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Biologia das radiações, ou simplesmente radiobiologia, é o ramo da biologia que estuda os diversos efeitos das radiações ionizantes (RI) sobre células e tecidos vivos. Pode-se dizer que desde os primórdios da descoberta da radiação, verificou-se que esta poderia promover mudanças no meio celular humano e em animais, que poderia ser usada com finalidade terapêutica, bem como uma fonte potencial geradora de danos.

A Radiação Ionizante, quando passa por um material, cede energia aos átomos e moléculas desse material. Isto pode causar quebras nas ligações químicas das moléculas, gerando íons. No meio intracelular, se ocorrerem quebras nas ligações da molécula de DNA, por exemplo, muito provavelmente esta célula irá morrer, embora em alguns casos a célula consiga se reparar e seguir adiante. Este é o princípio básico de qualquer tratamento realizado com RI.

Quando um paciente é submetido a um tratamento deste tipo, a idéia é de que se consiga causar danos no tumor sem que os tecidos adjacentes sofram em demasia com a dose de radiação recebida, de tal forma que o tumor diminua, suma, ou simplesmente pare de crescer.

A Radiocirurgia é realizada em uma única sessão e tem como intenção primária o dano tecidual total dentro do volume-alvo. No tratamento com dose única, o volume tratado, a precisão e a acurácia da dose aplicada são fatores fundamentais para o potencial efeito radiobiológico.

O objetivo final em lesões malignas é impedir o crescimento tumoral ou mesmo causar sua diminuição ou desaparecimento, necessitando, porém, de doses altas. Já em lesões benignas embora o que se almeje seja também a parada do crescimento tumoral é imperativo um cuidado maior com os tecidos adjacentes, o que restringe a dose a ser aplicada.

As células possuem características de conseguir se reparar, mas para isto precisam que os danos causados a ela não sejam muito graves e também precisam de tempo para conseguir o reparo completo. A radioterapia convencional fracionada se baseia nesses princípios para poder tratar volumes grandes. Este tipo de tratamento é feito englobando tecidos sadios adjacentes ao tumor. Essa relação terapêutica implica que as doses entregues tenham que ser relativamente baixas para não causar muitos danos no tecido normal e, nesse sentido, há tumores que são considerados mais radioresistentes (meningeomas, schwannomas, melanomas, sarcomas). O tratamento radiocirúrgico, por sua vez, por sua elevada precisão e concentração da radiação, permite que os tumores sejam tratados com doses mais altas, pois quase não se irradia tecido normal adjacente, fazendo com que o conceito de radioresistência não mais faça mais sentido, e patologias antes consideradas resistentes respondam favoravelmente ao tratamento. Ou seja, na maioria dos casos, tumores resistentes ao regime de tratamento fracionado, acabam morrendo quando submetidos à Radiocirurgia.

O tamanho do volume-alvo é um fator determinante para tratamento, pois aumentando-se o mesmo, aumenta-se também o volume de tecido normal adjacente recebendo a dose de radiação. Este é o principal fator que limita o tamanho da lesão que pode ser tratada com o GK. O que se considera limite é 35 mm no maior diâmetro.