,A klinikai sugárbiológiában és radioterápiában alkalmazott a - és b -effektus fogalom a sugárhatás lineáris quadraticus elméletéből származik (LQ-formalismus). A két hatásmódot a Barendsen és Thames - féle I = aD + bD2 egyenletben még “a” és “b” állandóként jelzik (I =a vizsgált jelenség, változás gyakorisága, D=a sugárdózis). A gyakorlatban az a /b - hányadost használjuk (Wideröe+, Herrmann, Gordon Steel+ ). Az in vivo és in vitro radiobiológiában széles körben elterjedt lineáris quadraticus modell az alacsonyabb dózistartományokban ma kétségtelenül a legjobb leírás (0-3 Gy tartományban):
,ahol p = túlélés, a = a -effektus, b = b -effektus, D = dózis. A dózishatásgörbe alakját az a /b -hányados szabja meg. Mivel a dimenziók a Gy-1 és b Gy-2, az a /b -hányados dimenziója Gy. Az elmélet szerint a két effektus értelmezése az alábbi.
1. a -effektus - letális, irreparabilis sugárkárosodás. A sejtmag és a DNS kettős helix sérülése a sejthalál (cell death) oka. Küszöbhatára: 12 keV/µm. Ha keletkezett ionsűrűség ezt a küszöböt túllépi a magas LET-értékű sugárzásoknál, úgy a kettős DNS lánctörés interfázikus halált okoz (korai sejthalál). Az a -effektus az irreparabilis sejtpusztulás küszöbe feletti sugárreakció, tipikus egytalálatos radiobiológiai történés, dózisfüggése exponenciális, azaz:
,ahol a D a sugárzás a -komponense (magas LET-komponens!) és a Da 0 pedig a sejtre jellemző, a -reakcióra vonatkozó érzékenység paramétere. Néhány a -érték: elektronsugárzás (10Mev felett) 0.08, Co60-gamma-sugárzás 0.12, 200 keV röntgensugárzás 0.16, neutron (7 MeV) 0.45, a -sugárzás 1.0. Egy sejtvonal a -érzékenysége (Da 0) a sugárminőségtől független, de nagyon függ a sejtciklusbeli helyétől. In vitro V-79 sejtkultúrában az a -érzékenység az S-fázisban háromszor nagyobb, mint a mitosisban. Emlős sejtsorokban az átlagos in vitro a -érzékenység (Da 0) kb. 0.476 Gy (Hall, 1979).
2. b -effektus - kevésbé ismert jelenség, a potenciálisan letális és szubletális sérülések összefoglaló neve. A sejthalál, ha a regeneráció sikertelen, később következik be. Ez a kevésbé súlyos, reparabilis hatás a 12 keV/µm ionsűrűség (energiasűrűség) alatti sávban alakul ki (kisebb LET-érték!). 1-2 mitosis lehetséges (hasonlóan a haemopoeticus őssejteknél leírt abortiv regeneráció hullámához - Bond, Fliedner és Archambeau).
A b -effektus oka egy olyan egyes DNS-lánctörés (single break), amely közvetlenül szomszédos a helix másik, komplementer láncán lévő töréssel. Így a két törés kettős lánctörésként hat. A “hogyan?”-ra azonban az elmélet nem ad választ! A potenciálisan letális és subletális károsodások sorsa a biológiai rendszerben kétféle: a megfelelő mechanizmusok kijavítják őket, vagy a károsodások összegződnek és bekövetkezik a késői sejthalál (synergismus).
A b -effektus nem egytalálatos folyamat, a dózishatásgörbe nem lineáris, hanem vállas-görbe lesz. Elfogadhatónak tűnt a Barendsen-féle többcéltárgyas egyenlet a történések leírásához, de a károsodások kijavítása miatt az extrapolációs számok értékei nagyon variabilisek lesznek (n=4, 12, 36, stb.), az egyenlet értéke a gyakorlatban kérdéses. A tapasztalat azt mutatta, hogy szemben az a -effektusoknál észlelt helyzettel - a b -effektusok nem függetlenek a sugárminőségtől (LET), valószínűleg az alacsony LET-sávban kumulálódott dózisspektrum a különbségek oka. Érdekes megfigyelés, hogy az oxigénhatás mindkét hatástípusnál kimutatható volt. A b -effektus kevésbé függ a ciklus-fázisoktól, ami arra utalhat, hogy a DNS-molekulán kívül az effektus kialakításában más sejtkomponensek is részt vehetnek. Feltételezik továbbá, hogy a normális testi sejteknél a b -effektus kisebb, mint az euoxiás daganatsejtek esetében. A végső biológiai hatásban a fentiek alapján két hatás összegződéséről van szó: az a -effektus és az egymástól független két egyes DNS-lánctörés, a b -effektus szummációjáról.
A klinikai sugárbiológia és sugárterápia nagy reménységeket fűzött az un. a / b -effektus hányados szerepéhez. A két hatásfajta felismerésekor gondoltak arra, hogy a normális és a daganatos sejtek b -effektusai közti különbségeket ki kellene aknáznunk, az effektusok szelektív különbségeit. Ismeretes, hogy a potenciálisan letális sejtek a plateau fázisukban, a sejtkinetikai G1-fázisban reparabilisek. A legtöbb normálsejt ebben a plateauban, a daganatsejtek kb. 90%-a pedig az exponenciális növekedés szakaszában található. Ez utóbbi azt jelenti, hogy a daganatsejtek károsodásai irreparabilisek. Ebből adódik a célunk: a lehetséges legnagyobb b -effektus elérése céljából nagy egyes dózisokat kell adni, a sugárkezelések egyes dózisfrakcióinak idejét úgy kell kiválasztanunk, hogy a normális sejtek viszonylag lassú regenerációjához maradjon elegendő idő és meg kell találnunk a normális sejtek regenerációjának gyorsításához alkalmas eljárásokat (pl. 2-Deoxy-D-glucose).
Mint láttuk korábban, a dózishatásgörbék alakját az a / b -hányados determinálja. De mi lehet e hányados szerepe a daganatok sikeresebb kezelésében? A válaszhoz egy gondolatnyi kitérőt kell tennünk. 1968-ban a kiváló angol radioterapeuta, Ellis kidolgozta a később róla elnevezett nominal standard dose elméletet (NSD-concept). Az elméletből nekünk a korán és a későn reagáló szövetek fogalma fontos és az, hogy e minősítés mögött a kicsiny, vagy nagyfokú regenerációs kapacitás van. A későn reagáló szövetek reparativ képessége lényegesen nagyobb, amit a sugárterápia ki is használt. A NSD-elmélet kisebb-nagyobb pontatlanságait a már ismert Barendsen-Thames-féle LQ-fomalismus (lineáris quadraticus egyenlet) kísérelte meg kiküszöbölni. És most itt kell visszatérnünk az a / b -hányados kérdéséhez.
Az egyenlet alapján világos, hogy a lineáris rész az irreparabilis, irreversibilis sugáreffektusokat, addig a quadraticus a subletális károsodások reparatios kapacitását jelzi. Ebből adódik, hogy a korán reagáló szöveteknél az a / b -hányados nagy lesz (10 Gy), a későn reagálóknál pedig alacsony értékű (2.5 Gy). A lineáris quadraticus modell tehát lehetővé teszi az egyes szövetféleségek specifikus sajátságainak is a figyelembe vételét (Herrmann, Gordon Steel). Érthető az experimentális sugár-biológiának az a törekvése, hogy az egyes szövetek és daganataik a / b -hányadosait exact módon meghatározza. Néhány kiválasztott szerv és szövet a / b -hányadosa a következő (Fowler, cit.: Herrmann, 1990):
A Fowler-féle táblázat (1989) állatkísérletes adatokat tartalmaz, amelyekhez még újabbak is jöttek. Ma a sugárbiológiában elfogadott, hogy a dózishatás után a celluláris és szöveti rendszerekben az akut reakció-típusok (napok, hetek) a / b -hányadosa 7-20 Gy, a kései típusoknál (hónapok, évek) pedig 0.5-6.0 Gy között mozog. Ez a hányados nem konstans és egy adott szövet radiobiológiai tipizálásánál a legnagyobb gondossággal kell az értéket megválasztanunk.
A humán a / b -hányados értékeit elsőként Thames (1989) próbálta meghatározni. Ezek nem annyira pontosak, mint az állatkísérletes adatok, aminek az oka az, hogy etikai okokból emberen nem végezhetők el mindazok a kísérletek, amelyek állatmodellben igen. A két adatcsoport kielégítően illeszkedik, mutatva, hogy az állatkísérletes adatok, az állat-modell a frakcionált sugárterápiában is hasznosítható. Sőt: termékeny utángondolásra serkent bennünket.
Néhány humán a / b -érték Gy-egységben megadva:
A b -effektus a sugárbiológiában és a radioterápiában azért fontos, mert a nem-daganatos, normális szövetek b -effektust kijavító képessége (repair capacity) lényegesen nagyobb, mint a daganatoké. Ez a tény - adott határokon belül - a terápia hatékonyságát növelheti.
Azt gondoljuk, hogy a sugárhatás természetének alapos megismerése, a fizikai és biológia dóziseloszlások optimalizálása, az ép szövetek kísérő szövődményeinek sikeresebb elhárítása olyan tényezők, amelyek a daganatos betegségek fizikai gyógyítását (ez Bozóky szép és találó elnevezése!) még hatékonyabbá teheti. Segítve a még benne rejlő lehetőségek kiaknázását. Mert: a daganatos betegségek száma nő, a technikai feltételeink romlanak, hazánkban minden 2-3. daganatos beteg nem jut sugárkezeléshez. Fontos feladatunk tehát: a radio-onkológiai eszközök számának növelése, sugárbiológiában is jól képzett radioterapeuták felnevelése, a minőségbiztosítás (Németh és Ésik, Ésik és Németh, Ésik).