放射生物學(xué)知識點講解

放射生物學(xué)學(xué)問點講解一、輻射生物效應(yīng)原理△(一〕電離輻射的種類⒈電磁輻射：xγ⒉粒子輻射⑴α粒子：質(zhì)量大，運動慢，短距離引起較多電離。⑵β粒子或電子：質(zhì)量小，易偏轉(zhuǎn)，深部組織電離作用。⑶中子：不帶電荷的粒子，高傳能線密度射線。⑷負π介子：大小介于電子和質(zhì)子之間，可以帶＋、－或不帶電。⑸重離子：某些原子被剝?nèi)ネ鈬娮雍螅纬蓭д姾傻脑雍?。〔二〕直接作用和間接作用1.直接作用〔P52〕當(dāng)X射線、γ射線、帶電粒子或不帶電粒子在生物介質(zhì)中被吸取時，射線有可能直接與細胞中的靶分子作用，使靶分子的原子電離或激發(fā)，導(dǎo)致一系列的后果，引起生物學(xué)變化。2.間接作用〔P52〕射線通過與細胞中的非靶原子或分子〔特別是水分子〕作用，產(chǎn)生自由基，后者可以集中肯定距離到達一個關(guān)鍵的靶并造成靶分子損傷。(三〕輻射對生物作用的機制〔P53〕(四〕不同類型細胞的放射敏感性〔P53〕⒈B-T/分化程度⒉cAMP：∝1/cAMP〔淋巴細胞、卵細胞〕⒊間期染色體體積：∝體積⒋線粒體數(shù)量：∝1/線粒體數(shù)量(五)傳能線密度與相對生物效應(yīng)⒈傳能線密度〔linearenergytransfer，LET〕傳能線密度是指次級粒子徑跡單位長度上的能量轉(zhuǎn)換，說明物質(zhì)對具有肯定電荷核肯定速度的帶電粒子的阻擋本領(lǐng)，也就是帶電粒子傳給其徑跡物質(zhì)上的能量。常用用千電子伏特/微米表示〔keV/μm)表示，也可用焦耳/米表示。單位換算為：1keV/μm＝1.602×10-10J/m⒉輻射生物效應(yīng)與傳能線密度的關(guān)系⑴射線的LET值愈大，在一樣的吸取劑量下其生物效應(yīng)愈大；⑵LET與電離密度成正比，高LETLET線的電離密度較小。其中，電離密度是單位長度徑跡上形成的離子數(shù)；⑶依據(jù)LETLET射線和低LET射線。LETXγ高LET射線：中子、質(zhì)子、α⒊劑量分布與傳能線密度的關(guān)系⒋相對生物效應(yīng)〔relativebiologicaleffect，RBE〕⑴定義:X射線(250kv)引起某一生物效應(yīng)所需要劑量與所觀看的輻射引起同一生物效應(yīng)所需要劑量的比值。⑵LETRBERBELET①LET<10keV/μm，當(dāng)LET增加時，RBE緩慢增加。②LET>10keV/μm，當(dāng)LET增加時，RBE上升加快。③LET＝100keV/μm，RBE到達最大值。④LET>100keV/μm，RBE二、細胞存活曲線△㈠概念〔P54〕⒈細胞存活細胞具有無限增殖的力量。⒉“死亡”細胞細胞失去增殖力量，即使照耀后細胞的形態(tài)仍舊保持完整，有能力制造蛋白質(zhì)，有力量合成DNA，甚至還能再經(jīng)過一次或兩次有絲分裂，產(chǎn)生一些子細胞，但最終不能連續(xù)傳代者稱為“死亡”細胞。⒊克隆〔集落〕在離體培育的細胞中，一個存活的細胞可分裂增殖成一個細胞群體。㈡細胞存活曲線的繪制㈢細胞存活曲線的參數(shù)及臨床意義⒈指數(shù)存活曲線對高LET射線如α粒子、中子等，細胞存活曲線在半對數(shù)坐標(biāo)上是一條直線。其特點是：只有一個生物學(xué)參數(shù)，即斜率或D0值?！惨淮握找軞?3％的細胞的劑量，即斜率的倒數(shù)〕，公式表示為：SF＝e－αD在劑量D0作用下，細胞存活率SF=e-1=63％,即細胞群受劑量D0照耀后，其中63％的靶細胞受到致死劑量的擊中，而有37％的細胞幸免死亡，在此狀況下，可將D0寫成D37,通常成為失活劑量或平均致死劑量。⒉帶肩的細胞存活曲線的參數(shù)：D0:平均致死劑量，表示直線局部的斜率K的倒數(shù)。代表細胞群體37％細胞所需要的放射線劑量。N值：細胞內(nèi)所含的放射敏感區(qū)域數(shù)，即靶數(shù)，也是表示放射敏感性相關(guān)的參數(shù)，是存活曲線直線局部的延長線與縱軸相交處的數(shù)值。Dq值：準(zhǔn)閾劑量，代表存活的肩段寬度，也稱鋪張的放射劑量。肩寬表示從開頭照耀到細胞呈指數(shù)性死亡所“鋪張”的劑量。在此劑量范圍內(nèi)，細胞表現(xiàn)為非致死損傷的修復(fù)，Dq值越大，說明造成細胞指數(shù)性死亡所需的劑量越大。⒊細胞存活曲線的臨床意義〔P56－57〕⑴各種細胞與放射劑量的定量爭論；⑵比較各種因素對細胞放射敏感性的影像；⑶觀看有氧與乏氧狀態(tài)下細胞放射敏感性的變化；⑷比較不同分割照耀方案的放射生物學(xué)效應(yīng)，并為其供給理論依據(jù)；⑸考察各種放射增敏劑的效果；⑹比較單純放療或放療加化療或/和加溫療法的作用；⑺比較不同能量射線的生物學(xué)效應(yīng)；⑻爭論細胞的各種放射損傷以及損傷修復(fù)的放射生物學(xué)理論問題。㈢.線性二次方程〔L-Q〕公式〔P56〕1.L-Q公式的定義：S=e—(αD+βD2)S：存活比例e：自然對數(shù)D：分次照耀的劑量α、β：系數(shù)上述公式說明，某一劑量造成的細胞殺傷可由直接致死效應(yīng)和間接致死效應(yīng)組成，即α型和β①公式中e—αD產(chǎn)生的生物效應(yīng)與劑量成反比，表示DNA單擊雙鍵斷裂，在細胞存活曲線上與劑量表現(xiàn)為線性關(guān)系。α表示單擊生物效應(yīng)系數(shù)。②公式中e—βD2產(chǎn)生的生物效應(yīng)與劑量平方成正比，表示DNA多擊單鍵斷裂，與可修復(fù)的損傷累積有關(guān)，存活曲線表現(xiàn)為連續(xù)彎曲，β當(dāng)單次照耀引起上述兩種效應(yīng)相等時，α/β值即為兩種效應(yīng)相等時的劑量。e—αD=e—βD2α/β=D正常早期反響組織具有較高的α/β值(10Gy左右)，說明直接坐標(biāo)效應(yīng)相對明顯，存活曲線表現(xiàn)的彎曲程度較小。正常晚期反響組織的α/β值較低〔約3Gy〕，說明直接殺傷要比早反響組織少，可修復(fù)損傷累積引起的殺傷相對較多。早期反響組織是機體內(nèi)分裂、增殖活潑并對放射線早期反響猛烈的組織，如上皮、粘膜、骨髓、精原細胞等。相對而言，機體內(nèi)那些無再增殖力量，損傷后僅以修復(fù)代償其正常功能的細胞組織，稱為晚反響組織，如脊髓、腎、肺、肝、骨和脈管系統(tǒng)等。2.L-Q公式設(shè)計最正確分次照耀方案的一般原則⑴為使正常組織的晚期損傷相對低于對腫瘤的殺滅，每次量應(yīng)低1.8～2.0Gy4.8～5.0Gy；6⑷在不致引起嚴(yán)峻急性反響的前提下，盡量縮短總治療時間；⑸最高總劑量應(yīng)確定不會引起照耀野內(nèi)正常組織的晚期反響。兩55Gy。第三章臨床放射生物學(xué)根底〔2〕一、細胞存活與修復(fù)△㈠放射損傷的分類★⒈致死損傷〔lethaldamage,LD〕⒉亞致死損傷(sublethaldamage,SLD)⒊潛在致死損傷〔potentialdamage,PLD〕這局部損傷受照耀后受環(huán)境的影響，或能修復(fù)，或走向死亡。㈡潛在致死損傷與修復(fù)按正常狀況細胞將死亡，但一旦照耀后環(huán)境有所變化，而且存活率又有提高，則考慮是由于潛在致死損傷的修復(fù)。㈢亞致死損傷與修復(fù)當(dāng)一個特定的照耀分為間隔肯定時間段的兩次賜予后，能觀看到細胞存活率的增加。兩次照耀之間分別在室溫、正常溫度：⒈室溫下培育室溫培育，可防止細胞在照耀間隙的細胞周期內(nèi)轉(zhuǎn)變時相，證明未受細胞周期時相變化影響的亞致死損傷修復(fù)現(xiàn)象。⒉正常的溫度下培育在前幾個小時可見快速的亞致死損傷修復(fù)，但當(dāng)兩次分割的間隔更長時，細胞存活率再次下降。解釋如下：①放射敏感時相細胞被殺滅，存活細胞群趨于集中于放射抗拒周期內(nèi)。②6小時后其次次照耀。細胞群在周期內(nèi)行進，到達G2或M時相。放射敏感程度超過亞致死損傷效應(yīng)修復(fù)的效應(yīng)，細胞存活率下降。三種過程同步存在的綜合。①亞致死放射損傷的快速修復(fù)；(Repair)②在分次照耀期間細胞在周期內(nèi)的行進，稱之為細胞的再分布；(Redistribution)③如兩個分次照耀的間隔是10～12h，超過了這些快速生長細胞的細胞周期時間，由于細胞分裂或再群體化，又消滅細胞存活率增加。(Regeneration)再氧合〔Reoxygenation)㈣影響細胞放射損傷與修復(fù)的因素⒈射線種類LET的增大而加大；⑵重離子、中子、粒子照耀后，細胞根本不存在潛在致死損傷的修復(fù)；⑶輻射種類對亞致死損傷修復(fù)的影響可以從照耀后劑量存活曲線曲線的肩區(qū)大小反響出來。X線照耀者肩區(qū)最寬，粒子照耀沒有肩區(qū)，中子照耀肩區(qū)微小。⒉劑量率總劑量肯定時，劑量率越低，照耀時間越長，生物效應(yīng)就越輕。⒊氧效應(yīng)⑴完全氧合的細胞比低氧細胞對輻射更加敏感；LETX射線或γOER2.5～3.5，OER1OER1.6；⑶氧效應(yīng)⒋輻射增敏劑和防護劑⑴增敏劑：氧、鹵代嘧啶類化合物、親電子性化合物、中藥、乏氧細胞毒性化合物等。主要作用是降低細胞積存亞致死性損傷的力量，細胞存活曲線上表現(xiàn)為肩區(qū)和斜率的明顯轉(zhuǎn)變。⑵防護劑:作用機制涉及自由基去除與氧有關(guān)的修復(fù)反響以及對細胞的防護保護作用等。要求對腫瘤細胞無保護作用，而對大多數(shù)正常組織均有防護作用。⒌加熱⑴方法：包括熱水浴、短波透熱、超聲和射頻等；⑵效應(yīng)特點：41.5℃～46.5℃，溫度上升，持續(xù)越久，細胞殺傷作用越顯著；⑶細胞存活曲線：開頭消滅“肩區(qū)”，隨后消滅指數(shù)殺滅局部；⑷機理：熱對膜的損傷增加了細胞死亡的機率；⑸影響因素：PH值、細胞養(yǎng)分條件和氧、細胞周期等。4“R”原則△㈠放射損傷的修復(fù)(Repair)以上提到的亞致死性損傷的修復(fù)和潛在致死性損傷的修復(fù)。㈡周期內(nèi)細胞的再分布(Redistribution)細胞的放射敏感性因所處的時相不同而不同?？偟膬A向是處于 S期的細胞是最耐受的，處于G2期和M期的細胞是最具放射敏感性。爭論覺察，分次放射治療中存在著處于相對放射抗拒時相的細胞向放射敏感時相移動的再分布現(xiàn)象。這有助于提高放射線對腫瘤的殺傷效應(yīng)。但假設(shè)未能進展有效的細胞周期時相再分布，則可能成為放射抗拒的機制之一。在分次照耀期間細胞在周期內(nèi)的行進，稱之為細胞的再分布。㈢氧效應(yīng)和乏氧細胞的再氧合〔Reoxygenation)⒈氧效應(yīng)在有氧的狀況下，氧能與自由基〔R〕作用形成有機過氧基〔RO2〕，它是靶物質(zhì)的不行逆形式，于是損傷被化學(xué)固定下來，因此認為氧比照射的”損傷起了“固定”作用，稱之為“氧固定學(xué)說”。氧效應(yīng)就是氧在放射線和生物體相互作用中所起的影響。⒉乏氧細胞的再氧合試驗說明，直徑<1cm的腫瘤是充分氧合的，超過這個大小就會消滅乏氧。假設(shè)用大劑量單次照耀，腫瘤內(nèi)大多數(shù)放射敏感的氧合好的細胞將被殺死，剩下的那些活細胞是乏氧的。因此，照耀后即刻的乏氧分?jǐn)?shù)將會接近100％，然后漸漸下降并接近初始值，這種現(xiàn)象稱為再氧合。⒊氧效應(yīng)對細胞存活曲線的影響大劑量分次照耀氧合好的細胞和乏氧細胞的效應(yīng)。假設(shè)沒有再氧合的發(fā)生，則每分次劑量照耀后只能期望殺死微小數(shù)量的乏氧細胞。存活曲線區(qū)域平坦。在療程后期，乏氧細胞群體的效應(yīng)將占主要地位。假設(shè)分次間有氧合發(fā)生，則放射對初始乏氧細胞的殺滅作用會增大，從而使乏氧細胞的負面效應(yīng)削減。⒋氧增加比〔oxygenenhancementratio，OER〕⑴定義：在缺氧條件下，引起肯定效應(yīng)所需放射劑量與有氧條件下引起同樣效應(yīng)所需放射劑量的比值，常用來衡量氧效應(yīng)的大小。OER低LET射線：有氧條件下放射損傷嚴(yán)峻，反之則損傷較輕。如：X射線、γOER2.5～3。高LET射線：放射敏感性對細胞中含氧狀態(tài)的依靠性較小。如：αOER1，即沒有氧效應(yīng)。㈣再增殖或再群體化(Regeneration)1.正常組織損傷之后，組織的干細胞及子代細胞在機體調(diào)整機制作用下，增殖、分化、恢復(fù)組織原來形態(tài)的過程稱做再群體化。⒉腫瘤組織照耀后可啟動腫瘤內(nèi)存活的克隆源細胞，使之比照耀或用藥以前分裂更快，稱為加速再群體化。換言之，臨床進展分次照耀時，每次照耀劑量不行能到達破壞全部腫瘤細胞的目的，在此期間，腫瘤細胞的再生