放射生物學的基礎(chǔ)理論

關(guān)于放射生物學的基礎(chǔ)理論臨床放射生物學

放射生物學是一門邊緣科學，主要研究放射線對機體的作用。內(nèi)容涉及從放射線對機體作用的原初反應，及其后一系列的物理、化學改變，乃至生物學方面的改變。范圍由分子水平直到細胞水平、整體水平。臨床放射生物學是在放射生物學研究的基礎(chǔ)上，探討人類腫瘤及正常組織在放射中的放射生物學課題。第2頁,共33頁，2024年2月25日，星期天放射線的生物效應

1、放射線的“直接作用”（directaction）：任何射線在被生物物質(zhì)所吸收時，是直接與細胞關(guān)鍵的靶起作用，靶的原子被電離或激發(fā)從而導致一系列生物改變。在中子和a粒子等高ＬＥＴ中是處于顯著地位的過程。第3頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2、放射線的“間接作用”（indirectaction）：射線在細胞內(nèi)可能和另一個原子或分子相互作用產(chǎn)生自由基，它們可以擴散一定范圍達到一個關(guān)鍵的靶并造成損傷。Ｘ線r線和電子線第4頁,共33頁，2024年2月25日，星期天細胞的殺滅機制

染色體DNA是細胞殺滅的主要靶第5頁,共33頁，2024年2月25日，星期天放射敏感性和放射可治愈性放射可治愈性指的是在腫瘤的原發(fā)部位或區(qū)域把腫瘤清除掉。放射敏感性表達對照射的反映（腫瘤縮小的程度和速度）腫瘤分為：放射敏感（如淋巴瘤、精原細胞瘤）；中度敏感（大部分上皮原性腫瘤）或放射抗拒（如原于間質(zhì)、軟組織、骨組織）第6頁,共33頁，2024年2月25日，星期天細胞的放射敏感性第7頁,共33頁，2024年2月25日，星期天1．細胞存活曲線——細胞劑量效應曲線。第8頁,共33頁，2024年2月25日，星期天最終斜率D0：是指在劑量效應曲線的直線部分使細胞存活從0.1下降到0.037或從0.01下降到0.0037所需的劑量。D0是最終斜率的倒數(shù)。它反映每種細胞在相對高劑量區(qū)對射線的敏感性，D0值愈大，細胞對放射愈抵抗。同一種細胞，D0值的改變，標記著細胞放感性的變化。外推數(shù)N值：將存活曲線的直線部分延長，使之與縱軸相交所得的數(shù)。準閾值劑量Dq：是反映肩區(qū)大小的參數(shù)。將存活曲線的直線部分延長，與通過存活曲率為1的橫軸相交點的劑量就是Dq。它表明亞致死性損傷修復能力的大小。Dq值小，表明細胞對亞致死性損傷修復能力弱，很小的劑量便可使細胞進入致死損傷的指數(shù)性存活曲線部分。第9頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2.影響細胞放射敏感性的因數(shù)：①細胞分化程度與放射敏感性成反比②細胞內(nèi)CAMP的水平，CAMP水平愈低，放射敏感性愈強，研究表明細胞分裂相越多，細胞CAMP水平越低。③電鏡下線粒體數(shù)量與放射敏感性線粒體數(shù)量越少，越敏感，淋巴細胞線粒體少，心肌細胞線粒體多第10頁,共33頁，2024年2月25日，星期天④具有多種歸屬的結(jié)締組織細胞在發(fā)展的不同階段有不同的敏感性，纖維母細胞最敏感（瘢痕組織），內(nèi)皮細胞（血管內(nèi)皮細胞：血管肉瘤胸膜內(nèi)皮細胞：見皮瘤）為中度敏感，纖維細胞（纖維瘤）低敏感。⑤恢復能力強的細胞較敏感：小腸隱窩細胞、唾液腺細胞、肝細胞、腎細胞、具有內(nèi)分泌的腺體⑥恒定細胞：照射后無修復能力，只能有其他組織代替。神經(jīng)細胞由神經(jīng)膠質(zhì)代替橫紋肌由結(jié)締組織代替，為低敏感。第11頁,共33頁，2024年2月25日，星期天⑦細胞周期的放射敏感性：Ⅰ：以細胞死亡為標準，M期最敏感，其敏感性是S期的2.6倍，無亞致死性損傷。Ⅱ：以細胞分裂延遲為指標，以G1、G2期最敏感。如阻斷G2期，使細胞進入M期Ⅲ：以畸變?yōu)橹笜?，S期最敏感Ⅳ：以染色體損傷為指標，G2期最敏感第12頁,共33頁，2024年2月25日，星期天3．細胞放射損傷在修復：（1）亞致死性損傷的修復：亞致死性損傷是指細胞受到照射后，能完全修復的損傷（2）潛在致死性損傷的修復：潛在致死性損傷是指細胞受到照射后，如有適宜的條件或環(huán)境，這種損傷就可以修復，如果得不到適宜的條件和環(huán)境，這種損傷將轉(zhuǎn)為不可逆的損傷，從而使細胞最終喪失分裂能力。低敏感細胞（3）致死性損傷：是指細胞所受的損傷在任何情況下都不能恢復的損傷。M期細胞或大劑量照射第13頁,共33頁，2024年2月25日，星期天４.細胞死亡

1）、立即死亡：經(jīng)萬級CGy照射，產(chǎn)生蛋白凝固

2）、間期死亡：除M期外，在下次M期之前死亡，千級CGy照射一次，照射后細胞停止代謝，細胞核濃縮、蹦解、溶解。

3）分裂死亡：經(jīng)百級CGy照射后，細胞還可進行若干次有絲分裂后，形成多核巨細胞，直至死亡。第14頁,共33頁，2024年2月25日，星期天氧效應第15頁,共33頁，2024年2月25日，星期天1．氧效應的性質(zhì)

氧增強比（OER）：在有氧及無氧情況下達到同樣生物效應所需要的照射劑量之比第16頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2．氧效應作用機制和作用時間第17頁,共33頁，2024年2月25日，星期天3．起作用氧的濃度：0.5%(0.4kpa)第18頁,共33頁，2024年2月25日，星期天4.腫瘤生長方式與乏氧細胞1955年英國學者GRAY發(fā)現(xiàn)距離血管100-150um以內(nèi)為氧合細胞

150-180um為乏氧細胞

〉180um為腫瘤壞死組織第19頁,共33頁，2024年2月25日，星期天5.氧分壓與放射敏感性細胞內(nèi)氧分壓為放射敏感的主要因素，細胞內(nèi)氧分壓為20mmHg，放射最敏感第20頁,共33頁，2024年2月25日，星期天臨床放射生物學的進展及展望目標:提高腫瘤放療療效減少正常組織損傷第21頁,共33頁，2024年2月25日，星期天一、加強射線對腫瘤的殺傷力

放射增敏劑吸入高壓氧第22頁,共33頁，2024年2月25日，星期天減輕對正常組織的損傷放射防護劑吸入低氧第23頁,共33頁，2024年2月25日，星期天線性平方模式(α-β概念)的生物學基礎(chǔ)及臨床應用第24頁,共33頁，2024年2月25日，星期天一、靶學說

目前普遍認為DNA為輻射損傷主要的靶。射線和物質(zhì)相互作用可產(chǎn)生DNA的單鏈或雙鏈段裂。前者損傷大致能修復，而后者則可能產(chǎn)生細胞的死亡。據(jù)此可以假定輻射損傷可以用單靶單擊，單靶多擊或單擊多靶等理論來解說。第25頁,共33頁，2024年2月25日，星期天二、細胞存活曲線

照射后，細胞的損傷呈隨機性。細胞存活曲線由肩區(qū)及線性二部分組成，肩區(qū)為亞致死性損傷的積累而致。細胞存活曲線可由Ｄ０值，n值及Ｄq值組成．第26頁,共33頁，2024年2月25日，星期天三、L-Q模型的基本概念

（一）生物劑量，物理劑量和等效劑量：物理劑量即所謂處方劑量，而生物劑量則與組織和細胞的損傷有關(guān)系。等效劑量即是產(chǎn)生相同生物效應所需的劑量。

（二）Strandqvist曲線：主要表達了時間因素和等效劑量之間的相互關(guān)系．

第27頁,共33頁，2024年2月25日，星期天（三）NSD模式：總劑量（Ｄ）＝NSD※Ｎ０.２４※Ｔ０.１１

評價：１、是經(jīng)驗公式，缺乏生物學基礎(chǔ)。

２、把各種治療歸結(jié)為單次照射的生物劑量，不符合臨床上治療情況。

３、不同組織具有不同的放射敏感性，因而不能應用單一的指數(shù)０.２４來代表所有的修復情況。

４、不同的分割劑量照射，其指數(shù)不一致。

５、沒有考慮到正常組織照射后產(chǎn)生的加速細胞增殖，另外，也與腫瘤細胞照射后經(jīng)過一段潛伏期，干細胞增殖速度加快的生物學現(xiàn)象不一致。第28頁,共33頁，2024年2月25日，星期天（四）單靶單擊與單靶多擊

細胞的死亡或者來自于單次致死性的擊中細胞中的靶或者來至于分成２次擊中所產(chǎn)生的亞致死性損傷的相加。前者以ad表示，后者以βd2表示。因而其最終的細胞存活率為：Ｓ＝e-(ad+d2)?？梢苑謩e把它們簡稱為a型細胞殺滅及β型殺滅．它們的單位分別為Gy-1和Gy-2。它們的比值即α／β＝d（Gy）。當細胞存活曲線肩區(qū)較大時，則α／β值小，而肩區(qū)小時則α／β值較高。α／β值相當于a型細胞殺滅和β型殺滅二者生物效應相等時所需的劑量。Ｓ＝e-(ad+d2)即是所謂的線性－平方模式。第29頁,共33頁，2024年2月25日，星期天在臨床工作中，若以Ｅ代表某一種生物效應，我們可以把Ｌ－Ｑ模式進行以下轉(zhuǎn)換：

Ｓ＝e-(ad+βd2)

lnS=-(ad+βd2)

-lnS=ad+βd2

設Ｅ＝-lnS，Ｅ＝ad+βd2。若以分割次數(shù)n次進行照射，則Ｅ＝n(ad+βd2)，Ｅ＝nd(a+βd),

E=D(a+βd),其中，Ｄ為總劑量，d為分次劑量，A和β代表單擊和雙擊所產(chǎn)生的細胞損傷。第30頁,共33頁，2024年2月25日，星期天（五）Ｌ－Ｑ模式僅在下列條件下才能應用：

１、每次照射后的亞致死性損傷的修復必須完全；

２、每次照射所產(chǎn)生的生物效應相似

３、沒有把時間因素即細胞增殖考慮在內(nèi)

４、細胞周期自我致敏忽略不計第31頁,共33頁，2024年2月