Điều trị tia xạ bệnh ung thư

ĐIỀU TRỊ TIA XẠ BỆNH UNG THƯPHẦN MỞ ĐẦU

Điều trị tia xạ được áp dụng để điều trị ung thư hơn 100 năm qua với mốc đầu tiên được đánh dấu là Roentgen khám phá ra tia X năm 1895, sau đó người ta bắt đầu áp dụng tia X để điều trị ung thư. Từ đó,điều trị ung thư bằng tia phóng xạ đã phát triển thành một chuyên khoa sâu trong Y học.

Gia đình Curie phát hiện ra chất phóng xạ Radium năm 1898 và sau đó Alexander Graham Bell gợi ý sử dụng nó trong điều trị tia xạ áp sát bằng cách cắm trực tiếp vào khối u ác tính dưới dạng các cây kim. Sau đó nguồn phóng xạ bằng cobalt và caesium được đưa vào sử dụng. Cuối năm 1940 tia xạ bằng máy gia tốc (linear accelerators) ra đời và phát triển.

Thời gian đầu áp dụng điều trị tia xạ, người ta thiếu các phương pháp để tính toán giới hạn liều lượng một cách chính xác. Quy định đơn vị chuẩn của phóng xạ đầu tiên là liều gây ra đỏ da. Một trong những yếu tố làm hạn chế điều trị trong thời gian này là do mức chịu đựng của da kém, do đó người ta không dám nâng liều lên cao.

Những trở ngại ban đầu đó đã được Courtard giải quyết năm 1934 bằng cách áp dụng tia xạ phân liều nghĩa là chia tổng liều thành những liều nhỏ hơn làm nền tảng trong lĩnh vực xạ trị cho đến nay.

Với sự khám phá ra máy chụp cắt lớp vi tính của Godfrey Hounsfield, phương pháp lập kế hoạch điều trị mới theo không gian 3 chiều đã được thực hiện và đã chuyển hẳn phương pháp lập kế hoạch điều trị từ 2 chiều sang 3 chiều. Bác sĩ xạ trị và kỹ sư vật lý phóng xạ không còn bị hạn chế về liều lượng bởi vì lập kế hoạch điều trị dựa trên chụp cắt lớp vi tính cho phép bác sĩ đo trực tiếp liều tia xạ ở các vị trí giải phẫu dựa trên hình ảnh của các mặt cắt ngang.

Trong vài thập niên trở lại đây, kỳ vọng của những kỹ thuật hình ảnh mới như cộng hưởng từ trong những năm 1970 và PET (positron emission tomography) trong những năm 1980 cũng như sự phát triển những máy xạ trị có năng lượng cao, các quang tử và âm điện tử có năng lượng cao cùng với kỹ thuật số hóa đã chuyển điều trị tia xạ từ không gian 3 chiều thành IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy) thành 4 chiều trong một tương lai gần. Những tiến bộ trong xạ trị đã đem lại kết quả điều trị tốt hơn và ít biến chứng hơn. Hiện nay 70% bệnh nhân ung thư được điều trị tia xạ như một phần trong liệu trình điều trị ung thư.

CÁC LOẠI BỨC XẠ ION HÓA

Trong những năm đầu của thế kỹ 20 người ta đã phát hiện ra rằng một vài chất có trong tự nhiên bị biến đổi tự phát về cấu trúc của chúng để làm cho chúng trở nên bền hơn. Các chất như thế được gọi là các chất phóng xạ và sự phân rã phóng xạ được định nghĩa là sự biến đổi xảy ra trong các nhân của nguyên tử làm cho chúng bền hơn.

Các quá trình phân rã phóng xạ dẫn đến sự phát xạ của các hạt tích điện và các tia. Hầu hết sự phát xạ là phát ra các hạt alpha, hạt beta và tia gamma. Các phát xạ khác có thể phát ra positron, tiaX, và rất hiếm trường hợp phát ra nơtron.

Các hạt và các tia được phát ra từ sự phân rã phóng xạ có đủ năng lượng để bứt các điện tử từ nguyên tử môi trường vật chất mà chúng đi qua. Các hạt, các tia này được xếp loại là bức xạ ion hóa. Như vạy bức xạ ion hóa được định nghĩa là một hạt hoặc một tia bất kỳ có đủ năng lượng để bứt các điện tử khỏi các nguyên tử, phân tử. Các bức xạ ion hóa bất kỳ từ nguồn nào khi tác động đến cơ thể con người gây ra các hiệu ứng sinh học bức xạ làm tổn thương các tế bào của cơ thể người.

Các đại lượng và đơn vị đo

Năng lượng của bức xạ ion hóa được đo bằng đơn vị electronvolts(eV), là đơn vị rất nhỏ của năng lượng. Một electronvolt là năng lượng thu được bởi một điện tử khi gia tốc qua hiệu điện thế một volt và một cách toán học bằng 1,6×10-19 joules. Trong thực tế, đơn vị của năng lượng bức xạ ion hóa thường được biểu diễn dưới dạng bội số của electronvolt như kiloelectronvolt (keV hoặc 103 eV) hoặc megaelectronvolt (MeV hoặc 106 eV).

Các loại bức xạ ion hóa

Các phát xạ phổ biến nhất sinh ra từ phân rã phóng xạ là các hạt alpha, các hạt beta và các tia gamma. Các phát xạ khác có thể bao gồm các hạt positron, tia X và rất hiếm là các hạt neutron.

Hạt Alpha: Hạt alpha bao gồm 2 proton và 2 neutron liên kết chặt chẽ với nhau.

Nó có thể được coi là hạt nhân của nguyên tử Heli có số khối nguyên tử là 4u và điện tích là +2e. Hạt alpha được biểu diễn bằng ký hiệu α.

Hạt Beta: hạt Beta về cơ bản là hạt điện tử mà nó được phóng ra từ các hạt nhânphóng xạ trong quá trình phân rã phóng xạ. Chúng được tạo ra khi 1 nơtron trong hạt nhân đó chuyển thành một proton và 1 điện tử. Proton bị giữ lại trong hạt nhân còn điện tử thì được phát ra như một hạt Beta. Giống như các điện tử, các hạt beta có khối lượng nhỏ (xấp xỉ 1/1840 u, u là đơn vị khối lượng nguyên tử) và một điện tích âm đơn lẻ (tức là một điện tích bằng-1e). Chúng được ký hiện là β.

Tia gamma: tia gamma là bức xạ điện từ được tạo ra từ hạt nhân của một nguyêntử. Bức xạ điện từ gồm các bó năng lượng còn gọi là các photon chúng được truyền dưới dạng sóng với tốc độ ánh sáng. Tia gamma không có khối lượng và điện tích, nó được ký hiệu là γ.

Positron:Positron được tạo ra khi một proton được biến đổi thành 1 nơtron vàmột điện tử dương( Positron). Nơtron ở lại trong hạt nhân còn positron được phát ra với tốc độ lớn. Positron cũng giống như hạt beta nhưng khác biệt chính là positron có một điện tích dương. Vì thế các positron được ký hiệu là βđể chỉ ra sự giống nhau và sự khác nhau của chúng đối với các hạt beta.

Tia X : Giống như tia gamma, tia X cũng là tia bức xạ điện từ không có khốilượng và điện tích. Tuy nhiên tia X khác tia gamma ở chỗ tia gamma được tạo ra bởi sự biến đổi trong hạt nhân của một nguyên tử trong khi đó tia X được tạo ra khi điện tử nguyên tử bị thay đổi về quĩ đạo.

Nơtron (được ký hiệu là n) là hạt được tìm thấy trong hạt nhân của một nguyêntử với số khối là 1u và không có điện tích.

CƠ SỞ SINH HỌC CỦA ĐIỀU TRỊ TIA XẠ

Cơ chế chính xác của sự chết tế bào do tia xạ là một lĩnh vực đang được tích cực nghiên cứu. Hiện nay người ta đã tìm ra một số cơ chế sau:

Dưới tác dụng của bức xạ ion hoá, trong tổ chức sống trải qua 2 giai đoạn biến đổi: giai đoạn hoá lý và giai đoạn sinh học.

Giai đoạn hóa lý

Giai đoạn hoá lý thường rất ngắn, chỉ xảy ra trong khoảng thời gian 10-16- 10-13 giây. Trong giai đoạn này các phân tử sinh học cấu tạo tổ chức sống chịu tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp của bức xạ ion hoá.

Dưới tác dụng trực tiếp: bức xạ ion hoá trực tiếp tác động vào DNA trong nhân tế bào làm DNA bị đứt, gãy liên kết làm cho tế bào không nhân lên được và chết.

Dưới tác dụng gián tiếp: bức xạ ion hoá tác dụng lên phân tử nước (chiếm 75% trong cơ thể người) gây hiện tượng ion hoá các phân tử nước tạo thành các ion Hvà OH-, các hợp chất có khả năng oxy hoá cao HO2, H2O2, chúng tác dộng gián tiếp lên DNA gây tổn thương chúng. Các tổn thương ở giai đoạn này chủ yếu là tổn thương hoá sinh.

Tia phóng xạ cũng tác động lên chu trình tế bào làm cho tế bào trở nên già yếu và chết theo lập trình. Nhiều quá trình hiện nay bắt đầu được làm sáng tỏ và vận dụng để làm cho điều trị tia xạ ngày càng hiệu quả hơn.

Giai đoạn sinh học

Giai đoạn này có thể kéo dài vài giây đến vài chục năm sau khi bị chiếu xạ. Những tổn thương sinh hoá ở giai đoạn đầu nếu không được hồi phục sẽ dẫn đến những rối loạn về chuyển hoá, tiếp đến là những tổn thương về hình thái và chức năng của tế bào. Kết quả cuối cùng là những hiệu ứng sinh học trên cơ thể sống được biểu hiện hết sức đa dạng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh học bức xạ

Liều chiếu

Liều chiếu là yếu tố quan trọng nhất quyết định tính chất và tổn thương sau chiếu xạ

Liều càng lớn tổn thương càng nặng và xuất hiện càng sớm.

Bảng 1: Liều chiếu

Suất liều chiếu

Cùng với một liều hấp thụ như nhau, thời gian chiếu kéo dài sẽ làm giảm hiệu ứng sinh học của bức xạ. Nguyên nhân được giải thích bởi khả năng tự hồi phục của cơ thể ở các mức liều khác nhau. Với suất liều nhỏ tốc độ phát triển tổn thương cân bằng với mức độ hồi phục của cơ thể. Tăng suất liều thì quá trình hồi phục giảm nên mức độ tổn thương tăng lên,hiệu ứng sinh học sẽ tăng lên.

Diện tích bị chiếu

Mức độ tổn thương sau chiếu xạ phụ thuộc rất nhiều vào diện tích bị chiếu, chiếu một phần (chiếu cục bộ) hay chiếu toàn cơ thể. Liều tử vong khi chiếu xạ toàn thân thường thấp hơn nhiều so với chiếu cục bộ.

Các tổn thương do phóng xạ

Tổn thương ở mức phân tử

Khi chiếu xạ, năng lượng của chùm tia truyền trực tiếp hoặc gián tiếp cho các phân tử sinh học có thể phá vỡ mối liên kết hoá học hoặc phân ly các phân tử sinh học. Tuy nhiên bức xạ ion hoá khó làm đứt hết mối liên kết hoá học mà thường chỉ làm mất thuộc tính sinh học của các phân tử sinh học.

Tổn thương ở mức tế bào

Khi bị chiếu xạ, các đặc tính của tế bào có thể thay đổi ở cả trong nhân và nguyên sinh chất. Nếu bị chiếu xạ liều cao tế bào có thể bị phá huỷ hoàn toàn.

Các tế bào khác nhau có độ nhạy cảm với tia phóng xạ khác nhau: Các tế bào non đang trưởng thành (tế bào phôi), tế bào sinh sản nhanh, dễ phân chia (tế bào cơ quan tạo máu, niêm mạc ruột, tinh hoàn, buồng trứng) thường có độ nhạy cảm phóng xạ cao. Các tế bào thần kinh, tế bào lymphô tuy thuộc loại không phân chia nhưng cũng nhạy cảm với tia phóng xạ. Do vậy không chỉ định chiếu xạ đối với phụ nữ có thai, đang cho con bú và đặc biệt đối với trẻ em nếu không bắt buộc.

Tổn thương ở mức toàn cơ thể

Tổn thương sớm xuất hiện khi bị chiếu ở mức liều cao trong thời gian ngắn (chiếu toàn thân trên mức liều 500mSv)

ĐƠN VỊ ĐO BỨC XẠ

Về đo bức xạ ion hoá cũng như đo lường bức xạ nói chung, hiện nay tồn tại hai hệ thống đơn vị: đơn vị mới là đơn vị hệ thống quốc tế còn gọi là đơn vị chuẩn SI, đơn vị cũ là đơn vị đặc biệt. Năm 1974 Uỷ ban quốc tế về các đơn vị bức xạ (International Commission on Radiation Units viết tắt là ICRU ) đã đề nghị việc sử dụng hệ thống quốc tế.

Trong đo bức xạ tiêu chuẩn theo hệ thống quốc tế hiện nay (SI), liều hấp thụ bức xạ có đơn vị đo là Joule trên kg, ký hiệu là J/kg.1 Joule trên kilôgam (1 J/kg) là liều hấp thụ bức xạ mà khối lượng 1 kg của chất bị chiếu xạ hấp thụ được năng lượng bằng 1 Joule của bức xạ ion hoá loại bất kỳ. Đơn vị 1 J/kg được gọi là 1 Gray (ký hiệu là Gy ); như vậy 1 Gy = 1 J/kg.

Bên cạnh đơn vị đo chính thống là Gray, ngày nay đơn vị đo ngoại hệ là Rad vẫn còn được sử dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực đo liều hấp thụ bức xạ.

Gy = 1 J/Kg = 100 Rad.

(phần tiếp theo)