Eksperimentell stråleskade i rectum

Brakyterapi gis via endokavitært eller interstitielt plasserte radioaktive kilder og inngår i strålebehandling av svulster i bekkenregionen. Rectum er utsatt for skade ved bekkenbestråling, selv om raskt dosefall fra brakyterapikilden reduserer stråleeffekten i friskvevet.

En tidligere eksperimentell studie av høydose rate-effekter (>1 Gy/min) viste større toleranse for endokavitær enn for ekstern bestråling. Det er uavklart om strålebiologiske faktorer eller indusert vevshypoksi var årsaken. Betydningen av bestrålt rektalt volum er også lite undersøkt. Tradisjonelt ansees rectum som et serielt organ, der alvorlige skader i små volumfraksjoner har stor betydning for hele organets funksjon.

For å studere stråletoleranse og volumeffekter etablerte vi en eksperimentell endokavitær modell i rotterectum. Stråledosene fra 192-iridiumkilden ble kontrollert med termoluminescens og jernsulfatgel/MRI-basert dosimetri. Oksygeneringsstatus ble evaluert ved pulsoksymetri og p O₂-histografi. Dosimetri viste maksimum 5 % avvik fra kalkulert dose til rectum og lave organdoser utenom urinveiene. Oksygeneringsmålingene gav ikke holdepunkter for radiobiologisk hypoksi.

Observasjoner inntil 60 dager etter bestråling med uskjermet og halvcirkumferensiell blyskjermet applikator viste stråleskadeutvikling som ved ekstern bestråling. Blyskjermingen gav maksimalt 45 % dosereduksjon, men reduserte ikke endoskopiske eller histopatologiske skåringstall. Signifikant mindre vekttap tydet likevel på en relativ sparing av akutt mucosaskade og indikerte potensial for redusert konsekvensiell senskade.

Etter enkeltdose uskjermet brakyterapi, med 13 mm lengde av 90 % isodosen, var 50 % effektdose for senskade (rektal stenose) 23 Gy. Dette tilsvarer toleransen for ekstern bestråling. Fraksjonerte doser med 24-timers intervall førte til høyreforskyvning av dose-respons-kurven. Ifølge den lineær-kvadratiske modellen var α / β -verdien for senskade 5 Gy, som er forenlig med en korrelasjon mellom akutt og sen skade. Rektal stenose var alltid forårsaket av et velavgrenset ulcus i høydose-området. Histopatologi vurdert med et anerkjent klassifikasjonssystem viste samme karakteristika som ved alvorlig stråleproktitt hos menneske.

Bestrålt rectumvolum ble relatert til forekomsten av rektal stenose. Ved matematisk modellering basert på en treparameter biofysisk modell påviste vi en betydelig volumeffekt for utvikling av senskade etter bestråling. Rotterectum hadde en stor funksjonell reserve (v_f = 0,53) ved bestråling av< 1/4 av totalt rectumvolum.

Den observerte volumeffekten var forenlig med hypotesen om redusert konsekvensiell senskade ved skjermet bestråling og kunne bero på en større grad av parallellkoblede enn seriekoblede funksjonelle enheter (FSUs) i organet. Likevel var det sannsynlig at volumeffekten skyldtes fysiologiske (arrkontraksjon, celleproliferasjon og migrasjon) mer enn strålebiologiske prosesser. Disse mekanismene kan forklare den store friskvevstoleransen som er observert ved endokavitær bestråling av små rectumsvulster og bør inkluderes i dose-volum-betraktninger i moderne målrettet stråleterapi (conformal radiotherapy).