Tổn thương và Bệnh lý do Bức xạ

Tổn thương và bệnh lý do bức xạ là lĩnh vực nghiên cứu về cách bức xạ ion hóa gây hại cho tế bào và mô. Bức xạ giải phóng năng lượng trực tiếp phá vỡ DNA và tạo ra các loại oxy phản ứng, gây tổn thương cấp tính ở các mô phân chia nhanh chóng và các thay đổi xơ hóa, mạch máu chậm trễ ở các mô tái tạo chậm. Lĩnh vực này liên kết liều, tốc độ liều và loại mô với các tổn thương cấp tính và muộn đặc trưng.

Definition

Tổn thương do bức xạ là tổn thương tế bào và mô do bức xạ ion hóa gây ra, được trung gian bởi sự phá vỡ DNA trực tiếp và bởi các loại oxy phản ứng, tạo ra các phản ứng cấp tính phụ thuộc liều ở các mô tăng sinh và các thay đổi xơ hóa, mạch máu và tân sinh chậm trễ theo thời gian.

Scope

Chủ đề này bao gồm cơ sở vật lý và sinh học của tổn thương do bức xạ, sự tương phản giữa các phản ứng mô xác định (ngưỡng liều) và các hiệu ứng sinh ung thư ngẫu nhiên, các hội chứng bức xạ cấp tính sau khi tiếp xúc toàn thân với liều lớn, và các tác động muộn của chiếu xạ như xơ hóa và tổn thương mạch máu. Đây là một tài liệu tham khảo về cơ chế và bệnh lý, không phải là hướng dẫn lâm sàng cho việc lập kế hoạch xạ trị hoặc điều trị các trường hợp bị thương do bức xạ.

Core questions

• Bức xạ ion hóa gây tổn thương DNA trực tiếp và gián tiếp thông qua các loại oxy phản ứng như thế nào?
• Tại sao các mô phân chia nhanh chóng dễ bị tổn thương bức xạ cấp tính nhất?
• Điều gì phân biệt các phản ứng mô xác định với các hiệu ứng ngẫu nhiên (sinh ung thư)?
• Các tác động muộn như xơ hóa và tổn thương mạch máu phát triển như thế nào sau khi chiếu xạ?

Key concepts

• Bức xạ ion hóa
• Tổn thương DNA trực tiếp và gián tiếp (gốc tự do)
• Hiệu ứng xác định so với hiệu ứng ngẫu nhiên
• Sự phụ thuộc vào liều và tốc độ liều
• Hội chứng bức xạ cấp tính
• Xơ hóa muộn và tổn thương mạch máu
• Gây ung thư do bức xạ

Mechanisms

Bức xạ ion hóa gây tổn thương tế bào bằng cách giải phóng năng lượng trực tiếp phá vỡ các sợi DNA và, gián tiếp, bằng cách ion hóa nước để tạo ra các loại oxy phản ứng làm hỏng DNA, lipid và protein (Citrin & Mitchell, 2017). Các tế bào có đứt gãy sợi đôi không được sửa chữa sẽ chết, thường là trong quá trình phân bào, do đó các mô có tốc độ tăng sinh cao — tủy xương, biểu mô đường tiêu hóa và tuyến sinh dục — cho thấy tổn thương sớm nhất, phụ thuộc liều (xác định), là cơ sở của các hội chứng bức xạ cấp tính được thấy sau khi tiếp xúc toàn thân với liều lớn (Waselenko et al., 2004). Các tế bào sống sót có thể mang đột biến, gây ra các hiệu ứng ngẫu nhiên, chủ yếu là ung thư, sau nhiều năm. Tổn thương mô bình thường muộn — xơ hóa, teo nhu mô và tổn thương mạch máu — phản ánh một quá trình mãn tính, tự duy trì của stress oxy hóa, viêm và tín hiệu bị thay đổi trong các mô tái tạo chậm hơn là sự chết tế bào cấp tính đơn thuần (Citrin & Mitchell, 2017; Hall & Giaccia, 2018).

Clinical relevance

Bệnh lý bức xạ giải thích cả tác dụng điều trị của xạ trị đối với khối u và tổn thương không mong muốn đối với mô bình thường, cũng như hậu quả của việc tiếp xúc bức xạ do tai nạn hoặc môi trường. Đây là một khuôn khổ tham chiếu để hiểu các tổn thương cấp tính và muộn cũng như quá trình sinh ung thư do bức xạ; nó không cung cấp liều lượng xạ trị hoặc quản lý lâm sàng cho những cá nhân bị phơi nhiễm, những điều này đòi hỏi đánh giá của chuyên gia.

Epidemiology

Kiến thức về tác động của bức xạ ở người chủ yếu bắt nguồn từ các nghiên cứu dài hạn về những người sống sót sau bom nguyên tử, các quần thể tiếp xúc y tế và nghề nghiệp, và các tai nạn bức xạ, những điều này cùng nhau đã thiết lập các rủi ro liên quan đến liều của cả tổn thương mô xác định và ung thư ngẫu nhiên (Hall & Giaccia, 2018; Kumar, Abbas, & Aster, 2021).

History

Các tác động sinh học của bức xạ đã được công nhận ngay sau khi phát hiện ra tia X và phóng xạ vào cuối thế kỷ XIX, khi những người làm việc sớm bị tổn thương da và sau đó là ung thư. Sinh học phóng xạ thế kỷ XX đã làm rõ vai trò của tổn thương DNA, liều, tốc độ liều và sự tăng sinh mô, và nghiên cứu về những người sống sót sau bom nguyên tử và các tai nạn bức xạ đã xác định các hội chứng cấp tính và nguy cơ gây ung thư dài hạn tạo nên lĩnh vực này ngày nay (Hall & Giaccia, 2018; Waselenko et al., 2004).

Debates

Nên mô hình hóa rủi ro từ bức xạ liều thấp như thế nào?

Việc rủi ro ung thư ở liều thấp có tuân theo mối quan hệ tuyến tính không ngưỡng được ngoại suy từ dữ liệu liều cao hay liệu có ngưỡng hoặc các phản ứng khác áp dụng hay không vẫn còn đang được tranh luận và định hình cách giải thích các phơi nhiễm bức xạ môi trường và y tế.

Seminal works

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

Frequently asked questions

Tại sao bức xạ gây hại cho một số mô nhiều hơn những mô khác?

Các mô phân chia nhanh chóng — như tủy xương và niêm mạc ruột — nhạy cảm nhất với tổn thương bức xạ cấp tính vì các tế bào bị tổn thương do bức xạ có xu hướng chết khi chúng cố gắng phân chia, trong khi các mô tái tạo chậm thay vào đó cho thấy những thay đổi xơ hóa và mạch máu chậm trễ.

Sự khác biệt giữa các hiệu ứng bức xạ xác định và ngẫu nhiên là gì?

Các hiệu ứng xác định, như tổn thương mô cấp tính, xảy ra trên một ngưỡng liều và trở nên nghiêm trọng hơn theo liều; các hiệu ứng ngẫu nhiên, chủ yếu là ung thư, về nguyên tắc có thể phát sinh từ các đột biến sau bất kỳ liều nào, với xác suất chứ không phải mức độ nghiêm trọng tăng lên khi liều tăng.