Dose-response relationship for lung cancer induction at radiotherapy dose

Cancer induction after radiation therapy is a severe side effect. It is therefore of interest to predict the probability of second cancer appearance for the treated patient. Currently there is large uncertainty about the shape of the dose-response relationship for carcinogenesis for most cancer types at high dose levels. In this work a dose-response relationship for lung cancer is derived based on (i) the analysis of lung cancer induction after Hodgkin's disease,(ii) a cancer risk model developed for high doses including fractionation based on the linear quadratic model, and(iii) the reconstruction of treatment plans for Hodgkin's patients treated with radiotherapy.The fitted model parameters for an α/β = 3 Gy were α = 0.061Gy−1 and R = 0.84. The value for α is in agreement with analysis of normal tissue complications of the lung after radiation therapy. The repopulation/repair parameter R is large, but seems to be characteristic for lung tissue which is sensitive with regard to fractionation. Lung cancer risk is according to this model for small doses consistent with the finding of the A-bomb survivors, has a maximum at doses of around 15 Gy and drops off only slightly at larger doses. The predicted EAR for lung after radiotherapy of Hodgkin's disease is 18.4/10000PY which can be compared to the findings of several epidemiological studies were EAR for lung varies between 9.7 and 21.5/10000PY.

ZusammenfassungDie Induktion von Zweittumoren ist für den Radiotherapie-Patienten eine nicht zu vernachlässigende Nebenwirkung der Behandlung. Es ist deswegen wünschenswert, die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Zweittumors abschätzen zu können. Es ist dazu notwendig, die für die jeweiligen Organe und Gewebe charakteristischen Dosis-Wirkungs-Beziehungen zu kennen. Leider sind diese Dosis-Wirkungs-Beziehungen derzeit für die meisten Gewebe bei hohen Dosen unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Dosis-Wirkungs-Beziehung für Lungenkrebs abgeleitet. Die Modellierung wird auf folgenden Grundlagen durchgeführt: (i) einer Analyse von Lungenzweittumoren nach der Behandlung der Hodgkin-Erkrankung mit Radiotherapie, (ii) einem Krebsinduktionsmodell, welches speziell für die Anwendung bei hohen Dosen unter Fraktionierung entwickelt wurde und (iii) der Rekonstruktion der Dosisverteilung von typischen Hodgkin-Behandlungen.Die Ausgleichskurve für ein α/β = 3 Gy ergaben für die Modellparameter α = 0,061 Gy−1 und R = 0,84. Der Wert für α ist in Übereinstimmung mit den Resultaten aus der Analyse von Normalgewebskomplikationen der Lunge nach Strahlentherapie. Der Repopulations- bzw. Reparaturparameter R ist relativ groß, passt jedoch zu Lungengewebe, welches relativ empfindlich auf Dosis-Fraktionierung reagiert. Das Risiko für induzierte Lungentumoren aufgrund dieser Modellabschätzung stimmt bei kleinen Dosen mit den Ergebnissen aus den Studien der Atombombenüberlebenden überein, zeigt ein Maximum für Dosen um die 15 Gy und fällt bei noch höheren Dosen nur leicht ab. Das abgeschätzte zusätzliche Lungentumorrisiko für Hodgkin-Patienten ist 18,4/10000PY und kann mit den Ergebnissen verschiedener epidemiologischer Studien verglichen werden (9,7 - 21,5/10000PY).