P-32持续低剂量率辐射的生物效应及剂量研究

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放射治疗是临床的一种重要治疗手段,是多种良恶性疾病不可或缺的治疗方法。根据其治疗方式的不同,可以分为应用辐射装置的外放射治疗和应用放射性核素的内放射治疗。  外放射治疗近年来发展迅速,仪器设备、放疗技术不断发展创新,相关基础学科如放射物理学、放射生物学、辐射剂量学等也得到较快的发展,使之成为放射治疗的主流。内放射治疗的发展则相对滞后,辐射剂量计算困难,基础研究相对不足,但其治疗方法简便,治疗效果肯定,副作用轻,使之在多种疾病的治疗上有着外放疗不可比拟的优点。如何借鉴已有的放射学基础理论,完善持续低剂量率组织内辐射的剂量计算及生物学效应的研究,成为应用放射性核素内放射治疗关注的重点。  作者拟通过理论计算、物理测量、生物剂量评估对P-32胶体辐射剂量进行估算,通过细胞培养、荷瘤动物实验以及临床的应用情况对辐射效应进行探讨,希望能对持续低剂量率辐射有进一步的了解,使更多的医务工作者和患者接受该方法,并从中获益。  1.P-32辐射的理论计算:  放射性核素P-32为纯β衰变,平均能量0.695MeV,物理半衰期14.26天。假设P-32在1g组织中能量没有溢出,则辐射剂量率约为0.4Gy/MBq/h;假设1MBq的P-32在1g组织中完全衰变,则累积辐射吸收剂量约为197Gy。  目前β点源的辐射空间分布的数据主要依靠蒙特卡罗程序模拟计算的数值,为方便计算应用,根据这些数据拟合成解析公式,通过积分运算可以较方便的求得任意形状的β辐射源在任意时间段的累积辐射剂量。  MIRD结合临床需要,提出S因子计算方法,其中以3mm的立方体组织为一个体素,则P-32作为一个点源对所在体素的辐射剂量率为5.94Gy/MBq/h,对最临近的体素的辐射剂量率为0.8Gy/MBq/h;以6mm的立方体为一个体素,则P-32对所在体素辐射剂量率为1.14Gy/MBq/h,对最临近体素的辐射剂量率为0.09Gy/MBq/h,如果假设能量在6mm的体素内完全吸收,则辐射吸收剂量率为1.93Gy/MBq/h。  2.P-32持续低剂量率辐射的胶片剂量测量:  放射性核素P-32产生β射线是一个连续能谱,能量从0到1.71MeV,其辐射剂量在组织内的空间分布随距离增加而迅速降低,常规的物理测量方法很难描述其剂量分布。目前主要依靠理论计算数值,有研究者应用蒙卡方法,认为在组织中,距离P-32辐射源1mm处辐射吸收剂量最高,4mm内为主要辐射剂量形成区,6mm外辐射剂量很低。  作者尝试应用辐射直接显色胶片(RC胶片)重叠放置方法,通过测量P-32面源的垂直剂量分布,描述P-32吸收剂量的空间分布。  通过加速器建立0.05-5.75Gy的胶片感光灰度-辐射剂量曲线;应用20张RC胶片(胶片厚0.225mm)重叠放置(总厚度4.5mm),将4.14MBq的1.1×1.2cm2的P-32辐射面源放置在最顶端,辐射0.5小时;通过标准曲线计算每张胶片辐射剂量;根据胶片厚度推算距离辐射源不同距离处的吸收剂量;并绘制相应的剂量-距离曲线。  测量结果显示:距离面源0、0.225、0.45、0.675、0.9、1.125、1.35、1.8、2.025、2.25、2.475mm处的0.5小时辐射测量吸收剂量为265、175、120、98、68、55、39、25、19、16、12、5cGy,超过2.5mm处的辐射剂量低于本研究的测量范围,在0-2.475mm内拟合衰减曲线为Y=257.28e-1.4521X。即放射性核素P-32的辐射剂量随距离(毫米)增加呈指数方式衰减,在0mm处和2.5mm处的辐射剂量相差约53倍,半减厚度约0.019mm。  3.P-32辐射的染色体畸变生物剂量估算:  在辐射科学领域,利用受电离辐射照射者所产生的一些生物学变化,以确定其所接受的辐射剂量的理论和方法,称为辐射生物剂量学。其中外周血淋巴细胞培养的染色体畸变量和辐射剂量在一定范围内呈正相关,该方法已被成功的应用于辐射事故中人员的辐射剂量估测。作者尝试将该方法扩展到内辐射剂量估算领域,进行P-32持续低剂量率辐射的剂量评估。  应用4MVX线对离体淋巴细胞进行0、0.5、1、2、3、4、5、6Gy的辐射。培养3天后,进行染色体分析,计数100个细胞的双着丝粒、着丝粒环、无着丝粒断片。辐射后染色体畸变发生率为0%、6%、15%、41%、72%、148%、231%、382%,拟合曲线为Y=12.582X2-15.387X+9.715,染色体不稳定畸变发生率随辐射剂量增加呈二次多项式关系增加。  应用0、0.2、0.5、2.0、5.0MBq的放射性P-32胶体溶液,加入6ml的外周血淋巴细胞培养液中,培养3天后进行染色体分析。染色体畸变率分别为0、8%、32%、191%,5.0MBq的P-32辐射剂量较大,染色体形成率很低,不便观察分析。对照外放射的剂量-染色体畸变率曲线,0.2、0.5、2.0MBq的P-32胶体溶液持续3天的辐射剂量,相当于单次外放疗的0.8、1.6、3.9Gy辐射的生物效应。  根据MIRD推荐的S因子计算,0.2、0.5、2、5MBqP-32在6ml培养液中完成持续3天的低剂量率辐射,理论估算辐射剂量分别为0.9、2.2、8.8、22.2Gy。  4.P-32持续低剂量率辐射对U87细胞生长曲线的影响:  脑胶质瘤是一种常见的颅脑恶性肿瘤,放射治疗是为数不多的有效手段之一,如何进一步提高治疗效果、降低副反应是当前关注的热点。研究尝试应用放射性核素P-32胶体对脑胶质瘤细胞U87进行持续低剂量率辐射,对照高剂量率单次辐射,分析其剂量、生物学效应。  应用96孔板进行U87细胞培养;噻唑蓝(MTT)比色法进行生长曲线的绘制;应用0、5kBq、20kBq、0.1MBq、0.5MBq、2MBq的P-32胶体进行持续低剂量率辐射;采用加速器的4MV的X线0、1、2、4、8、16、32Gy进行单次外照射;对比分析U87细胞在不同辐射方式、辐射剂量下的生长曲线。  结果显示,0.5kBq、20kBq、0.1MBq的P-32持续8天辐射未见明显的U87生长抑制,0.5MBq组在第6天出现细胞生长抑制,2MBq组在第3天出现生长抑制,随后细胞呈负数增长;单次辐射1、2、4Gy未见明显U87细胞抑制,8、16、32Gy辐射后细胞一过性增高后出现生长抑制,随后细胞继续呈指数增长但数量低于对照组。  持续低剂量率辐射累计剂量约70Gy以上,在8天内可以观察到对U87生长产生的抑制作用;单次辐射约8-32Gy,可以产生一段时间抑制,随后U87细胞继续生长。  5.荷U87瘤裸鼠的P-32持续低剂量率辐射治疗:  将U87接种在裸鼠背部,在瘤体大小约200mm3时,分别注射0、3.7、7.4、18.5MBq的P-32胶体,每日测量肿瘤大小变化情况,评价P-32持续低剂量率辐射对实体肿瘤的治疗效果。分别在第2、7、14、28天处死小鼠,病理观察肿瘤坏死情况。  对照组裸鼠注射生理盐水,肿瘤成持续生长;P-32辐射治疗组,注射后肿瘤生长减慢,随剂量增大,抑制效果增大,抑制时间延长。  病理切片上可以看到坏死呈多灶分布,而且坏死程度有明显的梯度变化。在坏死中心区,核溶解呈一片嗜碱性的模糊颗粒状物质;向外依次为核碎裂、核固缩以及胞浆强嗜酸性改变;坏死区与非坏死区之间的肿瘤细胞胞浆透明变性,部分细胞明显肿大呈气球样。坏死为凝固性坏死,坏死细胞影存在,无明显中性粒细胞浸润。  6.P-32持续低剂量率辐射在临床中的应用:  对316例浅表草莓状血管瘤采用P-32敷贴治疗,82%的患者在3月内血管瘤消失,12%的患者血管瘤面积减少50%以上,6%的患者血管瘤面积减少不足50%,无治疗后继续生长的病例。  对58例海绵状深部血管瘤采用每平方厘米0.5MBq的P-32胶体局部注射的组织内辐射治疗,有效率100%,但均需要多次治疗。  对12例恶性实体肿瘤采用每平方厘米13.5MBq的P-32胶体局部注射的组织内辐射治疗,2月内肿瘤完全缓解的1例(8.3%),部分缓解7例(58.3%),无变化4例(33.3%),2月后肿瘤继续增长。  小结:  P-32持续低剂量率的辐射是一种有效的辐射治疗方式,辐射生物效应和剂量呈正相关,如何减少靶区辐射剂量盲点是该治疗方法研究和应用的重点。
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