1. NHẮC LẠI HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ
Quy luật phân rã phóng xạ
N = Noexp (-lt).
Trong đó: N = số nhân phóng xạ ở thời điểm t.
N0 = số nhân phóng xạ ở thời điểm ban đầu.
l = hằng số phân rã; t = thời gian.
T1/2 = ln2/l = 0,693/l
Hoạt độ A = lN.
2. ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG BỨC XẠ
- Hoạt độ phóng xạ: Bq; Ci
- Liều hấp thụ Dh
Dh =
Đơn vị đo liều hấp thụ là Jun/kilogam (J/kg); rad (Roentgen Absorbed Dose): 1 rad = 0,01 J/kg.
Trong hệ SI: 1 rad = 0,01 Gy hay 1 Gy = 100 rad
- Liều chiếu Dc
Dc =
Trong hệ SI: C/kg. Đơn vị thông dụng là Roentgen (R).
1 R = 2,58 x 10- 4 C/kg hay 1 C/kg = 3876 R
Dh (rad) tia g, Eg = 500 keV
RBE (tia khảo sát) = (gây cùng hiệu ứng)
Dh (rad) tia khảo sát
RBE còn được gọi là trọng số bức xạ của chùm tia, ký hiệu là WR.
Trọng số bức xạ WR của một số loại bức xạ như sau:
Trọng số bức xạ WR.
- Liều tương đương
HT,R = WR x DT,R
DT,R là liều hấp thụ trung bình từ bức xạ R trong mô hoặc cơ quan T.
WR là trọng số bức xạ của chùm tia. Đơn vị: Sv
3. TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA BỨC XẠ ION HOÁ
Biến đổi gen do thay đổi cấu tạo của các phân tử ADN tạo ra các gen biến dị. Gen biến dị bền vững, tự nhân đôi và truyền lại cho các tế bào ở lần phân chia tiếp theo. Hầu hết những gen đột biến đều có hại cho cơ thể.
Tác dụng của bức xạ ion hoá ở mức độ tế bào
Có thể xảy ra: - Làm chậm quá trình phân chia tế bào
- Chết trong quá trình phân chia tế bào
- Chết trước khi phân chia
Nói chung, liều càng cao thì hiệu ứng, tổn thương sinh học càng lớn. Tuy nhiên cũng có một số yếu tố ảnh hưởng:
- Yếu tố vật lý
Liều chiếu càng lớn thì tổn thương càng nặng và càng xuất hiện sớm. Tổn thương còn phụ thuộc vào dạng bức xạ, bức xạ nào có độ truyền năng lượng tuyến tính (Linear Energy Transfer-LET) càng cao thì gây tổn thương càng lớn.
- Yếu tố hoá học
Nồng độ ôxy mô tăng làm tăng nhạy cảm phóng xạ của tế bào. Hiệu ứng ôxy thể hiện rõ nét ở những bức xạ có khả năng ion hoá thấp. Với những bức xạ có khả năng ion hoá cao như tia alpha, proton hiệu ứng ôxy không rõ lắm.
- Yếu tố sinh học
+ Chu kỳ tế bào: gồm nhiều pha bao gồm pha G1, pha S, pha G2 và pha M, đó là một chuỗi các hiện tượng diễn ra giữa 2 kỳ phân bào.
- G1: tế bào tích luỹ dự trữ, sinh enzym cần cho sinh tổng hợp ADN
- S: nhân đôi số nhiễm sắc thể, tái bản ADN
- G2: kiểm tra, bổ sung, sửa chữa NST, nhiễm sắc tử..., tổng hợp ARN, protein
- M: phân bào.
- Giữa G1 và S nhậy cảm phóng xạ, cuối pha S lại là thời điểm kháng xạ, giữa G2 và M tế bào nhạy cảm với PX.
Nhân TB nhạy cảm PX hơn
Các mô, các loài có độ nhạy cảm PX khác nhau
Các mô có mức độ phân bào nhanh như tuỷ xương, mucosa của thành ruột non, TB sinh dục đều rất nhạy cảm với PX và bị tổn thương rất sớm sau chiếu xạ.
Tiếp đến: mô niêm mạc, da, sụn xương, mạch máu: trung bình
Các mô não, thành tim kém nhạy cảm.
Độ nhạy cảm PX khác nhau giữa các loại ung thư, giữa trong và ngoài khối u.
- Hiệu ứng xác định
Hội chứng phóng xạ cấp hay “Hội chứng phóng xạ toàn thân” ở động vật có vú được đề cập đến khi cơ thể bị chiếu xạ ngoài với liều lớn trong một thời gian ngắn (thông thường cỡ ít phút) và trên một diện tích khá rộng, bởi tia X hoặc tia gamma hoặc bức xạ neutron.
Thương tổn chủ yếu ở tủy xương, dạ dày-ruột hoặc thần kinh tùy thuộc liều lớn hay nhỏ. Nếu bị chiếu liều >1 Gy sẽ thấy buồn nôn, nôn trong những giờ đầu. Nếu bị chiếu >2Gy có thể chết. Bị chiếu với liều >8Gy thì khả năng sống được rất ít. Liều gây tử vong 50% nằm trong khoảng 3 - 5 Gy. Bệnh diễn biến trong vòng 2 tháng, kết quả là tử vong hoặc hồi phục. Trong phạm vi từ 3-10 Gy, biến chứng nhiễm khuẩn rất nguy hiểm, thường chết vì nhiễm khuẩn. Bệnh nhân cần được điều trị tích cực và để nằm trong môi trường vô khuẩn nhằm tránh bị nhiễm trùng thứ phát. Với liều cao trên 10Gy thì ruột bị thương tổn nặng, tử vong đến rất nhanh trong vòng 3-5 ngày.
Những người làm việc với phóng xạ thường ít khi bị liều lớn đến mức tổn thương phóng xạ cấp. Chỉ có khi nào xảy ra tai nạn lò nguyên tử mới có nạn nhân bị chiếu liều cao. Bình thường có thể bị chiếu xạ dài ngày ở mức độ thấp.
Biểu hiện của tổn thương sớm trên một số cơ quan:
+ Máu và cơ quan tạo máu: lympho và tuỷ xương là những tổ chức nhạy cảm cao với bức xạ. Giảm lympho xảy ra trong vài giờ sau chiếu xạ. Tế bào lympho trực tiếp bị phá huỷ, cả trong máu lưu hành và trong hạch, lách, tuyến ức. Mức độ tổn thương và thời gian kéo dài của tổn thương phụ thuộc vào liều chiếu và thời gian chiếu. Bạch cầu giảm với liều chiếu thấp 0,1Gy, tiểu cầu và hồng cầu giảm ở liều cao hơn, tương ứng là 0,5Gy. Sự hồi phục có thể đạt được vài tháng sau chiếu xạ. Các tế bào tạo máu trong tuỷ xương, kể cả nguyên hồng cầu đều nhạy cảm với phóng xạ. Xét nghiệm máu thấy giảm số lượng lympho, bạch cầu hạt, tiểu cầu và cả hồng cầu. Biểu hiện lâm sàng là các triệu chứng xuất huyết, phù, thiếu máu.
+ Hệ tiêu hoá: nhạy cảm nhất với phóng xạ ở niêm mạc ruột non, sau đó ở vòm miệng, lưỡi, tuyến nước bọt, dạ dày. Gan kém nhạy cảm với phóng xạ. Chiếu xạ liều cao làm tổn thương niêm mạc ruột, gây các triệu chứng như ỉa chảy, sút cân, giảm sức đề kháng cơ thể, nặng có thể gây loét, xuất huyết tiêu hoá, xơ hoá, hoại tử.
+ Da: khá nhạy cảm với phóng xạ, bị chiếu liều trung bình hoặc liều cao cấp tính gây triệu chứng giống như bỏng: viêm đỏ, ứ dịch, sạm đen, loét, hoại tử. Tuy nhiên, sự hồi phục của da tương đối tốt nên liều chí tử đối với tế bào biểu bì cao hơn tế bào hệ tạo máu 10 lần.
+ Cơ quan sinh dục: nhạy cảm với phóng xạ. Có nhiều tinh trùng bị tiêu diệt ở liều 0,5 -1Gy. Bị chiếu xạ cấp liều 5-6Gy có thể gây vô sinh lâu dài ở nam, còn liều 2,5Gy có thể gây vô sinh tạm thời (12 tháng). Đối với nữ, liều vô sinh cao hơn, khoảng 6Gy.
+ Mắt: thuỷ tinh thể của mắt dễ bị tổn thương do phóng xạ. Liều dưới 2 Gy đã có thể gây mù. Liều chiếu cấp 7 Gy gây mù 100%. Mù mắt có thể xảy ra với thời gian từ 1-30 năm sau chiếu xạ.
- Hiệu ứng ngẫu nhiên
|
Đối với các hiệu ứng ngẫu nhiên không có khái niệm liều ngưỡng. Mọi liều chiếu lên cơ thể đều có thể tạo ra nguy hiểm nhất định. Tổn thương ADN của tế bào có thể dẫn đến ung thư, đột biến.
Ngay từ đầu thế kỷ thứ 20, người ta đã thấy những người làm nghề X quang và bệnh nhân của họ, những người bị chiếu xạ với liều tương đối lớn thì tỷ lệ bị ung thư cao hơn những người không tiếp xúc với phóng xạ. Gần đây hơn nữa, có nhiều công trình nghiên cứu tỉ mỉ trên các dân cư ở vùng nổ bom nguyên tử, những người phải xạ trị, những người thợ mỏ uranium... đều thấy có dấu hiệu ung thư do phóng xạ gây ra.
Ung thư là sự sinh sản quá mức của các tế bào trong một cơ quan của cơ thể. Nguyên nhân có thể do hệ thống kiểm soát của một tế bào bị thương tổn, làm cho tế bào sinh sản nhanh hơn tế bào bình thường. Sự sai lệch được truyền cho thế hệ tế bào sau và cứ như vậy số tế bào bất thường đó ngày càng nhiều làm tổn hại tới các tế bào bình thường của cơ quan. Các bệnh ung thư do phóng xạ thường gặp là ung thư máu, ung thư xương, ung thư da, ung thư phổi. Đánh giá nguy cơ phóng xạ làm tăng ung thư là rất khó khăn vì thời gian tiềm của ung thư kéo dài, thay đổi từ 5 đến 30 năm hoặc hơn nữa kể từ lúc bắt đầu bị chiếu xạ tới khi xuất hiện ung thư. Một lý do nữa làm cho khó nhận định là dấu hiệu ung thư do phóng xạ gây nên không khác gì so với các loại ung thư khác.
Hiệu ứng gây biến đổi di truyền là do phóng xạ làm tổn thương tế bào sinh sản, gây đột biến gen trong vật liệu di truyền của tế bào. Nguy cơ biến đổi di truyền do phóng xạ chiếu vào cơ quan sinh dục người còn chưa được xác định rõ.
Nguy cơ có thể xảy ra nếu bị chiếu xạ vào lúc đang mang thai. Nếu tính chung cho cả mọi thế hệ tuổi và cả 2 giới thì nguy cơ di truyền là 1,3x10-2/Sv. Bị chiếu xạ toàn thân >120cGy số lượng tinh dịch bị giảm xuống. Trong tinh hoàn loại spermatogonia B nhạy cảm với phóng xạ hơn spermatogonia A. Với liều xạ thấp 10cGy đã có thể làm tổn thương tế bào spermatogonia. Liều 6-10Gy chiếu vào tinh hoàn có thể gây vô sinh vĩnh viễn cho nam giới, liều nhỏ hơn có thể hồi phục được. Liều xạ gây suy chức năng buồng trứng sẽ phụ thuộc vào tuổi. Với một liều 3-4Gy hầu như gây mất kinh ở toàn bộ phụ nữ trên 40 tuổi.
Bức xạ ion hóa có 4 tác động chính trên thai nhi: làm thai chậm phát triển, dị tật bẩm sinh, chết phôi thai hoặc trẻ sơ sinh, sinh ung thư. Nếu thai bị chiếu xạ vào lúc đang tạo thành các cơ quan nội tạng thì nguy cơ sinh quái thai rất lớn. Số liệu nghiên cứu trên những người còn sống sót sau các vụ nổ bom nguyên tử ở Nhật Bản cho thấy trẻ em bị đầu nhỏ (microencephaly) là những trẻ được sinh ra khi bố mẹ ở trong vùng mà liều xạ tự do trong không khí đạt 100-190mGy.
4 Bệnh phóng xạ cấp tính
Khi bị chiếu xạ toàn thân (hoặc một diện tích lớn của thân thể) với liều xạ tương đối lớn (>1Gy), trong một thời gian tương đối ngắn sẽ phát sinh bệnh phóng xạ cấp tính, mức độ nặng nhẹ khác nhau tuỳ theo liều chiếu.
Bệnh phóng xạ do chiếu ngoài chia thành 3 loại chính:
* Bệnh phóng xạ thể não: >100 Gy. Sau vài phút không nhận được phương hướng, mê sảng. Bệnh nhân chết trong 1-2 ngày.
- Bệnh phóng xạ thể tiêu hoá (gastrointestinal syndrome): >12 Gy, dạ dày ruột bị thương tổn, biểu hiện: nôn, ỉa lỏng dẫn tới mất nước và chết. Diễn biến nhanh.
* Bệnh phóng xạ thể máu (hematopoietic syndrome): là thể điển hình. Tổn thương chủ yếu là hệ tạo huyết:
. Rất nặng (độ IV): > 6Gy, nôn sau 10-30 phút, nhiều lần. BC sau 48 giờ còn 0,5-1,5% (100BC/ml).
. Nặng: 4-6Gy (độ III): nôn sau 30 phút đến 3 giờ, khoảng 2 lần hoặc nhiều hơn. BC sau 48-72 giờ còn 2-5% (100-400).
. Trung bình (độ II): 2-4Gy, nôn sau 30 phút đến 3 giờ, >2 lần, BC sau 48-72 giờ còn 6-20% (500-1000).
. Nhẹ (độ I): 1-2Gy, không nôn hoặc nôn 1 lần sau 3 giờ. BC sau 48-72 giờ >20%. 1-4Gy có thể quan sát thấy sự “giả” tăng bạch cầu. Sau đó đến sự suy giảm tiếp theo thực sự và là giai đoạn nguy kịch cho người bệnh, bạch cầu và tiểu cầu giảm mạnh, xuất hiện nhiễm trùng, xuất huyết.
- Giai đoạn phản ứng sớm, giai đoạn tiền triệu
Dấu hiệu về máu: BC tăng, chủ yếu là BCH, tăng nhiều là báo hiệu bệnh càng nặng, đồng thời tế bào lympho giảm ngay từ giờ thứ 12 sau chiếu xạ. Giai đoạn này kéo dài độ vài ba ngày.
- Giai đoạn tiềm: Nếu xét nghiệm máu sẽ thấy các giòng BC bắt đầu giảm, số lượng HC ở máu ngoại vi chưa thay đổi, TC đã bắt đầu giảm., giai đoạn tiềm có thể kéo dài 15-20 ngày. Nếu bệnh nặng có thể không có giai đoạn tiềm hoặc 3-10 ngày.
- Giai đoạn toàn phát: Bệnh phát triển mạnh với nhiều hội chứng, trong đó thương tổn hệ tạo huyết là chủ đạo. Các tế bào máu giảm nhiều, BCH có thể giảm tới không, BC lympho giảm. Nếu không được cứu chữa tốt BN sẽ chết trong vòng 1-2 tháng.
Bệnh phóng xạ hỗn hợp
Có nhiều thể bệnh hỗn hợp:
Hỗn hợp nhiều loại bức xạ (g + bêta, g + n ...),
Phóng xạ hỗn hợp với bỏng
Phóng xạ hỗn hợp với vết thương
Hỗn hợp chiếu xạ và nhiễm xạ ngoài da
Hỗn hợp chiếu xạ ngoài và nhiễm xạ trong
5 Bệnh phóng xạ mạn tính
Theo định luật Blair, mỗi lần cơ thể bị chiếu xạ dù ít dù nhiều sẽ có độ 10% tổn thương không phục hồi, lần chiếu sau sẽ tích luỹ thêm 10% nữa và cứ như vậy tích tụ dần gây nên bệnh phóng xạ mạn tính. Bệnh sẽ diễn biến thành 3 giai đoạn cũng là ba mức độ nặng nhẹ khác nhau.
6/ Tác dụng điều trị của tia phóng xạ
Nhạy cảm PX thay đổi theo các pha chu kỳ TB: G1, S, G2 và M.
Các TB ung thư khác nhau có độ nhạy cảm với PX khác nhau (loại cảm xạ như u phôi, lymphome; loại vừa như ung thư biểu mô vẩy, biểu mô tuyến; loại kháng tia như ung thư phần mềm, ung thư xương, ung thư hắc tố...).
Bức xạ ion hoá gây nên những biến đổi sinh học trong tổ chức sống. Tuy nhiên độ nhạy cảm phóng xạ của các loại tế bào và mô trong cơ thể lại hết sức khác nhau. Đặc biệt các tế bào ung thư là những tế bào đang phát triển mạnh, rất nhạy cảm với phóng xạ. Nếu chiếu cùng liều thích hợp vào mô ung thư và mô lành, có thể tiêu diệt được tế bào ung thư mà không gây biến đổi gì nguy hiểm đối với tế bào lành. Đó là nguyên lý của điều trị ung thư bằng phóng xạ.
Điều trị ung thư bằng chiếu xạ được ứng dụng sớm ngay từ khi hiện tượng phóng xạ mới được phát minh. Xạ trị tại chỗ (áp sát) được đưa vào Việt Nam từ năm 1923, đó là kim radium. Hiện nay đã có máy xạ trị áp sát nạp nguồn sau (afterloading) an toàn hơn.
Xạ trị từ xa bằng máy cobalt-60 phát tia gamma với một mức năng lượng 1,25 MeV được sử dụng đầu tiên ở bệnh viện K năm 1965. Xạ trị có vai trò to lớn trong điều trị nhiều loại ung thư như vú, vòm, đầu cổ, phổi, cổ tử cung... Hiện nay ở các nước đã thay cobalt-60 bằng các máy gia tốc tuyến tính (LINAC). LINAC cho 2 loại bức xạ khác nhau là electron và tia X với nhiều mức năng lượng cao khác nhau từ 3MeV cho tới 15, 18MeV và cao hơn. Máy gammaknife và cyberknife được định vị tự động có độ chính xác cao, kết nối với CT mô phỏng cho phép điều trị thuận tiện, chính xác và an toàn, suất liều được nâng lên, cần ít lần chiếu xạ, hiệu quả như một cuộc phẫu, khi đó xạ trị được gọi là xạ phẫu.
Mặc dù chi phí tốn kém hơn, nhưng điều trị bằng chùm proton cho phép tập trung liều cao tại khối u, giảm thiểu được liều lượng cho các mô lành ở phía trước và sau thể tích u. Để thu được mức xuyên sâu theo ý muốn của chùm tia, người ta cần mức năng lượng cực đại của proton tới 200MeV. Cyclotrons, Synchrotrons, Synchrocyclotrons là những thiết bị có thể tạo ra các chùm proton có đặc tính như vậy. Người ta còn điều trị theo hình thái khối u bằng chùm neutron. Thế hệ mới nhất của các máy phát neutron với mức năng lượng khoảng 50MeV và sử dụng các collimator nhiều lá hay nhiều thanh che chắn...
Các tế bào ung thư khác nhau có độ nhạy cảm với PX khác nhau (loại cảm xạ như u phôi, lymphome; loại cảm ứng vừa như ung thư biểu mô gai, biểu mô tuyến; loại kháng tia như ung thư phần mềm, ung thư xương, ung thư hắc tố...). Vì vậy, liều lượng và quy trình chiếu xạ phải thay đổi cho phù hợp. Tế bào ung thư mọc hỗn độn, mạch máu tuy tăng sinh nhưng không cung cấp đủ, vì vậy tế bào ung thư thường bị thiếu oxy, càng ít oxy thì càng kháng xạ mạnh.
Xạ trị chống ung thư có tác dụng là diệt được tế bào ung thư mà không ảnh hưởng tới tế bào lành. Vì vậy phải căn cứ vào sự khác nhau về các quá trình trên giữa tế bào lành và tế bào ung thư để lập kế hoạch chiếu phân đoạn mới tăng được hiệu quả. Có thể áp dụng biện pháp hỗ trợ như chiếu phân đoạn nhiều lần, chống thiếu dưỡng khí, tăng nhiệt độ, tăng đường huyết tại khối u...
Câu hỏi ôn tập
1/ Phân biệt cơ chế tác dụng trực tiếp, tác dụng gián tiếp?
2/ Tổn thương do bức xạ ion hóa ở mức độ tế bào, các yếu tố ảnh hưởng?
3/ Hiệu ứng oxy, ứng dụng trong xạ trị ung thư?
4/ Cơ sở ứng dụng bức xạ ion hoá điều trị ung thư?
Tài liệu tham khảo
1/ Học viện Quân y. (2010)
Giáo trình Y học hạt nhân, nxb Quân đội nhân dân
2/ Janet F. (2007): Nuclear Medicine Therapy.
