Tùy theo liều lượng bức xạ do cơ thể hấp thụ ít hay nhiều mà các biến đổi nói trên có thể được phục hồi hoặc khơng thể phục hồi. Ngồi yếu tố liều lượng, tác hại của bức xạ còn phụ thuộc vào yếu tố thời gian. Cùng một liều lượng bức xạ, nếu cơ thể hấp thụ làm nhiều lần, thì các biến đổi về bệnh lý ít xảy ra hơn so với trường hợp hấp thụ ngay một lúc. Nguyên nhân này liên quan tới khả năng tự phục hồi của tế bào ở cơ thể sống.
1.3.2 Cơ sở của phân liều lượng theo thời gian
Lợi ích việc phân nhỏ liều lượng là ñể tăng khả năng phục hồi cho tế bào lành, và tăng khả năng tiêu diệt tế bào ung thư do sự thay ñổi về oxy, sự tái phân bố tế bào. Cơ sở phân liều theo thời gian thể hiện ở khái niện 4 tái tạo của sinh học phóng xạ: sự tái tạo oxy, sự tái tạo quần thể, sự hồi phục, sự tái sinh sôi.
Sự tái tạo oxy trong khối u ác tính là một thơng số rất quan trọng để đảm bảo
có được độ nhạy phóng xạ cao. ðối với những bức xạ có LET thấp (như photon và electron), các tế bào ñược tưới oxy chỉ cần một liều lượng phóng xạ bằng 1/3 của liều chiếu trên loại thiếu oxy mà vẫn ñạt cùng một kết quả như nhau. Những khối u có các tế bào thiếu oxy và xa động mạch thuộc loại kháng tia. Những tế bào im
lặng này có thể chiếm đến 15% tổng số các tế bào. Với kỹ thuật chia nhỏ liều, các tế bào im lặng khi ñược cung cấp thêm oxy sẽ làm cho chúng nhạy xạ hơn. ðó là những tế bào ñược cung cấp ñầy ñủ oxy khi bị chết ñã ñể lại lượng máu cho các tế bào thiếu oxy trước đó. Bằng cách này, duy trì quần thể tế bào được cung cấp tốt oxy.
Sự tái tạo phân bố chu kỳ tế bào có thể là một yếu tố quan trọng cho tính “tự
nhạy cảm tia xạ”. Vì sự nhạy cảm tia xạ của các tế bào là khác nhau ngay trong một chu trình phát triển. Việc chia nhỏ liều lượng ñảm bảo rằng tất cả các tế bào sẽ ở trong pha nhạy cảm ít nhất cùng thời gian với một hoặc hai lần chiếu xạ.
Sự hồi phục, một ñiều quan trọng là phải có đủ thời gian để cho các tế bào
lành hồi phục do tổn thương tia xạ. Người ta ñã cho thấy rằng cần ít nhất 6 giờ giữa hai lần chiếu ñể các tế bào lành bị chiếu xạ kịp hồi phục. Dựa vào các kết quả thu ñược của chế ñộ phân liều, người ta thấy rằng thậm trí cần khoảng thời gian lâu hơn nữa đối với tủy sống ñể tránh viêm do tia xạ. Sự hồi phục có một ý nghĩa đặc biệt đối với việc xạ trị áp sát sử dụng những máy với suất liều khác nhau.
Sự tái sinh sôi hay sự tái tạo quần thể của tế bào là một trong những thơng số
quan trọng đối với kết quả điều trị và quan trọng ñối với cả sự ñáp ứng sớm của các tế bào lành cũng như của các tế bào u. ðối với sự ñáp ứng của tế bào lành như da chẳng hạn, tốc ñộ phân chia tế bào sẽ bắt ñầu tăng lên sau khoảng thời gian nào đó từ khi bắt đầu điều trị, vì vậy u cầu liều lượng ngày càng tăng lên ñể cho cùng một hiệu ứng sinh học. ðiều này làm cho nó có lợi thế trong việc kéo dài thời gian điều trị, bởi vì tốc ñộ hồi phục trở nên nhanh hơn theo thời gian. Sự kéo dài thời gian điều trị tia xạ do đó có lợi cho sự hồi phục của các mơ lành, cho các tế bào ñáp ứng sớm, nhưng khơng có lợi cho các tế bào đáp ứng muộn. ðiều này sẽ gây ra khó xử và phương pháp điều trị tốt nhất cịn tùy thuộc vào mức ñộ tương ñối của sự hồi phục của các tế bào lành cũng như tránh ñược sự tăng sinh của tế bào u. Vấn ñề ở ñây là cần phải cân nhắc một cách thận trọng về loại khối u.
1.3.3 Cơ sở ñáp ứng của tế bào
Càng ngày, các kỹ thuật phân bố liều lượng ngày càng tiến bộ, sự phân nhỏ liều cùng với phân bố theo không gian làm giảm tối đa ảnh hưởng tới mơ lành mà vẫn tiêu diệt tốt tế bào u. Tuy nhiên ñể phác thảo một quy trình tối ưu về mặt sinh học phóng xạ khơng thể đạt được bằng việc phân bố liều lượng. Sự biến ñổi về liều lượng cần ñiều chỉnh theo yếu tố thích hợp về mặt sinh học. Có các mơ hình về mặt sinh học phóng xạ cần mơ tả được ảnh hưởng của các yếu tố ñến kết quả ñiều trị. Tuy nhiên cũng cần cân nhắc tới kết quả mang tính kinh nghiệm trong thực tế lâm sàng khi áp dụng tính tốn theo các mơ hình. Một số mẫu được đưa ra như “ Liều
lượng chuẩn hóa danh định”, “Sự hồi phục khơng hồn tồn”, “Chết và chết tiềm tàng của tế bào”, “Mẫu phương trình bậc hai”. Có 2 mẫu sát với thực tế lâm sàng là
“ Liều lượng chuận hóa danh định” và “Mẫu phương trình bậc hai”.
Mẫu liều lượng chuẩn hóa danh định (NSD) và sự phân bố liều lượng theo thời gian (TDF) đưa ra cơng thức mang tính kinh nghiệm. NSD để tính tốn giới hạn tổng liều chịu ñựng của các mơ lành trong tồn bộ thời gian điều trị và số buổi chiếu áp dụng trên bệnh nhân. NSD chỉ áp dụng ñược cho một ñợt ñiều trị hoàn thiện và tế bào lành bị chiếu ở giới hạn chịu ñựng. ðể khắc phục hạn chế trên, khái niệm NSD ñược mở rộng thành “tổng liều từng phần” (PT). Các giá trị NSD là hằng số cho mỗi loại tế bào riêng biệt, PT là các ñại lượng phụ, nên những kế hoạch phân liều ñã ñược ñơn giản bằng cách tra bảng sự phân bố liều lượng theo thời gian cho các kế hoạch có nhịp từ 1÷5 buổi chiếu trong tuần.
Mơ hình ít tính kinh nghiệm hơn là “Mẫu phương trình bậc hai”. Mẫu tính tới sự sống sót tế bào, độ nhạy cảm bức xạ, sự phân nhỏ liều lượng, sự tăng sinh của khối u, sự gián ñoạn trong ñiều trị, điều trị lại, và di căn. Các tính tốn đều dựa trên liều hiệu ứng sinh học và liều hiệu ứng chuẩn.
Các mơ hình về sinh học phóng xạ giúp nhà xạ trị tính tốn phân liều cũng như tổng liều ñiều trị cho từng loại bệnh. Với cùng liều lượng nhưng hiệu quả xạ trị lại khác nhau. Mơ hình tính tốn về sự đáp ứng tế bào lành và tế bào u thể hiện ở khả năng xác suất kiểm soát khối u (TCP) và xác suất biến chứng của các mô lành
(NTCP). Mối quan hệ giữa TCP và NTCP là khác nhau với mỗi loại u (hình 1.14). Dựa trên quan hệ giữa liều đáp ứng bức xạ của mơ ung thư và xác suất biến chứng mơ lành để chọn liều điều trị thích hợp.