Rozwój radioterapii: Dział medycyny zwany terapią zajmuje się leczeniem chorób za pomocą różnych środków: chemicznych, fizycznych, psy­chologicznych. Radioterapia, czyli leczenie energią promieni­stą, jest jedną z dziedzin terapii i zajmuje się leczeniem cho­roby — głównie choroby nowotworowej — za pomocą przeni­kających do tkanek promieni. Promienie te są znane pod na­zwą promieni jonizujących, ponieważ jednym z efektów, które wywołują przenikając przez różnego rodzaju materię (również przez gazy), jest odszczepianie elektronów od ich macierzy­stych atomów i powstawanie w ten sposób silnie reagujących jonów. Interesująco przedstawia się stosunek tych użytecznych w lecznictwie promieni do innych dobrze znanych energii promienistej, takich jak fale radiowe i światło. Roentgen odkrył promienie X, a Becąuerel odkrył radioaktywność uranu. Piotr i Maria Curie wy­osobnili z rudy uranowej rad i inne składniki promieniotwór­cze. W ciągu 10 lat promienie X były już powszechnie stoso­wane do uwidocznienia złamań kości i wykrywania innych zmian chorobowych i w ten sposób narodziła się diagnostyka radiologiczna. W ciągu tych samych 10 lat poczyniono spo­strzeżenia, że promienie X i emitowane przez rad promienie gamma przejawiają potężne działanie biologiczne, z których najważniejsze jest hamowanie wzrostu nowotworów złośli­wych i każdej rosnącej lub czynnej tkanki, np. tkanki krwio­twórczej szpiku. W ten sposób narodziła się rów­nież radioterapia, ale jej wielki rozwój był jeszcze sprawą przyszłości. We wczesnych okresach rozwoju radiologii stosowano do celów rozpoznawczych i leczniczych dość prymitywne lampy rentgenowskie, przy czym obydwie dziedziny były uprawiane przez tego samego specjalistę: natomiast leczenie radem pro­wadzili przeważnie chirurdzy i ginekolodzy, ponieważ wpro­wadzanie radu do tkanek i jam ciała odbywało się zwykle w znieczuleniu ogólnym. Dopiero w późnych latach trzydzie­stych bieżącego stulecia radioterapia zaczęła szybko rozwijać się od chwili, gdy niewielka grupa dalekowzrocznych entuzja­stów, wspierana przez równie entuzjastycznych fizyków, do­szła do wniosku, że biologiczne działanie promieni X i promie­ni gamma jest jakościowo podobne i z tego powodu powinno być badane wspólnymi siłami. Do rozwoju radioterapii przy­czyniły się ulepszenia konstrukcji lamp rentgenowskich, ale szczególnie ważne było zrozumienie potrzeby dokładnego i wiarygodnego mierzenia i dawkowania promieni. Tak jak w stosowaniu innych środków leczniczych, gdzie dawka leku musi być dokładnie zmierzona w skali miligramowej i stoso­wana w starannie zaplanowanej kolejności i w ustalonym cza­sie, również w radioterapii niewielka grupa fizyków, odda­nych sprawie promieniotwórczości, ściśle określiła dawkowa­nie energii promienistej i nazwała ją jednostką rentgenowską. Powstała wówczas możliwość ustalania na podstawie doświad­czenia klinicznego takiej ilości promieniowania jonizującego, która pozwala uzyskać w określonym czasie pożądane efekty biologiczne. Co więcej, zostało opracowane i uzgodnione w skali międzynarodowej właściwe postępowanie, które zapew­nia bezpieczne posługiwanie się wszystkimi rodzajami promie­ni w celach leczniczych i rozpoznawczych. Tak właśnie po­wstała współczesna radioterapia. Tę nową specjalność, opartą solidnie na prawach fizyki, uczyniono bezpieczną dla chorych i personelu oraz dobrze ją przygotowano do wielkiego postę­pu fizyki jądrowej zapoczątkowanego przez wynalezienie sto­su atomowego i skonstruowanie bomby atomowej. W krót­kim czasie po II wojnie światowej udało się uzyskać wiele sztucznych izotopów promieniotwórczych w reaktorach jądro­wych, a naturalny rad stał się już tylko jedną z wielu broni radioterapeuty. W zastępstwie radu używa się obecnie wiele sztucznych izotopów promieniotwórczych, a każdy ma własne unikalne walory i przydatność w odpowiednich okolicznoś­ciach. Można np. uczynić kobalt silnie promieniotwórczym i umieścić niewielką jego cząstkę w bloku stalowym w taki sposób, aby emitował wymierne wiązki promieni gamma o mo­cy przenikania równej mocy promieni X, wytworzonych przy napięciu 3 milionów V. Taka aparatura telekobaltowa jest niezmiernie ceniona na całym świecie. W tym samym czasie skonstruowano aparaty rentgenowskie o wielomilionowym woltażu, czyli megawoltowe. Są one oparte na zupełnie nowych zasadach fizyki i zdol­ne do wytwarzania promieni X o wielkiej sile przenikania. Pod­czas gdy aparaty pochodzące z późnych lat trzydziestych i lat czterdziestych wytwarzały promienie X o energii 250 000 V, nowe akceleratory i betatrony wytwarzają energię wynoszą­cą od 3—4 do 30 i więcej milionów V. Tak więc, gdy niedawno promienie gamma radu były uwa­żane za najbardziej przenikliwe spośród znanych promieni jo­nizujących z energią dochodzącą do jednego miliona V, to obecnie można uzyskać promienie X o energii znacznie prze­kraczającej tę liczbę. Nowe aparaty rentgenowskie i telekobaltowe odznaczają się jeszcze wieloma innymi zaletami, co razem wzięte znacznie uprościło i polepszyło postępowanie radioterapeutyczne u chorych na nowotwory. Dzisiejszy oddział promienio-leczniczy ma zestaw aparatów, z których każdy wytwarza promienie X o różnej energii i jest przystosowany do specjalnych potrzeb klinicznych. Nowotwo­ry powierzchowne, np. raki skóry, wymagają promieni X o nie­zbyt wielkiej sile przenikania i do takich celów stosuje się energię od 60 do 100 kV. Dla leczenia głębiej usadowionych nowotworów stosuje się promienie X o energii od 300 kV do 4 lub 10 milionów woltów lub nawet więcej. Niektóre aparaty rentgenowskie (akceleratory liniowe, betatrony) mogą być użyte do wytwarzania wiązki elektronów, co stanowi ich specjalną zaletę w wybranych przypadkach, gdyż mogą działać na bardzo ograniczonej przestrzeni z ograniczoną i łatwą do sprawdzenia mocą penetracji. Elektrony mo­gą być użyte do napromieniowania powierzchownej warstwy tkanki nie przenikając w głąb i oszczędzając głębiej położone warstwy tkanek. Oprócz aparatów rentgenowskich lub aparatów do wytwa­rzania wiązek elektronów współczesny oddział radioterapeutyczny ma jeszcze zestaw izotopów promieniotwórczych. Rad, który jest izotopem naturalnym znajdującym się w przyrodzie, zachowuje nadal swe wielkie znaczenie i bywa stosowany w postaci igieł i prętów o różnych wymiarach. Rozmaite sztuczne izotopy są również stosowane w zastęp­stwie radu: promieniotwórczy kobalt, cez, złoto, itr, iryd, tan­tal i inne. Każdy ma swe unikalne właściwości fizyczne i bio­logiczne, od których zależy jego przydatność w leczeniu no­wotworów. Te substancje można, podobnie jak rad, wprowa­dzać do tkanek w postaci ziaren lub igieł, umieszczać w ja­mach ciała, np. w macicy albo stosować w ścisłej styczności ze skórą do napromieniowania powierzchownej zmiany lub guz­ka. Oprócz izotopów promieniotwórczych w stanie stałym można stosować roztwory niektórych izotopów, np. roztwory radioaktywnego jodu, fosforu i koloidalnego złota. Skuteczne i bezpieczne wyzyskanie wszystkich tych źródeł promieniowania wymaga nie tylko wyszkolonego personelu lekarskiego (radioterapeuta), ale także intensywnej pracy ze­społowej. Niezbędnym członkiem zespołu jest fizyk. To on i jego pomocnicy techniczni powinni zapewnić należyte dzia­łanie wszystkich aparatów i czuwać, by dawki promieni prze­pisane przez lekarza istotnie docierały do nowotworu. Specjal­ny oddział zwany modelarnią zajmuje się przygotowaniem różnych form i modeli z materiałów plastycznych, sporządza­nych „na miarę" każdego pacjenta. Modelarnia powinna też dostarczyć bardzo precyzyjny szablon, za pomocą którego każda starannie odmierzona wiązka promieni X uderza w śro­dek guza za każdym razem, gdy pacjent jest napromieniany. Wysoko wykwalifikowani technicy sporządzają szablony do kierowania wiązek elektronowych, a równie dobrze wykształ­ceni laboranci wykonują codzienne zabiegi lecznicze. Oprócz umiejętności technicznych mają oni pewną wiedzę z dziedziny pielęgnacji i opieki nad chorym, która jest tak potrzebna do wzbudzenia zaufania pacjenta. Szczególny nacisk położono na to, by promienie lecznicze były kierowane bardzo precyzyj­nie we właściwe miejsce i stosowane we właściwej dawce i we właściwym czasie. Jest sprawą jasną, że taka dokładność techniczna jest dla radioterapeuty tym, czym dla chirurga jest sprawność operacyjna. Jakkolwiek wyrobienie techniczne jest bardzo ważne dla uzyskania dobrych wyników, to jednak musi być ono połączone z doświadczeniem lekarskim i roz­sądnym klinicznym myśleniem — zarówno u radioterapeuty, jak i u chirurga. Działanie biologiczne: Jak działają te lecznicze napromieniowania? Czy efekty biolo­giczne, które wywołują, są korzystne pod względem leczni­czym? W początkach bieżącego stulecia odpowiedź na te py­tania wydawała się prosta i niedwuznaczna. Jednak podobnie jak w innych dziedzinach współczesnej nauki, tak i tutaj prze­jawia się złożoność zagadnień naukowych. Przedstawiciele chemii radiacyjnej wykrywają, badają i mierzą nieskończenie drobne i przelotne zmiany chemiczne, które są wywoływane przez promieniowanie jonizujące. Z tych badań wyłoniły się pierwsze odkrycia, dotyczące substancji chroniących przed skutkami promieniowania albo uczulających na działanie pro­mieni. Genetyk natomiast bada działanie promieniowania na geny i chromosomy, notując dokładnie subtelne zmiany, któ­re powstały w organizmie dorosłego zwierzęcia. Badanie ko­mórek i sztucznych kultur tkanek pozwala poznać i zrozumieć skutki, jakie napromieniowanie wywołuje w całym organiz­mie. Wszystkie te obserwacje są następnie zestawiane z efek­tami spostrzeżonymi u ludzi w czasie i po ukończeniu lecze­nia energią promienistą z powodu nowotworu. Krótko mówiąc, promienie jonizujące mają zdolność uszka­dzania wszystkich żywych komórek zarówno nowotworowych, jak i nienowotworowych. Największe zmiany zachodzą w jąd­rze komórki, zwłaszcza gdy jądro komórki i otaczająca cyto-plazma są w trakcie podziału, czyli w okresie mitozy. Wraż­liwość komórki na promienie jest różna i zależy od fazy cyklu mitotycznego, w której była poddana napromieniowaniu. Sto­pień uszkodzenia zależy również — i to w sposób zasadni­czy — od ilości, czyli dawki promieni, którą otrzymała komór­ka. Stopień uszkodzenia hodowli komórek lub „tkanki ko­mórkowej" mierzymy i wyrażamy ich zdolnością do rozplemu, do reprodukcji. Jeśli chodzi o komórkę nowotworu złośliwego, to celem napromieniania jest właśnie uszkodzenie komórki, aby nie mogła się rozmnażać, lecz musiała zwyrodnieć i um­rzeć. Sprawą bardzo ważną jest ustalenie właściwej dawki pro­mieni X lub promieni gamma. Dawka powinna być tak wymie­rzona, aby pozbawiała komórki nowotworowe zdolności do rozmnażania, lecz nie uszkadzała nadmiernie prawidłowych komórek w otoczeniu guza, by mogły one zachować zdolność do proliferacji i spełniać swe czynności fizjologiczne. Wiadomo, że promienie jonizujące naruszają także budowę chemiczną, a zatem i czynności biochemiczne enzymów komór­kowych, które mają tak wielkie znaczenie w kierowaniu całą gospodarką chemiczną ustroju, i to na wszystkich szczeblach, poczynając od złożonych tkanek aż do struktur wewnątrzko­mórkowych, a nawet wewnątrzjądrowych. Promienie mogą również w różny sposób doprowadzić do rozerwania chromo­somów, przy czym pęknięcia i nieprawidłowe połączenia są dobrze widoczne w badaniu mikroskopowym. Można także wykazać za pomocą odpowiednich badań genetycznych uszko­dzenia fizyczne lub fizyczno-chemiczne poszczególnych ge­nów. Łatwo jest spostrzec silny odczyn zapalny, który wywołują promienie X i gamma w tkankach ludzi i zwierząt. Intensyw­ność i czas trwania odczynu zapalnego zależy przede wszyst­kim od zastosowanej dawki promieni. Jednym z wczesnych skutków działania promieni X, spostrzeżonych u osób, które pracowały w dziedzinie radiologii w początkach jej rozwoju, było zahamowanie czynności szpiku. Przejawia to się spad­kiem liczby krwinek białych we krwi krążącej. Również i w tym zjawisku wielką rolę odgrywa wielkość dawki pro­mieni jonizujących. Mała dawka promieni X nie wywołuje żadnych uchwytnych zmian we krwi, dawka wielka może do­prowadzić do całkowitego zniszczenia szpiku i do śmierci, jak to się stało u ofiar bomby atomowej w Hiroszimie i Nagasaki pod koniec II wojny światowej. To niszczycielskie działanie promieni na tkankę krwiotwórczą szpiku było wyzyskane już wcześnie, bo do leczenia białaczki. Ponieważ cechą nowotworów złośliwych jest szybka proliferacja komórek, pro­mienie jonizujące działają również hamująco na wzrost tych guzów.