Upozornění pro čtenáře a uživatele této knihy

Všechna práva vyhrazena. Žádná část této tištěné či elektronické knihy nesmí být reprodukována a šířena v papírové, elektronické či jiné podobě bez předchozího písemného souhlasu nakladatele. Neoprávněné užití této knihy bude trestně stíháno.

Mgr. Renata Havránková, Ph.D. – editorka

KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE

Autorský kolektiv:

Ing. Julia Čuprová, Ph.D., RNDr. Martin Falk, Ph.D., RNDr. Iva Falková, Ph.D., Mgr. Zuzana Freitinger Skalická, Ph.D., prof. Aleksander Nikolajevič Grebenyuk, DrSc., Mgr. Jiří Havránek, Mgr. Renata Havránková, Ph.D., plk. gšt. prof. MUDr. Jan M. Horáček, Ph.D., prof. MUDr. Ladislav Jebavý, CSc., prof. RNDr. Emil Kormúth, CSc., prof. MUDr. Leoš Navrátil, CSc., MBA, dr. h. c., doc. MUDr. Pavel Žák, Ph.D.

Recenzenti:

MUDr. Radka Lohynská, Ph.D.

prof. MUDr. Jan Österreicher, Ph.D.

Vydání odborné knihy schválila Vědecká redakce nakladatelství Grada Publishing, a.s.

© Grada Publishing, a.s., 2020

Cover Photo © depositphotos.com, 2020

Vydala Grada Publishing, a.s.

U Průhonu 22, Praha 7

jako svou 7494. publikaci

Obrázky dodali autoři.

Odpovědná redaktorka Mgr. Helena Vorlová

Sazba, zlom a obrázky 2.3, 2.4, 2.6, 2.7, 2.8, 2.14, 3.1, 3.2 a 3.5 podle podkladů autorů

překreslil Ing. Vladimír Meško

Počet stran 184

1. vydání, Praha 2020

Vytiskla Tiskárna v Ráji s.r.o., Pardubice

Názvy produktů, firem apod. použité v knize mohou být ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků, což není zvláštním způsobem vyznačeno.

Postupy a příklady v této knize, rovněž tak informace o lécích, jejich formách, dávkování a aplikaci jsou sestaveny s nejlepším vědomím autorů. Z jejich praktického uplatnění však pro autory ani pro nakladatelství nevyplývají žádné právní důsledky.

ISBN 978-80-271-1350-7 (ePub)

ISBN 978-80-271-1349-1 (pdf)

ISBN 978-80-247-4098-0 (print)

Autorský kolektiv

Ing. Julia ČUPROVÁ, Ph.D.

odborná asistentka katedry zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze

RNDr. Martin FALK, Ph.D.

vedoucí vědecký pracovník a vedoucí Oddělení radiobiologie a buněčné biologie na Biofyzikálním ústavu Akademie věd České republiky v Brně. Vyučuje na Masarykově univerzitě radiační biofyziku.

RNDr. Iva FALKOVÁ, Ph.D.

vědecká pracovnice na Biofyzikálním ústavu Akademie věd České republiky v Brně, kde se v Oddělení radiobiologie a buněčné biologie věnuje výzkumu zejména nádorových onemocnění

Mgr. Zuzana FREITINGER SKALICKÁ, Ph.D.

ředitelka Ústavu radiologie, toxikologie a ochrany obyvatelstva Zdravotně sociální fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích

Prof. Aleksander Nikolajevič GREBENYUK, DrSc.

profesor katedry medicíny katastrof I. Sankt-Petersburgské lékařské univerzity akademika I. P. Pavlova a viceprezident Radiobiologické společnosti Ruské akademie věd a člen vědecké rady pro radiobiologii Ruské akademie věd

Mgr. Jiří HAVRÁNEK

odborný asistent Ústavu radiologie, toxikologie a ochrany obyvatelstva Zdravotně sociální fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a inspektor Státního úřadu pro jadernou bezpečnost

Mgr. Renata HAVRÁNKOVÁ, Ph.D.

odborná asistentka katedry zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze a Ústavu radiologie, toxikologie a ochrany obyvatelstva Zdravotně sociální fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích

Plk. gšt. prof. MUDr. Jan M. HORÁČEK, Ph.D.

vedoucí katedry vojenského vnitřního lékařství a vojenské hygieny Fakulty vojenského zdravotnictví Univerzity obrany v Hradci Králové a IV. interní hematologická klinika Fakultní nemocnice Hradec Králové

Prof. MUDr. Ladislav JEBAVÝ, CSc.

katedra vojenského vnitřního lékařství a vojenské hygieny Fakulty vojenského zdravotnictví Univerzity obrany v Hradci Králové a vedoucí Střediska speciální zdravotní péče o osoby ozářené při radiačních nehodách IV. interní hematologické kliniky Fakultní nemocnice Hradec Králové

Prof. RNDr. Emil KORMÚTH, CSc.

profesor genetiky na Univerzitě KwaZulu-Natal v Durbanu v Jihoafrické republice, na které prošel řadou akademických pozic (vedoucí vědecký pracovník, vedoucí katedry, děkan fakulty). Odborně se zaměřuje na možnosti molekulárních diagnostických metod na úrovni RNA a DNA. Je hostujícím profesorem Českého vysokého učení technického v Praze. Přednáší na Fakultě biomedicínského inženýrství. Do roku 1990 byl odborným asistentem Katedry biologie a lékařské genetiky FVL UK v Praze.

Prof. MUDr. Leoš NAVRÁTIL, CSc., MBA, dr. h. c.

vedoucí katedry zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Fakulty biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze

Doc. MUDr. Pavel ŽÁK, Ph.D.

přednosta IV. interní hematologické kliniky Fakultní nemocnice Hradec Králové a Lékařská fakulta Univerzity Karlovy v Hradci Králové

Předmluva

Základní metody léčby zhoubných nádorů představují chirurgie, radioterapie, systémová terapie a podpůrná terapie. Chirurgické zákroky a radioterapie patří mezi lokální metody léčby malignit. Léčba ionizujícím zářením se praktikuje od začátku 20. století a zejména v jeho prvních 20–30 letech je vývoj radioterapie velmi úzce spojen s radiobiologií a výzkumem základních technik radioterapie a její frakcionace. Na základě radiobiologických výzkumů a zkušeností v praxi byla stanovena základní schémata frakcionací a matematických modelů k určení léčebných účinků a reakcí zdravých tkání a orgánů. Celý vývoj radioterapie je spojen s poznatky radiobiologie, jednak s výzkumem na úrovni buněčných kultur a jednak na využití radiobiologických modelů v klinické praxi léčby ionizujícím zářením.

Poznatky radiobiologie jsou pro další vývoj léčby zářením významné. S rychlým vývojem přístrojového vybavení radioterapeutických pracovišť se více uplatňují už dříve známé poznatky radiobiologie, například využití vysokých jednotlivých dávek záření v případě stereotaktické radioterapie a radiochirurgie. Bez výzkumů v radiobiologii si nelze představit teoretické a praktické využití současné léčby zářením s chemoterapií či cílenými biologickými preparáty. Tento směr výzkumu patří mezi priority společného výzkumu. K tomu lze přiřadit poznatky v oblasti využití částicové radioterapie (protonová terapie, terapie uhlíkovými ionty apod.), velkoobjemové radioterapie nebo v nanotechnologii.

Osobně jsem rád, že v posledních letech Společnost radiační onkologie, biologie a fyziky a Společnost pro radiobiologii a krizové plánování, zabývající se radiobiologií a radioterapií, k sobě nacházejí opět úzký vztah a spolupracují na některých společných problémech. Předkládaná publikace je toho důkazem a rozhodně se stane i studijním materiálem pro lékaře připravující se ke specializované odbornosti z radiační onkologie.

červen 2019

prof. MUDr. Pavel Šlampa, CSc.

místopředseda Společnosti radiační

onkologie, biologie a fyziky ČLS JEP

Předmluva editorky

Československá radiobiologie vždy patřila mezi obory, na které může být naše věda hrdá. Její tradice se odvíjí od vědce světového formátu, akademika Františka Běhounka a jeho žáka prof. MUDr. et RNDr. Ferdinanda Herčíka, DrSc., zakladatele Biofyzikálního ústavu Československé akademie věd (její nástupkyní je Akademie věd České republiky). Největší rozmach zaznamenala v padesátých až osmdesátých letech 20. století, kdy byla klíčovým oborem pro řadu výzkumných, univerzitních i léčebných center, doslova od Příbrami po Košice.

Výsledky získané na těchto pracovištích byly cenné nejen pro vojenský výzkum, který tehdy hrál prioritní úlohu, ale rovněž pro obory radiační hygiena, farmakologie, ekologie a zejména pro řadu lékařských oborů, jako jsou radioterapie, nukleární medicína, rentgenologie, hematologie, transplantologie a další. Určitě nebylo náhodné, že jeden ze zakladatelů nukleární medicíny prof. MUDr. Zdeněk Dienstbier, DrSc., dr. h. c. byl i významným, světově uznávaným radiobiologem, stejně jako řada dalších. Výsledky jejich práce našly uznání daleko za hranicemi naší vlasti.

Od posledního vydání rukopisu věnovaného klinické radiobiologii uplynulo více než 15 let. Je to příliš dlouhá doba s ohledem na rozvoj nových laboratorních a fyzikálních metod, které byly v této době rozvinuty a které znamenají významný přínos i pro nové radiobiologické poznatky. Ty pak využívá celá řada oborů, které jsem zmínila výše.

Chtěla bych proto poděkovat jak všem členům autorského kolektivu, tak i oponentům. Jejich kritické pohledy pomohly k výraznému zkvalitnění a aktualizaci textu učebnice. A bylo by chybou neocenit pomoc všech pracovníků zdravotnické redakce nakladatelství GRADA Publishing.

září 2019

Mgr. Renata Havránková, Ph.D.

Seznam použitých zkratek

A

adenin

AČR

Armáda České republiky

AET

aminoetylizotiouronium

ANO

akutní nemoc z ozáření

APL

akutní promyelocytární leukemie

ATP

adenozintrifosfát

BER

bázová excizní reparace

C

cytosin

CDK

cyklin-dependentní kinázy

CGH

comparative genome hybridization

CMV

cytomegalovirus

CNS

centrální nervový systém

COMBO-FISH

Combinatorial Oligo FISH

CT

computed tomography, výpočetní tomografie

ctDNA

circulating tumor DNA, cirkulující nádorová DNA

ČLS JEP

Česká lékařská společnost Jana Evangelisty Purkyně

ČR

Česká republika

ČSAV

Československá akademie věd

ČSR

Česká socialistická republika

ČVUT

České vysoké učení technické

3D-CRT

three dimensional conformal radiation therapy, trojrozměrná konformní radioterapie

DDR

DNA damage response

DMSO

dimethylsulfoxid

DNA

deoxyribonukleová kyselina

DRF

dose reduction factor, redukční faktor dávky

DSB

double strand break, dvouřetězcový zlom

DTPA

kyselina dietylentriaminpentaoctová

DVI

Disaster Victims Identification (tým pro identifikaci obětí hromadných neštěstí)

ED

účinná dávka

EDTA

kyselina etylendiaminotetraoctová

FISH

fluorescenční in situ hybridizace

FN HK

Fakultní nemocnice Hradec Králové

FVL UK

Fakulta všeobecného lékařství Univerzity Karlovy

G

guanin

GŘC ČR

Generální ředitelství Celní správy ČR

Gy

gray

GvHD

graft versus host disease, reakce štěpu proti hostiteli

HCL

kyselina chlorovodíková

HDR

high dose rate, vysoký dávkový příkon

HLA

human leucocyte antigen

HR

homologní rekombinace

HSV

herpes simplex virus

HX

hypoxantin

HZS ČR

Hasičský záchranný sbor České republiky

CHART

contionous hyperfractionated accelerated radiotherapy, kontinuální hyperfrakcionovaná akcelerace

CHARTWEL

continuous hyperfractionated accelerated radiotherapy weekend less

CHNO

chronická nemoc z ozáření

IAEA

International Atomic Energy Agency, Mezinárodní agentura pro atomovou energii

IDL

insertion-deletion loops

IGRT

image guided radiotherapy, radioterapie řízená obrazem

IL

interleukin

IMRT

intensity modulated radiotherapy, radioterapie s modulovanou intenzitou svazku

INES

The International Nuclear Event Scale, Mezinárodní stupnice jaderných událostí

IOS

integrované operační středisko

IVIG

intravenózní imunoglobulin

IZS

integrovaný záchranný systém

JIP

jednotka intenzivní péče

JPO

jednotky požární ochrany

KÚBNM

katedra a ústav biofyziky a nukleární medicíny

LD

letální dávka

LDR

low dose rate, nízký dávkový příkon

LET

linear energy transfer, lineární přenos energie

LF UK

Lékařská fakulta Univerzity Karlovy

LNT model

linear non-treshold, lineární bezprahový model

LZS

letecká záchranná služba

mBand (M-Band)

mnohobarevné pruhování chromozomů

mDNA

mediátorová DNA

MDR

medium dose rate, střední dávkový příkon

mFISH

mnohobarevná fluorescenční in situ hybridizace

MMEJ

microhomology-mediated end-joining, mikrohomologií zprostředkované spojování konců

MMR

mismatch repair, oprava chybného párování bází

MRI

magnetic resonance imaging, magnetická rezonance

mRNA

mediátorová RNA

mtDNA

mitochondriální DNA

MU

mimořádná událost

MV-GŘ HZS ČR

Ministerstvo vnitra – Generální ředitelství Hasičského záchranného sboru České republiky

NATO

The North Atlantic Treaty Organization, Severoatlantická aliance

NBS1

Nijmegen breakage syndrom 1

NCOZ SKPV

Národní centrála proti organizovanému zločinu Služby kriminální policie a vyšetřování

NER

nukleotidová excizní reparace

NES

jaderný exportní signál

NHEJ

non-homologous end-joining, nehomologní spojování konců

NLP

nelékařský pracovník

NLS

jaderný lokalizační signál

NOR

organizátory jadérka

NP

nadzemní podlaží

NSD

nominální standardní dávka

NTCP

normal tissue complication propability

OC GŘC

Operační centrum Generálního ředitelství cel

OER

oxygen enhancement ratio, kyslíkový efekt

OHIP

oddělení hematologické intenzivní péče

OPIS

operační a informační středisko

OSN

Organizace spojených národů

OS OO PP ČR

Operační středisko operačního odboru

Policejního prezidia ČR

PCC

předčasná chromozomová kondenzace

PCR

polymerase chain reaction, polymerázová řetězová reakce

PČR

Policie České republiky

pDNA

plastidová DNA

PDR

pulsed dose rate, pulsní dávkový příkon

PET

pozitronová emisní tomografie

PKB

progenitorové krvetvorné buňky

PNA

peptidová nukleová kyselina

31. prchbo

31. pluk radiační, chemické a biologické ochrany

RES

retikuloendoteliální soustava

RNA

ribonukleová kyselina

ROS

kyslíkové radikály

rRNA

ribozomální RNA

RT

radioterapie

S

Svedbergova sedimentační jednotka

SH

sulfhydrylová skupina

SIB

simultánní integrovaný boost

SKY

spektrální karyotypování

SMLM

single molecule localization microscopy

SOC MO ČR

Společné operační centrum Ministerstva obrany

České republiky

SRP

signal recognition particle

SSA

single strand annealing, jednořetězcová hybridizace

SSB

single strand break, jednořetězcový zlom

SSZP

Středisko speciální zdravotní péče o osoby ozářené

při radiačních nehodách

STED

stimulated emission depletion microscopy

SÚJB

Státní úřad pro jadernou bezpečnost

SÚJCHBO

Státní ústav jaderné, chemické a biologické ochrany

SÚRO

Státní ústav radiační ochrany

Sv

sievert

T

thymin

TCP

tumor cure/control propability

TDF

time, dose, fractionation

TNF

tumor necrosis factor

TNT

trinitrotoluen

TR

terapeutický poměr

tRNA

transferová RNA

U

uracil

USA

Spojené státy americké

UZ

ultrazvuk

VAS

vizuální analogová škála

VLA JEP

Vojenská lékařská akademie Jana Evangelisty Purkyně

VLVDÚ JEP

Vojenský lékařský výzkumný a doškolovací ústav

Jana Evangelisty Purkyně

VMAT

volumetric arc therapy, radioterapie s objemově modulovanou toxicitou

VOD

venookluzivní nemoc

VZV

varicella zoster virus

X

xantin

ZNGŠ

zástupce náčelníka Generálního štábu

ZOS

zdravotnické operační středisko

ZZS

zdravotnická záchranná služba

1Pár slov k historii československé radiobiologie

I když je název kapitoly věnován především historii československé radiobiologie, nelze úvodem nevzpomenout osmi velkých osobností, které zásadním způsobem ovlivnily rozvoj radiologie.

Prvním z uvedených velikánů byl Wilhelm Conrad Röntgen (1845–1923) (obr. 1.1), který v noci z 8. na 9. listopadu 1895 pozoroval ve své univerzitní laboratoři (obr. 1.2) ve Würzburgu neznámé paprsky, které označil jako paprsky X.

Obr. 1.1 Wilhelm Conrad Röntgen

(https://commons.wikimedia.org/wiki/ Category:Wilhelm_Conrad_Röntgen)

Obr. 1.2 Univerzitní laboratoř Wilhelma Conrada Röntgena

(archiv autora)

Dalším významným článkem byl Francouz Antoine Henri Becquerel (1852–1908), profesor pařížské Polytechnické fakulty (obr. 1.3), který v roce 1896 při zkoumání fluorescence uranových solí detekoval přirozenou radioaktivitu.

Obr. 1.3 Antoine Henri Becquerel

(http://edu.techmania.cz/cs/encyklopedie/vedec/1055/becquerel)

I následující jména jsou spojena s metropolí Francie. Jsou jimi manželé Curie, Marie – rozená Skłodowská (1867–1936) a Pierre (1859–1906) (obr. 1.4). Jako první popsali techniku izolace radioaktivních izotopů a dva nové prvky – radium a polonium. Pierre Curie byl žákem Henriho Becquerela a svou vědeckou kariéru začínala v jeho laboratoři i Marie. Ta po předčasné smrti manžela pokračovala v započaté vědecké práci.

Obr. 1.4 Manželé Pierre a Marie Curie

(https://cs.wikipedia.org/wiki/Marie_Curie-Sklodowská)

Mezi její významné zásluhy patří mimo jiné založení pařížského Institutu radia, ve kterém, po jejím úmrtí, pokračovali v práci její prvorozená dcera Irène Joliot-Curie (1987–1956) společně se svým manželem Frédéricem Joliot-Curiem (1900–1958). Institut se stal jednou ze čtyř světových laboratoří zkoumajících radioaktivitu – společně s Cavendishovou laboratoří při Cambridgeské univerzitě, Institutem pro výzkum radia ve Vídni a Institutem chemie císaře Wiléma v Berlíně. V letech 1920–1922 v Institutu radia pracoval také významný československý fyzik, akademik František Běhounek, kterému budou věnovány následující řádky.

V prvním roce I. světové války (1914–1918) založila Marie Curie francouzské vojenské radiologické centrum, včetně jeho mobilních jednotek, které výrazným způsobem pomohlo vojenským lékařům v diagnostice válečných zranění. Velitelem jedné z těchto jednotek byl Jean Alban Bergonié (1857–1925) (obr. 1.5), náčelník lékařských radiografických zařízení 18. divize francouzské armády. Odborná veřejnost jej považovala za mimořádnou osobnost, brilantní a vizionářskou ve svých názorech. Ve 26 letech byl jmenován profesorem lékařské fyziky a od roku 1896 se věnoval hlubšímu poznání rentgenového záření.

Obr. 1.5 Jean Alban Bergonié

(https://www.bergonie.fr/histoire/histoire-bergonie_pr-jean-alban-bergonie/)

Později svůj odborný zájem rozšířil na ochranu před ionizujícím zářením. V roce 1902 se setkal v Bordeaux s Louis Mathieu Frédéric Adrien Tribondeau (1872–1918) (obr. 1.6), který byl francouzským námořním lékařem. I on měl obdivuhodně široký odborný záběr, od biochemie přes bakteriologii po radiobiologii a dermatologii. Spolupráce obou těchto vědců vyústila v roce 1906 ke zjištění, že radiosenzitivita tkáně je přímo úměrná její reprodukční aktivitě a nepřímo úměrná stupni diferenciace buněk. Tedy, že nejcitlivější k ionizujícímu záření jsou rychle se dělící nebo málo diferencované buňky, které najdeme v pohlavní nebo v lymfatické tkáni či v kostní dřeni. Toto pravidlo označujeme na jejich počest jako „zákon Bergonie a Tribondeau“.

Konec ukázky

Table of Contents

Autorský kolektiv

Předmluva

Předmluva editorky

Seznam použitých zkratek

1 Pár slov k historii československé radiobiologie

2 Buňka – základní jednotka života

2.4 Anatomie buňky – cytoplazma a cytoplazmatické organely

2.5 Anatomie buňky – buněčné jádro a genetická informace

2.5.4 Chromozomy a organizace chromatinu

2.6 Buněčný cyklus a dělení buněk

2.6.2 Dělení buněk

3 Účinky ionizujícího záření na subcelulární a celulární úrovni, mechanizmy reparace DNA

3.1 Interakce ionizujícího záření s biologickými systémy

3.2 Radiační poškození biomolekul

3.2.5 Poškození DNA na molekulární úrovni

3.3 Poškození subcelulárních systémů

3.3.1 Poškození chromozomů

3.4 Odpověď na ozáření na úrovni buněk, tkání a organizmů

3.5 Faktory ovlivňující radiační poškození buněk a buněčnou odpověď na ozáření

3.6 Opravy poškozené DNA

4 Souhrnná charakteristika klinických změn po ozáření

4.1 Akutní nemoc z ozáření

4.2 Lokální radiační poškození

5 Kontaminace radioaktivními látkami

5.2 Vnitřní kontaminace

5.2.1 Cesty vstupu radioaktivních látek do organizmu

5.2.3 Metabolizmus vybraných radionuklidů

6 Radioprotektivní látky

6.2 Radioprotektivní látky

6.2.1 Radioprotektivní látky s krátkodobým účinkem

6.2.2 Radioprotektivní látky s dlouhodobým účinkem

7 Přínos radiobiologie pro radioterapii

7.6 Brachyterapie

8 Zdravotní péče o osoby ozářené při radiačních nehodách

8.1 Středisko speciální zdravotní péče o osoby ozářené při radiačních nehodách

8.2 Transplantace progenitorových krvetvorných buněk

8.2.1 Druhy transplantací

8.3 Podpůrná terapie v hematologii

8.3.2 Profylaxe a terapie infekčních komplikací

9 Radiační nehody a havárie

9.1 Havárie na jaderných zařízeních

9.2 Nehody se zdroji ionizujícího záření

9.2.1 Nehody na průmyslových pracovištích

9.2.2 Nehody ve zdravotnických zařízeních

10 Úkoly a činnost integrovaného záchranného systému při mimořádné události spojené s únikem radioaktivních látek

10.3 Úkoly a činnost zdravotnických složek