RADYASYONUN KANSER OLUŞUMU VE KANSER TEDAVİSİ ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ Z. G. PORTAKAL, Z. YEĞİNGİL, M. GÜLMEN, N. SARIGÜL, M. YÜKSEL Çukurova Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, 01330 Sarıçam-ADANA, TÜRKİYE e-mail : gportakal@cu.edu.tr 25 ÖZET İyonlaştırıcı radyasyonlar α, β, γ, nötronlar gibi nükleer radyasyonlar ve x-ışınlarından oluşur ve enerjileri birbirlerinden farklıdır. İçinden geçtikleri maddelerde iyon çiftleri oluşturma özellikleri vardır ve bu iyon çiftlerinin (özellikle su molekülünün hidroksil -OH köklerine ayrışması) moleküler seviyede canlı dokular için tahrip edici özellikleri vardır. Hücre içi metabolizma bozuklukları ve hücre zarında bir takım tahribatlar yanında en önemli etki, hücrenin canlılığını ve bölünerek çoğalmasını kontrollü bir şekilde temin eden hücre çekirdeğinde, yani kromozomlarda meydana gelir. İyonlaştırıcı elektromanyetik radyasyonlar, hücrenin materyali olan DNA’yı parçalayacak kadar enerji taşımaktadır. DNA’nın zarar görmesi ise hücreleri öldürmektedir. Bunun sonucunda doku zarar görür. DNA’da çok az bir zedelenme, kansere yol açabilecek kalıcı değişiklere sebep olur. Radyoaktif kirleticiler özellikle insan, hayvan ve bitki sağlığına olumsuz etkiler yaparak çevreyi ve ekolojik dengeyi bozmaktadır. Ayrıca radyasyon, canlılarda genetik değişiklere de yol açmaktadır. Radyasyonun etkisi; cins, yaş ve organlara göre değişmektedir. Özellikle göz en fazla etkilenen organ olup, görme zayıflığı, katarakt ve göz uyumunun yavaşlamasına sebep olmaktadır. Deri ise, radyasyona karşı daha dayanıklıdır. Radyasyonun zararları genellikle zamanla ortaya çıkan bir etki olup, ani etki ancak atom bombalarının yol açtığı ölümler ve yüksek radyasyondaki yanmalar şeklinde kendini göstermektedir.İyonlaştırıcı radyasyonlar bu etkileri ile tıp ve biyolojide önemli uygulama alanları bulmuşlardır. Radyoterapi ve nükleer tıpta kanser tedavisi için kullanılan bu iyonlaştırıcı radyasyonlarla seçici olarak tümör hücreleri tahrip edilirken, sağlam dokuların zarar görmesi mümkün olduğu kadar azaltılmalıdır. Radyoterapinin amacı, iyonize radyasyon kullanılarak malign hücrelerin ortadan kaldırılmasıdır. Ancak çoğunlukla malign hücrelerin yakınındaki sağlıklı hücrelerin de yüksek radyasyon dozlarına maruz kalması kaçınılmazdır. Bir tümör kitlesinin içinde malign hücrelerinin yanı sıra, sağlıklı hücreler de bulunmaktadır. Bu hücreler, tümörün bulunduğu organa ait sağlam hücreler olabileceği gibi, organı ve tümörü besleyen damarlara ait hücreler veya destek dokuya ait hücreler olabilir. Tümör kitlesinin içinde kalan bu hücrelerin yanı sıra kitlenin hemen yakınındaki sağlam dokuların ve organların hücreleri de kaçınılmaz olarak hedef tedavi volümünün içinde kalacaktır. Hedef tedavi volümünün içinde kalmamasına ve hedeften oldukça uzakta yer almasına rağmen radyoterapi tekniğine bağlı olarak cilt, cilt altı dokusu ve tümör ile cilt arasındaki önemli miktarda doku radyasyondan etkilenecektir. Radyoterapinin asıl amacı hedef hacme istenilen dozu homojen dağılacak şekilde verirken, kritik organları mümkün olduğunca korumaktır. - Somatik Etkiler Organizmada, üreme sistemi dışındaki tüm dokuların hücrelerine somatik hücreler (vücut fonksiyonlarını sürdüren hücreler) denir. Bu hücrelerin oluşturduğu dokularda radyasyon sonucu oluşan zarar, gelecek kuşaklara aktarılmaz. Radyasyonun toplam dozuna, bu dozun süresine, ışınlanan vücut bölgesi ve bu bölgenin büyüklüğüne bağlıdır. Akut(erken) ve kronik(geç) etkiler olarak ortaya çıkarlar. Genetik Etkiler Radyasyon etkisiyle kromozomlarda yapı ve kimyasal değişiklikler sonucu mutasyon oluşur. Mutasyon üreme hücreleri ve somatik hücrelerde de olabilir. Somatik hücrelerdeki mutasyonlar tümörlere neden olabilirken, üreme hücrelerindeki Mutasyonlar sonraki kuşaklara geçerek kalıtsal özellik gösterir. Teratojenik Etkiler Hamilelik süresince alınan radyasyonun embriyoyu etkilemesi ve sonuçta anomalilerin meydana gelmesidir.En duyarlı zaman gebeliğin 18-45 günleri arasındadır. Kanser Kanserli hücreler neden sürekli bölünürler? Kültürde, normal hücreler komşu hücrelere yapışarak ilişkilerini devam ettirirler. Bu yapışma (adhezyon) noktalarında hücrelerde elektronca yoğun bir plak oluşur. Bununla birlikte, hücrelerin stoplazmik uzantılarında yavaşlama ve durma görülür. Bu olaya kontak inhibisyon denir. Bu şekilde, hücre bölünmesi kontrol edilir. Deneysel olarak, normal hücreler bir kültür ortamında kendilerine sağlanan ortam şartları ne kadar iyi olursa olsun kontak inhibisyon nedeniyle tek tabaka oluşturduktan sonra daha fazla çoğalmazlar. Çünkü, bölünme sınırlı sayıda olur. Fakat, kanser hücreleri sürekli çoğalarak birkaç tabakalı düzensiz kitleler oluştururlar. Bu da kanser hücrelerinde kontak inhibisyon kaybı olduğunu göstermektedir. Radyoterapi Radyoterapi, iyonizan radyasyonun kanserli dokular üzerine yöneltilerek tedavi edilmesidir. Radyasyon parçacık demetleri ve dalgalar yolu ile taşınan özel bir enerji tipidir. Radyoaktif kaynaklardan ya da özel cihazlardan (lineer akseleratör gibi) elde edilir. Uzun yıllar önce hekimler insanların bedenlerinin içini görmek ve hastalığı saptamak için bu enerjiyi nasıl kullanabileceklerini araştırmış ve sonuçta radyasyon, hastalıklara tanı koymada çok önemli bir rol oynar duruma gelmiştir. Eğer radyasyon yüksek dozlarda uygulanabilirse kanser ve diğer hastalıkların tedavisinde de kullanılabilir. Tümöre ya da hastalığın olduğu alana radyasyon verilmesi için özel araçlar gerekir. Tedavide yüksek enerjili ışınların ya da parçacıkların kullanılmasına radyasyon tedavisi denir. Kanser hücreleri hipoksik hücrelerdir ve hızla beslenerek çoğalmaya devam ederler. Uygulanan radyasyon ile öncelikli olarak tümörün beslenmesi engellenerek büyümesi-çoğalması durdurulurken, uygulanan doz miktarı ve tümörün durumuna bağlı olarak tümörün yok edilmesi hedeflenir. Hedef volüme uygulanacak olan radyasyon tedavisinde dozun fraksiyone şekilde verilmesi sayesinde sağlıklı dokuların kendilerini tamir etmelerine olanak verilirken aynı zamanda tümör hücrelerinin radyasyona olan direnci de azaltılır. Günümüzde bu amaçla pek çok cihaz kullanılmaktadır (LINAC, Co-60, gamma knife, cyberknife, brakiterapi cihazları, vb.). KAYNAKLAR Alan E. Nahum, Jean-Claude Rosenwald, ‘’ Handbook of radiotherapy physics: theory and practice’’, Taylor & Francis, 2007. İlknur Alsan ÇETİN, ‘’Lokalize prostat kanserlerinin primer tedavisinde konvansiyonel eksternal radyoterapi ve konformal radyoterapi tekniklerinin akut yan etkiler açısından karşılaştırılması’’, Uzmanlık Tezi, Marmara Üniversitesi, 2003. Meltem ŞAHİN , ‘’Bilgisayarlı tomografi ve panoramik görüntülemelerde, çeşitli organ dozlarının farklı termolüminesans dozimetre tipleri ile ölçülerek karşılaştırılması’’, Doktora tezi, Ankara Üniversitesi, 2005. Süreyya ÖLGEN, Işıl BIÇAK, Doğu NEBİOĞLU, ‘’Angiogenesis ve kanser tedavisinde yeni yaklaşımlar’’, Ankara Ecz. Fak. Derg., 31(3):193-214, 2002. Şule AYTAŞ, ‘’Sağlık Fiziği ders notları’’, Ege Üniversitesi, Nükleer Bilimler Enstitüsü, 2009. TAEK, ‘’Radyasyon, İnsan ve Çevre’’, Ankara, 2009. Turgut TOPAL, Şükrü ÖTER, Ahmet KORKMAZ, ‘’Melatonin ve kanserle ilişkisi’’, Genel Tıp Derg ,19((3):137-143, 2009. William R. Hendee, Geoffrey S. Ibbott, Eric G. Hendee, ‘’ Radiation therapy physics’’, 3rd Edition, John Wiley & Sons Inc, 2005. Radyasyonun Biyolojik Etkileri Biyolojik etkilerin ortaya çıkmasındaki olaylar sırasıyla şöyledir: Radyasyon enerjisinin bir kısmının canlı doku tarafından absorbsiyonu, Atomların iyonizasyonu ve eksitasyonu (bir veya birkaç elektronun atomdan ayrılıp hızla harekete geçmesi) Harekete geçen elektronun, bir komşu atom yörüngesine girerek kimyasal reaksiyonları başlatıp, serbest radikaller oluşturması, Bu kimyasal reaksiyonlar sonucu enzimlerin inaktive olması, Genlerin mutasyonu, kromozomların zarar görmesi, Hücre fonksiyonlarında bozukluk, Hücre ölümü. Radyasyona bağlı değişiklikler vücutta üreme hücrelerinde ortaya çıkarsa gelecek kuşaklara aktarılabilir. Radyasyonun moleküler düzeydeki etkileri direkt veya indirekt (doğrudan veya dolaylı) yolla olur. Radyasyonun Direkt Etkisi : Işınlar direkt olarak biyolojik sistemin duyarlı bölgelerine etki ederler. Direkt etkide, iyonize radyasyona maruz kalan molekülün doğrudan doğruya molekül yapısı bozulup eksite (uyarılmış) duruma geçer. Hedef teorisine göre, ışınların böylece duyarlı bir bölgeye ulaşması ve orada iyonizasyon oluşturması o molekülün parçalanması veya enzim dolaşımının bozulmasına bağlı biyolojik sistemin tümüyle inaktif hale geçmesi bir rastlantıya bağlıdır. Radyasyonun İndirekt Etkisi : İyonize radyasyon sonucu oluşan bazı ara ürünler başka bir dizi kimyasal reaksiyona girerek diğer moleküllerin değişmesine neden olurlar. Radyasyon nükleusun bulunduğu duyarlı bölgeyi değil de, su moleküllerinden çok zengin olan sitoplazmayı etkiler ve aktive edilmiş kimyasal bağların açığa çıkmasına neden olur. Radyasyon etkisinde kalan su molekülleri iyonlaşırlar. Gerek primer reaksiyonlar sonucunda oluşan OHº, Hº ve H2O gibi radikaller ve gerekse sekonder reaksiyonlar reaksiyonlar sonucunda oluşan Bº gibi biyoradikaller daha sonra biyolojik açıdan önemli hedef moleküllerle reaksiyonlara girerek radyobiyolojik tahribatlara yol açarlar. Radyasyonun etkileyerek reaksiyona girdiği molekül tamamen rastlantısaldır. Herhangi bir karbonhidrat, lipit, protein, enzim, DNA ya da RNA gibi bir nükleik asit olabilir ve bu da hücrenin normal fonksiyonunu yitirmesine ve ölmesine neden olabilir. Hücrelerin İyonize Radyasyona Duyarlılığı Çok Duyarlı Hücreler (Radiosensitive): 25 Gy ve daha düşük dozlar Lenfositler Kan ve kemik iliğindeki ana hücreler Mide, bağırsak epiteli Ovaryum ve testisin germ hücreleri Orta Duyarlı Hücreler (Radioresponsive): 25 – 50 Gy Epidermis ve deri adnexleri Damar endoteli Tükürük bezleri Kollagen ve elastik dokular Göz dokuları (kornea, lens) Gelişmekte olan kemik ve kıkırdak Dirençli Hücreler (Radioresistance): 50 Gy ve üzeri dozlar Karaciğer Böbrek Olgun kemik ve kıkırdak Kaslar Endokrin bezler Beyin Diğer sinirsel dokular Doz-Risk Hipotezi Radyasyonun İnsanlar üzerine Etkileri Vücuttaki atom ve moleküllerle etkileşen radyasyon, organizma tarafından belli bir miktarda enerjisi absorbe edildiği (soğurulduğu) zaman üç tip etki meydana getirir. Somatik etkiler Genetik etkiler Teratojenik etkiler Sağlıklı vücut hücreleri (kas ve sinir hücreleri hariç) bölünebilme yeteneğine sahiptirler. Ölen hücrelerin yenilenmesi ve yaralanan dokuların (vücut içi ve dışındaki) onarılması amacıyla bu yeteneklerini  kullanırlar. Fakat bu yetenekleri de sınırlıdır. Sonsuz bölünemezler. Her hücrenin hayatı boyunca belli bir bölünebilme sayısı vardır. Sağlıklı bir hücre gerektiği yerde ve gerektiği kadar bölüneceğini bilir. Buna karşın kanser hücreleri, bu  bilinci kaybeder,  kontrolsüz bölünmeye başlar ve çoğalırlar. Kanser hücreleri birikerek tümörleri (kitleleri) oluştururlar, tümörler normal dokuları sıkıştırabilirler, içine sızabilirler ya da tahrip edebilirler. Eğer kanser hücreleri oluştukları tümörden ayrılırsa, kan yada lenf dolaşımı aracılığı ile vücudun diğer bölgelerine gidebilirler. Gittikleri yerlerde tümör kolonileri oluşturur ve büyümeye devam ederler.