آسیب و پاتولوژی پرتو

آسیب و پاتولوژی پرتو به مطالعه چگونگی آسیب رساندن پرتوهای یونیزان به سلول‌ها و بافت‌ها می‌پردازد. پرتو انرژی را رسوب می‌دهد که مستقیماً DNA را می‌شکند و گونه‌های فعال اکسیژن تولید می‌کند، که منجر به آسیب حاد در بافت‌های با تقسیم سریع و تغییرات فیبروتیک و عروقی تأخیری در بافت‌های با تجدید آهسته می‌شود. این رشته، دوز، نرخ دوز و نوع بافت را به ضایعات حاد و دیررس مشخص مرتبط می‌کند.

Definition

آسیب پرتو، آسیب سلولی و بافتی ناشی از پرتوهای یونیزان است که از طریق شکست مستقیم DNA و گونه‌های فعال اکسیژن واسطه می‌شود و واکنش‌های حاد وابسته به دوز را در بافت‌های تکثیرشونده و تغییرات فیبروتیک، عروقی و نئوپلاستیک تأخیری را در طول زمان ایجاد می‌کند.

Scope

این موضوع شامل مبانی فیزیکی و بیولوژیکی آسیب پرتو، تفاوت بین واکنش‌های بافتی قطعی (آستانه دوز) و اثرات سرطان‌زای تصادفی، سندرم‌های حاد پرتو پس از قرار گرفتن در معرض دوز بالای تمام بدن، و اثرات دیررس پرتوتابی مانند فیبروز و آسیب عروقی است. این یک گزارش مرجع از مکانیسم و پاتولوژی است، نه راهنمای بالینی برای برنامه‌ریزی رادیوتراپی یا درمان مصدومان پرتو.

Core questions

• چگونه پرتوهای یونیزان مستقیماً و غیرمستقیم از طریق گونه‌های فعال اکسیژن به DNA آسیب می‌رسانند؟
• چرا بافت‌های با تقسیم سریع بیشترین آسیب‌پذیری را در برابر آسیب حاد پرتو دارند؟
• چه چیزی واکنش‌های بافتی قطعی را از اثرات تصادفی (سرطان‌زا) متمایز می‌کند؟
• چگونه اثرات دیررس مانند فیبروز و آسیب عروقی پس از پرتوتابی ایجاد می‌شوند؟

Key concepts

• پرتوهای یونیزان
• آسیب مستقیم و غیرمستقیم (رادیکال آزاد) DNA
• اثرات قطعی در مقابل تصادفی
• وابستگی به دوز و نرخ دوز
• سندرم حاد پرتو
• فیبروز دیررس و آسیب عروقی
• سرطان‌زایی پرتو

Mechanisms

پرتوهای یونیزان با رسوب انرژی که مستقیماً رشته‌های DNA را می‌شکند و به طور غیرمستقیم، با یونیزه کردن آب برای تولید گونه‌های فعال اکسیژن که به DNA، لیپیدها و پروتئین‌ها آسیب می‌رسانند، به سلول‌ها آسیب می‌رسانند (Citrin & Mitchell, 2017). سلول‌هایی که شکست‌های دو رشته‌ای ترمیم نشده دارند، اغلب در میتوز می‌میرند، بنابراین بافت‌هایی با گردش تکثیری بالا — مغز استخوان، اپیتلیوم دستگاه گوارش و غدد جنسی — زودترین آسیب وابسته به دوز (قطعی) را نشان می‌دهند که زیربنای سندرم‌های حاد پرتو است که پس از قرار گرفتن در معرض دوز بالای تمام بدن مشاهده می‌شود (Waselenko et al., 2004). سلول‌های بازمانده ممکن است جهش‌هایی را حمل کنند که در طول سال‌ها منجر به اثرات تصادفی، عمدتاً سرطان، می‌شود. آسیب دیررس بافت طبیعی — فیبروز، آتروفی پارانشیم و آسیب عروقی — نشان‌دهنده یک فرآیند مزمن و خودپایدار از استرس اکسیداتیو، التهاب و تغییر سیگنالینگ در بافت‌های با تجدید آهسته است تا صرفاً کشتن حاد سلول (Citrin & Mitchell, 2017; Hall & Giaccia, 2018).

Clinical relevance

پاتولوژی پرتو هم اثر درمانی رادیوتراپی بر تومورها و هم آسیب ناخواسته آن به بافت طبیعی، و همچنین پیامدهای قرار گرفتن در معرض پرتوهای تصادفی یا محیطی را توضیح می‌دهد. این یک چارچوب مرجع برای درک ضایعات حاد و دیررس و سرطان‌زایی پرتو است؛ این چارچوب دوز رادیوتراپی یا مدیریت بالینی افراد در معرض را که نیاز به ارزیابی تخصصی دارند، ارائه نمی‌دهد.

Epidemiology

دانش مربوط به اثرات پرتو در انسان عمدتاً از مطالعات طولانی‌مدت بازماندگان بمب اتمی، جمعیت‌های در معرض پرتو از نظر پزشکی و شغلی، و حوادث پرتو ناشی می‌شود که در مجموع خطرات مرتبط با دوز هم آسیب بافتی قطعی و هم سرطان تصادفی را مشخص کرده‌اند (Hall & Giaccia, 2018; Kumar, Abbas, & Aster, 2021).

History

اثرات بیولوژیکی پرتو اندکی پس از کشف اشعه ایکس و رادیواکتیویته در اواخر قرن نوزدهم، زمانی که کارگران اولیه دچار آسیب پوستی و بعدها سرطان شدند، شناخته شد. رادیوبیولوژی قرن بیستم نقش آسیب DNA، دوز، نرخ دوز و تکثیر بافت را روشن کرد، و مطالعه بازماندگان بمب اتمی و حوادث پرتو، سندرم‌های حاد و خطر سرطان‌زایی طولانی‌مدت را که امروزه این حوزه را شکل می‌دهند، تعریف کرد (Hall & Giaccia, 2018; Waselenko et al., 2004).

Debates

چگونه باید خطر ناشی از پرتو با دوز پایین مدل‌سازی شود؟

اینکه آیا خطر سرطان در دوزهای پایین از یک رابطه خطی بدون آستانه که از داده‌های دوز بالا استخراج شده است پیروی می‌کند، یا اینکه آستانه‌ها یا پاسخ‌های دیگری اعمال می‌شوند، همچنان مورد بحث است و نحوه تفسیر قرار گرفتن در معرض پرتوهای محیطی و پزشکی را شکل می‌دهد.

Seminal works

• citrin-2017
• waselenko-2004
• hall-giaccia-2018

Frequently asked questions

چرا پرتو به برخی بافت‌ها بیشتر از سایرین آسیب می‌رساند؟

بافت‌هایی که به سرعت تقسیم می‌شوند — مانند مغز استخوان و پوشش روده — به آسیب حاد پرتو حساس‌تر هستند زیرا سلول‌های آسیب‌دیده با پرتو تمایل دارند هنگام تلاش برای تقسیم بمیرند، در حالی که بافت‌های با تجدید آهسته به جای آن تغییرات فیبروتیک و عروقی تأخیری را نشان می‌دهند.

تفاوت بین اثرات قطعی و تصادفی پرتو چیست؟

اثرات قطعی، مانند آسیب حاد بافتی، بالاتر از یک آستانه دوز رخ می‌دهند و با افزایش دوز شدیدتر می‌شوند؛ اثرات تصادفی، عمدتاً سرطان، اصولاً می‌توانند از جهش‌ها پس از هر دوزی ایجاد شوند، با افزایش احتمال به جای شدت با افزایش دوز.