2) 2 (+)
3) 4,5
4) 3,5
Небольшая доля гипоксических клеток существенно повышает необходимую суммарную очаговую дозу, поскольку именно эти клетки могут сохранять клоногенный потенциал и определять вероятность местного контроля опухоли. Для фотонного излучения действует кислородный эффект: в присутствии кислорода радиационно-индуцированные свободные радикалы фиксируются в виде стойких повреждений ДНК, тогда как при гипоксии часть повреждений подвергается химической репарации. Поэтому гипоксические клетки обладают выраженной радиорезистентностью, а их наличие увеличивает излечивающую дозу более чем в 2 раза.
Количественной характеристикой кислородного эффекта является oxygen enhancement ratio (OER) — отношение дозы в условиях гипоксии к дозе при достаточном насыщении кислородом для достижения одинакового биологического эффекта. Для низколинейной передачи энергии, характерной для фотонов и электронов, OER обычно составляет около 2,5–3,0. Даже 1% гипоксической клоногенной популяции может определять опухолевый контроль, поскольку для стерилизации этих наиболее устойчивых клеток требуется существенно большая доза; точная величина зависит от степени гипоксии, фракционирования и радиобиологических свойств опухоли.
| Состояние опухолевой ткани | Основной механизм | Значение для лучевой терапии |
|---|---|---|
| Нормоксия | Кислород фиксирует свободнорадикальные повреждения ДНК | Высокая радиочувствительность клеток и меньшая необходимая доза |
| Хроническая гипоксия | Недостаточная диффузия кислорода из-за удалённости от функционирующего сосуда | Стабильная радиорезистентность; клетки могут сохранять клоногенность |
| Острая, или перфузионная, гипоксия | Колебания кровотока и временное закрытие сосудов | Радиочувствительность меняется между фракциями, возможна последующая реоксигенация |
| Гипоксическая клоногенная фракция около 1% | Небольшая по численности популяция определяет выживание наиболее устойчивых клеток | Излечивающая СОД возрастает более чем в 2 раза по сравнению с опухолью без гипоксических клеток |
| Реоксигенация при фракционировании | После гибели части клеток улучшается доступ кислорода к ранее гипоксическим зонам | Повышает эффективность последующих фракций и является одним из оснований фракционированного облучения |
| Излучение с низкой ЛПЭ | Эффект преимущественно опосредован свободными радикалами | Выраженная зависимость радиочувствительности от кислорода, высокий OER |
| Излучение с высокой ЛПЭ | Плотные повреждения ДНК возникают преимущественно прямым действием | Кислородный эффект выражен слабее, поэтому гипоксия оказывает меньшее влияние |
Клинически опухолевая гипоксия связана также с активацией HIF-зависимых механизмов, ангиогенезом и прогрессированием радиорезистентного клона. Фракционирование позволяет частично компенсировать гипоксию за счёт реоксигенации, но не устраняет её полностью. Для оценки гипоксических зон могут применяться иммуногистохимические маркеры и гипоксия-чувствительная ПЭТ, например с 18F-фтормиcoнидазолом. Следовательно, среди предложенных значений правильным является увеличение излечивающей СОД более чем в 2 раза.