DASAR BIOLOGI RADIOTERAPI

INTERAKSI RADIASI DENGAN TUBUH

•      Interaksi radiasi dengan materi biologik diawali dengan terjadinya interaksi fisik, yaitu proses eksitasi dan / ionisasi.

•      Elektron sekunder hasil dari proses ionisasi akan berinteraksi secara langsung maupun tidak langsung

•      Langsung : Bila penyerapan energi dari elektron langsung terjadi pada molekul organik dalam sel, seperti DNA.

•      Tidak langsung : Bila terlebih dahulu terjadi terjadi interaksi radiasi dengan molekul air dalam sel yg efeknya kemudian akan mengenai molekul organik penting.

•      Interaksi fisikokimia tsb dapat menimbulkan kerusakan pada sel à efek biologik yg dapat diamati

A. Interaksi Radiasi dengan Molekul Air

•      Penyerapan energi radiasi oleh molekul air dalam proses radiolisis air  akan menghasilkan ion radikal à Radikal bebas ( H+ dan OH+)

•      Radikal bebas adalah suatu atom atau molekul yg bebas, tidak bermuatan dan mempunyai sebuah elektron yg tidak berpasangan pada orbit terluarnya.

•      Keadaan tsb diatas menyebabkan radikal bebas tidak stabil, sangat reaktif dan toksik thd molekul organik vital tubuh.

•      Krn sebagian besar tubuh kita terdiri dari air, maka sebagian besar interaksi radiasi dalam tubuh terjadi secara tdk langsung.

B. Interaksi Radiasi dengan DNA

•         Kerusakann pada DNA akibat radiasi dapat menyebabkan terjadinya perubahan struktur , putusnya ikatan hydrogen dll.

•         Single strand break : Putusnya salah satu rantai DNA

•         Double strand break : Putusnya kedua rantai DNA

•         Secara alamiah sel mempunyai kemampuan untuk melakukan proses perbaikan terhadap kerusakan yang timbul. Kerusakan yang terjadi dapat diperbaiki tanpa kesalahan sehingga struktur DNA kembali seperti semula. Tetapi dalam kondisi tertentu, proses perbaikan tidak berjalan sebagaimana mestinya sehingga walau kerusakan dapat diperbaiki tapi tidak secara tepat atau sempurna sehingga menghasilkan DNA dengan struktur yang berbeda yang dikenal dengan mutasi.

C. Interaksi Radiasi dengan Kromosom

·         Kromosom terdiri dari dua lengan ( telomere ) yang dihubungkan satu sama lain dengan suatu penyempitan yang disebut sentromer.

·         Radiasi dapat menyebabkan terjadinya perubahan baik pada jumlah maupun pada struktur kromosom yang disebut Aberasi Kromosom.

·         Aberasi kromosom yang mungkin timbul adalah delesi, yaitu patahnya fragmen kromosom yang tidak mengandung sentromer, ring ( kromosom berbentuk cincin ), disentrik yaitu sebuah kromosom dengan dua sentromer dan translokasi yaitu terjadinya perpindahan atau pertukaran fragmen dari dua atau lebih kromosom.

·         Dari kerusakan kromosom tersebut kromosom disentrik ternyata hanya dapat terjadi akibat pajanan radiasi sehingga dapat dijadikan sebagai dosimeter biologic yang dapat diamati pada sel darah limfosit ( salah satu jenis sel darah putih ), sebagai sel yang paling sensitive terhadap radiasi.

D. Interaksi Radiasi dengan Sel

• Kerusakan yang terjadi pada DNA dan Kromosom sel akan menyebabkan sel tetap hidup atau mati yang sangat bergantung pada proses perbaikan yang terjadi secara enzimatis.
• Bila proses perbaikan berjalan baik dan sempurna dengan tingkat kerusakan sel yang yang tidak terlalu parah  à sel kembali normal.
• Bila proses perbaikan tidak tepat, maka akan dihasilkan sel yang tetap dapat hidup tetapi tidak normal.
• Bila kerusakan sel parah, dan perbaikan tidak berlangsung baik à sel menjadi mati.
• Sel yang paling sensitive adalah sel dengan tingkat proliferasi yang tinggi ( aktif melakukan pembelahan ).

EFEK BIOLOGI RADIASI PADA TUBUH

Perubahan fungsi sel atau kematian dari sejumlah sel menghasilkan suatu efek biologic dari radiasi yang bergantung pada jenis radiasi, dosis, jenis sel dan lainnya.

Proses efek radiasi :

1.    Proses fisik à Ionisasi ( lepasnya electron )

2.    Efek kimiawi à Terbentuk radikal bebas

3.    Efek biologis à - sel mati

- Mutasi ( perubahan struktur DNA )

- sel hidup tetapi setelah beberapa kali membelah diri kemudian Mati.

 Klasifikasi Efek Radiasi

Ø  Efek Genetik : Efek radiasi yang dirasakan oleh keturunan dari individu yang terpajan radiasi.

Ø  Efek Somatik : Efek Radiasi yang dirasakan oleh individu yang terpajan radiasi.

Bila ditinjau dari dosis radiasi, maka efek radiasi dapat dibedakan atas :

Ø  Efek Determistik ( non stokastik ) : Akibat dari proses kematian sel karena pajanan radiasi yang merubah fungsi jaringan yang terpajan.

    à  Dapat terjadi bila dosis yang diterima melebihi dosis ambang

Ø  Efek Stokastik : Efek yang terjadi akibat terjadinya proses modifikasi atau transformasi pada sel dan terdeteksi secara statistic.

à  Tidak ada dosis ambang

à  Muncul setelah masa laten yang lama

à  Tingkat keparahannya tidak bergantung pada dosis

Bila dilihat dari waktu yang dibutuhkan sampai terlihatnya gejala efek somatic, maka dapat dibedakan :

Ø  Efek Segera : Kerusakan yang secara klinis sudah dapat diamati dalam waktu singkat.

Ø  Efek Tertunda : Efek radiasi yang baru timbul setelah waktu yang lama ( bulanan – tahunan ).

PENGARUH RADIASI TERHADAP SEL KANKER

Efek radiasi terhadap sel kanker pada prinsipnya ada dua, yaitu:

Ø  Kematian sel langsung atau lethal damage.

         Dengan pemberian sejumlah radiasi, menimbulkan kerusakan langsung terhadap DNA dari sel yang tidak dapat diperbaiki lagi, sehingga sel yang terkena tersebut menjadi mati.

Ø  Kematian sel tak langsung atau sub/potentially lethal damage.

      Dalam hal ini kematian sel lebih lambat oleh karena kerusakan membran sel dan akan berlanjut dengan kematian sel juga setelah pemberian radiasi berikutnya.

Terkait dengan siklus sel, maka radiasi sangat sensitif pada tahap Poliferasi yang tinggi atau sel-sel yang bersifat embryonal.

Radiasi juga sangat terpengaruh oleh kadar oxygen dari tumor.

Kadar oxygen yang tinggi memberikan respon yang lebih baik.

Efek Samping Radiasi:

Efek samping radiasi sangat bervariasi terhadap berbagai organ tubuh manusia dan sangat bergantung kepada:

Ø  Besarnya dosis yang diberikan, baik fraksinasi maupun totalnya.

Ø  Luas lapangan radiasi.

Ø  Organ-organ yang ada pada lapangan radiasi, terutama organ sensitif.

Dari gejala yang muncul efek samping radiasi dapat berupa gejala umum seperti:

Ø  Mual sampai muntah.

Ø  Pusing.

Ø  Kelemahan.

Ø  dsb.

Lebih sering bersifat lokal dan tergantung reaksi organ / jaringan dalam lapangan radiasi

Ø  Kulit : Hiperemis,hiperpigmentasi,dermatitis sampai terberat terjadi nekrosis jaringan.

Ø  Kulit kepala : Alopesia ( kerontokan rambut ), kerusakan kelenjar keringat

Ø  Mukosa mulut : Menjadi kemerahan, stomatitis ( Sariawan )

Efek samping sesuai organ yang diradiasi :

Ø  Head and Neck : Stomatitis,xerostoma ( mucosa mulut kering ), kerusakan gigi dan caries dan osteoradionecrosis ( kematian / kerusakan sel tulang karena radiasi ).

Ø  Pelvis : Diare, cystitis, vaginal stenosis dan kerusakan ovarium.

Ø  Otak : Edeme cerebral ( pembengkakan jaringan otak ), alopesia, dan perubahan tekstur rambut dan warna.

Berdasarkan Waktu Terjadinya:

Efek samping radiasi dapat terjadi secara: -   acute

-      sub acute

-      lambat / late effect

Ø  Efek Acute

Terjadi beberapa jam atau beberapa hari setelah pemberian radiasi. Organ yang  sensitif untuk reaksi acute ini adalah:

-          Sumsum tulang

-          Ovarium

-          Testis

-          Kelenjar getah bening

-          Mukosa mulut

-          Kelenjar liar, dll.

Ø  Efek Subacute

Terjadi beberapa minggu sampai beberapa bulan setelah radiasi, organ yang sensitif untuk reaksi ini adalah:

-          Paru

-          Liver

-          Ginjal

-          Jantung

-          Medula Spinalis

-          Otak

Ø  Efek Lambat / Late Effect

Terjadi setelah beberapa bulan atau tahun setelah radiasi selesai diberikan, dapat muncul pada organ-organ:

-          Pembuluh darah

-          Kelenjar Thyroid

-          Kel. Hypophyse

-          Payudara

-          Tulang, dll

RADIOBIOLOGI : Ilmu yang mempelajari efek biologic yang terjadi karena interaksi radiasi dengan materi biologic.

Perlunya ilmu radiobiologi dalam radioterapi adalah untuk mengetahui :

- Apa yang akan terjadi bila sel sehat terkena radiasi.

- Apa yang akan terjadi bila sel kanker terkena radiasi.

- Apa yang akan terjadi bila Tumor Dose dengan nilai tertentu diberikan dan berapa persen sel yang mati.

- Untuk menentukan teknik radiasi à berkaitan dengan siklus sel

Hal –hal  yang mendasari ilmu radiobiologi adalah :

1. Sensitivitas jaringan terhadap radiasi (Hukum Bergonie Tribondeau)

Ø  Oksigenisasi jaringan: kadar O2 tinggi berkaitan dg kepekaan. (OER= oxygen enhancement ratio)

Ø  Diferensiasi jaringan(baik; sedang; buruk: makin buruk diferensiasi, tumor makin peka thd radiasi)

Ø  Asal jaringan: embrional lebih peka terhadap radiasi

2. Bila tumor tumor yang terdiri atas sel sel yang berproliferasi memperoleh radiasi akan terjadi sterilisasi dari sebagian sel tersebut. Di samping itu akan terjadi pula proses penyembuhan pada sel yang masih hidup. Penyembuhan berlangsung antara 2 fraksi radiasi
3. Konsep 4R :   - Repair

 - Redistribution

 - Reoxygenation

 - Repopulation

REPAIR

- Cedera subletal mengalami reparasi komplit dalam beberapa jam setelah paparan. Sel berrespons lambat (jar.ikat, saraf,ginjal dsb) kurang mempunyai kesempatan memperbaiki diri dp yg berrespons cepat. Karena mekanisme reparasi yang lambat pd beberapa jenis sel maka waktu antar fraksi lebih baik 24 jam.

- Dosis besar radiasi mengaburkan kemampuan jaringan sehat untuk mengadakan reparasi, sehingga memperburuk efek lanjut yang terjadi. Karena itu radiasi eksterna paling baik diberikan secara terfraksi dalam dosis kecil yang diberikan dalam beberapa hari atau minggu. Sama dengan itu adalah HDR brakhiterapi diberikan dalam fraksi

- Repair sel tumor relative lebih lambat dari sel sehat.

REDISTRIBUTION

 Redistribusi sel dalam daur sel.  Sel bersifat peka pada perbatasan G1-S dan terlebih pada G2-M. Pengobatan terfraksinasi memungkinkan sel sel ini terdistribusi pada seluruh fase sel.

REOXYGENATION

 Pada radiasi pertama sejumlah sel dengan kadar oksigen cukup (oksik) yang terdapat pada permukaan akan mengalami kematian. Sel sel tumor mengalami kematian lebih banyak. Dengan kematian sejumlah sel ini maka pembuluh darah akan mengalami perbaikan sehingga bagian yang lebih dalam (hipoksik) akan memperoleh oksigen dan menjadi oksik à menjadi sensitive

REPOPULATION

- Sel sel yang berespons baik thd radiasi akan mengalami cedera segera. Sel sel yang survive akan mengalami repopulasi. Bila waktu antar fraksi diperpanjang (protracted) maka akan terjadi repopulasi yang lebih banyak.

- Bila siklus sel lebih pendek, maka sel akan membelah diri sebelum mendapat radiasi berikutnya.

- Setelah pemberian radiasi > 20 kali, dalam sel biasanya terjadi accelerated repopulation.

Konsep 4R menjadi landasan untuk penentuan fraksi radiasi.