¿Qué es la radiobiología?

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.

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.

Efectos tardíos:

Aparecen varios años después.

Valores α/β

Valores α/β pequeños:

Efecto agudo.

Valores α/β grandes:

Efectos tardíos.

Medición de la respuesta a la radiación

Los mecanismos más habituales para medir una respuesta son:

• Curva respuesta temporal.
• Curva respuesta acumulada.
• Relaciones dosis-respuesta.
• Relaciones isoeefecto.

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.

Ventana Terapéutica:

Espacio entre las dos curvas descritas.

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

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 letal y subletal

Daño Letal:

La muerte directa de la célula provocada por la radiación (1ª interacción).

Daño Subletal:

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

Ecuación del modelo lineal cuadrático

LnS= αd+βd²=Gy. Donde:

• 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 alto

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

Significado de α/β bajo (Modelo lineal cuadrático)

Pocos daños letales y/o una alta capacidad de reparación. Muerte celular por vía β (respuesta tardía), tejido de lenta proliferación.

Factores que influyen en el efecto de la radiación

El efecto final de una dosis de radiación depende del tipo de radiación y del ritmo con que se administre.

El modo en que responde una población celular a la radiación depende del ciclo reproductivo en el momento en que se administra la dosis y habrá que tener en cuenta la repoblación celular.

Otros factores físicos y químicos

La distribución de oxígeno y nutrientes que influirán en la supervivencia.

Tolerancia a la radiación

Se define la tolerancia de un cierto tejido para un tratamiento con radiaciones como la dosis que genera un índice de complicaciones aceptables para ese paciente en particular.

Efectos de la radiación sobre los tejidos normales

Efectos precoces (agudos):

Tejidos de rápida renovación.

Efectos tardíos:

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

Organización Paralelo:

Su alta tolerancia a la radiación se debe a la capacidad de las células supervivientes de migrar dentro del tejido y repoblarlo.

Organos en serie

Una característica de los órganos en los que sus unidades estructurales se encuentran en serie es que 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 (modelos empíricos).

Factores que influyen en la dosis

• Factor de supervivencia.
• Nº de células.
• Sensibilidad.

Fraccionamiento convencional (estándar) en radioterapia

Se refiere a la administración de 180-200cGy/día en una única fracción, 5 días/semana, alcanzando dosis totales entre 50-70Gy (40-80Gy).

Significado de un cociente α/β grande

Desde el punto de vista radiobiológico, significa que la muerte celular sobreviene sobre todo por la vía α (muerte celular directa), no interviniendo los procesos de reparación celular. El daño es inmediato en el tejido (efecto agudo).

Significado de un valor α/β pequeño

Significa que la muerte celular se produce por vía β (la vía complicada donde intervienen multitud de procesos celulares como la 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).

Tumores con α/β alto

Producen efectos agudos.

Tumores con α/β bajo

Producen efectos tardíos.

Valor de α/β para las reacciones tardías del tejido sano

Es pequeño, unos 2Gy.

Las 5 R de la radiación

Cuando se administra una dosis de radiación a un tejido, una serie de fenómenos modifican la eficacia de las dosis sucesivas. Estas son las 5 R de la radiación:

• 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 los capilares nutricios, haciéndolas más radiosensibles.
• Repoblación: Se produce una repoblación del tejido irradiado por tejido sano.

Hiperfraccionamiento

Dosis de 115-120cGy, 5 días/semana. Cada fraccionamiento debe estar separado del anterior un mínimo de 6h, alcanzando dosis totales de 80Gy. Su finalidad es disminuir los efectos tardíos aumentando la eficacia sobre el tumor.

Fraccionamiento acelerado

Se administran dos fracciones diarias con dosis de 180-200cGy para alcanzar la misma dosis pero en la mitad de tiempo. Aumenta 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.

Tumores que se benefician de un tratamiento hipofraccionado

Aquellos con un α/β menor o igual que los tejidos normales de respuesta tardía, que tienen mayor capacidad de reparación que el tejido normal.

Efecto del fraccionamiento sobre la fracción de supervivencia

Si se mantiene la dosis total, la fracción de supervivencia aumenta.