Радиочувствительность — это ответ опухоли на облучение, который измеряется степенью регрессии, скоростью ее наступления и длительностью. Радиочувствительность зависит от ряда факторов: способности клеток устранять повреждение, гипоксии, периода клеточного цикла и доли растущих клеток. Кроме того, возможность ликвидации опухоли определяется ее начальным объемом.
Важно понимать, что термины «радиочувствительность» и «способность излечить лучевой терапией» имеют разные значения. Относительно радиорезистентпые новообразования, доступные для локального подведения высоких доз облучения, могут быть излечены, но радиочувствительные метастатические опухоли излечить с помощью одной лучевой терапией (ЛТ) нельзя: может быть достигнут только местный эффект.
Прекрасный пример относительно радиорезистентного новообразования — плоскоклеточный рак шейки матки (РШМ). Эта опухоль остается одной из самых излечиваемых, что объясняется возможностью подведения к ней высоких доз излучения и ее происхождением из тканей, которые также относительно радиорезистентны. Ключ к успешному лечению — хорошие условия для расположения радия или цезия в непосредственной близости к опухоли без превышения дозы на окружающие нормальные ткани выше переносимой.
Множество попыток было предпринято, чтобы найти способ определения радиочувствительности опухоли. Однако в настоящее время не существует надежного метода прогнозирования результата лечения данной конкретной опухоли. Не исключено, что опухоли состоят из нескольких популяций клеток с различной чувствительностью к XT и ЛТ. Чувствительные клетки погибают, а резистентные — продолжают расти. Это объясняет, почему вначале ответившие на лечение опухоли в конечном счете не излечиваются.
Для прогнозирования и изучения радиочувствительности опухолевых клеток разработаны модели in vitro. Клеточная радиочувствительность определяется в основном потерей репродуктивной способности, которую показывает кривая выживаемости, характеризующаяся начальным наклоном а и конечным b, причем а отражает невосстановимые повреждения клетки, а b — восстановимые. Отношение а/b — доза, при которой вклад от а эквивалентен вкладу от и, и есть показатель радиочувствительности.
Кривая выживаемости клеток.
Начальный наклон (а) отражает невосстановимые повреждения, а конечный наклон (b) - восстановимые.
Отношение а/b — это точка на кривой, где два значения равны
Большие значения отношения характерны для быстроделящихся клеток, они помогают предсказать ответ опухолей и оценить раннюю эффективность облучения. Низкие значения характеризуют поздно реагирующие ткани.
Размер плеча кривой выживаемости дает важную информацию, т. к. отражает величину репарации сублетальных повреждений. Широкие плечи имеют низкие отношения а/b и хорошую репарацию сублетальных повреждений, которая занимает 2—6 ч. Способность клеток восстанавливать сублетальные повреждения служит основанием для фракционирования дозы ЛТ, при котором используются различия между способностью нормальных и опухолевых тканей к репарации.
Различная способность к репарации также служит основой для ускоренного фракционирования и гиперфракционирования, при которых доза подводится 2 раза в день. Такой подход дает хорошие результаты при быстро растущих опухолях. Лечение 2 раза в сутки оставляет достаточный срок нормальным тканям для репарации, тогда как опухолевые, менее организованные ткани погибают в силу нехватки времени для восстановления.
Некоторые клетки почти не имеют плеча на графике, что говорит об их ограниченной способности к репарации сублетальных повреждений; эти клетки погибают от относительно небольших доз радиации. Например, дисгерминомы излечиваются сравнительно невысокими дозами облучения (20—30 Гр) по сравнению с опухолями шейки матки, к которым необходимо подвести более 70 Гр для получения полного эффекта.
Различная выживаемость нормальных и опухолевых тканей зависит от разной их способности накапливать и репа-рировать сублетальные повреждения, полученные от фракционированных доз.
Нормальные ткани восстанавливаются быстрее и эффективнее
Доступ кислорода также имеет большое значение для радиочувствительности клетки. Излучение в клетке взаимодействует с органическими молекулами (ДНК). ДНК может восстановиться, если молекула кислорода не присоединится к ней, «фиксируя» повреждение. Надо отметить, что кислород усиливает эффект излучения с низкой ЛПЭ (фотоны), но не оказывает аналогичного действия при облучении пучком с высокой ЛПЭ.
Способность кислорода усиливать излучение, или коэффициент кислородного усиления, вычисляется как отношение дозы излучения, производящей определенный эффект без кислорода, к дозе, дающей тот же эффект, но в присутствии кислорода. Для наблюдения полного кислородного эффекта необходимо наличие по крайней мере 2 % (17 мм рт. ст.) тканевого кислорода.
Способность опухолевых клеток к росту потенциально не ограничена, но практически зависит от поступающих с кровью питательных веществ. Известно, что любая опухоль размером более 200 мкм имеет некроз в центре вследствие ограниченной способности кислорода диффундировать на большие расстояния. Кислород легко проникает на 70 мкм от кровеносного сосуда.
Клетки, располагающиеся дальше этого расстояния, страдают от нехватки кислорода и переходят в фазу покоя. В них может развиться гипоксия и даже аноксия и некроз. Это важно с точки зрения радиобиологии, т. к. покоящиеся клетки проявляют более выраженную способность к восстановлению радиационных повреждений. Клетки в состоянии гипоксии более резистентны к облучению, чем нормально оксигенированные. Таким образом, большие опухоли труднее излечить с помощью ЛТ не только из-за большего числа составляющих их клеток, но и вследствие нахождения в них гипоксических, покоящихся и радиорезистентных клеток.
С увеличением расстояния от кровеносных сосудов клетки находятся в состоянии гипоксии и даже аноксии.
Гипоксические клетки более радиорезистентны и поэтому труднее поддаются лечению.
Кислород диффундирует примерно на 70 мкм от капилляров.
Клинический пример: замечено, что экзофитные рыхлые опухоли шейки матки, легко кровоточащие при контакте, лучше и быстрее отвечают на облучение, чем инфильтративные формы. Кровоснабжение и оксигенация этих двух видов новообразований значительно отличаются: рыхлая опухоль лучше васкуляризована и, следовательно, оксигенирована, поэтому ее радиочувствительность выше. К сожалению, к настоящему времени попытки преодолеть такое существенное различие в чувствительности к облучению с помощью гипербарической оксигенации и радиосенсибилизации не дали ожидаемых результатов.
Другим важным фактором, влияющим на радиочувствительность, служит содержание в опухоли митотических, или клоногенных, клеток. Размножающиеся клетки более чувствительны к облучению. Число митозов коррелирует с прогнозом лечения при многих опухолях. Фаза клеточного цикла тоже имеет большое значение. Клетки в поздней G2 и митотической (М) фазах наиболее чувствительны к облучению, а в поздней синтетической фазе (S) — наиболее резистентны. Это учитывается при совместном применении ЛТ и XT. Так, например, паклитаксел задерживает клетки в фазе митоза и, следовательно, выступает в роли чрезвычайно сильного радиосенсибилизатора.
От первоначального объема опухоли в значительной степени зависит возможность излечения: чем меньше объем, тем меньшая доза облучения требуется для уничтожения всехзлокачественных клеток и наоборот, при большем объеме доза, необходимая для исчезновения опухоли, возрастает. Принцип лечения сокращающимися полями заключается в последовательном уменьшении размера полей облучения с тем, чтобы подвести наибольшую дозу на центральную часть опухоли, где предположительно находятся наиболее радиорезистентные клетки в состоянии гипоксии.
В течение длительного времени клиницисты предпринимали попытки установить взаимосвязь между ответом опухоли на облучение и частотой местного рецидивировапия. В целом, чем полнее ответ опухоли к окончанию лечения и чем скорее он наступает, тем дольше период ремиссии, т. к. можно предположить, что отдаленные метастазы не появятся. Хотя эта зависимость не универсальна, при РШМ показана устойчивая корреляция между длительностью ремиссии и степенью резорбции опухоли к концу курса облучения — частичной или полной регрессией.
Grigsby установил взаимосвязь между выживаемостью и ответом опухоли к окончанию лечения, который он определял с помощью ПЭТ, основанной на измерении метаболизма глюкозы.
Другой фактор, ограничивающий излечиваемость с помощью лучевой терапии (ЛТ), — увеличение побочных эффектов со стороны нормальных тканей, связанное с повышением дозы. Появление этих осложнений зависит от суммарной дозы и дозы за фракцию, объема облученных тканей и их радиочувствительности. Цель любой терапии — достижение излечения с минимальным количеством побочных эффектов. Комбинирование ЛТ с хирургическим лечением или XT снижает толерантность нормальных тканей к облучению.
Установлены и хорошо обоснованы размеры полей, суммарные дозы и схемы фракционирования, но они не могут оставаться неизменными. Продолжают исследовать различные методы повышения процента выздоровления и снижения осложнений; для этого используют новые химиотерапевтические радиосенсибилизаторы, а также технические достижения в подведении излучения, такие как ЛТМИ и радиопротекторы, подобные этиолу.
а - клеточный цикл
б - кривая выживаемости клеток в митозе и фазе G2 более крутая и не имеет плеча.
Кривая для клеток в поздней S-фазе более пологая и имеет большое плечо.
Фазы G1 и ранняя S характеризуются промежуточной чувствительностью.
