньше в ее рамках облучали нужные участки тела извне, то теперь все чаще точечно применяют радиоактивные вещества изнутри. Аналогичные подвижки есть и в области диагностики. Насколько это поможет и нет ли у «атомной» медицины каких-то других важных занятий?

Медицинский персонал по всему миру приступил к освоению ядерной медицины несколько десятилетий тому назад. Но лишь теперь ее возможности начали раскрываться в полную силу / ©Wikimedia Commons, Prisma

Ведь есть и другие угрозы: не такие громкие, но «долгоиграющие», похищающие огромное количество жизней ежегодно. От рака в 2018 году, по оценкам ВОЗ, умерли 9,6 миллиона человек. Итак, каждая шестая смерть на планете — именно от этой болезни, причем доля эта обречена на рост.

Сегодня человечество захвачено — вне зависимости от своей воли — одной главной медицинской темой: коронавирусом. Это неудивительно: только за последние три месяца от него погибли почти полмиллиона человек. Но все же, как бы ни был силен новый коронавирус, его влияние будет длиться годы, в то время как от некоторых болезней человечество может не избавиться никогда.

Данная статья доступна так же в формате подкаста.

В 2018 году группа швейцарских ученых в статье в рецензируемом научном журнале BMC Cancer показала, что риск возникновения рака (и опосредованно гибели от него) имеет сильную связь с рождаемостью. В тех семьях, где детей меньше (или нет вообще), рак будет чаще, причем разрыв может достигать двух и более раз. В 1990-1995 годах по всему миру среднее число детей на одну женщину за ее жизнь было 3,02, а в 2010-2015-х — лишь 2,52.

Иными словами, за последние десятки лет частота заболеваний раком должна была вырасти. Ряд исследований утверждает, что так и есть, хотя достоверно выяснить сложно: качество диагностики за последние десятки лет заметно изменилось, и сегодня опухоли выявляют более надежно.

Еще важнее то, что рак станет все более частым явлением в будущем, а доля болеющих им в среднем и молодом возрасте возрастет еще сильнее, чем у населения в целом. Собственно, процесс уже давно в пути: люди в возрасте 25-39 лет полвека назад в США болели раком весьма редко, а сегодня риск этого для них вырос в полтора раза и все увеличивается.

Зеленым показано общее число смертей от рака в мире, красным — их число на душу населения, синим — число смертей на душу с учетом старения мирового населения (люди старших возрастов чаще болеют раком). Хорошо видно, что, несмотря на рост общего числа раковых смертей на две трети за 37 лет, с учетом старения людей смертность несколько упала / ©ourworldindata.org

Штаты здесь важны именно как пример: с высокой вероятностью такие же процессы должны идти по всему миру, но для большинства стран, включая Россию, снижение среднего возраста раковых больных все еще не отслеживают.

Опять же, само увеличение частоты рака еще не означает неизбежного роста смертности: благодаря все более эффективным средствам диагностики и лечения растет лишь частота рака, но общее количество смертей от него там увеличивается довольно умеренно. А если учесть старение населения — то даже плавно снижается. Сходные тенденции можно наблюдать по всему миру (смотрите график). Возникает серьезный вопрос: что с этим делать?

Раковая клетка — мутировавшая клетка заболевшего человека, поэтому создать вакцину именно от нее не получится. С раком на протяжении своей жизни сталкивается примерно каждый восьмой. В развитых странах чаще (в Великобритании, по данным местных ученых, каждый второй), в развивающихся — несколько реже. То есть индивидуальных вакцин нужно будет разработать как минимум миллиард (ведь в каждом случае линия раковых клеток заболевшего станет уникальной). Очевидно, что это неподъемная задача.

Может быть, отравить раковые клетки человеческих опухолей каким-то аналогом антибиотиков? Увы, они так похожи на наши обычные, здоровые, что крайне сложно найти лекарство, что убивало бы только раковые клетки. А ограничить распространение по организму введенного в него лекарства зачастую очень сложно.

Многие средства химиотерапии подавляют деление здоровых клеток организма, и те из них, что делятся чаще других, в итоге резко снижают свою численность. Начинается выпадение волос, резкое снижение иммунитета и падение числа кровяных телец.

В результате лечение превращается в процесс, где вред наносится и организму пациента, и опухоли. Поэтому панацеи из химиотерапии и не получается, хотя в большом количестве случаев (в том числе, когда другие виды терапии неприменимы) она и спасает человеческие жизни.

Контактная терапия: первые шаги

В России основным разработчиком аппаратуры, применяемой в ядерной медицине, — а равно проводником ее внедрения в клиническую практику — долгие годы был Всесоюзный научно-исследовательский институт радиационной техники (до 1989 года), ныне — НИИТФА.

Именно его разработка в 1970 году стала первым в мире серийным аппаратом для контактной лучевой терапии (АГАТ-В). Затем там же разработали несколько поколений подобных систем (АГАТ-ВТ, С, Р, РМ1, В, В3). Как источники излучения в них использовались кобальт-60 и иридий-192.

Аппарат АГАТ-В для внутриполостной гамма-терапии / ©НИИТФА

В целом аппаратура отвечала уровню развития технологий своего времени. Источник радионуклидов не вводился непосредственно в ткани, расположенные глубоко внутри организма: его в норме направляли в одну из полостей тела больного (например, во влагалище при лечении рака шейки матки).

При этом сам действующий радионуклид располагался в компактной насадке — так называемом эндостате. За счет того, что при введении в полость тела человека расстояние до атакуемой опухоли резко сокращалось, побочных эффектов от такой терапии было заметно меньше, чем при стандартной лучевой.

Но после Чернобыля организацию начало «лихорадить»: отношение общества к ядерной медицине (и вообще всему со словом «ядерный») резко изменилось. Вначале институт переименовали, убрав из название слово «радиационной» (на короткое время он стал Всесоюзным научно-исследовательским институтом технической физики и автоматизации, ВНИИТФА, затем ушло слово «всесоюзный»). Тем не менее, как мы увидим ниже, работы в области ядерной медицины здесь не остановились.

Контролируемое уничтожение: как радионуклиды стали важнейшим рубежом обороны от рака

Наиболее перспективным средством для борьбы с опухолями на сегодня считают препараты, которые содержат активно делящиеся вещества, но при этом не облучают организм со стороны, а вводятся непосредственно в него.

Сейчас такие препараты во всем мире пытаются рассматривать в едином комплексе: их называют РФЛП (радиофармацевтические лекарственные препараты), и число их постоянно растет, равно как частота использования в клинической практике.

Одни из них применяются для диагностики — например, мониторинг распространения слаборадиоактивных «меток» позволяет оценить проблемы с кровотоком или отследить те же опухоли.

Такие радиофармацевтические препараты содержат быстроделящиеся радионуклиды в очень низкой концентрации — например, фтор-18. Период полураспада последнего — менее двух часов, поэтому сколько-нибудь длительного воздействия на организм диагностируемого он оказать не может.

Другие РФЛП — «лечебные», причем они делятся на две группы: закрытые и открытые. В открытых лекарственный препарат вводится в организм в неизолированном виде и может свободно распространяться по нему. Так, например, работают радиоактивные изотопы йода, избирательно накапливающиеся в щитовидной железе и предназначенные для борьбы с опухолями в ней.

Напротив, в закрытых формах — как правило, это металлические капсулы, содержащие радиофармпрепараты — РФЛП остаются ровно в той точке организма, куда их ввел врач.

Часть РФЛП по факту сочетают в себе и диагностические, и терапевтические возможности. Например, РФЛП на основе фосфора-32, с одной стороны, позволяет отследить опухоли, потому что пораженные раком клетки накапливают больше фосфора, чем здоровые, и поэтому четко видны на снимках после введения больному такого изотопа фосфора.

С другой стороны, при несколько больших дозах фосфор-32 накопится в опухоли в таком количестве, что начнет ее уничтожать. Из-за периода полураспада всего в пару недель здоровые ткани от него страдают чрезвычайно слабо: они, в отличие от более «жадных» до этого элемента опухолей, просто не успевают накопить его в опасных дозах.

Выгодными сторонами РФЛП можно назвать то, что они состоят из изотопов с контролируемыми свойствами, а за счет корректного подбора нужного набора радионуклидов доза, получаемая пациентом, принимающим РФЛП, остается в случае диагностики меньше, чем при традиционном рентгеновском снимке.

Аналогично доза, полученная при противоопухолевом лечении с их использованием, ниже, чем при стандартной «дальнобойной» лучевой терапии. Впрочем, пока это не значит, что больной может прийти в больницу и попросить вместо рентгена диагностику или терапию с использованием радиофармпрепаратов.

Среди наиболее перспективных радиофармпрепаратов — не так давно обративший на себя внимание ученых актиний-225 (пока на стадии клинических испытаний). Это альфа-излучатель — то есть при распаде он выбрасывает не гамма-кванты (фотоны с типичной для этих частиц высокой проникающей способностью), а довольно тяжелые и положительно заряженные альфа-частицы (ядра атомов гелия). У них, в силу большой массы, очень короткий пробег в веществе, поэтому всю свою энергию они теряют на небольшом расстоянии от источника.

Голубоватое свечение на фото исходит от образца актиния-225 / ©Wikimedia Commons

Это значит, что при использовании препарата на основе актиния-225 для лечения опухоли ее клетки повреждаются сильно, а вот за ее пределами — практически нет. Ведь альфа-частицы могут эффективно задерживаться несколькими сантиметрами воздуха или десятками микрометрам плотного вещества — типа той же опухолевой ткани, — не достигая здоровых клеток. Полураспад актиния-225 занимает всего десять суток, то есть его использование для лечения онкобольного вполне безопасно: вскоре после гибели раковой ткани актиний сам перестанет излучать.

Другой перспективный препарат такого рода — радий-223. В отличие от большинства других радионуклидов, он сочетает малый период полураспада (11,4 суток) с большим сходством с кальцием.

За счет этого, попав в организм (его вводят в «открытой» форме, вне капсул, через кровоток), он легко накапливается в костной ткани, где служит мощным источником альфа-излучения, убивающего опухоли костей. Однако за период лечения погубить он может только раковые клетки — в силу все того же малого периода полураспада.

Слева пациент с обширным распространением опухолей до терапии актнием-225, справа — после (пауза между снимками в десять месяцев). Всего такой экспериментальной терапии в ЕС за 2015-2016 годы подверглось порядка 90 пациентов / ©EU, ec.europa.eu

К сожалению, на сегодня использование таких материалов (актиний-225 и радий-223) и в России, и в мире довольно ограниченно. Сейчас «Русатом Хэлскеа» – компания госкорпорации «Росатом», приступила к первой фазе реализации проекта по созданию современного производства радиофармацевтических препаратов в соответствии с международными требованиями к организации производства и контроля качества лекарственных средств — GMP (good manufacturing practice).

Новый радиофармацевтический завод будет построен на площадке НИФХИ им. Л. Я. Карпова в городе Обнинск (Калужская область). Запуск запланирован на 2024 год. Именно там будут производить препараты на основе таких перспективных изотопов, как лютеций-177, актиний-225 и радий-223.

РФЛП в капсулах: оружие самого ближнего боя

Может показаться, что идея введения в организм радиофармпрепаратов сомнительна. Разве радионуклиды не опасны для организма, разве не считается, что они могут, в частности, спровоцировать рак или даже лучевую болезнь?

Как ни странно, опасность радионуклида, используемого в медицинских целях, действительно невелика — и это несмотря на крайне высокие «местные» дозы, до 12 грей в час. Все дело в том, что радиация бывает совершенно разной.

Значительная часть РФЛП отдает большую долю своей энергии через электроны, образующиеся при бета-распаде, — а у них очень низкая проникающая способность, заметно ниже, чем у фотонов гамма-излучения (хотя чуть выше, чем у альфа-излучателей, таких как актиний-225). Поэтому буквально нескольких миллиметров любой человеческой ткани достаточно, чтобы остановить продукты бета-распада того же цезия-131, входящего в состав довольно популярных радиофармацевтических средств.

Микроисточники с цезием-131 предназначены для имплантации в промежуточные ткани выбранных локализованных опухолей. Они используются для первичного лечения рака простаты. В качестве послеоперационной лучевой терапии цезий-131 может применяться для лечения немелкоклеточного рака легкого и внутричерепных злокачественных новообразований (после хирургического удаления первичной опухоли).

Кроме того, микроисточники на основе цезия-131 используют при лечении рецидивов гинекологической и глазной меланомы. Внедрение этого радионуклида в медицинскую практику считается одной из наиболее важных инноваций в контактной терапии за последние 20 лет.

В России в последние годы используют иголочный способ введения микроисточников с цезием-131 непосредственно в опухоль предстательной железы — внутри герметичных иголочек-сидов.

До 1970-х для точного введения капсул с нуклидами («закрытых» РФЛП) именно туда, где находится опухоль, нужны были нетривиальные ухищрения: например, полостная операция, чтобы добраться до рака простаты и имплантировать в него капсулу.

Такие операции не только повышают риск, но и могут привести к нежелательным последствиям: скажем, после них часто наблюдается половая дисфункция. Точечное введение игл организовать было довольно сложно: для этого сперва требовалось точно выяснить, где расположена сама опухоль.

Все начало меняться с появлением высокоточных «глаз» врачей, позволяющих различать мягкие ткани, — сначала ультразвуковой, а потом и компьютерной томографии. Они дали возможность точно «увидеть» положение той же предстательной железы и ввести источник излучения в нее неинвазивно.

К середине 1990-х операции под ультразвуковым «визуальным контролем» стали нормой на Западе, тогда же появилось еще одно важное решение для закрытых РФЛП — полимерная нить. Микрокапсулы с источником излучения стали насаживать на одну полимерную нить, чтобы даже после имплантации слишком резкое движение пациента не привело к миграции капсулы в сторону от раковой опухоли.

Все это сделало использование капсул с закрытым РЛФП ограниченного радиуса действия достаточно безопасным — и на сегодня это подтверждается значительным опытом в отношении того, как операция сказывается на долгосрочном выживании больного.

С 2000 года в НИИ урологии Минздрава активно используют «закрытые» РФЛП в капсулах для лечения рака предстательной железы. За последние 20 лет в этой области и России успели накопить некоторый опыт, хотя пока частота подобных операций на душу населения значительно ниже, чем на Западе. Почему?

Дело не в доступности самих радионуклидов: предприятия «Росатома» выпускают их в заметных количествах. Но пока основная часть материалов уходит за рубеж: внутри страны спрос со стороны медицинских учреждений довольно мал — в том числе потому, что самих клиник, специализирующихся на использовании РФЛП, не так много, особенно за пределами столиц.

Сегодня в России число случаев лечения с введением РФЛП в организм достигает пары тысяч в год, и в ряде них есть уже многолетние итоги отслеживания судьбы тех, кто перенес операцию много лет назад. Выживаемость таких людей составила 98% на протяжении десяти лет после курса лечения. Даже среди тех, у кого заболевание обнаружили на поздней стадии, — то есть среди самых сложных пациентов — десятилетняя выживаемость после ввода РФЛП достигла 79%

Следует повториться: в нашей стране частота лечения РФЛП пока очень умеренная. В США таких случаев до полусотни тысяч в год. И ситуация лишь частично объясняется тем, что в Штатах до 40% всех случаев рака у мужчин приходится именно на предстательную железу. По оценкам, в 2020 году там будет более 190 тысяч заболевших им при 33 тысячах умерших.

В России частота пока заметно ниже: лишь 38,3 тысячи в 2016 году при 12,5 тысячи умерших. Главное объяснение все же другое: американская медицина банально чаще применяет такой тип лекарственных препаратов.

Вплоть до 2014-2015 годов практически все микроскопические источники такого распространенного РФЛП, как йод-125, используемого для лечения рака предстательной железы, импортировали из-за рубежа.

В общем-то, ничего нового в этом нет: до того, как блокада Крымской войны не отрезала для России импорт голландской селедки, она считалась дорогим импортным деликатесом и была доступна лишь самым богатым. Блокада, однако, в течение считаных месяцев заставила население России обнаружить, что в Каспийском море водится селедка не хуже голландской, после чего началась ее добыча — затем эта рыба стала блюдом бедноты и утратила «аристократический» статус.

Нечто похожее случилось с РФЛП после 2015 года: их намного чаще начали делать на месте. И быстро выяснилось, что в производстве титановой капсулы 4,5 миллиметра на 0,8 миллиметра нет ничего невозможного. Каждая из них, кроме йодида серебра, где йод представлен радиоактивным изотопом йод-125, содержит еще и маркерную полоску из золота (чтобы проще было потом убедиться в ее правильном размещении на рентгене). Всего во время одного типичного сеанса терапии с использованием этого радиофармпрепарата используют не более 75 таких капсул.

С 2015 года в Физико-энергетическом институте А.И. Лейпунского работает опытное производства микроисточников в титановых капсулах с йодом-125. Их длина всего 4,5 миллиметра, а диаметр 0,8 миллиметра. В верхнем правом углу для масштаба демонстрируется десятикопеечная монета / ©ФЭИ Росатом, ippe.ru

Разумеется, «закрытые» в капсулах и иглах РФЛП используют не только в случае локализованного рака простаты, но и при опухолях в матке, раке груди и кожи. Также они перспективны при некоторых видах опухолей мозга и глаза — в том числе потому, что лечение опухолей на глазах хирургически приводит к резкому падению зрения (за счет удаления тканей), а при использовании РФЛП (на основе рутения-100) сам орган сохраняется

Увы, подобный тип лечения не панацея: целый ряд видов раковых опухолей невозможно подавить за счет точечного воздействия, поскольку их клетки активно распространяются по организму. Хотя РФЛП и позволяют «выжечь» опухоль быстро и даже без длительной госпитализации (они часто применяются к амбулаторным пациентам, лишь посещающим больницу), но полностью вылечить распространяющиеся по кровотоку виды рака они не могут.

Протоны, электроны и иная «дальнобойная» радиационная терапия

Ключевая разница между «дальнобойной» лучевой и контактной радионуклидной терапией «ближнего прицела» — в виде радиационного воздействия. Лучевая терапия часто использует рентгеновское излучение большой силы.

Фотонам рентгеновской части спектра намного проще проникнуть внутрь живых тканей: их волны длиннее, чем у гамма-квантов (фотонов гамма-диапазона). В сравнении с электронами от бета-распада проникающие возможности рентгеновских фотонов еще выше.

На сегодня основная часть приборов лучевой терапии в России — импортные. Однако с 2017 года все в том же НИИТФА (сейчас входит в «Русатом Хэлскеа») разрабатывают свой аппарат такого рода — «Оникс» (он же КЛТ-6).

Аппарат «Оникс» / ©НИИТФА

Энергия электронов, испускаемых ускорителем «Оникса» — от 2,5 до шести мегаэлектронвольт. Чтобы «увидеть» опухоль, будут применять частицы с меньшей энергией (за их счет работает входящий в «Оникс» конусный томограф), а вот для лечения задействуют уже фотоны с энергией в шесть мегаэлектронвольт.

Новая установка принципиально отличается от использовавшихся ранее источников для лучевой терапии — основанных на кобальте-60, с энергией гамма-квантов в 1,2 мегаэлектронвольта — или от обычных рентгеновских источников с энергией фотона до 0,4 мегаэлектронвольта.

В отличие от них, фотоны, убивающие опухолевые клетки, здесь порождаются за счет тормозного излучения электронов. Так называют излучение, образующееся при торможении разогнанной частицы (в данном случае — электрона) в электромагнитном поле.

Значит, сам ускоритель «Оникса» не нуждается в большом количестве радионуклидов, но при этом генерирует поток рентгеновских фотонов с энергией до шести мегаэлектронвольт — в разы выше, чем у установок предшествующих типов.

За счет значительной энергии фотонов, порождаемых ускорителем электронов, необходимое число сеансов антираковой терапии для пациентов «Оникса» заметно снизится. Чтобы гарантировать точное поражение излучением именно опухолей, используют специальный вольфрамовый набор «лепестков»: они будут сдвигаться, точно повторяя форму опухоли и при этом защищая обычные ткани человека.

Всего их 120, с толщиной в пять-десять миллиметров — для сравнения, в западных аналогах типа Elekta Axesse их пока менее 100 штук. Предполагается, что серийный выпуск «Ониксов» начнется в 2021 году.

Дальнобойность — главное преимущество лучевого метода, но это же и главная его слабость. Сами по себе злокачественные опухоли не могут занимать в организме живого человека действительно большого объема.

Поэтому, например, введение в организм РФЛП — особенно в «закрытой» форме — уничтожает опухолевые клетки, но не затрагивает окружающие ткани и наносит организму умеренный вред. Из-за этого радиофармпрепараты и считают самой «прицельной» из существующих антираковых терапий: в подавляющем большинстве случаев она избирательнее и безопаснее и химиотерапии, и хирургической операции.

«Росатом» создает на площадке НИИТФА свой первый ПЭТ-центр, то есть комплексное медицинское учреждение, оказывающее услуги по позитронно-электронной томографии с использованием аппаратов отечественного производства. В перспективе такие центры окажут услуги и по другим направлениям ядерной медицины / ©rosatom.ru

А вот лучевая терапия должна «добираться» до опухоли через слои нормальных, здоровых клеток. Следовательно, часть из них может погибнуть от рентгеновских или гамма-лучей, что, бесспорно, наносит по пациенту заметный удар.

Шанс этот особенно велик потому, что основная часть рентгеновского излучения поглощается на первых же сантиметрах их пути через любую среду (кроме вакуума). Значит, если нам надо облучить опухоль во внутреннем органе, то основной удар лучевая терапия нанесет по прикрывающим этот орган здоровым тканям, близким к коже.

Возникает естественное желание избавиться от недостатков дистанционной лучевой терапии — добиться той же избирательности, что и при использовании радиофармпрепаратов. Одновременно было бы неплохо сохранить гибкость лучевой терапии: ведь она позволяет воздействовать не только на локализованные в одной точке раковые опухоли, но и те, что находятся в разных местах организма.

Может показаться, что перед нами типичное «А вот если бы к носу Иван Ивановича да пристроить усы Никиты Владимировича». В самом деле: если поток частиц сможет проникать в организм и лечить опухоль в разных его частях, то он должен и проходить через здоровые ткани, а значит, без побочных эффектов не обойтись. Но, на самом деле, все не так плохо: ядерная физика знает способ получения сочетаний, порой кажущихся невозможными.

Все дело в так называемой кривой Брэгга: так называют график, описывающий вероятность ионизации мишени в зависимости от расстояния, пройденного в ней частицей. Для ряда ядер атомов — например, протона (ядро атома водорода) — вероятность ионизации частицы-мишени прямо зависит от его собственной энергии. Когда энергия ядра атома падает ниже определенного порога (он постепенно теряет ее, перемещаясь через среду), вероятность ионизации резко подпрыгивает: протон останавливается, разом отдавая практически всю свою энергию мишени.

На этом физическом эффекте основана так называемая протонная терапия, объединяющая гибкость лучевой терапии и безопасность (для здоровых клеток) радиофармпрепаратов. Для нее берется источник протонов, позволяющий так задавать их энергию, чтобы они высвобождали ее на точно установленной глубине — именно там, где расположена опухоль, с прицельностью до нескольких миллиметров.

Как и с радиофармацевтическими препаратами, на сегодня метод этот только входит в широкую медицинскую практику в России: источников протонного излучения не так много. Следует отметить, что быстрое развитие этой области все еще продолжается. В последние годы был опробован подход уничтожения опухоли разогнанными ионами, получаемыми из обычных атомов углерода. Такие частицы имеют два заметных преимущества перед протонами.

Во-первых, они тяжелее и наносят более жесткий удар по опухоли-мишени, чем относительно легкие протоны. Во-вторых, размер ионов углерода так велик (в сравнении с протонами), что они могут порвать сразу две цепочки ДНК, а не одну, как тот же протон или фотон рентгеновского излучения. Это чрезвычайно важно: раковая клетка человека заметно живучее обычной, поэтому часто может выжить даже после разрушения одной из двух цепочек ДНК.

Одно- и двухфотонные глаза врачей

До XXI века возможности отслеживания врачами происходящего в мягких тканях были довольно ограниченными. Рентгеновские снимки часто не могли прояснить ситуацию, ибо их излучение слишком быстро «пролетало» через такие ткани и не давало детальной информации. Разрешение ультразвуковой диагностики оставляло желать лучшего, да и не для всех органов она подходила одинаково хорошо.

Ситуация начала резко меняться с появлением двух технологий ядерной медицины: однофотонной эмиссионной компьютерной томографии и позитронной эмиссионной томографии.

Со словом «эмиссионная» все понятно: оба метода основаны на свойствах запускаемых в организм слаборадиоактивных изотопов испускать частицы. Но почему «однофотонная» и чем она отличается от «позитронной»?

Однофтонная томография головного мозга с опухолью. Справа видно, что края опухоли энергичнее остальных, здоровых тканей поглощают раствор с содержанием технеция-99, что позволяет точно установить, где именно лежит опухоль / radiologykey.com

Ничего сложного тут нет. Однофотонная томография направляет внутрь пациента жидкость со слаборадиоактивными метками, которые испускают гамма-кванты (фотоны гамма-диапазона), — по одному фотону за раз. А вот для позитронной томографии используют частицы, испускающие позитроны. Само слово позитрон значит «положительный электрон» — то есть это античастица обычного электрона.

На томографии маркерные радиоактивные частицы в кровотоке пациента испускают позитроны, а те сталкиваются с обычными электронами человеческого организма и аннигилируют, испуская не по одному, а сразу по паре фотонов — что и отличает получаемую ими картинку от той, что делает однофотонный томограф.

Да, вы не ослышались: античастицы. Это не научная фантастика прошлого века, человечество в самом деле научилось применять античастицы себе на пользу — причем те, кого благодаря этому лечат, как правило, даже не догадываются, что это происходит с помощью античастиц.

Мы не думаем, что это вполне случайно. Популяризации сложно звучащих научных фактов часто противятся сами врачи. Вспомним: ядерная магнитная томография после 1986 года была повсеместно переименована в магнитно-резонансную, хотя сущность метода физически не изменилась (кстати, несмотря на название, к ядерной медицине он не относится).

Трехмерный итог позитрон-эмиссионной томографии человека, которому предварительно дали раствор, содержащий слаборадиоактивный фтор-18. Здоровый мочевой пузырь показывает высокую концентрацию фтора-18 из-за того, что накапливает данную пациенту жидкость. Хорошо видно, что выше, в печени, поглощение фтора-18 много выше, чем в нормальных тканях. Причина заключается в наличии у этого пациента обширной опухоли / ©Wikimedia Commons

Почему пришлось предпринимать такое странное переименование? Да потому что в 1986 году значение аварии на Чернобыльской АЭС было, мягко говоря, несколько преувеличено — в основном СМИ и активистами ряда общественных организаций типа Гринписа. Скорее всего, именно поэтому однофотонная эмиссионная томография называется так, а не «однофотонная гамма-томография» — как было бы и точнее, и честнее. Точно так же и позитронную томографию было бы чуть проще понять, если бы ее называли «двухфотонная гамма-томография», но мифы поп-культуры серьезно мешают такой честности.

В действительности, несмотря на использование гамма-излучения в работе этих систем, ничего опасного в них нет. Дело в том, что в организме человека постоянно происходит множество собственных радиоактивных распадов, в том числе с испусканием гамма-квантов (фотонов гамма-диапазона).

Особенно это относится к тем из нас, кто ест много рыбы, бананов или орехов (впрочем, жареная картошка тоже выдает немало распадов в минуту). К сожалению, весь этот «шум» естественных распадов недостаточен для работы томографов. Но использование слаборадиоактивных меток позволяет решить проблему.

Что все это дает? Для начала — настоящую трехмерную картину происходящего внутри человека, которую средствами той же классической рентгенографии добыть весьма непросто. Но не только это.

Возьмем позитронную томографию: в ней активнее всего используют радиофармпрепарат фтор-18, изотоп с периодом полураспада всего 110 минут (затем он превращается в совершенно безопасный кислород, который утилизируется организмом пациента) и очень умеренным излучением.

Фтор попадает в организм в виде фтордезоксиглюкозы — соединения, настолько похожего на глюкозу, что клетки человеческого организма путают его с ней и пытаются использовать как глюкозу обычную.

И это хорошо: ведь наибольшее потребление глюкозы у человека в состоянии покоя показывают мозг, печень и… клетки раковых опухолей. Значит, после введения жидкости с ее содержанием в организм можно сравнительно быстро и точно выявить места, где скрывается раковая опухоль, — и нанести по ней прицельный удар.

Однофотонная эмиссионная томография использует другие виды радиоактивных меток, например технеций-99. Его вводят в состав соединения тетрафосмина, накапливающегося в сердечной мышце, куда он поступает из кровотока. Сравнивая накопление носителя технеция до мышечной нагрузки (или соответствующего препарата) и после, врачи могут понять, насколько здорова срединная мышца и нет ли у пациента ишемической болезни сердца (или, например, какова ее сила).

Сразу подчеркнем: однофотонная и позитронная томография имеет массу других применений для иных болезней, так что мы даже не будем пытаться охватить их все в одном тексте. Примеры выше — из самых массовых и наиболее важных для больных и никак не претендуют на всеохватность.

Ядерная медицина на подъеме, но тщательно прячет слово «ядерная»

Из изложенного выше складывается довольно интересная картина. Больной приходит в клинику и часто слышит не «радиотерапия», а «брахитерапия». Не «гамма-томография», а «однофотонная» или «позитронная». Поскольку слова «ядерный» и «атомный» стали в современном обществе чем-то вроде табу, ядерную медицину редко называют ядерной при пациентах — особенно тех, которые пришли на томографию.

Различные виды радиотерапии играют все большую роль в лечении рака / ©rosatom.ru

Но все это не отменяет факта: ядерная медицина спасает множество жизней. Одна ветвь этой отрасли лучше многих альтернатив находит раковые опухоли, другие — и радиофармацевтические препараты, и перспективная протонная и ионные терапия — эффективнее и безопаснее прочих эти опухоли убивают.

Бесспорно, мы не победим рак полностью даже таким продвинутым «скальпелем», как ядерные технологии. Но бесспорно и то, что в целом ряде случаев средства ядерной медицины могут подарить больному немало лет полноценной жизни.

Благодарим Госкорпорацию «Росатом» за помощь в создании материала.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
8 часов назад
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

Вчера, 12:21
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых сделала рентгеновские снимки грудного отдела тела муравьев, проанализировав их мышцы и внутренний скелет. В результате исследователи выяснили, что сила этих насекомых связана с потерей способности летать.

5 часов назад
28 минут
Александр Березин

Потепление помогает главному лесу планеты — где проживает 10% всех существующих видов, — а вот биотопливо грозит ему гибелью. Эта неприятная правда неполиткорректна, поэтому СМИ переворачивают ее с ног на голову. Попробуем разобраться, как до этого дошло.

Вчера, 12:21
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых сделала рентгеновские снимки грудного отдела тела муравьев, проанализировав их мышцы и внутренний скелет. В результате исследователи выяснили, что сила этих насекомых связана с потерей способности летать.

16 октября
6 минут
Василий Парфенов

Несмотря на устоявшееся мнение, согласно которому газотурбинные двигатели (ГТД) почти достигли технологического совершенства и прироста характеристик более чем на единицы процентов в новых моделях ждать не стоит, инженеры продолжают искать способы радикально их улучшить. Компания GE Aviation уже до конца 2020 года собирается представить предсерийные экземпляры своих революционных силовых установок, которые должны быть на 20% долговечнее, на 35% экономичнее и будут иметь улучшенную на 80% энерговооруженность, чем предыдущие аналогичные модели.

16 октября
52 минуты
Александр Березин

Одни говорят, что в мире миллионы тонн ядерных отходов и что их никогда не удастся надежно захоронить, в связи с чем Гринпис перекрывает железные дороги, по которым везут ядерные материалы, и требует свернуть всю ядерную отрасль в одночасье. Другие утверждают, что реальные ядерные отходы от деятельности АЭС во всем мире помещаются в куб со стороной десять метров. Как понять, кто прав, а кто — нет? И почему то, что для одних — «отходы», другие рассматривают как ценную инвестицию в будущее? Попробуем разобраться.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

16 октября
6 минут
Денис Гордеев

Люди со второй и четвертой группами крови с большей вероятностью переболеют Covid-19 в тяжелой форме.

1 октября
39 минут
Александр Березин

После советской эпохи атомные реакторы перестали запускать в космос, но сегодня все постепенно меняется. К атомной энергетике для марсианских колоний примеривается Илон Маск, проекты лунных АЭС прорабатываются в России — и все несмотря на то, что в космосе условия для солнечной энергетики лучше, чем на нашей планете. Что заставляет космическую отрасль все чаще думать об атомных реакторах? Как ни странно, дело в том, что и ядерная энергетика в космосе становится еще важнее, чем на Земле. Попробуем разобраться почему.

[miniorange_social_login]

Комментарии

5 Комментариев

Владимир Смирнов
04.09.2020
-
0
+
Здорово, что есть в нашей стране такие разработки. И тот же Росатом вкладывает средства в создание медицинских центров, где будут применяться эти и другие современные технологии.
Myname Mysurname
03.09.2020
-
0
+
Всё это замечательно, но каков ценник? Сможет ли рядовой трудящийся воспользоваться всеми этими достижениями современной медицины без полной распродажи имущества и влезания в пожизненную для детей, а то и внуков, долговую кабалу?..
    Александр Березин
    03.09.2020
    -
    0
    +
    Возможно, это уже вопрос к системе здравоохранения, а не к исполнителям самих технических средств лечения?
    +
      ещё комментарии
      Myname Mysurname
      04.09.2020
      -
      0
      +
      Но если себестоимость лекарства, скажем, миллион, то при любой системе здравоохранения его вряд ли будут продавать за сотню. Или если себестоимость установки миллиард, то вряд ли их поставят в каждой горбольнице. Поэтому вопрос к исполнителям этих средств вполне обоснован.
        Александр Березин
        06.09.2020
        -
        0
        +
        "Но если себестоимость лекарства, скажем, миллион, то при любой системе здравоохранения его вряд ли будут продавать за сотню" Себестоимость именно лекарства в миллион может быть только и исключительно в случае высоких роялти. Очевидно, что к описанном в тексте выше это не может относиться.
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: