Strahlenwirkung am Normalgewebe

Summary

The curative effectivity of external or internal radiotherapy necessitates exposure of normal tissues with significant radiation doses, and hence must be associated with an accepted rate of side effects. These complications can not a priori be considered as an indication of a too aggressive therapy. Based on the time of first diagnosis, early (acute) and late (chronic) radiation sequelae in normal tissues can be distinguished. Early reactions per definition occur within 90 days after onset of the radiation exposure. They are based on impairment of cell production in turnover tissues, which in face of ongoing cell loss results in hypoplasia and eventually a complete loss of functional cells. The latent time is largely independent of dose and is defined by tissue biology (turnover time). Usually, complete healing of early reactions is observed. Late radiation effects can occur after symptom-free latent times of months to many years, with an inverse dependence of latency on dose. Late normal tissue changes are progressive and usually irreversible. They are based on a complex interaction of damage to various cell populations (organ parenchyma, connective tissue, capillaries), with a contribution from macrophages. Late effects are sensitive for a reduction in dose rate (recovery effects).

A number of biologically based strategies for protection of normal tissues or for amelioration of radiation effects was and still is tested in experimental systems, yet, only a small fraction of these approaches has so far been introduced into clinical studies. One advantage of most of the methods is that they may be effective even if the treatment starts way after the end of radiation exposure. For a clinical exploitation, hence, the availability of early indicators for the progression of subclinical damage in the individual patient would be desirable. Moreover, there is need to further investigate the molecular pathogenesis of normal tissue effects in more detail, in order to optimise biology based preventive strategies, as well as to identify the precise mechanisms of already tested approaches (e. g. stem cells).

Zusammenfassung

Eine effektive kurative externe oder interne Strahlenbehandlung muss immer mit der Exposition normaler Gewebe mit signifikanten Strahlendosen, und deshalb mit einer akzeptierten Rate an Nebenwirkungen einhergehen. Diese Komplikationen sind nicht a priori als Zeichen einer zu aggressiven Therapie anzusehen. Nach dem Zeitpunkt des Auftretens werden frühe (akute) und späte (chronische) Strahlenreaktionen an Normalgeweben unterschieden. Frühreaktionen treten definitionsgemäß erstmalig bis zum Tag 90 nach Beginn der Bestrahlung auf. Sie beruhen auf der Hemmung der Zellneubildung in Umsatzgeweben, die bei fortbestehendem Zellverlust zur Hypoplasie bis hin zum vollständigen Verlust funktioneller Zellen führen kann. Ihre Latenzzeit ist unabhängig von der Dosis und durch die Gewebebiologie (Umsatzzeit) bestimmt. In der Regel heilen diese Reaktionen vollständig ab. Spätreaktionen können nach einer symptomlosen Latenzzeit von Monaten bis Jahren auftreten. Dabei hängt die Latenzzeit invers von der Dosis ab. Spätreaktionen verlaufen progressiv und sind in der Regel irreversibel. Sie beruhen auf einer komplexen Interaktion der Schädigung verschiedener Zellpopulationen (Organparenchym, Bindegewebe, Kapillaren) mit Beteiligung von Makrophagen. Strahlenspätfolgen sind sensibel für eine Erniedrigung der Dosisleistung (Erholungseffekt).

Biologisch begründete Strategien zur Protektion von Normalgeweben oder Verminderung von Strahlenfolgen wurden und werden experimentell getestet. Jedoch hat nur ein kleiner Anteil Eingang in klinische Studien gefunden. Ein Vorteil der meisten dieser Ansätze ist, dass ein Beginn der Behandlung deutlich nach der Strahlenexposition möglich zu sein scheint. Um dies sinnvoll zu gestalten, wäre die Verfügbarkeit früher Indikatoren für die Progression subklinischer Schäden beim einzelnen Patienten wünschenswert. Weiterhin besteht dringender Bedarf, die molekulare Genese der Strahlenfolgen im Detail zu klären, um optimierte biologisch begründete Präventionsansätze zu etablieren. Auch die Mechanismen bereits getesteter Strategien (z. B. Stammzellen) müssten weiter identifiziert werden.

Keywords

Normal tissue - pathogenesis - factors of radiation sensitivity - protection

Schlüsselwörter

Normalgewebe - Pathogenese - Faktoren der Strahlenempfindlichkeit - Protektion

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