SKRYPT WYKA
AD  PROMIENIOWANIE JONIZUJ
CE A
NOWOTWORZENIE  ZMIANY W STRUKTURZE DNA
Działanie biologiczne promieniowania jonizującego
ZMIANY FIZYKO-CHEMICZNE  tworzą się
PROMIENIOWANIE
bardzo aktywne chemicznie wolne rodniki
JONIZACJA  uwolniony elektron
umożliwia dalszą jonizację.
ZMIANY NA POZIOMIE MOLEKULARNYM powstają
wolne rodniki, uszkodzenia DNA, RNA
ŚMIERĆ KOMÓREK
(efekty deterministyczne)
SKUTKI BIOLOGICZNE; POZIOM
SUBKOMÓRKOWY: membrany, jądra
komórek, chromosomy
USZKODZENIA KOMÓREK
(efekty stochastyczne; możliwa regeneracja)
Promieniowanie jonizujące oddziaływuje z cząsteczką DNA
1. bezpośrednio, wywołując jonizację zasad  jest to tzw. efekt bezpośredni
2 a) pośrednio poprzez radiolizę cząsteczek wody obecnych w komórce  jest to tzw.
efekt pośredni
H2O + hv -> H2O" + + e-aq
H2O" + + H2O -> H3O+ " OH + e-aq ->H" + OH-
b) pośrednio, poprzez homolityczny rozkład wody i powstanie H" oraz rodnika
hydroksylowego
H2O + hv -> H2O" -> H" + " OH
opóz
nienie śmierci
czynniki fizyczne
reprodukcyjnej w kolejnych
PROMIENIOWANIE
generacjach uprzednio
napromienionych komórek
powstawanie
czynniki
niestabilność
de novo aberracji
chemiczne
mtDNA/genom
chromosomowych
owa
czynniki
biologiczne
nowe mutacje genów
regulujących replikację i reperację
uszkodzonego DNA
powstanie pseudogenów
mitochondrialnych NUMT
�� czynniki fizyczne  wszelkiego rodzaju promieniowania, np. UV, kosmiczne
�� czynniki chemiczne  substancje zawarte np. w dymie papierosowym, w
spalinach samochodowych, azbest oraz niektóre metale ciężkie (nikiel, kadm,
kobalt);
�� czynniki biologiczne  zewnętrzne np. wirusy, toksyny bakteryjne i pasożytnicze
oraz wewnętrzne, np. błędy replikacji, pośrednie produkty przemiany materii, jak
np. wolne rodniki i hormony.
Mutacje w genach wywołane promieniowaniem
Mutacja jest zjawiskiem losowym, podlegającym jednak wpływom środowiska
(mutagenom - np. chemicznym, biologicznym, fizycznym: promieniowaniu).
Częstość mutacji nie jest stała pomiędzy gatunkami (np. wirus HIV mutuje bardzo
szybko) i zależy między innymi od doskonałości aparatu powielania DNA i
systemu jego naprawy.
Zidentyfikowano już kilka genów, których mutacje powstające na skutek
promieniowania i mogą przyczynić się do powstania nowotworów:
�� geny kodujące białko p53
INK4a
�� gen p16
ARF
�� gen p14
�� onkogen N-RAS
�� gen BRAF, RET
Biomarkery promieniowania na poziomie struktury chromosomu:
1. Aberracje chromosomowe- uszkodzenia chromosomów pojawiają się wkrótce po
napromienieniu i utrzymują się przynajmniej do czasu pierwszego podziału
komórkowego (mitozy).
2. Translokacje- są z łatwością przekazywane do komórek potomnych podczas
podziałów komórki, a w związku z tym ich ilość nie zmniejsza się w czasie. Metody
molekularne analizy translokacji związanych z promieniowaniem to FISH -
podstawa dozymetrii retrospektywnej.
3. Chromosomy dicentryczne- są specyficzne dla promieniowania jonizującego, a ich
spontaniczna ilość jest niewielka, średnio 1 dicentryk przypada na 1000 komórek
4. Przedwczesna kondensacja chromosomów
5. Złamania chromatydowe
Uszkodzenia radiacyjne kwasów nukleinowych
Uszkodzenia pośrednie i bezpośrednie zasadniczo nie różnią się od siebie i są to:
�� pęknięcie pojedynczej nici DNA
�� pęknięcie podwójnej nici DNA
�� uszkodzenia zasad azotowych
�� powstanie krzyżowych połączeń białek jądrowych z DNA w obrębie jednej lub
dwóch nici
Na skutek mutacji poszczególne zasady mogą ulegać następującym modyfikacjom:
�� guanina do 8-oksyguaniny i FapyGuaniny (2,6-diamino, -4-hydroksy-5-
formamidopirymidyny);
�� adenina do 8-hydroksyadeniny, 2-hydroksyadeniny i FapyAdeniny (5-
formamido-4,6-diaminopirymidyny)
�� cytozyna do 5-hydroksycytozyny, 5-hydroksyuracylu i 5,6-dihydroksyuracylu
�� tymina do glikolu tyminy, 5-hydroksymetylouracylu i 5-
hydroksymetylohydantoiny.
Procesy naprawcze kwasów nukleinowych
RODZAJ SYSTEMU NAPRAWY FUNKCJA
Bezpośrednia rewersja uszkodzeń
�� Usuwanie cyklobutanowych dimerów
�� Fotoreaktywacja pirymidynowych i (6-4) fotoproduktów
6 6
�� Demetylacja (O meG) �� Usuwanie grupy metylowej z pozycji O
guaniny
Wycinanie zmodyfikowanych zasad Usuwanie utlenionych i N-alkilowanych zasad
azotowych (BER- base excision azotowych takich jak glikol tyminy
repair)
Wycinanie zmodyfikowanych Usuwanie dimerów pirymidynowych, (6-4)
nukleotydów (NER- nucleotide fotoproduktów, wiązań krzyżowych i adduktów
excision rep air) związków chemicznych
Wycinanie błędnie sparowanych Usuwanie błędnie sparowanych zasad azotowych i
zasad (MMR- mismatch repair) krótkich jednoniciowych wypętleń
Dopasowanie pojedynczych nici Naprawa DSB z wykorzystaniem krótkich sekwencji
(SSA- single-strand anneling) powtórzonych po obu stronach pęknięcia
Rekombinacja niehomologiczna Naprawa DSB bez istnienia homologii pomiędzy
(NHEJ- non-homologus end-joning) powstałymi po pęknięciu nićmi.
NHEJ- system naprawy dwuniciowych pęknięć przez rekombinację niehomologiczną,
Enzymy uczestniczące w naprawie to:
" KU70/80
" Kinaza DNA-PKcs
" Kinaza katalityczna Artemis
" ligaza IV DNA
Procesy naprawcze zależą także od stanu ogólnego organizmu osoby
napromieniowanej. Pojedyncze pęknięcia DNA naprawiane są stosunkowo szybko
po zadziałaniu promieniowania około 2h po ekspozycji. W przypadku dwuniciowych
pęknięć, zwykle tylko część tych pęknięć jest naprawiana, a czas naprawy to około
24h.
Komórki są bardzo dobrze przygotowane do naprawy wszelkich uszkodzeń materiału
genetycznego: posiadają zestaw enzymów naprawczych. Naprawa DNA nie jest
jednak procesem przebiegającym bezbłędnie a prawdopodobieństwo utrwalenia
uszkodzenia bądz
błędnej naprawy jest wprost proporcjonalne do dawki
promieniowania.
Metody używane do analizy biomarkerów promieniowania w celu ustalania dawek 
dozymetria retrospektywna:
�� FISH
�� Metoda kometowa
�� Wybarwianie na prazki G  Giemza, analiza kariotypu
Dozymetria retrospektywna  to ustalanie dawek w badaniach Kliniczno-
kontrolnych, w których wybiera się odpowiednią grupę chorych oraz grupę kontrolną,
w której choroba nie występuje. Następnie ustala się potencjalne dawki ekspozycyjne
dla danej populacji.
Fluorescencyjna hybrydyzacja In situ (FISH z ang. fluorescent in situ
hybridization)
Jest techniką cytogenetyczną, służącą do wykrywania w badanym materiale
genetycznym określonej sekwencji DNA za pomocą fluorescencyjnych sond DNA. W
celu analizy badanego materiału konieczne jest użycie mikroskopii fluorescencyjnej.
Popularnymi znacznikami fluorescencyjnymi, używanymi do znakowania sond są
rodamina i fluoresceina,
Oznaczanie uszkodzeń DNA metodą kometową
Metoda kometowa zwana też elektroforezą pojedynczej komórki stosowana jest
do wykrywania uszkodzeń DNA indukowanych przez czynniki fizyczne i chemiczne.
Zaletą metody jest:
�� wysoka czułość,
�� krótki czas oznaczenia
�� możliwość dokonania jednoczesnego określenia stopnia uszkodzenia
DNA
W głowie komety znajduje się nieuszkodzony, wysokocząsteczkowy DNA, który nie
migruje w polu elektrycznym.
Ogon zawiera fragmenty uszkodzonego DNA o niskiej masie cząsteczkowej
przemieszczającej się w kierunku anody
Wybarwianie na prazki G  Giemza, analiza kariotypu
Układ prążków, różniących się wielkością i zabarwieniem, odzwierciedla strukturę
chromosomów: ciemne prążki G odpowiadają regionom o dużej zawartości zasad A-
T, a zarazem póz
noreplikującym fragmentom DNA. Zawierają one nieliczne aktywne
geny; różniące się od regionów jaśniejszych różnym składem białek. Jasne regiony
to z kolei wcześniereplikujące i aktywne transkrypcyjnie euchromatyny.
Badane są zazwyczaj chromosomy metafazowe, trawione trypsyną i barwione przy
pomocy barwnika Giemsy (technika GTG). Metoda ta nazywana jest techniką
barwienia G, a ich efektem są tzw. prążki G.
Istnieją również popularne techniki barwienia chromosomów, ujawniające inny wzór
prążkowy, np. tzw. prążki R (odwrotne), prążki Q (z zastosowaniem quinakryny),
prążki C (uwidaczniające heterochromatynę konstytutywną), prążki T
(uwidaczniające telomery) oraz technika NOR (uwidaczniająca organizatory
jąderka).
Wpływ promieniowania jonizującego na cykl komórkowy  śmierć mitotyczna
Śmierć mitotyczna (reprodukcyjna)- może nastąpić w czasie pierwszej mitozy po
napromieniowaniu, jednak bardzo często komórki potomne przechodzą jeszcze 2-3
cykle komórkowe. Przyczyną śmierci mitotycznej są zaburzenia morfologii
chromosomów tzw. aberracje chromosomowe
Fragmenty chromosomów nie zawierające centromerów nie zostają wcielone do
jądra komórkowego, lecz pozostają w cytoplazmie tworząc tzw. mikrojądra. Podczas
kolejnej interfazy i mitozy następuje ich utrata co powoduje ubytek w informacji
genetycznej
Wpływ promieniowania jonizującego na cykl komórkowy - śmierć interfazalna
Komórki po napromieniowaniu dochodzą do fazy G2 (blok G2/M) - zatrzymanie cyklu
w czasie proporcjonalnym do wielkości dawki promieniowania i indywidualnej
wrażliwości komórki. Komórka umiera zanim zdoła się podzielić
Śmierć interfazalna- następuje w dowolnej części cyklu komórkowego w ciągu kilku
do kilkudziesięciu godzin po napromieniowaniu.
Może zachodzić jako:
�� śmierć apoptotyczna
�� śmierć nekrotyczna
Apoptoza to zaprogramowana śmierć komórki - dzięki temu mechanizmowi usuwane
są zużyte lub uszkodzone komórki. Można ją przyrównać do zaplanowanego
samobójstwa komórki w organizmie wielokomórkowym mające na względzie dobro
całego organizmu. Apoptoza jest zjawiskiem naturalnym w rozwoju i życiu
organizmów. Apoptozę charakteryzuje szereg specyficznych zmian morfologicznych i
biochemicznych. Komórka obkurcza się i oddziela od sąsiednich. W jądrze
komórkowym dochodzi do kondensacji i fragmentacji chromatyny. DNA jest cięte
przez endonukleazy.
Nekroza jest biernym procesem degeneracyjnym. Następuje wówczas, gdy komórki
zostają poważnie uszkodzone, np.: przez czynniki fizyczne lub niedotlenienie.
Dotyczy często dużych zwartych grup komórek. Charakterystyczną cechą śmierci
martwiczej jest pęcznienie komórki zapoczątkowane poszerzeniem siateczki
śródplazmatycznej i obrzękiem mitochondriów.
mtDNA jest bardziej podatne na promieniowanie jonizujące niż DNA jądrowe 
machina ewolucji
Szacuje się, że tempo mutacji mtDNA jest co najmniej 10 razy wyższe niż
jądrowego DNA.
Uszkodzenia mtDNA są proporcjonalne do pochłoniętej dawki. Motyw GGG
znajduje się w regionie D-loop mtDNA  region regulacyjny . Kompletna mapa
uszkodzeń mtDNA potwierdza, że najwięcej uszkodzeń oksydacyjnych występuje w
regionie D-loop. Okazuje się także, że różne zasady DNA mają różny potencjał
utleniania. Zauważono, że guanina najłatwiej spośród czterech zasad ulega
utlenieniu. mtDNA jest stosunkowo prostym modelem do zbadania mechanizmów
oraz przewidywania uszkodzeń wywołanych promieniowaniem jonizującym.
Triplet GGG działa jak pułapka ładunków podczas transportu elektronów. W związku
z tym dochodzi do uszkodzeń oksydacyjnych w regionie GGG poprzez transport
ładunków. Tak więc mitochondrialna fosforylacja oksydacyjna (OXPHOS)
odgrywa istotną rolę w ewolucyjnym kształtowaniu mtDNA.
Radiacja  powstanie insertów mtDNA
Podczas promieniowania jonizującego dochodzi do fragmentacji mtDNA i
przenoszenia materiału genetycznego z mitochondriów do jądra a następnie jego
integracja do genomu jądrowego. Fragmenty mitochondrialnego DNA (mtDNA) w
genomie jądrowym zostają włączone jako nie- kodowane sekwencje, które są
nazywane jądrowymi mitochondrialnymi pseudogenami (NUMT-pseudogeny).
NUMT rozmieszczone są na różnych chromosomach, tworzą "biblioteki" fragmentów
mtDNA, dostarczają ważnych informacji na temat historii ewolucji genomów.
Wydostawanie się mtDNA z mitochondriów związane jest z uszkodzeniem tych
organelli. Włączenie mtDNA do fragmentów genomu jądrowego może wystąpić
podczas naprawy podwójnych pęknięć jądrowego łańcucha DNA. Analiza danych
pozwala nam przypuszczać, że tempo powstawania pseudogenów NUMT będzie
zależeć od tempa podwójnych pęknięć łańcucha nDNA, a także - liczby fragmentów
mtDNA. Pojawienie się nowych pseudogenów, wpływa nie tylko na zmianę
struktury genomu, ale może mieć znaczący wpływ zmianę informacji
genetycznej. Integracja de novo NUMT w genomie jądrowym może odgrywać
istotną rolę w rozwoju nowotworzenia oraz w procesie starzenia się.
Tempo powstawania NUMT  pseudogenów (ang. nuclear mitochondrial
pseudogenes) zależy od:
" ilości podwójnych pęknięć łańcucha w nDNA
" systemów ich naprawy,
" liczby oraz szybkości migracji mtDNA
NU
MT
niestabilność genetyczna
mtDNA a systemy napraw BER
Jest to system naprawy pęknięć pojedynczej nici ( druga nienaruszona nić
może służyć za matrycę) - naprawa przez wycinanie zasady (BER, ang. base-
excision repair),
BER jest głównym szlakiem naprawy uszkodzeń DNA spowodowanych procesem
utleniania (powstałym na skutek promieniowania jonizującego). Naprawa BER
odbywa się zarówno w jądrze jak i w mitochondriach (mechanizmy te są bardzo
podobne aczkolwiek mitochondria posiadają niezależne mechanizmy BER).
Zarówno naprawa BER w jądrze komórkowym jak i w mitochondriach oparta jest na
kaskadzie reakcji Wszystkie elementy szlaku naprawy mtBER są kodowane w
jądrze i transportowane do mitochondriów.
� Szlak obejmuje 4 odrębne etapy:
I rozpoznanie i usunięcie zmodyfikowanej zasady
II usunięcie miejsca AP apurynowe/apirymidynowe
III wprowadzenie prawidłowego nukleotydów
IV złączenie nici DNA
Enzymy biorące udział w naprawie BER specyficzne dla mtDNA to:
q� glikozylazy: 8-oxoguanine DNA glycosylase-1 (Ogg1) i uracyl-DNA
glycosylase (UNG)
q� endonukleaza APE1,
q� polimeraza DNA (poly ł)
q� ligaza DNA (III)
1. Zmiany dotyczące pętli D- Uważa się, że choć mutacje mogą zachodzić w całym
genomie mitochondrialnym, najczęściej zdarzają się w pętli D, a zwłaszcza w
obszarze poli-C pomiędzy nukleotydami 303 i 315. Badania tego odcinka
potwierdziły, że mutacje w tym odcinku występowały średnio w 37% zmian
przednowotworowych.
2. Zmiany w ilości mtNDA w komórkach- wiadomo, że ilość kopii mtDNA rośnie
wraz z wiekiem. Wzrasta też w komórkach narażonych na stres oksydacyjny.
Możliwe jest więc, że w komórkach nowotworowych, w których funkcja
mitochondriów może być nieprawidłowa, kompensacyjnie dochodzi do wzrostu ilości
kopii mtDNA. Wraz z odróżnicowywaniem się komórek nowotworowych i progresją
choroby, wzrasta ilość mtDNA w stosunku do ilości DNA jądrowego, co wskazuje na
zwiększenie ilości kopii mtDNA w komórce.
3. Mutacje pojedynczych genów mtDNA - zastosowanie mikromacierzy
oligonukleotydowej umożliwiło sekwencjonowanie całego mitochondrialnego
genomu, Poza mutacjami obecnymi w pętli D (w 29% przypadków), potwierdzono
obecność mutacji w genach dla białek ND2, ND5, CYTB. Uważa się, że tego typu
mutacje, zaburzające funkcjonowanie łańcucha oddechowego, mogą być przyczyną
większego nagromadzenia się wolnych rodników tlenowych i w tym mechanizmie
zwiększać ryzyko wystąpienia dalszych mutacji zarówno w mtDNA, jak i w nDNA.
Mutacje mtDNA, poprzez zwiększenie produkcji wolnych rodników mogą indukować
mutacje w TP53. Jednocześnie zmutowane białko p53 może promować powstawanie
mutacji w genomie mitochondrialnym, ponieważ nie spełnia ono wówczas typowej
funkcji naprawczej dla mtDNA.
Liniowa zależność efektu od dawki
� Promieniowanie o niskim współczynniku LET (<2keV/�m) do którego zalicza
się promieniowanie X, ł, protony - słaba jonizacja tkanek
� Promieniowanie o wysokim współczynniku LET- neutrony, cząstki ą- duża
jonizacja tkanek
Hipoteza o liniowej bezprogowej zależności zagrożenia od dawki
promieniowania- LNT Linear No Threshold 1
Wg LNT zagrożenie od małej dawki jest równe zagrożeniu od dawki dużej
pomnożonemu przez stosunek dawek i odpowiednie współczynniki
proporcjonalności.
� Szkodliwość promieniowania jonizującego rośnie liniowo z dawką
promieniowania w całym zakresie dawek
� Hipoteza ta jest podstawowym z
ródłem zaleceń ochrony radiologicznej,
rekomendowanych przez ICRP (International Comission of Radiation Protection)
Przy niskich dawkach brak jest bezpośrednich danych odnośnie istnienia zagrożenia.
Trzeba więc stosować prognozowanie z danych opisujących skutki dużych
dawek promieniowania, a konkretnie skutki gwałtownego napromieniowania dużymi
dawkami promieniowania ludności.
Ale wiele nowszych obserwacji sugeruje, że ekstrapolacja wg modelu liniowego
bezprogowego LNT jest przesadnie pesymistyczna.
Hipoteza LNT nie uwzględnia biologicznych mechanizmów napraw, Hipoteza LNT
nie odpowiada naturalnym zjawiskom w przyrodzie, a w szczególności nie
uwzględnia zjawiska hormezy, to jest faktu, że wiele substancji i zjawisk jest
korzystnych dla życia przy małych dawkach, chociaż są one szkodliwe przy dużych
dawkach. Przykładów jest mnóstwo - aspiryna, dobroczynna przy spożywaniu jednej
pigułki dziennie, chociaż szkodliwa przy jednorazowej dawce kilkuset pastylek,
witaminy i mikroelementy niezbędne w małych ilościach a szkodliwe w dużych.
Biologiczne argumenty przeciwko LNT
�� Stymulacja procesów biologicznych oraz wzmocnienie własności
immunologicznych w zakresie niskich i średnich dawek (hormeza)
�� Obecna wiedza o biologii komórki i rozwoju nowotworów: procesy biologiczne
nie zezwalają na liniową zależność pomiędzy tworzeniem się nowotworów a
uszkodzeniami DNA
�� Błędne założenie , że każdy akt jonizacji skutkuje nieodwracalnymi zmianami
Badania procesów rakotwórczych wskazują jednoznacznie, że choroby
nowotworowe są procesami wieloetapowymi, a takie procesy zwykle w
przyrodzie mają charakter nie linowy, lecz krzywoliniowy z progiem.
Hormeza radiacyjna
Jest to korzystny wpływ małych dawek promieniowania jonizującego na żywe
organizmy, polegający m.in. na zmniejszeniu prawdopodobieństwa zachorowania na
nowotwory złośliwe i inne choroby o podłożu genetycznym.
Przede wszystkim należy sobie uświadomić, że nasze DNA jest permanentnie
uszkadzane przez agresywne tlenki, głównie wolne rodniki, powstające w naszych
organizmach w trakcie przemian metabolicznych, także dzięki działaniu toksyn
przedostających się do nas z otoczenia, wreszcie także w sytuacji braku pewnych
składników odżywczych, które działają jako przeciwutleniacze. Można oceniać, że
dziennie w ok. 1014 komórkach naszego ciała następuje około 109 uszkodzeń
wskutek ww. naturalnych procesów. Są system napraw ale jak się ocenia,
ostatecznie pozostaje w naszych komórkach dziennie ok. 1 mutacji. Te same oceny,
przeprowadzone dla dawki 1 mSv/rok, wykazują że efekty pochodzące od takiego
poziomu promieniowania są znacznie mniejsze od efektu naturalnego
metabolizmu.
Czy można mówić o nowotworach popromiennych?
�� W/g United Nations Scientific Commitee on the Effects of Atomic Radiation
 (UNSCEAR) ryzyko populacyjne zgonu z powodu nowotworu złośliwego
po ekspozycji na jednorazową dawkę 1000 mSv wynosi około 9% dla
mężczyzn i 13% dla kobiet
�� Nowotwory popromienne pojawiają się z opóz
nieniem czasowym -
okresem utajenia. Najkrótszy okres utajenia występuje w przypadku
białaczek (2 lata), najdłuższy nowotwory głowy i szyi (10-30 lat).
Białaczki
�� Mutacja punktowa w genie PU1
�� lukaemia (rAML).
Tarczyca
�� rearanżacje RET/PTC
�� rearanżacje TRK
Nowotwory głowy i szyi (?)
Czy promieniowanie jest ostatecznie uznanym czynnikiem inicjującym
nowotworzenie ?
� Raki wywołane promieniowaniem jonizującym i raki wywołane innymi
przyczynami nie różnią się klinicznie choć mogą różnić się molekularnie
� Badania epidemiologiczne nie dowodzą przyczyny choroby, a jedynie
mówią o korelacji pomiędzy odpowiednimi zmiennymi
� Korelacje mogą być przypadkowe ze względu na nie uwzględnione
czynniki obciążające (konfundujące) , a nawet metodę zastosowanej
analizy
� Nowotworzenie ma podłoże wieloczynnikowe
Efekt tlenowy
q� Czynnikiem modyfikującym wrażliwość nowotworu na energię promienistą jest
stopień utlenowania guza tzw. efekt tlenowy
q� Główna zasada: wrażliwość nowotworu na radioterapię jest tym większa im
lepiej jest ona utlenowana.
RADIOTERAPIA
na czym polega radioterapia?
1. Repair: komórki prawidłowe dzielą się wolniej od nowotworowych więc mają
więcej czasu na naprawę uszkodzeń
ergo: są bardziej promieniooporne
2. Redistribution: dzielące się intensywnie komórki nowotworowe zatrzymują
się w fazie G2 (blok G2/M), która jest najbardziej wrażliwą fazą cyklu
komórkowego
ergo: wzrost wrażliwości, ponieważ każda następna frakcja trafia komórki w G2
3. Reoxygenation: promieniooporne komórki hipoksyczne (niski poziom tlenu,
zatrzymanie w cyklu) ulegają utlenieniu i wchodzą w cykl
4. Repopulation: Długi czas trwania terapii pozwala na odnowę komórkową w
tkankach zdrowych
Celem radioterapii jest:
� zniszczenie chorobowo zmienionych komórek
� zmniejszenie masy guza
� ustąpienie objawów chorobowych, np. bólu  radioterapia paliatywna.
� zniszczenie komórek nowotworowych, które mogą znajdować się w loży
po guzie i regionalnych węzłach chłonnych  radioterapia uzupełniające
Radioterapia posługuje się promieniowaniem jonizującym mającym wystarczająco
dużą energię, aby wybić elektrony z orbity atomy. Doprowadza to do
bezpośredniego uszkodzenia DNA i śmierci komórki.
Zalety nowoczesnej radioterapii:
większa dawka w głębi
mniejsza liczba
ograniczenie
pół wlotowych
wiązki
oszczędzanie
promieniowania
skóry
Rodzaje radioterapii
W zależności od zastosowanych kryteriów radioterapię można podzielić w
zależności od:
� rodzaju promieniowania jonizującego
�� elektromagnetyczne
�� cząsteczkowe
� energii promieniowania
�� konwencjonalne
�� megawoltowe
W zależności od lokalizacji z
ródła promieniowania względem pacjenta wyróżniamy:
teleradioterapię  z
ródło promieniowania znajduje się w pewnej odległości od
chorego
brachyterapię- z
ródło promieniowania pozostaje w bezpośrednim kontakcie z
pacjentem
W brachyterapii zasadniczą rolę odgrywa promieniowanie elektromagnetyczne
gamma. Przy właściwym zaplanowaniu terapii dawka w obrębie nowotworu jest
względnie duża i jednorodna, a w jego otoczeniu zmniejszona do minimum.
Obecnie najczęściej wykorzystywane są następujące pierwiastki:
192
" iryd Ir
137
" cez Cs
60
" kobalt Co
131 125
" jod J J
Charakter radioterapii w zależności od rodzaju nowotworu
� radykalny- rak skóry, nowotwory regionu szyi i głowy, zaawansowany
niedrobnokomórkowy rak płuca, nasieniak, ziarnica złośliwa
� uzupełniający (adjuwantowy)  po zabiegach oszczędzających z powodu
raka piersi, w raku odbytnicy w stopniu Dukesa B2 i C
� paliatywny  objawowe przerzuty do mózgu, przerzuty do kości
Dostarczona dawka musi być dostatecznie duża w stosunku do objętości guza, przy
jednocześnie jak najmniejszym napromienieniu tkanek zdrowych
Terapia izotopowa
Wymaga podawania izotopów promieniotwórczych dożylnie lub doustnie. Izotopy
te dobierane są selektywnie tak, by wychwytywane przez tkankę, z której
wywodzi się nowotwór. Najczęściej stosuje się w tym celu:
� I-131- do leczenia i diagnostyki raka tarczycy
� Sr-89- do leczenia przerzutów raka stercza do kości
Diagnozowanie i leczenie chorób tarczycy za pomocą jodu -131
Wskazania do wykonania badania
� wole guzkowe
� kontrola po wykonanej operacji
� podejrzenie ektopii tarczycy
� wole odrostowe
� zniszczenie resztek tarczycy pozostałych po leczeniu operacyjnym
(ablacja tarczycy);
� sterylizacja pozostałych mikroognisk raka w loży tarczycy i węzłach
chłonnych;
� Jod -131jest nuklidem o czasie połowicznego zaniku 8,02 dnia.
� Średni zasięg jego promieniowania � w tkankach człowieka wynosi
około 0,5 milimetra. Oznacza to, że fragmenty gruczołu tarczowego,
wychwytujące I-131, otrzymają bardzo wysoką dawkę promieniowania
(kilkaset Gy), podczas gdy tkanki oddalone o odległość (0,5-2 mm) nie
zostaną napromienione w ogóle
� Jod, zarówno naturalny (127I), jak i promieniotwórczy( 131I) jest
wychwytywany jako anion jodkowy (I-) przez komórki tarczycy (tyreocyty).
� Z cytoplazmy jodek jest dalej transportowany do pęcherzyka
tarczycowego (wbudowanie do Tg).
Oznaczenie jodochwytności
� Opiera się na założeniu, że stopień wychwytu jodu jest odzwierciedleniem
stanu czynnościowego tarczycy. Wyznacza się procentową ilość 131-I
pochłoniętego przez tarczycę w określonym czasie w porównaniu z
podaną doustnie ilością początkową.
� Badanie jodochwytności wykonuje się w 4 i 24 godzinie po połknięciu
kapsułki z 131-I.
Pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa- PET
Pozytonowy tomograf emisyjny (PET) jest urządzeniem wykorzystywanym
w diagnostyce medycznej. Urządzenie to pozwala zlokalizować wprowadzoną do
organizmu substancje chemiczną znakowaną izotopem promieniotwórczym
ulegającym rozpadowi �+ (radioizotopy F18, C11, N13, Rb82i O15). Często
stosowanym radiofarmaceutykiem jest glukoza znakowana promieniotwórczym
izotopem fluoru. Wiedząc, że komórki rakowe pochłaniają większą ilość glukozy niż
komórki zdrowe, na podstawie rozkładu gęstości glukozy możemy stwierdzić, które
komórki są chore. Metoda pozytonowej tomografii emisyjnej pozwala nie tylko
określić położenie, w którym znakowana substancja się gromadzi, ale również
pozwala na wyznaczenie zmian jej stężenia w czasie.
� Rozkład radioaktywnego izotopu widać na ekranie komputera i pozwala to na
ustalenie szybkości zużywania tych molekuł przez komórki wskazujące na ich stan
czynnościowy.
� Podwyższony metabolizm sugeruje przerzuty rakowe lub choroby neurologiczne.
PET służy między innymi do:
� oceny stanu wielu wewnętrznych organów ludzkich,
� wykrywania i lokalizacji nowotworów, a także monitorowania przebiegu
leczenia onkologicznego
� badaniach mózgu, serca, stanów zapalnych niejasnego pochodzenia
� Umożliwia wczesną diagnozę choroby Huntingtona. Alzheimera,
Parkinsona czy różnych postaci schizofrenii, padaczki.
Skaner PET zbudowany jest ze zbioru detektorów promieniowania, powstałych
podczas anihilacji dwóch kwantów ł rozchodzących się pod kątem 180�.
Rys. Praca magisterska  LINIOWY
MODEL POZYTONOWEGO
TOMOGRAFU napisana w Zakładzie
Fizyki Jądrowej Uniwersytet Jagielloński
po kierunkiem:
prof. dr hab. Pawła Moskala
Koincydencja- jednoczesne występowanie zdarzeń, które nie są związane ze sobą
przyczynowo. Jednoczesne zdarzenia przebiegają w równoległych liniach
Detektory umieszczone w gantrach (dookoła) aparatu. Emitery pozytonów
produkowane za pomocą kompaktowych cyklotronów. Detektory stosowane w
systemach PET zbudowane są w formie pierścieni, które otaczają pacjenta. Ilość
pierścieni wynosi od 6 do 32, a w każdym pierścieniu jest od 4000 do 25000
kryształów. Detektory mają wymiary rzędu milimetrów np. 4 mm (szerokość) na 8 mm
(wysokość) na 30 mm (grubość). Buduje się z nich matrycę, która zbudowana jest z
64 kryształów (8 razy 8) Sygnały z detektorów przekazywane są do komputera
pozwalającego uzyskać obrazy 2-D i 3-D.
Detektory stosowane w emisyjnej tomografii pozytonowej powinny
charakteryzować się dużą wydajnością detekcji promieniowania anihilacyjnego i
powinny być małe, żeby określić dokładnie kierunki emisji fotonów. Detektory te
powinny mieć także dobrą czasową i energetyczną zdolność rozdzielczą.
q� Przystępując do badania wykonuje się tzw. topogram (skan sprawdzający
ułożenie pacjenta).
q� Kolejny etap to badanie CT dające obraz rentgenowski (mapa anatomiczna
obrazu PET).
q� Badanie PET przebiega od 10 do 20 min w sześciu lub siedmiu etapach po 3
minuty
Topogram- jest to krótki, bo 9 sekundowy skan rentgenowski sprawdzający
prawidłowe ułożenie pacjenta.
Badanie CT -daje obraz rentgenowski, stanowiący mapę anatomiczną dla obrazu
PET.
Obrotowa lampa rentgenowska i znajdujący się naprzeciwko ruchomy blok
detektorów UFC stanowią pierwszą gantrę tomografu. Detektory wykonujące okrąg
wokół głównej osi pacjenta wraz z ruchem obrotowym lampy i ruchomym stołem z
osobą diagnozowaną umożliwiają wykonanie dwuwymiarowych zdjęć
rentgenowskich, przedstawiających absorpcję i przebieg promieni X w różnych
płaszczyznach i kierunkach prostopadłych do głównej osi ciała. Dane otrzymane z
detektora przekazane są do komputera, który przy użyciu transformatora Radona
tworzy trójwymiarowy obraz badanego obszaru
Najczęstsze typy uszkodzeń DNA wywołane promieniowaniem UV
1. Cyklobutanowe dimery pirymidynowe.
2. Fotoproduktytypu 6-4
3. Pęknięcia nici DNA (reakcje fotosensybilizacji I).
4. Uszkodzenia oksydacyjne (reakcje fotosensybilizacji II).
Cyklobutanowy dimer pirymidynowy
�� najczęstsze uszkodzenie UV
�� naprawiane wolno w ludzkich komórkach (< 24h)
�� w nietranskrybowanym DNA gryzoni naprawa niewykrywalna.
Fotoprodukt 6-4
�� rzadziej występujące uszkodzenie UV
�� naprawiane stosunkowo szybko (< 3h)
Rodzaj UV a jego właściwości
Rodzaj UV Ogólne właściwości
UVA Około 90-95% dociera do powierzchni Ziemi
Nie zatrzymywane przez warstwę ozonową atmosfery
powoduje starzenie się skóry; indukuje pigmentację
UVB Około 1-10% dociera do powierzchni Ziemi
Zatrzymywane przez warstwę ozonową atmosfery
przenikają do górnych warstw naskórka
Odpowiedzialne za oparzenia słoneczne, opalanie skóry, zmarszczki,
fotostarzenie i raka skóry
UVC Zatrzymywane przez warstwę ozonową atmosfery
Powoduje oparzenia skóry i raka skóry
Trzy najczęściej spotykane rodzaje raka skóry to:
� rak podstawnokomórkowy
� rak kolczystokomórkowy skóry
� czerniak złośliwy
Czynniki ryzyka:
Ekspozycja na : UVA (penetracja głęboko w skórę), UVB,
Ekspozycja na promieniowanie jonizujące
Leczenie immunosupresyjne
Ekspozycja na kancerogeny chemiczne: arsen, azbest, policykliczne
węglowodory aromatyczne, tytoń,
Infekcja HPV - typ 6, 11, 16, 18
Przewlekłe epidermatozy.
Rak podstawnokomórkowy (basal cell carcinoma, BCC)
� Najczęściej występujący nowotwór skóry  (65-75% )
� Cechuje się miejscowym wzrostem i niewielką inwazyjnością
� Najczęściej ma postać małych, twardych, połyskliwych, guzków o barwie
kości słoniowej (postać guzkowata)
� Pojawia się najczęściej na skórze twarzy, powiek i szyi.
Rak kolczystokomórkowy (Squamous cell carcinoma  SCC)
� Stanowi ok. 20-25% raków skóry.
� Wywodzi się z komórek keratynizujących naskórka
� Umiejscawia się zazwyczaj w obrębie głowy, szyi, tułowia, kończyn
� Najczęściej występuje w postaci rogowaciejącej, łuszczącej zmiany o
charakterze brodawkowatym, wrzodziejącym, często pokrytej strupem.
Czerniak (łac. melanoma malignum)
� Na świecie stanowi 1% raków skóry (ok 132 000 zachorowań rocznie)
� Istotnymi genetycznymi czynnikami ryzyka mogą być polimorfizmy genu
receptora melanokortyny (MC1R)
� Dynamiczny przyrost zachorowań wiąże się z rosnącą ekspozycją na
promieniowanie UV (słońce, solaria).
� Charakteryzuje się skłonnością do wczesnych przerzutów
Immunosupresja ultrafioletowa
Promieniowania UVB (320-330 nm) hamuje funkcje układu immunologicznego co
powoduje:
1. wzrost wrażliwości na różnego typu infekcje, wzrost syntezy IL10
2. obniżenie efektywności układu immunologicznego w hamowaniu
karcionogenezy
3. modulacja reakcji nadwrażliwości typu kontaktowego i opóz
nionego.
Rola immunosupresji indukowanej UV i jej znaczenia w mechanizmie rozwoju
raka skóry nie została w pełni poznana. Jednak wiadomo jest, ze znaczenie ma
kumulacja dawki promieniowania w ciągu życia, proces starzenia układu
immunologicznego. Dlatego u osób starszych występowanie raka skóry jest szybsze
ze względu na dłuższą ekspozycje na UVR w ciągu życia.
IL-10 jest głównym czynnikiem związanym z immunosupresją indukowaną
przez UV. Cytokina ta jest uwalniana z keratynocytów pod wpływem UV, a jej
dodatkowym z
ródłem są naciekające naskórek makrofagi, które charakteryzują się
wysoką ekspresją IL-10, a niską IL-12
IL-10 wytwarzają głównie pobudzone limfocyty T, zwłaszcza Th2 oraz Treg, a
także limfocyty B, makrofagi, eozynofile, leukocyty (L), komórki tuczne (KT) i
keratynocyty (K) . Jednym z czynników pobudzających wydzielanie IL-10 jest TNF-ą
Interleukina 10 (IL-10): Pod tą nazwą kryje się rodzina cytokin, do której oprócz IL-
10, należą jej homologi: IL-19, IL-20, IL-22, IL-24, IL-26, IL-28 i IL-29 . Interleukina 10
jest interleukiną przeciwzapalną - pełni rolę czynnika hamującego odpowiedz

immunologiczną. Hamuje wytwarzanie limfocytów Th1 pobudzonych przez antygen
oraz wstrzymuje proces wytwarzania przez nie cytokin zapalnych takich jak IFN-ł,
IL-2. Przeciwzapalna rola IL-10 sprawia, iż w terapii zapalenia stosuje się leki
pobudzające jej syntezę. Jednakże zarówno niedobór IL-10 jak i jej nadprodukcja
może być szkodliwa dla organizmu . Nadprodukcja interleukiny 10 w przypadku
niektórych nowotworów (chłoniak, czerniak) blokuje odpowiedz

immunologiczną przeciwko komórkom nowotworowym, a nawet może być
czynnikiem wzrostu nowotworu .
Rys. A. Wolnicka-Głubisz, M. Smejda  Mechanizmy związane z immunosupresją indukowaną
promieniowaniem UV , Alergia Astma Immunologia 2010, 15 (1): 26-34
Literatura:
1. Biofizyka Podręcznik Dla Studenta - Feliks Jaroszyk - Wydawnictwo Lekarskie
PZWL Warszawa
2. Onkologia Podręcznik dla studentów i lekarzy- Radzisław Kordek  Rozdział 12
3 Człowiek i promieniowanie jonizujące. Andrzej Z. Hrynkiewicz (red.)
Wydawnictwo Naukowe PWN