放射生物學(xué)基礎(chǔ)省公開(kāi)課金獎(jiǎng)全國(guó)賽課一等獎(jiǎng)微課獲獎(jiǎng)

放射生物學(xué)基礎(chǔ)南方醫(yī)院放療科石玉生1/25第二章電離輻射細(xì)胞效應(yīng)第四節(jié)、細(xì)胞周期時(shí)相與放射敏感性（1）細(xì)胞周期：兩次有效有絲分裂之間時(shí)間，稱為有絲分裂周期時(shí)間（mitotic-cycletime），通常叫做細(xì)胞周期時(shí)間。細(xì)胞周期時(shí)間＝分裂期（M期）＋間期；間期又包含DNA合成前期（G1期）、DNA合成期（S期）、DNA合成后期（G2期）。普通光學(xué)顯微鏡只能觀察到M期，其它時(shí)相無(wú)法區(qū)分。2/25第二章電離輻射細(xì)胞效應(yīng)1953年Howard和Pelc使用放射自顯影技術(shù)，用含有3HTdR培養(yǎng)細(xì)胞，細(xì)胞中摻入放射性胸腺嘧啶，洗去多出3H-TdR，進(jìn)行固定、染色和觀察，第一次揭示出了細(xì)胞周期各個(gè)時(shí)相。利用流式細(xì)胞光度術(shù)測(cè)定細(xì)胞DNA含量，并測(cè)算細(xì)胞周期時(shí)相，細(xì)胞固定、熒光染色、以特定波長(zhǎng)激光激發(fā)、細(xì)胞發(fā)出熒光，，期強(qiáng)度與DNA含量成正比，然后分析數(shù)據(jù)?？蓹z測(cè)細(xì)胞周期：第一蜂：G1期，第2蜂：S期，第3蜂：G2+M期。3/25第二章電離輻射細(xì)胞效應(yīng)4/25第二章電離輻射細(xì)胞效應(yīng)（2）細(xì)胞周期時(shí)相與放射敏感性離體培養(yǎng)分裂細(xì)胞同時(shí)化，經(jīng)過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)和藥品進(jìn)行干預(yù)，在一定時(shí)間內(nèi)使離體培養(yǎng)細(xì)胞群體中全部細(xì)胞處于細(xì)胞周期同一時(shí)相內(nèi)。細(xì)胞周期同時(shí)化后在不一樣時(shí)間進(jìn)行照射，就可得到不一樣時(shí)相細(xì)胞劑量效應(yīng)。細(xì)胞周期中不一樣時(shí)相細(xì)胞放射敏感性不一樣。5/25第二章電離輻射細(xì)胞效應(yīng)①有絲分裂期細(xì)胞或靠近有絲分裂期細(xì)胞最敏感。②晚S期細(xì)胞有較大抗拒性。③G1早期細(xì)胞相對(duì)輻射抗拒，其后逐步敏感，G1期末相對(duì)更敏感。④G2期細(xì)胞較敏感，其敏感性與M期細(xì)胞相同。⑤G0期細(xì)胞輻射抗拒。6/25第二章電離輻射細(xì)胞效應(yīng)7/25第二章電離輻射細(xì)胞效應(yīng)（3）細(xì)胞周期時(shí)相效應(yīng)在放射治療中意義：①對(duì)非同時(shí)化細(xì)胞進(jìn)行單次放射線照射，不一樣時(shí)相細(xì)胞放射敏感性不一樣。②敏感細(xì)胞被殺滅，一次照射后總效應(yīng)是細(xì)胞群體同時(shí)化。③留下來(lái)細(xì)胞處于對(duì)射線相對(duì)耐受時(shí)相，分次照射之間，細(xì)胞經(jīng)過(guò)周期進(jìn)入更敏感時(shí)相（再分布），增加了分次放療方案中以后照射放射敏感性。8/25第三章輻射對(duì)腫瘤組織作用第一節(jié)、腫瘤增殖動(dòng)力學(xué)一、腫瘤細(xì)胞動(dòng)力學(xué)層次①活躍分裂細(xì)胞。是全部新生細(xì)胞起源。稱為P細(xì)胞或增殖細(xì)胞。生長(zhǎng)百分比（growthfraction,GF）：該層次細(xì)胞在整個(gè)腫瘤細(xì)胞群中所占百分比。②靜止G0期細(xì)胞，G0期細(xì)胞通常稱為Q細(xì)胞或靜止細(xì)胞。G0期細(xì)胞可再進(jìn)入細(xì)胞周期，有些G0期細(xì)胞是克隆源性，危險(xiǎn)，治療中需殺滅它。③分化終末細(xì)胞，不再含有分裂能力，對(duì)病人無(wú)嚴(yán)重威脅，但可組成一定體積，產(chǎn)生占位或壓迫。④已死亡及正在死亡細(xì)胞。特征：腫瘤壞死。9/25第三章輻射對(duì)腫瘤組織作用以上是腫瘤實(shí)質(zhì)細(xì)胞，其它參加形成腫瘤包塊主要是間質(zhì)，包含纖維細(xì)胞、血細(xì)胞、血管組織等，有時(shí)腫瘤間質(zhì)比腫瘤實(shí)質(zhì)成份還多。臨床上實(shí)質(zhì)成份多質(zhì)軟，間質(zhì)成份多質(zhì)硬。腫瘤細(xì)胞從一個(gè)層次向另一個(gè)層次轉(zhuǎn)化是連續(xù)發(fā)生，在一些治療進(jìn)行期間或之后出現(xiàn)細(xì)胞從Q層向P層次移動(dòng)，稱作再補(bǔ)充（recruitment）。從P到Q轉(zhuǎn)化也同時(shí)存在；另有一些細(xì)胞因營(yíng)養(yǎng)不良而不能繼續(xù)分裂；有些細(xì)胞因?yàn)樽匀环只M(jìn)程不能夠進(jìn)入分化層次；細(xì)胞丟失：活性轉(zhuǎn)移、死亡細(xì)胞吸收。10/25第三章輻射對(duì)腫瘤組織作用二、腫瘤生長(zhǎng)速度①腫瘤體積倍增時(shí)間（tumorvolumedoublingtime,Td）是描述腫瘤生長(zhǎng)速度主要參數(shù)，由三個(gè)主要決定原因所決定：細(xì)胞周期時(shí)間（thecellcycletime,Tc）；生長(zhǎng)百分比（thegrowthfraction,GF）；細(xì)胞丟失率（therateofcellloss）。假如細(xì)胞周期時(shí)間短、生長(zhǎng)百分比高、細(xì)胞丟失少，則腫瘤增加速度塊。②潛在倍增時(shí)間（potentialdoublingtime,Tpot），用來(lái)描述腫瘤生長(zhǎng)速度理論參數(shù)，定義：假設(shè)在沒(méi)有細(xì)胞丟失情況下，腫瘤細(xì)胞群體增加一倍所需要時(shí)間。這取決于細(xì)胞周期時(shí)間和生長(zhǎng)百分比。潛在倍增時(shí)間能夠經(jīng)過(guò)測(cè)定胸腺嘧啶標(biāo)識(shí)數(shù)（LI）或S期百分比（S-Phasefraction）取得：Tpot＝λ×Ts/LI③細(xì)胞丟失因子（celllossfactor），腫瘤細(xì)胞丟失能夠經(jīng)過(guò)計(jì)算細(xì)胞丟失因子來(lái)表示。細(xì)胞丟失因子=1-Tpot/Td11/25第三章輻射對(duì)腫瘤組織作用（2）腫瘤指數(shù)性生長(zhǎng)和非指數(shù)性生長(zhǎng)指數(shù)性生長(zhǎng)：腫瘤體積在相等時(shí)間間隔內(nèi)以一個(gè)恒定百分比增加。

V=exp(0.693·T/Td)0.693是Ln2，T是時(shí)間。腫瘤體積對(duì)數(shù)隨時(shí)間呈線性生長(zhǎng)，這是最簡(jiǎn)單生長(zhǎng)模式，理論上必需滿足：全部細(xì)胞均在增殖，而且沒(méi)有細(xì)胞丟失，也就是說(shuō)腫瘤倍增時(shí)間等于細(xì)胞周期時(shí)間。實(shí)際上腫瘤生長(zhǎng)倍增時(shí)間要長(zhǎng)于細(xì)胞周期時(shí)間，因?yàn)榇嬖诩?xì)胞丟失和去周期化，腫瘤生長(zhǎng)是非指數(shù)性。12/25第三章輻射對(duì)腫瘤組織作用表3-3-1人腫瘤經(jīng)典動(dòng)力學(xué)參數(shù)細(xì)胞周期時(shí)間（～2天）潛在倍增時(shí)間（～5天）生長(zhǎng)百分比（～40％）體積倍增時(shí)間（～60天）細(xì)胞丟失（～90%）13/25第三章輻射對(duì)腫瘤組織作用（3）人體腫瘤生長(zhǎng)速度原發(fā)灶、轉(zhuǎn)移造、不一樣類腫瘤，不一樣病例類型腫瘤，不一樣宿主以及生長(zhǎng)在同一宿主不一樣部位，人體腫瘤體積倍增時(shí)間均不相同，時(shí)間范圍非常寬。腫瘤患者疾病進(jìn)程依賴于腫瘤生長(zhǎng)速度和治療有效性。14/25第三章輻射對(duì)腫瘤組織作用第二節(jié)、從試驗(yàn)?zāi)[瘤放射生物學(xué)研究中得到一些結(jié)論①腫瘤體積效應(yīng),

大腫瘤比小腫瘤難治愈。大腫瘤內(nèi)克隆源細(xì)胞數(shù)多。大腫瘤中克隆源細(xì)胞對(duì)治療敏感性更小。②再群體化加速,在照射后存活下來(lái)克隆源性細(xì)胞可能使腫瘤很快再群體化。腫瘤體積不能很好地反應(yīng)克隆源性細(xì)胞殺滅情況。③瘤床效應(yīng)④乏氧和再氧合15/25第四章正常組織及器官放射效應(yīng)相對(duì)于腫瘤組織而言，正常組織細(xì)胞增殖是有規(guī)律，細(xì)胞增殖是受控制。成人組織正常狀態(tài)下細(xì)胞繁殖和細(xì)胞丟失是平衡，更新快細(xì)胞（腸粘膜上皮細(xì)胞）被稱為轉(zhuǎn)化組織或結(jié)構(gòu)等級(jí)制約組織，細(xì)胞丟失因子是1；而有絲分裂后組織（神經(jīng)細(xì)胞），細(xì)胞丟失因子是0。正常組織細(xì)胞之間形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)，細(xì)胞生、死維持著準(zhǔn)確平衡，使機(jī)體組織結(jié)構(gòu)及組成組織細(xì)胞保持在穩(wěn)定狀態(tài)。16/25第四章正常組織及器官放射效應(yīng)第一節(jié)、正常組織結(jié)構(gòu)組分（1）正常組織中細(xì)胞分化層次第一個(gè)類型：結(jié)構(gòu)等級(jí)制約組織（hierarchicaltissue)，在這種組織中干細(xì)胞群、擴(kuò)增細(xì)胞群、功效細(xì)胞群之間有清楚界限。①干細(xì)胞（stemcell）:指能夠分裂很屢次并形成有一定分化特征可識(shí)別干細(xì)胞和即將分化細(xì)胞。干細(xì)胞含有自我繁殖能力，它能避開(kāi)細(xì)胞分裂與細(xì)胞分化之間聯(lián)絡(luò)。而其它細(xì)胞在每次有絲分裂后就會(huì)失去部分分化潛能而最終分化成不分裂功效性細(xì)胞。干細(xì)胞大部分處于G0期，受到刺激后很快進(jìn)入細(xì)胞周期。17/25第四章正常組織及器官放射效應(yīng)②分化或功效細(xì)胞（differentiatedorfunctioncells），是與干細(xì)胞完全不一樣另一層細(xì)胞（如血液循環(huán)中粒細(xì)胞和小腸粘膜絨毛細(xì)胞），這些細(xì)胞沒(méi)有分裂能力，最終衰老死亡。③正在成熟細(xì)胞（maturatingcells），在干細(xì)胞和分化功效細(xì)胞之間存在著一個(gè)由正在成熟細(xì)胞組成中間層次。分化干細(xì)胞后代在分化進(jìn)程中倍增，如骨髓中幼紅細(xì)胞（erythroblats）和成熟粒細(xì)胞（granuloblats）。第二種類型：靈活組織（flexibletissue），特點(diǎn)是細(xì)胞層次間沒(méi)有顯著界限，其中最少有一部分功效性細(xì)胞含有自我更新能力。18/25第四章正常組織及器官放射效應(yīng)（2）早期組織和晚期反應(yīng)組織①早反應(yīng)組織和晚反應(yīng)組織，依據(jù)正常組織不一樣生物學(xué)特征及對(duì)電離輻射不一樣反應(yīng)，將正常組織分為：早反應(yīng)組織（earlyoracuterespondingtissue）和晚反應(yīng)組織（sloworlateeffectstissue），目標(biāo)是為了進(jìn)行生物劑量等效換算。早反應(yīng)組織特點(diǎn)：細(xì)胞更新快，照射后損傷很快就表現(xiàn)出來(lái)；a/β比值高（8-10）；損傷后以活躍細(xì)胞增殖來(lái)維持細(xì)胞數(shù)量進(jìn)而使損傷得到恢復(fù)。晚反應(yīng)組織特點(diǎn)：組織中細(xì)胞群體更新很慢（如神經(jīng)組織）；損傷很晚才表現(xiàn)出來(lái)；a/β比值低（2-3）。損傷后往往需要臨近結(jié)構(gòu)其它組織細(xì)胞來(lái)修復(fù)。19/25第四章正常組織及器官放射效應(yīng)早、晚反應(yīng)組織與分次放療：兩種組織在分次效應(yīng)上存在差異，晚反應(yīng)組織比早反應(yīng)組織對(duì)分次劑量改變更敏感。加大分次劑量晚反應(yīng)組織損傷加重，當(dāng)分次劑量大于2Gy時(shí)，晚期并發(fā)癥顯著增加。早、晚反應(yīng)組織與治療時(shí)間：因?yàn)橥矸磻?yīng)組織更新慢，放療期間不發(fā)生代償性增殖，所以對(duì)治療時(shí)間改變不敏感，縮短治療時(shí)間會(huì)增加對(duì)腫瘤細(xì)胞殺滅，但不會(huì)增加晚期并發(fā)癥。早反應(yīng)組織對(duì)治療時(shí)間反應(yīng)敏感，縮短治療時(shí)間早反應(yīng)組織損傷加重。早反應(yīng)組織對(duì)射線反應(yīng)類似于腫瘤組織。20/25第四章正常組織及器官放射效應(yīng)第二節(jié)、早期和晚期放射反應(yīng)發(fā)生機(jī)制（1）早期放射反應(yīng)發(fā)生機(jī)制，反應(yīng)發(fā)生由等級(jí)制約系統(tǒng)產(chǎn)生，反應(yīng)發(fā)生時(shí)間取決于分化了功效細(xì)胞壽命，反應(yīng)嚴(yán)重程度反應(yīng)了死亡與干細(xì)胞再生之間平衡。（2）晚期放射反應(yīng)發(fā)生機(jī)制-經(jīng)典及分子機(jī)制經(jīng)典概念：晚期反應(yīng)是指實(shí)質(zhì)細(xì)胞耗竭后無(wú)力再生而最終造成纖維化。分子機(jī)制：靶細(xì)胞受到照射后，因?yàn)樗嵌嗉?xì)胞，所以造成細(xì)胞因子級(jí)聯(lián)效應(yīng)產(chǎn)生，是細(xì)胞得以恢復(fù)和表示晚期效應(yīng)信息擴(kuò)增載體。當(dāng)前認(rèn)為：受照射后因?yàn)榧?xì)胞因子和生長(zhǎng)因子所介導(dǎo)各種細(xì)胞群之間相互作用，最終造成了晚期放射損傷形成。細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子識(shí)別是一個(gè)即刻時(shí)間過(guò)程，同時(shí)也是雙向，提醒一些細(xì)胞因子結(jié)合物抑制或擴(kuò)增最終將決定臨床事件過(guò)程。死亡靶細(xì)胞決定臨床過(guò)程方向，但存活細(xì)胞經(jīng)過(guò)細(xì)胞因子級(jí)聯(lián)效應(yīng)決定晚期可觀察到臨床表現(xiàn)。21/25第四章正常組織及器官放射效應(yīng)對(duì)于早反應(yīng)組織而言，靶細(xì)胞特征清楚，相反晚反應(yīng)組織潛伏期較長(zhǎng)。有些組織同時(shí)存在早期、晚期反應(yīng)發(fā)生機(jī)制。早、晚反應(yīng)組織區(qū)分對(duì)腫瘤治療意義重大，早期損傷治療期間即可觀察到，治療期間對(duì)劑量進(jìn)行調(diào)整，以保持有足夠干細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)。晚反應(yīng)組織損傷表現(xiàn)較晚，多沒(méi)有足夠干細(xì)胞來(lái)修復(fù)，取代以纖維化瘢痕，可產(chǎn)生嚴(yán)重并發(fā)癥。22/25第四章正常組織及器官放射效應(yīng)第三節(jié)、正常組織體積效應(yīng)①組織結(jié)構(gòu)耐受（structuraltissuetolerance），結(jié)構(gòu)性組織耐受取決于細(xì)胞放射敏感性以及內(nèi)在限定體積內(nèi)使成熟細(xì)胞群保持臨界水平以上干細(xì)胞活力。②功效性耐受（functionaltolerance），功效性耐受取決于作為一個(gè)整體器官是否能耐受繼續(xù)行使功效。③受照射體積對(duì)臨床耐受性可能有主要決定性，存在著一