Strahlenspätveränderungen nach kleinvolumiger radiochirurgischer Bestrahlung des Rattenhirns Messung des lokalen zerebralen Blutflusses und histopathologische Untersuchungen

Hintergrund:

Mit dieser Untersuchung werden Späteffekte nach einer kleinvolumigen radiochirurgischen Einzeitbestrahlung am Rattenhirn autoradiographisch und histomorphologisch charakterisiert.

Material und Methode: 66 Copenhagen-Ratten in elf Gruppen zu je sechs Tieren wurden an einem 15-MV-Beschleuniger stereotaktisch mit Einzeldosen von 20, 30, 40, 50 und 100 Gy bestrahlt. Sechs Tiere wurden scheinbehandelt. Für jede Dosierung wurden zwei unterschiedliche zylindrische Kollimatoren verwendet (2 mm und 3 mm Durchmesser). Der Durchmesser der sphärischen 80%-Isodose betrug 3,7 mm bzw. 4,7 mm. Der Zielpunkt lag im rechten Frontallappen. Nach 19 Monaten wurde bei jeweils einem Tier aus den Dosisgruppen zwischen 20 und 50 Gy die lokale zerebrale Durchflutung mit Hilfe der quantitativen Autoradiographie gemessen. Die histologische Untersuchung der Gehirne erfolgte nach 9 bzw. 19 Monaten bei jeweils der Hälfte der Tiere in den Dosisgruppen von 20–50 Gy. Die mit 100 Gy bestrahlten Tiere wurden nach 7 Monaten histologisch untersucht.

Ergebnisse: Der lokale zerebrale Blutfluss (LCBF) war bei Tieren, die mit 50 Gy bestrahlt wurden, im Bereich der 80%-Isodose erhöht. Messungen, die im Bereich nekrotischer Gebiete durchgeführt wurden, zeigten einen deutlichen Abfall des lokalen zerebralen Blutflusses. In der histologischen Untersuchung konnten nach 19 Monaten in den 30–50-Gy-Gruppen Radionekrosen nachgewiesen werden. Keine Veränderungen zeigten die Tiere der 20-Gy-Gruppen. Innerhalb von 9 Monaten bestanden lediglich in den 100-Gy-Gruppen histologisch nachweisbare Nekrosen. Die beobachteten morphologischen und funktionellen Veränderungen waren für das größere Bestrahlungsfeld ausgeprägter als für das kleinere.

Schlussfolgerung: Es konnten Störungen des lokalen zerebralen Blutflusses nach Bestrahlung quantitativ dargestellt werden. Die veränderte Durchblutung ist histomorphologisch durch die Gefäßveränderungen erklärbar. Unter Verwendung einer semiquantitativen Einteilung ergab sich für den Endpunkt Radionekrose nach 9 und 19 Monaten eine Abhängigkeit von Dosis, Zeit nach Bestrahlung und Feldgröße.

Background:

The goal of this study was to investigate late effects following stereotactic single fraction and small volume irradiation on cerebral blood flow and histologic alterations in the rat brain parenchyma.

Material and Methods: 66 Copenhagen rats, separated into eleven groups of six animals each received single doses of 20, 30, 40, 50 and 100 Gy using a 15 MV linear accelerator. Six rats served as controls. Two cylindrical collimators of 2 mm and 3 mm aperture were used. The diameters of the spherical 80% isodose were 3.7 mm and 4.7 mm, respectively (Table 1). Irradiation was applied to a predefined area in the right frontal lobe. 19 months after irradiation local cerebral blood flow (LCBF) was measured by the autoradiographic method in one animal of each dose group between 20 and 50 Gy. 9 and 19 months after irradiation, half of the animals of each group were sacrificed for brain histology. All animals irradiated with 100 Gy were sacrificed 7 months after irradiation.

Results: An increase of local cerebral blood flow was measured in brain structures within the 80% isodose in animals irradiated with 50 Gy (Figure 3) compared to the contralateral hemisphere. Measurements close to necrotic areas showed a strong decrease of local cerebral blood flow (Figure 1). A volume increase of the irradiated hemisphere was seen after 19 months (Figure 2). The histologic examination after 19 months showed necrotic areas in the 30–50 Gy groups (Figure 4b) but not in the 20 Gy groups (Figure 4c). The animals who received 100 Gy demonstrated brain necrosis within 9 months after irradiation (Figure 4a). At both points in time the groups irradiated with the 3-mm collimator showed more pronounced histomorphologic and functional changes compared to the groups irradiated with the 2-mm collimator.

Conclusion: Alterations of the local cerebral blood flow were measured as a late effect after single dose irradiation. The alterations of the local cerebral blood flow could be explained by the histomorphologic changes of the blood vessels. Using a semi-quantitative classification a dose, time and volume dependence for the endpoint radionecrosis was seen.