¿Qué es la radiobiología?

Es la ciencia que estudia los mecanismos por los cuales se puede conseguir un control tumoral, asumiendo por otro lado los efectos secundarios aceptables en tejidos sanos.

El principio básico de la radioterapia

Es la destrucción de todas las células cancerígenas sin matar demasiadas células normales como para exceder la tolerancia de los daños en tejidos sanos.

Fases tras la irradiación de un sistema biológico

Fase Física

Interacción de la radiación con el tejido biológico mediante mecanismos de excitación e ionización.

Fase Química

Aparición de radicales libres que son altamente reactivos (requilibrio electrónico).

Fase Biológica

Reacciones enzimáticas que actúan sobre el daño químico.

Efectos de la radiación

Efectos agudos

Aparecen en las primeras semanas o meses.

Reparaciones tardías

Aparecen varios años después.

Valores α/β

Valores α/β pequeños

Efecto agudo.

Valores α/β grandes

Efectos tardíos.

Posibles resultados de un tratamiento radioterápico

• +TCP -NTC: Control tumoral sin daños en los OARS.
• -TCP + NTC: Daño OARS sin control tumoral.
• -TCP – NTC: No control tumoral ni daños OARS.
• +TCP +NTC: Control tumoral dañando OARS.

Tolerancia de un tejido normal

El límite superior de dosis que puede ser aceptada referida a un determinado efecto y esquema de tratamiento.

Índice terapéutico

La respuesta tumoral para un determinado nivel de daño al tejido sano.

Curva de supervivencia de fracción

Es la representación gráfica de la fracción de células supervivientes en función de la dosis administrada.

Factores que influyen en la probabilidad de control tumoral

• Factor de supervivencia
• Dosis
• Radiosensibilidad
• Tipo de radiación y ritmo
• Nº inicial de células cancerígenas
• Físico-químico: oxígeno, nutrientes

Daño celular

Daño letal

El daño irreparable, muerte directa de la célula en la primera interacción.

Daño subletal

Puede ser reparado o bien producir la muerte de la célula por acumulación de una dosis adicional.

Ecuación modelo lineal cuadrático

LnS= αd+βd²=Gy.
S=fracción supervivencia.
d=dosis acumulada.
α/β=Constantes características de la población celular estudiada. (α Gy-¹ una sola interacción) (β Gy-² dos interacciones: 1ª subletal, 2ª interacción por acumulación.

Significado de α/β

α/β alto

Poco daño subletal, daños letales altos, tejido de alta proliferación (piel, mucosa), muerte celular por la vía α (respuesta aguda).

α/β bajo

Poco daño letal, alta capacidad de reparación, muerte celular por vía β (respuesta tardía, tumores).

Factores que influyen en el efecto final de la radiación

• Tipo de radiación
• Ritmo de administración
• Ciclo reproductivo de las células en el momento de la administración
• Repoblación celular
• Distribución de oxígeno y nutrientes

Relación α/β en el modelo lineal cuadrático

α/β alta

Daños letales considerables y/o pocos daños subletales.

α/β baja

Pocos daños letales y/o una alta capacidad de reparación.

Tolerancia de un tejido a la radiación

La dosis que genera un índice de complicaciones aceptables para ese paciente en particular.

Efectos de la radiación sobre los tejidos normales

Efectos precoces

Tejidos de rápida renovación.

Efectos tardíos

Tejidos de lenta proliferación (pulmón, hígado, corazón, sistema nervioso central, piel que puede proliferar a fibrosis).

Organización de los tejidos

Organización Paralela

Su alta tolerancia a la radiación parcial. Las células supervivientes pueden migrar dentro del tejido y repoblarlo.

Organización en Serie

La destrucción de una de estas unidades puede causar el fallo del funcionamiento del órgano entero.

Modelos Isoefectos

Sirven para comparar la efectividad de tratamientos efectuados con pautas de dosis diferentes, eran modelos empíricos.

Factores que determinan la dosis

• Factor de supervivencia
• Número de células
• Sensibilidad

Fraccionamiento convencional en radioterapia

180-200cGy/día en una única fracción, 5 días/semana, alcanzando dosis totales entre 50-70Gy.

Significado de un cociente α/β grande

Que la muerte celular sobreviene sobre todo por la vía α (muerte celular directa), no interviniendo los procesos de reparación celular, daño inmediato en el tejido (efecto agudo).

Significado de un valor α/β pequeño

Que la muerte celular se produce por vía β, la vía complicada donde intervienen multitud de procesos celulares (reparación del ADN, etc.), la célula tiene una gran capacidad reparadora, pudiendo producir errores biológicos a largo plazo que terminarán en un daño en el tiempo (efectos tardíos).

Valores α/β en tumores

α/β alto

Efectos agudos.

α/β bajo

Efecto tardío. Para las reacciones tardías del tejido sano el valor de α/β es pequeño, unos 2Gy.

Las 5 R de la radiación

Fenómenos que modifican la eficacia de las dosis sucesivas de radiación en un tejido:

• Reparación: El tejido inicia una rápida reparación de las lesiones subletales.
• Redistribución: Se produce una redistribución de las células dentro del ciclo celular al ser destruidas aquellas en fases más sensibles, quedando las más resistentes.
• Reclutamiento: Se desencadena un reclutamiento de las células que estaban quiescentes.
• Reoxigenación: Se produce una reoxigenación de las células tumorales al acercarse a capilares nutricios, haciéndolas más radiosensibles.
• Repoblación: Se produce una repoblación del tejido irradiado por tejido sano.

Tipos de fraccionamiento

Hiperfraccionamiento

Dosis de 115-120cGy, 5 días/semana, cada fraccionamiento debe estar separado del anterior un mínimo de 6h.

Fraccionamiento acelerado

Se administran dos fracciones diarias con dosis de 180-200cGy para alcanzar la misma dosis pero en la mitad de tiempo, aumentando el control tumoral, pero los efectos agudos y tardíos son mayores.

Hipofraccionamiento

Se administra una fracción diaria aumentando la dosis por fracción y disminuyendo la dosis total, se utiliza en cuidados paliativos y cáncer de mama (267cGy/fracción, 15 días), así la DBE es mayor y se consigue un mayor control tumoral.