放射生物學(xué)的基礎(chǔ)理論

關(guān)于放射生物學(xué)的基礎(chǔ)理論臨床放射生物學(xué)

放射生物學(xué)是一門邊緣科學(xué)，主要研究放射線對(duì)機(jī)體的作用。內(nèi)容涉及從放射線對(duì)機(jī)體作用的原初反應(yīng)，及其后一系列的物理、化學(xué)改變，乃至生物學(xué)方面的改變。范圍由分子水平直到細(xì)胞水平、整體水平。臨床放射生物學(xué)是在放射生物學(xué)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(xué)課題。第2頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天放射線的生物效應(yīng)

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(shí)，是直接與細(xì)胞關(guān)鍵的靶起作用，靶的原子被電離或激發(fā)從而導(dǎo)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(guò)程。第3頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、放射線的“間接作用”（indirectaction）：射線在細(xì)胞內(nèi)可能和另一個(gè)原子或分子相互作用產(chǎn)生自由基，它們可以擴(kuò)散一定范圍達(dá)到一個(gè)關(guān)鍵的靶并造成損傷。Ｘ線r線和電子線第4頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞的殺滅機(jī)制

染色體DNA是細(xì)胞殺滅的主要靶第5頁(yè),共33頁(yè)，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(dá)對(duì)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(xì)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(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞的放射敏感性第7頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天1．細(xì)胞存活曲線——細(xì)胞劑量效應(yīng)曲線。第8頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天最終斜率D0：是指在劑量效應(yīng)曲線的直線部分使細(xì)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(xì)胞在相對(duì)高劑量區(qū)對(duì)射線的敏感性，D0值愈大，細(xì)胞對(duì)放射愈抵抗。同一種細(xì)胞，D0值的改變，標(biāo)記著細(xì)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(zhǎng)，使之與縱軸相交所得的數(shù)。準(zhǔn)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(zhǎng)，與通過(guò)存活曲率為1的橫軸相交點(diǎn)的劑量就是Dq。它表明亞致死性損傷修復(fù)能力的大小。Dq值小，表明細(xì)胞對(duì)亞致死性損傷修復(fù)能力弱，很小的劑量便可使細(xì)胞進(jìn)入致死損傷的指數(shù)性存活曲線部分。第9頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.影響細(xì)胞放射敏感性的因數(shù)：①細(xì)胞分化程度與放射敏感性成反比②細(xì)胞內(nèi)CAMP的水平，CAMP水平愈低，放射敏感性愈強(qiáng)，研究表明細(xì)胞分裂相越多，細(xì)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(xì)胞線粒體少，心肌細(xì)胞線粒體多第10頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天④具有多種歸屬的結(jié)締組織細(xì)胞在發(fā)展的不同階段有不同的敏感性，纖維母細(xì)胞最敏感（瘢痕組織），內(nèi)皮細(xì)胞（血管內(nèi)皮細(xì)胞：血管肉瘤胸膜內(nèi)皮細(xì)胞：見皮瘤）為中度敏感，纖維細(xì)胞（纖維瘤）低敏感。⑤恢復(fù)能力強(qiáng)的細(xì)胞較敏感：小腸隱窩細(xì)胞、唾液腺細(xì)胞、肝細(xì)胞、腎細(xì)胞、具有內(nèi)分泌的腺體⑥恒定細(xì)胞：照射后無(wú)修復(fù)能力，只能有其他組織代替。神經(jīng)細(xì)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(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天⑦細(xì)胞周期的放射敏感性：Ⅰ：以細(xì)胞死亡為標(biāo)準(zhǔn)，M期最敏感，其敏感性是S期的2.6倍，無(wú)亞致死性損傷。Ⅱ：以細(xì)胞分裂延遲為指標(biāo)，以G1、G2期最敏感。如阻斷G2期，使細(xì)胞進(jìn)入M期Ⅲ：以畸變?yōu)橹笜?biāo)，S期最敏感Ⅳ：以染色體損傷為指標(biāo)，G2期最敏感第12頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天3．細(xì)胞放射損傷在修復(fù)：（1）亞致死性損傷的修復(fù)：亞致死性損傷是指細(xì)胞受到照射后，能完全修復(fù)的損傷（2）潛在致死性損傷的修復(fù)：潛在致死性損傷是指細(xì)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(fù)，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(xì)胞最終喪失分裂能力。低敏感細(xì)胞（3）致死性損傷：是指細(xì)胞所受的損傷在任何情況下都不能恢復(fù)的損傷。M期細(xì)胞或大劑量照射第13頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天４.細(xì)胞死亡

1）、立即死亡：經(jīng)萬(wàn)級(jí)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(jí)CGy照射一次，照射后細(xì)胞停止代謝，細(xì)胞核濃縮、蹦解、溶解。

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

氧增強(qiáng)比（OER）：在有氧及無(wú)氧情況下達(dá)到同樣生物效應(yīng)所需要的照射劑量之比第16頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．氧效應(yīng)作用機(jī)制和作用時(shí)間第17頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天3．起作用氧的濃度：0.5%(0.4kpa)第18頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.腫瘤生長(zhǎng)方式與乏氧細(xì)胞1955年英國(guó)學(xué)者GRAY發(fā)現(xiàn)距離血管100-150um以內(nèi)為氧合細(xì)胞

150-180um為乏氧細(xì)胞

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

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

目前普遍認(rèn)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(fù)，而后者則可能產(chǎn)生細(xì)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(lái)解說(shuō)。第25頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、細(xì)胞存活曲線

照射后，細(xì)胞的損傷呈隨機(jī)性。細(xì)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(xì)胞存活曲線可由Ｄ０值，n值及Ｄq值組成．第26頁(yè),共33頁(yè)，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(xì)胞的損傷有關(guān)系。等效劑量即是產(chǎn)生相同生物效應(yīng)所需的劑量。

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

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

評(píng)價(jià)：１、是經(jīng)驗(yàn)公式，缺乏生物學(xué)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(yīng)用單一的指數(shù)０.２４來(lái)代表所有的修復(fù)情況。

４、不同的分割劑量照射，其指數(shù)不一致。

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

細(xì)胞的死亡或者來(lái)自于單次致死性的擊中細(xì)胞中的靶或者來(lái)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(xì)胞存活率為：Ｓ＝e-(ad+d2)?？梢苑謩e把它們簡(jiǎn)稱為a型細(xì)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(dāng)細(xì)胞存活曲線肩區(qū)較大時(shí)，則α／β值小，而肩區(qū)小時(shí)則α／β值較高。α／β值相當(dāng)于a型細(xì)胞殺滅和β型殺滅二者生物效應(yīng)相等時(shí)所需的劑量。Ｓ＝e-(ad+d2)即是所謂的線性－平方模式。第29頁(yè),共33頁(yè)，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(yīng)，我們可以把Ｌ－Ｑ模式進(jìn)行以下轉(zhuǎn)換：

Ｓ＝e-(ad+βd2)

lnS=-(ad+βd2)

-lnS=ad+βd2

設(shè)Ｅ＝-lnS，Ｅ＝ad+βd2。若以分割次數(shù)n次進(jìn)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(xì)胞損傷。第30頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月25日，星期天（五）Ｌ－Ｑ模式僅在下列條件下才能應(yīng)用：

１、每次照射后的亞致死性損傷的修復(fù)必須完全；

２、每次照射所產(chǎn)生的生物效應(yīng)相似

３、沒(méi)有把時(shí)間因素即細(xì)胞增殖考慮在內(nèi)

４、細(xì)胞周期自我致敏忽略不計(jì)第31頁(yè),共33頁(yè)，2024年2月