MAAE zkoumá, jak ionizující záření použité v medicíně ovlivňuje zdraví

V moderní medicíně se hojně využívá ionizující záření, jak v diagnostice, tak v terapii. Lékaři a radiační fyzici přesně plánují zákroky a vypočítávají potřebnou radiační dávku. Víme ale s jistotou, jakou dávku absorbovalo pacientovo tělo? Každý jsme jiný a záleží na mnoha dalších okolnostech. Mezinárodní agentura pro atomovou energii (MAAE) vede od roku 2017 výzkumný projekt MEDBIODOSE, do kterého se zapojilo 27 zemí. Jeho úkolem je osvětlit, jak expozice ionizujícímu záření skutečně ovlivňuje lidské zdraví. Projekt se zaměřil na klinické aplikace biodozimetrie, na to, jak lze použít měření biologických reakcí k odhadu množství ionizujícího záření, které pacient obdržel. Během několika let projekt získal nová a velmi užitečná data, která rozšiřují potenciál dozimetrických biomarkerů – biologických indikátorů, které odrážejí množství ionizujícího záření, kterému byl člověk vystaven. (V závěru článku najdete přehled, kde všude se záření v medicíně využívá.)

Fyzikální dávka říká, kolik záření bylo použito, „kolik záření přístroj poslal“; biologická dávka říká, jak moc záření skutečně zasáhlo tělo a jak na něj organismus reagoval. Biologická dávka se u pacientů odhaduje proto, že „papírová“ (fyzikální) dávka a skutečná biologická zátěž organismu se často významně liší. I když je v medicíně plánovaná dávka záření známá, tělo každého pacienta reaguje jinak. Proto se někdy sledují biologické změny (např. poškození DNA), které ukazují, jak velkou zátěž organismus opravdu dostal.

Proč se fyzikální a biologická dávka liší

Každý člověk má jinou anatomii, tloušťku tkání, tvar orgánů, během výkonu se mohl pohnout. Rozložení dávky není rovnoměrné – některé části těla mohou dostat víc, jiné míň. Navíc lidé mají různou radiosenzitivitu – někdo reaguje na stejné množství záření silněji.

Znát detailně pacientovy biologické reakce pomáhá odhadnout skutečné riziko poškození tkání, umožňuje lépe sledovat pacienty po dlouhých nebo opakovaných výkonech a v radioterapii, kde se užívají velmi vysoké dávky záření, může upozornit na nečekaně silnou reakci organismu.

Biologická reakce je individuální

Dva pacienti se stejnou fyzikální dávkou mohou mít zcela odlišné biologické poškození. Biodozimetrie měří skutečné účinky, např. chromozomální změny, které přímo odrážejí absorbovanou dávku a odhaduje radiosenzitivitu. U dlouhých nebo opakovaných výkonů (např. kardiologické intervence) může být skutečná dávka vyšší, než se očekává. Biodozimetrie pomáhá zpřesnit odhad skutečné zátěže a identifikovat pacienty s rizikem kožních reakcí nebo pozdních efektů. V radioterapii je sice dávka přesně plánována, ale rozložení dávky v těle je složité a část těla může dostat vyšší či nižší dávku, než bylo plánováno.

Biodozimetrie

Podle odborníků se biodozimetrie používá zejména tehdy, když fyzikální dozimetrie není dostupná nebo je nedostatečná, nebo když je potřeba nezávislý odhad skutečné absorbované dávky. „V každodenní klinické praxi vyžaduje personalizovaná medicína testy pro přesné posouzení radiační expozice na individuální úrovni. Kromě zajištění bezpečnosti pacientů jsou tyto specializované testy klíčové pro predikci toho, jak normální tkáně reagují na klinické postupy zahrnující ionizující záření,“ řekl Oleg Belyakov, radiobiolog MAAE a technický pracovník projektu. „I když dříve validované biologické indikátory představují slibný základ, existuje řada mezer ve znalostech a řada metodologických omezení, které je třeba řešit, než tyto markery můžeme použít jako spolehlivý nástroj pro informování o rutinním klinickém rozhodování.“ Biologické markery mohou pomoci odhadnout riziko toxicity, personalizovat léčbu a sledovat kumulativní zátěž u dlouhodobé léčby. 

Cíle programu MAAE

Aby se MAAE s touto výzvou vypořádala, zahájila v roce 2017 koordinovaný výzkumný projekt (MEDBIODOSE), jehož cílem je zkoumat roli biodozimetrických markerů a metod v radiační onkologii, nukleární medicíně a diagnostické a intervenční radiologii. K projektu se připojilo 31 institucí z Argentiny, Austrálie, Brazílie, Kanady, Chile, Číny, Kuby, Francie, Ghany, Indie, Indonésie, Izraele, Japonska, Litvy, Mexika, Filipín, Ruské federace, Saúdské Arábie, Singapuru, Slovenska, Jihoafrické republiky, Súdánu, Thajska, Ukrajiny, Spojeného království, Uruguaye a Vietnamu. Každý tým shromáždil a analyzoval biodozimetrická data pacientů – biologická měření a pozorování používaná k odhadu radiační expozice osoby. Patřila sem cytogenetická data (chromozomální aberace) a molekulární data (proteinové markery spojené s poškozenou DNA a jakékoli změny v genové expresi).

Výsledky programu MEDBIODOSE

Výzkumníci publikovali více než 100 publikací a identifikovali řadu nových biomarkerů, které signalizují biologickou reakci na záření. Tyto indikátory byly validovány z hlediska jejich relevance a spolehlivosti a použity k vytvoření kalibračních křivek pro odhad absorbované dávky. Použitím buněk od více pacientů mohli účastníci projektu zkoumat variace v odezvě na ozáření, což umožnilo identifikaci radiosenzitivních jedinců, kteří mohou vyžadovat specifické radiační postupy a ochranná opatření.

Laboratorní experimenty simulující nerovnoměrnou nebo částečnou radiační expozici při vysokých dávkách poskytly důležité základní údaje pro zlepšení stávajících metod kontroly radiační expozice v klinickém prostředí. Vědci také vyvinuli nová zařízení pro rychlou a v některých případech automatizovanou analýzu radiačních biomarkerů.

Mimo jiné výzkumníci prokázali, že standardní biodozimetrické metody jsou schopné detekovat jakékoli chromozomální zlomy v lymfocytech pacienta (specializovaných bílých krvinkách) po jediném vyšetření počítačovou tomografií (CT). Vzhledem k tomu, že nízkodávkové CT vyšetření pro screening rakoviny plic zřejmě nepoškozuje lidskou DNA, může toto zjištění pomoci řešit obavy ze zvýšeného rizika rakoviny vyvolané zářením.

Příklady z klinické praxe

Kožní poškození po dlouhých intervenčních výkonech

Pacient podstoupí dlouhou kardiologickou, radiologicky sledovanou, intervenci, např. PCI (perkutánní koronární intervence), EVAR (endovaskulární oprava aneurysmatu). Přístroj ukazuje určitou dávku, ale skutečná dávka na kůži může být vyšší kvůli opakovaným projekcím přes stejné místo. Biologická odezva: erytém, epilace, pozdní kožní změny.
Využití biodozimetrie: Cytogenetické testy (např. zjištění dicentrických chromozomů) potvrdí, zda pacient skutečně dostal vysokou dávku a zda je zde riziko pozdních efektů.

Pacient s nečekaně silnou toxicitou při radioterapii

Dva pacienti dostanou stejnou plánovanou dávku při léčbě nádoru. Jeden z nich má výrazně silnější reakci – např. mukozitidu, dermatitidu nebo hematologickou toxicitu. Biologická odezva: zvýšené chromozomální aberace, změny v expresi DNA-reparačních genů.
Biodozimetrie pomáhá odhalit zvýšenou radiosenzitivitu, která není z fyzikální dávky patrná. Lékař může upravit léčebný plán.

Pacienti po opakovaných CT vyšetřeních

Pacient s chronickým onemocněním (např. Crohnova choroba) absolvuje během života desítky CT. Součet fyzikálních dávek je známý, ale skutečná kumulativní biologická zátěž může být jiná. Biologická odezva: zvýšená frekvence mikrojader, změny v lymfocytech.
Biodozimetrie umožňuje sledovat, zda kumulativní expozice vede k měřitelnému biologickému poškození.

Radionuklidová terapie (např. ¹⁷⁷Lu, ¹³¹I)

Pacient dostane terapeutický radionuklid, který se v těle distribuuje nerovnoměrně. Fyzikální dávka se odhaduje modelově, ale skutečná dávka v orgánech (např. kostní dřeni) se může výrazně lišit.
Biologická odezva: pokles počtu krevních elementů, cytogenetické změny v lymfocytech.
Biodozimetrie pomáhá odhadnout skutečnou dávku do kostní dřeně a riziko myelosuprese (snížení aktivity kostní dřeně).

Pacient po nečekané expozici při léčbě – např. chyba v nastavení přístroje

Situace vzácná, ale reálná – chyba v plánování nebo nastavení přístroje. Fyzikální záznamy mohou být neúplné nebo nepřesné. Biologická odezva: rychlý nárůst chromozomálních aberací.
Biodozimetrie slouží jako nezávislý odhad skutečné absorbované dávky.

Biologická dozimetrie je doplňkem, který ukazuje, jak tělo pacienta skutečně reagovalo. V klinické praxi se hodí zejména tam, kde dávka není homogenní, pacient má nečekanou odezvu na vyšetření či zákrok, expozice je kumulativní, existuje podezření na chybu nebo je potřeba nezávislý odhad skutečné absorbované dávky.

Zdroj: Peter Lee, Oddělení jaderných věd a aplikací MAAE, IAEA Research Sheds Light on How Exposure to Ionizing Radiation Affects Human Health

Kde se používá ionizující záření

DIAGNOSTIKA 

Rentgenová radiografie

• klasické RTG snímky (plíce, kostra, břicho)
• mamografie
• skiagrafie u úrazů a ortopedie

Fluoroskopie (skiaskopie)

• dynamické zobrazení v reálném čase
• intervenční radiologie: angiografie, kardiologické výkony, ERCP (Endoskopická Retrográdní Cholangio-Pankreatografie), embolizace (záměrné uzavření tepny)

Počítačová tomografie (CT)

• detailní 3D zobrazení orgánů
• CT angiografie
• CT perfuze (dynamické vyšetření hodnotící prokrvení)
• nízkodávkové CT (screening karcinomu plic)

Nukleární medicína – diagnostika

SPECT (jednofotonová emisní výpočetní tomografie)

• perfuzní vyšetření srdce
• vyšetření kostí (scintigrafie skeletu)
• vyšetření štítné žlázy, ledvin, plic

Pozitronová emisní tomografie

• onkologie (FDG-PET (fluorodeoxyglucose positron emission tomography))
• neurologie (Alzheimer, epilepsie)
• kardiologie (perfuzní PET)

Hybridní metody

• PET/CT
• SPECT/CT
• PET/magnetická rezonance (kombinace ionizujícího a neionizujícího zobrazení)

 TERAPIE

 Externí radioterapie (teleterapie)

• lineární urychlovače (fotony, elektrony)
• stereotaktická radioterapie (SRT, SBRT)
• modulované techniky IMRT (Intensity Modulated Radiotherapy), VMAT (Volumetric Modulated Arc Therapy)
• celotělové ozáření (TBI) před transplantací kostní dřeně

Brachyterapie (vnitřní ozařování)

• brachyterapie (HDR – high dose rate, LDR – low dose rate)
• léčba nádorů prostaty, děložního čípku, prsu, kůže
• dočasné nebo trvalé implantáty radionuklidů

Radionuklidová terapie

• ¹³¹I – léčba hypertyreózy a karcinomu štítné žlázy
• ¹⁷⁷Lu-DOTATATE, radioaktivní léčivý přípravek – neuroendokrinní nádory
• ¹⁷⁷Lu-PSMA (prostate‑specific membrane antigen) – karcinom prostaty
• ⁹⁰Y – radioembolizace jater
• ²²³Ra – kostní metastázy

Radiochirurgie

• Gamma nůž
• CyberKnife
• stereotaktické ozáření mozku a dalších lokalizací

Hadronová terapie (částicová terapie)

• protonová terapie
• terapie těžkými ionty (např. uhlíkové ionty)

 Další specializované aplikace

• Radiobiologie – studium účinků záření na buňky
• Biodozimetrie – odhad skutečné absorbované dávky
• Sterilizace zdravotnických materiálů (technicky mimo kliniku, ale pro zdravotnické použití)