การบาดเจ็บและพยาธิวิทยาจากรังสี

การบาดเจ็บและพยาธิวิทยาจากรังสี คือ การศึกษาว่ารังสีชนิดก่อไอออนทำลายเซลล์และเนื้อเยื่อได้อย่างไร รังสีจะสะสมพลังงานที่ทำให้ DNA แตกหักโดยตรง และสร้างสารอนุมูลอิสระ (reactive oxygen species) ซึ่งก่อให้เกิดการบาดเจ็บเฉียบพลันในเนื้อเยื่อที่แบ่งตัวเร็ว และการเปลี่ยนแปลงแบบพังผืดและหลอดเลือดที่ล่าช้าในเนื้อเยื่อที่ฟื้นตัวช้า สาขาวิชานี้เชื่อมโยงปริมาณรังสี อัตราปริมาณรังสี และชนิดของเนื้อเยื่อเข้ากับรอยโรคเฉียบพลันและรอยโรคระยะยาวที่มีลักษณะเฉพาะ

Definition

การบาดเจ็บจากรังสี คือ ความเสียหายของเซลล์และเนื้อเยื่อที่เกิดจากรังสีชนิดก่อไอออน โดยมีสาเหตุมาจากการแตกหักของ DNA โดยตรง และโดยสารอนุมูลอิสระ ซึ่งก่อให้เกิดปฏิกิริยาเฉียบพลันที่ขึ้นกับปริมาณรังสีในเนื้อเยื่อที่เพิ่มจำนวน และการเปลี่ยนแปลงแบบพังผืด หลอดเลือด และเนื้องอกที่ล่าช้าเมื่อเวลาผ่านไป

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมพื้นฐานทางกายภาพและชีวภาพของการบาดเจ็บจากรังสี ความแตกต่างระหว่างปฏิกิริยาของเนื้อเยื่อแบบกำหนดได้ (deterministic) (มีปริมาณรังสีเกณฑ์) และผลกระทบจากการก่อมะเร็งแบบสุ่ม (stochastic) กลุ่มอาการรังสีเฉียบพลันที่เกิดจากการได้รับรังสีทั่วร่างกายในปริมาณมาก และผลกระทบระยะยาวจากการฉายรังสี เช่น ภาวะพังผืดและการทำลายหลอดเลือด นี่คือข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับกลไกและพยาธิวิทยา ไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิกสำหรับการวางแผนการรักษาด้วยรังสีหรือการรักษาผู้ป่วยที่ได้รับรังสี

Core questions

• รังสีชนิดก่อไอออนทำลาย DNA โดยตรงและโดยอ้อมผ่านสารอนุมูลอิสระได้อย่างไร?
• เหตุใดเนื้อเยื่อที่แบ่งตัวเร็วจึงมีความเสี่ยงต่อการบาดเจ็บจากรังสีเฉียบพลันมากที่สุด?
• อะไรคือความแตกต่างระหว่างปฏิกิริยาของเนื้อเยื่อแบบกำหนดได้กับผลกระทบแบบสุ่ม (การก่อมะเร็ง)?
• ผลกระทบระยะยาว เช่น ภาวะพังผืดและความเสียหายของหลอดเลือด พัฒนาขึ้นได้อย่างไรหลังจากการฉายรังสี?

Key concepts

• รังสีชนิดก่อไอออน
• ความเสียหายของ DNA โดยตรงและโดยอ้อม (อนุมูลอิสระ)
• ผลกระทบแบบกำหนดได้เทียบกับแบบสุ่ม
• การขึ้นกับปริมาณรังสีและอัตราปริมาณรังสี
• กลุ่มอาการรังสีเฉียบพลัน
• ภาวะพังผืดและความเสียหายของหลอดเลือดในระยะยาว
• การก่อมะเร็งจากรังสี

Mechanisms

รังสีชนิดก่อไอออนทำลายเซลล์โดยการสะสมพลังงานที่ทำให้สาย DNA แตกหักโดยตรง และโดยอ้อม โดยการทำให้โมเลกุลของน้ำแตกตัวเป็นไอออนเพื่อสร้างสารอนุมูลอิสระที่ทำลาย DNA ไขมัน และโปรตีน (Citrin & Mitchell, 2017) เซลล์ที่มีการแตกหักของสาย DNA สองสายที่ไม่ได้รับการซ่อมแซมมักจะตายในระหว่างการแบ่งเซลล์ (mitosis) ดังนั้น เนื้อเยื่อที่มีการหมุนเวียนของเซลล์สูง เช่น ไขกระดูก เยื่อบุทางเดินอาหาร และอวัยวะสืบพันธุ์ จะแสดงการบาดเจ็บที่เกิดขึ้นเร็วที่สุดและขึ้นกับปริมาณรังสี (แบบกำหนดได้) ซึ่งเป็นพื้นฐานของกลุ่มอาการรังสีเฉียบพลันที่พบหลังจากการได้รับรังสีทั่วร่างกายในปริมาณมาก (Waselenko et al., 2004) เซลล์ที่รอดชีวิตอาจมีการกลายพันธุ์ ซึ่งก่อให้เกิดผลกระทบแบบสุ่มในอีกหลายปีต่อมา โดยหลักคือมะเร็ง การบาดเจ็บของเนื้อเยื่อปกติในระยะยาว เช่น ภาวะพังผืด การฝ่อของเนื้อเยื่อ และความเสียหายของหลอดเลือด สะท้อนถึงกระบวนการเรื้อรังที่ดำเนินไปอย่างต่อเนื่องของความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน การอักเสบ และการเปลี่ยนแปลงการส่งสัญญาณในเนื้อเยื่อที่ฟื้นตัวช้า มากกว่าการตายของเซลล์เฉียบพลันอย่างง่าย (Citrin & Mitchell, 2017; Hall & Giaccia, 2018)

Clinical relevance

พยาธิวิทยาของรังสีอธิบายทั้งผลการรักษาของรังสีบำบัดต่อเนื้องอกและความเสียหายที่ไม่พึงประสงค์ต่อเนื้อเยื่อปกติ รวมถึงผลที่ตามมาจากการได้รับรังสีโดยอุบัติเหตุหรือจากสิ่งแวดล้อม เป็นกรอบอ้างอิงสำหรับการทำความเข้าใจรอยโรคเฉียบพลันและรอยโรคระยะยาว และการก่อมะเร็งจากรังสี แต่ไม่ได้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับการกำหนดปริมาณรังสีบำบัดหรือการจัดการทางคลินิกของผู้ที่ได้รับรังสี ซึ่งต้องอาศัยการประเมินจากผู้เชี่ยวชาญ

Epidemiology

ความรู้เกี่ยวกับผลกระทบของรังสีในมนุษย์ส่วนใหญ่มาจากการศึกษาในระยะยาวของผู้รอดชีวิตจากระเบิดปรมาณู ประชากรที่ได้รับรังสีทางการแพทย์และจากการประกอบอาชีพ และอุบัติเหตุจากรังสี ซึ่งทั้งหมดนี้ได้สร้างความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับปริมาณรังสีทั้งการบาดเจ็บของเนื้อเยื่อแบบกำหนดได้และมะเร็งแบบสุ่ม (Hall & Giaccia, 2018; Kumar, Abbas, & Aster, 2021)

History

ผลกระทบทางชีวภาพของรังสีได้รับการยอมรับไม่นานหลังจากการค้นพบรังสีเอกซ์และกัมมันตภาพรังสีในช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้า เมื่อคนงานยุคแรกเริ่มประสบปัญหาการบาดเจ็บที่ผิวหนังและต่อมาเป็นมะเร็ง ชีววิทยารังสีในศตวรรษที่ยี่สิบได้ชี้แจงบทบาทของความเสียหายของ DNA ปริมาณรังสี อัตราปริมาณรังสี และการเพิ่มจำนวนของเนื้อเยื่อ และการศึกษาผู้รอดชีวิตจากระเบิดปรมาณูและอุบัติเหตุจากรังสีได้กำหนดกลุ่มอาการเฉียบพลันและความเสี่ยงในการก่อมะเร็งในระยะยาวที่เป็นกรอบของสาขาวิชานี้ในปัจจุบัน (Hall & Giaccia, 2018; Waselenko et al., 2004)

Debates

ควรกำหนดแบบจำลองความเสี่ยงจากรังสีปริมาณต่ำอย่างไร?

ยังคงมีการถกเถียงกันว่าความเสี่ยงมะเร็งที่ปริมาณรังสีต่ำเป็นไปตามความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงที่ไม่มีเกณฑ์ (linear no-threshold) ที่ได้จากการประมาณค่าจากข้อมูลปริมาณรังสีสูง หรือว่ามีเกณฑ์หรือการตอบสนองอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง ซึ่งส่งผลต่อการตีความการได้รับรังสีจากสิ่งแวดล้อมและการแพทย์

Seminal works

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

Frequently asked questions

เหตุใดรังสีจึงทำอันตรายเนื้อเยื่อบางชนิดมากกว่าชนิดอื่น?

เนื้อเยื่อที่แบ่งตัวเร็ว เช่น ไขกระดูกและเยื่อบุลำไส้ มีความไวต่อการบาดเจ็บจากรังสีเฉียบพลันมากที่สุด เนื่องจากเซลล์ที่เสียหายจากรังสีมักจะตายเมื่อพยายามแบ่งตัว ในขณะที่เนื้อเยื่อที่ฟื้นตัวช้าจะแสดงการเปลี่ยนแปลงแบบพังผืดและหลอดเลือดที่ล่าช้าแทน

ความแตกต่างระหว่างผลกระทบจากรังสีแบบกำหนดได้และแบบสุ่มคืออะไร?

ผลกระทบแบบกำหนดได้ เช่น การบาดเจ็บของเนื้อเยื่อเฉียบพลัน จะเกิดขึ้นเมื่อได้รับรังสีเกินเกณฑ์ปริมาณหนึ่ง และจะรุนแรงขึ้นตามปริมาณรังสีที่เพิ่มขึ้น ส่วนผลกระทบแบบสุ่ม ซึ่งส่วนใหญ่คือมะเร็ง สามารถเกิดขึ้นได้จากการกลายพันธุ์หลังจากการได้รับรังสีในปริมาณใดๆ โดยความน่าจะเป็นที่จะเกิดจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณรังสีที่สูงขึ้น ไม่ใช่ความรุนแรง