核醫(yī)學(xué)第3章-電離輻射生物效應(yīng)與放射衛(wèi)生防護(hù)---1

1、安徽醫(yī)科大學(xué) 易啟毅 2014-2-24,第3章 電離輻射生物效應(yīng)與放射衛(wèi)生防護(hù) (第1部分),本章內(nèi)容,為什么要學(xué)電離輻射生物效應(yīng)與放射衛(wèi)生防護(hù),1. 放射線作用具有兩面性，需趨利避害,2.培養(yǎng)大家對(duì)放射性突發(fā)事件的應(yīng)急處理能力，在實(shí)驗(yàn)過程中的防護(hù); 3.由于環(huán)保和醫(yī)療放射性管理的加強(qiáng)，醫(yī)生必須懂得防護(hù)的原則，措施，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn); 4.放射生物學(xué)是生命科學(xué)研究的一個(gè)重要學(xué)科。,Radiation dont need to be feared, but it must be respected。,放射防護(hù)研究歷史,1911年，開始有輻射引起皮膚損傷和皮膚癌的報(bào)道； 1920年，美國(guó)倫琴射線學(xué)會(huì)成立

2、“輻射防護(hù)委員會(huì)”，同年英國(guó)也成立了“倫琴射線和鐳的防護(hù)委員會(huì)”，開始從事放射線對(duì)人體損害的研究； 1928年，第一個(gè)國(guó)際性組織“X射線和鐳的防護(hù)委員會(huì)”成立，1950年正式命名為“國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)”(International Commission on Radiological Protection, ICRP),電磁輻射分類,非電離輻射 vs. 電離輻射。 本課程基本只講述電離輻射及其防護(hù),照射量 (exposure dose),是直接度量X、射線對(duì)空氣電離能力的量值，可間接反映X、輻射場(chǎng)的強(qiáng)弱，以X表示。 定義： X或射線在單位質(zhì)量為dm的空氣中與原子核相互作用，釋放出來(lái)的次級(jí)電子完

3、全被阻止時(shí)，所產(chǎn)生的同一種符號(hào)的離子總電荷的絕對(duì)值dQ與dm之比，即 X=dQ/dm 國(guó)際單位為庫(kù)侖/千克(C/kg），簡(jiǎn)寫為Ckg-1。傳統(tǒng)的單位是倫琴(roentgen, R)。1R=2.5810-4 Ckg-1 照射量率：指單位時(shí)間內(nèi)的照射量。單位有庫(kù)侖千克-1秒-1(CKg-1S-1)或舊單位倫琴秒-1(RS-1)等。 ！注意：照射量?jī)H適用于能量在10keV3MeV范圍內(nèi)的X、射線照射空氣，不能用于其它射線和靶物質(zhì)。,定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的受照物質(zhì)吸收射線的平均能量。 以D表示，即D=dE/dm 國(guó)際單位是戈瑞（gray，Gy） ，1 Gy表示1千克受射線照射物質(zhì)吸收射線能量為1焦耳，簡(jiǎn)寫為

4、Jkg-1。傳統(tǒng)單位是拉德(rad)。 1 Gy100rad 對(duì)于空氣輻射場(chǎng)中的X或射線，吸收劑量D與照射量X可通過下式換算：D=33.84X 吸收劑量率：指單位時(shí)間內(nèi)的吸收劑量。用D表示。單位是GyS-1 適用范圍：適用于任何類型的電離輻射和任何被照射的物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于內(nèi)、外照射。,吸收劑量 （absorbed dose）,當(dāng)量劑量 (equivalent dose),是衡量各種輻射對(duì)生物機(jī)體危害程度的物理量。 定義：吸收劑量與輻射權(quán)重因數(shù)的乘積，用HTR表示，即HTR=WRDTR DTR：R類輻射在組織T中所致的平均吸收劑量； WR：某種射線的輻射權(quán)重因數(shù)，為一個(gè)無(wú)量綱的量 國(guó)際單位也是J

5、kg-1，并給其一個(gè)專有名稱是希沃特（sievert，Sv）。舊制單位是雷姆(rem), 1 Sv=100 rem。 當(dāng)量劑量率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的劑量當(dāng)量。單位是SvS-1 適用范圍：劑量當(dāng)量一般只限用于放射防護(hù)。,有效劑量 （effective dose）,T,吸收劑量(D) 1戈瑞 = 1焦耳/千克 1 Gy = 1 J/kg,放射源 活度(A) 1貝克=1次核衰變/秒,當(dāng)量劑量 (H) 1希沃特 = 1焦耳/千克,任何物質(zhì),有機(jī)體,三者意義和區(qū)別,常用輻射量及單位換算,輻射源來(lái)源,2.1 天然本底輻射 nature background,在人類生存的環(huán)境中，自然存在的多種射線和放射性物質(zhì)。包

6、括宇宙射線 cosmic radiation 、宇宙射線感生放射性核素 cosmogenic radionuclide 和地球輻射 earth radiation 。,1.宇宙射線 初級(jí)宇宙射線：星球碰撞、爆炸等形成的微粒在宇宙空間磁場(chǎng)的作用下形成的高能粒子流，其中主要是質(zhì)子，其次是粒子和重離子等。 次級(jí)宇宙射線：初級(jí)宇宙射線從宇宙空間進(jìn)入大氣層后，與空氣分子發(fā)生核反應(yīng)形成光子、電子、質(zhì)子、中子、介子等射線,2009年10月9日，法國(guó)天文臺(tái)向蒙帕納斯大樓 （宇宙射線實(shí)驗(yàn)室）屋頂發(fā)射激光束,宇宙射線的輻射特點(diǎn),能量范圍寬，強(qiáng)度隨海拔高度、緯度的不同而變化。對(duì)人體產(chǎn)生外照射。,初級(jí)宇宙射線進(jìn)入大氣

7、層后產(chǎn)生次級(jí)宇宙射線的級(jí)聯(lián)反應(yīng)示意圖,2.宇宙射線感生放射性核素 初級(jí)宇宙射線從宇宙空間進(jìn)入大氣層后，與空氣分子發(fā)生核反應(yīng)除放出射線外，還產(chǎn)生3H、14C、7Be、22Na、85Kr等放射性核素。,主要產(chǎn)生外照射，如隨塵埃或雨水降落地面攝入人體內(nèi)，可產(chǎn)生內(nèi)照射。,3.地球輻射 系列（series）衰變放射性核素 必須經(jīng)過2代或2代以上的衰變才能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定核素的天然放射性核素。 包括鈾系、釷系、錒系等三大系列；是地球輻射的主要來(lái)源。 共同特點(diǎn)： A.起始的母體放射性核素具有與地球年齡相當(dāng)?shù)陌胨テ冢荛L(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的形成系列衰變。 B.系列衰變?cè)氐拿恳粭l衰變線都會(huì)產(chǎn)生222Rn2（氡氣）。 C.最后

8、都形成穩(wěn)定核素-鉛（Pb） 40K、14C等單獨(dú)存在的天然放射性核素 （半衰期很長(zhǎng)或可不斷產(chǎn)生而保持一定的量）,Ionizing radiation is ubiquitous. Air, water, soil, plants, animals, people, food, paper, machinery and buildings are radioactive.,天然本底輻射年有效劑量,2.2 醫(yī)療照射,醫(yī)療照射是公眾受到的最主要的人工輻射源照射。 遵循合理化和最優(yōu)化的原則。 醫(yī)療照射的控制： 減少醫(yī)學(xué)放射工作人員的職業(yè)照射； 減少患者受到的醫(yī)療照射； 降低可能發(fā)生的公眾輻射。 醫(yī)療照

9、射的趨勢(shì)： 受檢人數(shù)逐年增加； 由于技術(shù)裝備改進(jìn)，同樣項(xiàng)目檢查受照射逐年降低。,公眾接受的醫(yī)療照射約為每年 0.54 mSv，為天然本底輻射的20%左右。,2.3 其它人工輻射,火力發(fā)電站：釋放的主要放射性核素是釷和氡及其衰變子體。(一座火力發(fā)電廠所釋放出來(lái)的放射性物質(zhì)是同級(jí)核能發(fā)電廠的100倍。全世界每年因燃燒煤炭所釋放出的鈾和釷約37,000噸) 核電站:開采，使用，乏燃料后處理 核事故：核電站、醫(yī)療事故、丟源 其它人工輻射：主要包括消費(fèi)產(chǎn)品中的人工輻射，這些生活用品或摻入了放射性核素或能發(fā)射X射線。包括輻射發(fā)光產(chǎn)品、工業(yè)表盤和鐘表、電子或電器件、靜電消除器、煙霧探測(cè)器、含鈾和釷的制品等。

10、（此類輻射引起的集體有效劑量當(dāng)量很小，但應(yīng)用廣泛，接觸人群廣，故其生產(chǎn)、銷售、使用和報(bào)廢都有嚴(yán)格規(guī)定限制。）,人工輻射源輻射年有效劑量,電離輻射,電離輻射分為兩大類： 其發(fā)射的粒子是帶電粒子的如電子、質(zhì)子、粒子等叫直接電離輻射，這些粒子與物質(zhì)作用時(shí)能直接使物質(zhì)電離或激發(fā)； 發(fā)射的粒子是不帶電的如光子（X射線、射線）、中子等，它們與物質(zhì)作用時(shí)不能直接引起物質(zhì)電離，而是使靶物質(zhì)釋放直接電離粒子或引起核反應(yīng)。如光子與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生次級(jí)電子，而這些次級(jí)帶電粒子能再度使物質(zhì)發(fā)生電離。稱為間接電離輻射。,電離輻射作用于靶物質(zhì)后原子或分子中的電子吸收射線能量，升到較高能級(jí)，但電子仍然沒有脫離原子或分子，此

11、種現(xiàn)象叫做原子或分子的激發(fā)； 如果射線有足夠的能量使1個(gè)或多個(gè)軌道電子脫離原子或分子而射出，此種現(xiàn)象叫做原子或分子的電離。 每個(gè)電離過程的能量損失約為33eV，該能量足以破壞很強(qiáng)的化學(xué)鍵。,傳能線密度 與 相對(duì)生物效應(yīng),一、傳能線密度 （linear energy transfer，LET） 定義：帶電粒子在其單位長(zhǎng)度徑跡上消耗的平均能量（單位J/m）。 LET概念也適用于雖不是直接電離粒子，但可產(chǎn)生次級(jí)帶電粒子的X、射線和中子。 與生物效應(yīng)的關(guān)系：正相關(guān)。是衡量輻射生物效應(yīng)的重要量值。,LET與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)速度和所載電荷有關(guān)： 與運(yùn)動(dòng)速度呈負(fù)相關(guān)； 與所載電荷呈正相關(guān)。 輻射的生物損害與L

12、ET呈正相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，高LET粒子在生物體給定體積內(nèi)產(chǎn)生變化的幾率較高，與物質(zhì)相互作用的空間分布較為密集。,各種射線的LET值,二、 相對(duì)生物效應(yīng) （ relative biological effect, RBE）,RBE ,X或射線引起同等生物效應(yīng)所需劑量,所觀察的電離輻射引起某一生物效應(yīng)所需劑量,以250keV的X射線或60Co的射線為基準(zhǔn),各種電離輻射的相對(duì)生物效應(yīng),（一） RBE的含義,意義：主要是為了比較在劑量相同時(shí)，不同種類的電離輻射引起某一特定效應(yīng)的效率的差別。即： 劑量相同、輻射種類不同，產(chǎn)生的效應(yīng)也不同； 若要產(chǎn)生相同效應(yīng)，則不同種類的輻射所需的劑量就不同。,（二）LET

13、與RBE的關(guān)系 RBE的變化是LET的函數(shù)（正相關(guān)） LET：100kev/um時(shí)；LET繼續(xù)增加，RBE反而下 降，表明更多的射線并不能用于引起生物效應(yīng)上，反而被浪費(fèi)了,原發(fā)作用 與 繼發(fā)作用,一、原發(fā)作用（primary effect）,指從照射之時(shí)起到在細(xì)胞學(xué)上觀察到可見損傷的這段時(shí)間內(nèi)，在細(xì)胞中進(jìn)行著輻射損傷的原初和強(qiáng)化過程。 包括物理、物理化學(xué)和化學(xué)三個(gè)階段。 此過程中輻射能量的吸收和傳遞、分子的激發(fā)和電離、自由基的產(chǎn)生、化學(xué)鍵的斷裂等，都是在生物體內(nèi)進(jìn)行的。,二、繼發(fā)作用（secondary effect）：是指在原發(fā)作用發(fā)生的基礎(chǔ)上，因原發(fā)作用形成的各種活性基團(tuán)不斷攻擊生命大分子

14、，導(dǎo)致生物顯微結(jié)構(gòu)的破壞，繼而發(fā)生一系列生物學(xué)、生物化學(xué)的損傷效應(yīng)。,繼發(fā)反應(yīng)：,亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞,細(xì)胞內(nèi)水解酶的釋放,信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的改變或破壞,代謝的方向性和協(xié)調(diào)性的紊亂,生物化學(xué)損傷,細(xì)胞、組織器官和系統(tǒng)的變化,病理學(xué) 改變,功能變化,三、電離和激發(fā),電離（作用）（ionization） 生物組織分子被粒子或光子流撞擊，軌道電子擊出，產(chǎn)生自由電子和帶正電荷的離子，即形成離子對(duì)，這一過程稱為電離（作用）。 激發(fā)作用（excitation） 電離輻射與組織分子相互作用，能量不足以擊出電子，而使軌道電子從低能級(jí)躍遷到較高能級(jí)軌道，分子處于激發(fā)態(tài)。激發(fā)分子很不穩(wěn)定，容易向鄰近分子或原子釋放能量。,

15、四、水的電離和激發(fā),水的原初輻解產(chǎn)物： 電離輻射作用于機(jī)體的水分子，使水分子發(fā)生電離和激發(fā)，產(chǎn)生大量高活性自由基和活性離子。這種反應(yīng)稱水的輻解反應(yīng)，各種自由基和活性離子統(tǒng)稱水的原初輻解產(chǎn)物 。,H2O H, OH, ea-q, H2, H2O2，H3O+，OH-,輻射,生物體7080%都是水分,直接作用 與 間接作用,一、直接作用（direct effect） 概念：電離輻射的能量直接沉積于生物大分子，引起生物大分子的電離、激發(fā)或化學(xué)鍵的斷裂等變化，造成其結(jié)構(gòu)改變，從而破壞機(jī)體的核酸、蛋白質(zhì)、酶等具有生命功能的物質(zhì)，這種直接由射線造成的生物大分子損傷效應(yīng)稱為直接作用。 特點(diǎn)：生物效應(yīng)與輻射能量

16、沉積發(fā)生于同一生物 大分子上。,電離輻射對(duì)DNA分子損傷的直接作用,電離輻射對(duì)核酸大分子的直接作用，主要引起堿基的破壞或脫落、單鏈或雙鏈斷裂、氫鍵破壞、螺旋結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)交聯(lián)，或核酸之間、核酸與蛋白質(zhì)之間出現(xiàn)交聯(lián)。,電離輻射對(duì)蛋白質(zhì)的直接作用可引起蛋白質(zhì)側(cè)鏈發(fā)生變化，氫鍵、二硫鍵斷裂，導(dǎo)致高度卷曲的肽鏈出現(xiàn)不同程度的伸展，空間結(jié)構(gòu)改變。,二、間接作用（indirect effect） 概念：電離輻射首先作用于水，使水分子產(chǎn)生一系列原初輻射分解產(chǎn)物（H，OH，水合電子等），再作用于生物大分子引起后者的物理和化學(xué)變化。 特點(diǎn)：能量沉積和生物效應(yīng)發(fā)生在不同分子,H2O H, OH, ea-q, H2,

17、H2O2，H3O+，OH-,輻射,電離輻射對(duì)DNA分子損傷的間接作用,間接作用,間接作用對(duì)組織或細(xì)胞的損害： 破壞細(xì)胞膜，使膜脂質(zhì)過氧化，引起膜結(jié)構(gòu)的破壞； 使細(xì)胞蛋白質(zhì)氧化、脫氫，造成蛋白質(zhì)的失活、結(jié)構(gòu)改變、化學(xué)鏈的斷裂，或使蛋白質(zhì)交聯(lián)和聚合，從而影響蛋白質(zhì)的正常功能； 使糖鏈斷裂和失活； 引起核酸的損傷，造成細(xì)胞死亡。,電離輻射間接作用的四種效應(yīng) 1. 稀釋效應(yīng)（dilution effect）：指最大的相對(duì)效應(yīng)發(fā)生在最稀釋的溶液中。 一定劑量的電離輻射在溶液中產(chǎn)生固定數(shù)量自由基，如果作用是間接的，那么失活的溶質(zhì)分子數(shù)目就與溶液濃度無(wú)關(guān)，只與產(chǎn)生的自由基數(shù)量一致；若作用為直接的，則失活的溶

18、質(zhì)分子數(shù)將取決于受照溶液的溶質(zhì)分子數(shù)，并與溶液濃度成正比。 在稀釋溶液系統(tǒng)中，間接作用占主要地位,2. 溫度效應(yīng)（temperature effect）： 指在一定實(shí)驗(yàn)條件下，受照射系統(tǒng)（如酶濃度）的輻射效應(yīng)，隨著周圍溫度升高而加重。 原理：因?yàn)闇囟壬?，增加了自由基接近酶的機(jī)會(huì)，使酶分子損傷加重，反之亦然。 對(duì)于恒溫生物表面來(lái)講（包括人體），通常條件下的照射所產(chǎn)生的輻射效應(yīng)不受環(huán)境溫度變化的影響。,3. 防護(hù)效應(yīng)（protective effect）： 指向受照射的生物系統(tǒng)中引入某種或某幾種物質(zhì)具有能降低該系統(tǒng)的損傷程度的作用。 輻射防護(hù)劑（radioprotectors）： 指有機(jī)體或某一

19、種生物系統(tǒng)受輻照前或輻照后立 即給予某種物質(zhì)，能減輕其輻射損傷，促進(jìn)其修 復(fù)的物質(zhì)。 劑量降低系數(shù)（dose reduction factor，DRF） 有防護(hù)劑時(shí)，引起致死效應(yīng)所需輻照劑量 無(wú)防護(hù)劑時(shí)，引起致死效應(yīng)所需輻照劑量,DRF=,4. 氧效應(yīng)（ oxygen effect） 氧效應(yīng)：是指受照射的生物組織、細(xì)胞或生物大分子的輻射效應(yīng)隨周圍介質(zhì)中氧濃度升高而增加。 氧 + 自由基 過氧化物自由基 (R00) 在有氧條件下細(xì)胞放射敏感性增高，增高的幅度與氧濃度有關(guān)。 氧增強(qiáng)比（oxygen enhancement radio,OER）是指缺氧條件下引起一定效應(yīng)所需輻射劑量與有氧條件下引起同

20、樣效應(yīng)所需輻射劑量的比值。其公式是： 缺氧條件下產(chǎn)生一定效應(yīng)的劑量 有氧條件下產(chǎn)生同樣效應(yīng)的劑量,OER=, 氧效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制：氧具有雙重作用。 氧固定假說(shuō) ：電離輻射在靶分子中誘發(fā)自由基，如果有氧存在，輻射產(chǎn)生的自由基迅速與氧分子結(jié)合，形成一種妨礙靶分子生物功能的過氧化物基團(tuán) ROO。 輻射 O2 R R ROO,氧濃度對(duì)氧效應(yīng)的影響,有氧條件下細(xì)胞放射敏感性增高 氧分壓從0上升至1，放射敏感性迅速增加 增至21或至100時(shí)，敏感性處于坪值,照射時(shí)間對(duì)氧效應(yīng)的影響,照射前引入氧，表現(xiàn)出氧效應(yīng) 照射后引入氧，無(wú)效,氧效應(yīng)生物學(xué)意義： 許多實(shí)體瘤細(xì)胞是乏氧的，因而對(duì)放射治療有抗性，應(yīng)用高壓氧艙可

21、以提高腫瘤細(xì)胞的氧合量，或者放療前使用乏氧細(xì)胞增敏劑可以增加射線對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷能力。,自 由 基,自由基（free radical）：指含有一個(gè)或多個(gè)不配對(duì)電子的原子、分子、離子或游離基團(tuán)。 形成方式均裂（homolytic fission) 自由基的特性：,高反應(yīng)性： 帶有未配對(duì)電子，具有強(qiáng)烈的獲取或失去電子以成為配對(duì) 電子的趨勢(shì)，因此化學(xué)性質(zhì)活潑 不穩(wěn)定性： 壽命短不穩(wěn)定 順磁性： 當(dāng)電子成對(duì)存在于同一軌道時(shí)，由于兩個(gè)電子的自旋方向 相反，各自的相應(yīng)磁矩相互抵消，對(duì)外不顯示磁性。,活性氧 氧化應(yīng)激 氧自由基,1. 活性氧（reactive oxygen species, ROS）：是指含

22、有氧的活性物質(zhì)，可能是氧的某些代謝產(chǎn)物和一些經(jīng)過生化反應(yīng)而產(chǎn)生的含氧基團(tuán)。主要有以氧的單電子還原產(chǎn)物、氧的雙電子還原產(chǎn)物、烷烴過氧化物ROOH、均裂產(chǎn)物RO、 ROO、處于激發(fā)態(tài)的氧。 2. 氧化應(yīng)激（Oxidative Stress）：是指具有活性的氧化中間產(chǎn)物（ROI）所引起的生物學(xué)反應(yīng)稱為氧化應(yīng)激。 3. 氧自由基（Oxygen free radical）：是指含有氧元素的自由基。氧自由基都是活性氧，但活性氧不一定就是氧自由基。如處于單線激發(fā)狀態(tài)的氧（1O2）雖不是自由基，但其活性很高，從生物學(xué)意義上來(lái)講屬于活性氧。,常見氧自由基,自由基對(duì)生命大分子的作用,1）抽氫反應(yīng)：自由基將有機(jī)分子

23、中的H轉(zhuǎn)移至自身，形 成有機(jī)自由基。 HO + RH R + H2O H + RH R + H2 2) 加成反應(yīng)：自由基加入至不飽和有機(jī)分子中雙鍵部位 的反應(yīng) H + RCH = CH2 RCH CH2 H,3) 歧化反應(yīng)：既有氧化作用又有還原作用的自由基， 易于發(fā)生。發(fā)生在自由基或自由基與有機(jī) 分子之間的單電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。 O2- + O2- + 2H+ H2O2 + O2 O2- + H2O2 O2 + OH + OH- 4) 鏈?zhǔn)椒磻?yīng): 在生物系統(tǒng)中脂質(zhì)（RH）的過氫化就是 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與支鏈反應(yīng)。 5) 氧化還原反應(yīng): O-2在水溶液中主要起還原劑作用， 使細(xì)胞色素C還原；也可以使Vc氧化，

24、產(chǎn) 生半脫氫抗壞血酸自由基。,機(jī)體的抗氧化功能,（一）抗氧化酶,過氧化氫酶（catalase,CAT）,硒谷胱甘肽過氧化物酶（selenium dependent glutathione peroxidase, SeGSHPx）、,磷脂氫過氧化物谷胱甘肽過氧化物酶（phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase, PHGSHPx）,谷胱甘肽轉(zhuǎn)硫酶（nonseG SHPX）,超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）,非特異性過氧化物酶：,（二）脂溶性抗氧化劑,維生素E 類胡蘿卜素 泛醌,可消除1O2和,阻斷脂質(zhì)過氧化

25、作用,直接與活性氧起反應(yīng) 抑制脂質(zhì)過氧化,可清除,可與脂自由基（L） 或脂過氧基（LOO）反應(yīng),（三）水溶性小分子抗氧化劑,維生素C（抗壞血酸） 谷胱甘肽,與,和H,OH反應(yīng),生成抗壞血酸自由基,供氫體，同時(shí)也是OH,的清除劑,H2O2和1,（四）蛋白性抗氧化劑,銅藍(lán)蛋白（ceruloplasmin）是人血漿的含銅蛋白，是細(xì)胞液的重要抗氧化劑之一，其作用主要在于防止過渡金屬Fe 2+和Cu 2+催化H2O2形成OH。 清蛋白 結(jié)合的膽紅素有效地清除 、 和過氧基，還可以作為過氧化物酶還原H2O2和有機(jī)過氧化物的提氫體。,輻射生物效應(yīng)作用機(jī)制,影響電離輻射生物學(xué)作用的 主要因素,（一）與輻射有關(guān)

26、的因素 1. 輻射的種類：電離密度和穿透能力 2. 輻射劑量：一般情況存在正的劑量效應(yīng)關(guān)系（非線性） 3. 輻射的劑量率 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間接受的照射劑量 4. 分次照射：效應(yīng)低于一次照射 5. 照射部位：腹部盆腔頭頸胸部四肢 6. 照射面積：照射面積越大，效應(yīng)越顯著 7. 照射方式：內(nèi)照射、外照射（單向或多向）、混合照射,（二）與機(jī)體有關(guān)的因素 1、種系的放射敏感性 種系演化越高，機(jī)體組織結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，放射敏感性越高 2、個(gè)體發(fā)育的放射敏感性 敏感性隨個(gè)體發(fā)育過程而逐漸降低 十日法規(guī)：對(duì)育齡婦女下腹部的X射線檢查都應(yīng)當(dāng)在月經(jīng)周 期第1天算起的10天內(nèi)進(jìn)行，以避免對(duì)妊娠子宮的照射 3、亞細(xì)胞和分子水平的

27、放射敏感性 細(xì)胞核的敏感性高于胞漿 DNA mRNA rRNA tRNA 蛋白質(zhì) 4、不同器官、組織和細(xì)胞的放射敏感性 Bergonie 和 Tribondeau 定律,Bergonie和Tribondeau定律： 一種組織的放射敏感性與其細(xì)胞的分裂活動(dòng)成正比，而與其分化程度成反比。 1. 高度敏感組織：淋巴組織、胸腺、骨髓、胃腸上皮、 性腺、胚胎組織。 2. 中度敏感組織：感覺器官、內(nèi)皮細(xì)胞、皮膚上皮 3. 輕度敏感組織：中樞神經(jīng)系統(tǒng)；內(nèi)分泌腺、心臟 4. 不敏感組織： 肌組織、軟骨和骨等,特例：卵母細(xì)胞和淋巴細(xì)胞不能迅速分裂，但兩者都對(duì)電離輻射極為敏感。,（三）與介質(zhì)有關(guān)的因素,1. 溫度

28、：機(jī)體受照射時(shí)，其內(nèi)外環(huán)境溫度的改變，可直接影響輻射生物學(xué)效應(yīng)，稱其為溫度效應(yīng)。進(jìn)行放射治療之前，先提高腫瘤組織局部溫度，其放療療效有明顯提高。 其原因：溫度造成動(dòng)物體內(nèi)氧狀況的改變； 溫度引起體內(nèi)新陳代謝水平的改變； 在低溫或冰凍狀況下，溶液中自由基擴(kuò)散受阻。 2. 氧：受照組織、細(xì)胞或溶液系統(tǒng)的輻射效應(yīng)隨周圍介質(zhì)中氧濃度的增加而增加，這種現(xiàn)象稱為氧增強(qiáng)效應(yīng)。目前為提高腫瘤組織對(duì)輻射的敏感性，利用輻射“氧效應(yīng)”這一特性提高放射治療效果。,3. 化學(xué)物質(zhì) 在溶液體系中，由于其它物質(zhì)的存在而使一定劑量的輻射對(duì)溶質(zhì)的損傷效應(yīng)降低稱為防護(hù)效應(yīng)。細(xì)胞的培養(yǎng)體系中或機(jī)體體液中在照前含有輻射防護(hù)劑，可減輕

29、自由基反應(yīng)，促進(jìn)損傷生物分子修復(fù)，能減弱生物效應(yīng)。反之，如含有輻射增敏劑（radiosensitizer），可增強(qiáng)自由基化學(xué)反應(yīng)，阻止損傷分子和細(xì)胞修復(fù)，能提高輻射效應(yīng)。,電離輻射的分子生物學(xué)效應(yīng),生物大分子的輻射效應(yīng) 細(xì)胞的輻射效應(yīng) 染色體的輻射效應(yīng),生物大分子,生物大分子指的是作為生物體內(nèi)主要活性成分的各種分子量達(dá)到上萬(wàn)或更多的有機(jī)分子。 高相對(duì)分子量的生物有機(jī)化合物（生物大分子）主要是指核酸、蛋白質(zhì)以及高相對(duì)分子量的碳?xì)浠衔铮ㄖ|(zhì)、糖類）。 這個(gè)定義只是概念性的，與生物大分子對(duì)立的是小分子物質(zhì)（二氧化碳、甲烷等）和無(wú)機(jī)物質(zhì)。,生物分子損傷是一切輻射生物效應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。 DNA是細(xì)胞增殖

30、、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，是引起細(xì)胞生化、生理改變的關(guān)鍵性物質(zhì)。 DNA是電離輻射作用的靶分子，在細(xì)胞輻射損傷中起重要作用。 生物分子損傷與自由基生成密切相關(guān)。 自由基（free radical）是指一些獨(dú)立存在的、帶有一個(gè)或多個(gè)不成對(duì)電子的原子、分子、基團(tuán)或離子。自由基是最大特性是化學(xué)不穩(wěn)定性和高反應(yīng)性，壽命很短，OH（氫氧自由基）的平均壽命為10-910-8s，生物分子自由基也多在10-610-4s之間。,一、生物大分子的輻射效應(yīng),1.DNA結(jié)構(gòu)損傷 2.DNA功能改變 3.DNA輻射損傷的修復(fù) 4.DNA輻射損傷修復(fù)的主要途徑 5.復(fù)制的過程和參與酶及因子,1、DNA結(jié)構(gòu)損傷,1）DNA鏈斷裂

31、2）氫鍵斷裂和堿基損傷 3）分子交聯(lián),DNA分子是由兩條多核苷酸鏈, 按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，由氫鍵連結(jié)而成的雙股螺旋結(jié)構(gòu),每一種脫氧核糖核苷酸由三個(gè)部分所組成： 一分子含氮堿基+一分子五碳糖（脫氧核糖）+一分子磷酸根。,鏈斷裂是電離輻射所致DNA損傷的主要形式。 原因:a)磷酸二酯鍵的斷裂或脫氧戊糖的破壞; b)堿基破壞或脫落和形成鏈上的不穩(wěn)定位點(diǎn) 特點(diǎn)： a)DNA雙鏈中一條鏈斷裂者稱為單鏈斷裂(Single Strand Break, SSB) b)兩條鏈在同一處或相鄰處斷裂者稱為雙鏈斷裂(Double Strand Break DSB) c)在許多細(xì)胞中單鏈斷裂比雙鏈斷裂高10-20倍 d

32、)射線種類不同發(fā)生DNA鏈斷裂的比例也不同 e)氧效應(yīng)增加DNA鏈的斷裂,1）DNA鏈斷裂,彗星實(shí)驗(yàn)顯示DNA斷裂,彗星實(shí)驗(yàn)(Comet assay) ，它是細(xì)胞經(jīng)裂解、解旋后在載玻片上用少量瓊脂糖凝膠包埋單個(gè)細(xì)胞樣品，電泳時(shí)， 斷裂的DNA在電場(chǎng)力作用下向陽(yáng)極移動(dòng)，經(jīng)熒光染料染色，在熒光顯微鏡下可觀察彗星樣圖像明亮的頭部和彌散的彗尾，之后進(jìn)行圖形分析即可在單細(xì)胞水平判斷DNA損傷程度。,-H2AX免疫熒光染色實(shí)驗(yàn)顯示DNA斷裂,外周血淋巴細(xì)胞在不同計(jì)量射線照射后，-H2AX免疫熒光染色（綠色）。 綠色熒光點(diǎn)越多，顯示細(xì)胞DNA損傷位點(diǎn)越多，損傷越嚴(yán)重。,2) 氫鍵斷裂和堿基損傷,射線作用生成

33、的HO自由基使DNA結(jié)構(gòu)上的氫原子脫下，從而使原來(lái)緊密結(jié)合的堿基呈現(xiàn)自由“裸露”狀態(tài)，造成堿基環(huán)的破壞和脫落等，使得DNA結(jié)構(gòu)從比較堅(jiān)實(shí)變得比較“疏松”； 脫氧核糖上的每個(gè)碳原子和羥基上的氫都能與HO反應(yīng)，導(dǎo)致脫氧核糖分解，引起DNA鏈斷裂,3) 分子交聯(lián),分子交聯(lián)（Cross-linking）是生物大分子與生物大分子發(fā)生互相連結(jié)，電離輻射作用后，可通過自由基的作用，產(chǎn)生DNA-DNA交聯(lián)、DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)，導(dǎo)致DNA正常分子結(jié)構(gòu)的破壞。,2 、DNA功能改變,1）DNA合成抑制 2）DNA分解代謝增強(qiáng),(1)劑量-效應(yīng)關(guān)系：照射后，輻射敏感細(xì)胞DNA合成（如用3H-TdR摻入方法）明顯受抑

34、制，其程度與所受劑量有依賴關(guān)系，隨照射后時(shí)間延長(zhǎng)，受大劑量和小劑量照射產(chǎn)生兩種趨勢(shì)，大劑量照射者摻入進(jìn)一步減少，而受小量照射者可逐漸恢復(fù)。 (2) DNA合成抑制的機(jī)制： 各種三磷酸腺苷在合成的過程中，有些環(huán)節(jié)對(duì)射線是很敏感的，造成核苷酸合成障礙 射線導(dǎo)致DNA模板損傷，引起錯(cuò)誤的修復(fù)，影響正常復(fù)制； DNA聚合酶的損傷影響DNA的修復(fù)； 射線對(duì)DNA復(fù)制過程的影響破壞了DNA復(fù)制的調(diào)控機(jī)制。 DNA合成抑制是一個(gè)非常敏感的輻射生物效應(yīng)指標(biāo)。,1) DNA合成抑制,2) DNA分解代謝增強(qiáng),在DNA合成抑制的同時(shí)，其分解代謝增強(qiáng)，表現(xiàn)為脫氧核糖核酸酶（DNase）活性增高。 機(jī)制：射線破壞了溶

35、酶體和細(xì)胞核等膜結(jié)構(gòu)，使脫氧核糖核酸酶釋放并與DNA接觸，導(dǎo)致DNA分解。 DNA降解程度取決于照射劑量，照射劑量越大，降解程度越大，在較低劑量范圍內(nèi)，DNA降解的程度隨照射劑量的增加而直線上升，在較高照射劑量范圍內(nèi)DNA趨于穩(wěn)定，達(dá)細(xì)胞DNA總量的40-70%。 在DNA降解和細(xì)胞死亡之間可能存在著一定的聯(lián)系，大量的DNA降解可導(dǎo)致細(xì)胞死亡。 所以說(shuō)，電離輻射對(duì)核酸的功能和代謝的影響非常廣泛。,3. DNA輻射損傷的修復(fù),1.DNA單鏈斷裂的修復(fù)； 2.DNA雙鏈斷裂的修復(fù)； 3.堿基損傷的修復(fù)。,1.DNA單鏈斷裂的修復(fù)。絕大多數(shù)正常細(xì)胞都能修復(fù)單鏈斷裂，而且修復(fù)的速度和效率很高，在照射后

36、即刻開始修復(fù)，以后逐漸減慢,修復(fù)速率和時(shí)間呈負(fù)指數(shù)關(guān)系。一般在1h內(nèi)修復(fù)可達(dá)90%，半修復(fù)時(shí)間約為1040分鐘。 2.DNA雙鏈斷裂的修復(fù)。哺乳動(dòng)物細(xì)胞雙鏈斷裂的修復(fù)可分為快修復(fù)和慢修復(fù)兩個(gè)階段，快修復(fù)的半修復(fù)時(shí)間為10數(shù)分鐘；而慢修復(fù)的半修復(fù)以小時(shí)計(jì)算。不同細(xì)胞間修復(fù)水平差異很大。在體外細(xì)胞培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)，照射后保溫較長(zhǎng)時(shí)間后仍有雙鏈不能完全修復(fù)，這是造成細(xì)胞畸變或死亡的重要原因。 3.堿基損傷的修復(fù)。堿基的修復(fù)主要是紫外線引起的二聚體改變,受照射后經(jīng)過保溫56h后,可以使二聚體略有減少，到2430h明顯減少，降到照后即刻測(cè)量的60%水平。但損傷堿基只是部分修復(fù)。,損傷修復(fù)的特點(diǎn),4. DN

37、A輻射損傷修復(fù)的主要途徑,1）回復(fù)修復(fù) 2）切除修復(fù) 3）重組修復(fù) 4）SOS修復(fù),1) 回復(fù)修復(fù),回復(fù)修復(fù)指無(wú)需去除堿基或核苷酸，只需一種酶經(jīng)一步反應(yīng)修復(fù)DNA損傷的修復(fù)機(jī)制。 是細(xì)胞對(duì)DNA某些損傷修復(fù)的一種簡(jiǎn)單方式，一般都能將DNA修復(fù)到原樣。 包括酶光修復(fù)(DNA光解酶)、單鏈斷裂的重接(DNA連接酶)和堿基的直接插入(DNA嘌呤插入酶)。,光修復(fù),2) 切除修復(fù),切除修復(fù)需要多種酶(核酸酶、DNA聚合酶、DNA連接酶)參加,是修復(fù)DNA損傷最為普遍的方式，對(duì)多種DNA損傷起修復(fù)作用。 主要有兩種切除修復(fù)方式：堿基切除修復(fù)和核苷酸切除修復(fù)。 基本步驟是通過識(shí)別切除（堿基切除和核苷酸切除

38、）修補(bǔ)再連接 三個(gè)特點(diǎn):準(zhǔn)確、無(wú)誤、正確修復(fù)。,3) 重組修復(fù),當(dāng)DNA雙鏈發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，即兩條鏈同時(shí)受到損傷，或單鏈損傷尚未修復(fù)就發(fā)生了復(fù)制，因修復(fù)機(jī)制是通過重組，故稱為重組修復(fù)。 這種修復(fù)機(jī)制只修復(fù)復(fù)制后的新鏈，而母鏈上原有的損傷依然存在。,4) SOS修復(fù),SOS修復(fù)是指DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)時(shí)所誘導(dǎo)的一種DNA修復(fù)方式，修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細(xì)胞的生成率，但留下的錯(cuò)誤較多，故又稱為錯(cuò)誤傾向修復(fù)（error-prone repair），使細(xì)胞有較高的突變率。,5.復(fù)制的過程和參與酶及因子,1）拓?fù)洚悩?gòu)酶 2）解鏈酶 3）單鏈結(jié)合蛋白(SSB),復(fù)制的過程分

39、四個(gè)階段。 親代DNA分子超螺旋的構(gòu)象變化及雙螺旋的解鏈，將復(fù)制的模板展現(xiàn)出來(lái)。 復(fù)制的引發(fā)階段，有引物RNA進(jìn)行53方向的合成 DNA鏈的延長(zhǎng)，在引物RNA合成基礎(chǔ)上，進(jìn)行DNA鏈的53方向合成，前導(dǎo)鏈連續(xù)地合成出一條長(zhǎng)鏈，隨從鏈合成出岡崎片段。去除RNA引物后，片段間形成了空隙，DNA聚合酶作用使各個(gè)片段靠近。在連接酶作用下，各片段連接成為一條長(zhǎng)鏈。 終止階段，復(fù)制叉行進(jìn)到一定部位就停止前進(jìn)，最后前導(dǎo)鏈與隨從鏈分別與各自的模板形成兩個(gè)子代DNA分子，到此復(fù)制過程就完成了。,1) 拓?fù)洚悩?gòu)酶,拓?fù)洚悩?gòu)酶可改變DNA拓?fù)湫再|(zhì)。在DNA復(fù)制時(shí)，復(fù)制叉行進(jìn)的前方DNA分子總是產(chǎn)生超螺旋，拓?fù)涿缚伤?/p>

40、弛超螺旋，還可以引入負(fù)超螺旋，有利于復(fù)制叉的行進(jìn)及DNA的合成。在復(fù)制完成后，拓?fù)涿赣挚蓪NA分子引入超螺旋，有利于DNA纏繞、折疊、壓縮以形成染色質(zhì)。,2) 解鏈酶,DNA復(fù)制進(jìn)行時(shí)，首先要在復(fù)制起點(diǎn)處解開雙鏈，反應(yīng)是在一類解鏈酶的催化下進(jìn)行的。解鏈酶要通過ATP的分解獲得能量，以解開雙鏈。大部分的解鏈酶在復(fù)制叉的進(jìn)行中連續(xù)地解開DNA雙鏈，它們與隨從鏈的模板相結(jié)合，沿著模板的53方向沿復(fù)制叉的進(jìn)行而移動(dòng)。,3) 單鏈結(jié)合蛋白(SSB),單鏈結(jié)合蛋白與解開的DNA單鏈相結(jié)合，可穩(wěn)定此單鏈以利于其發(fā)揮模板作用 SSB也與復(fù)制新生的DNA單鏈相結(jié)合，以保護(hù)其免于被核酸酶水解。,電離輻射導(dǎo)致蛋白

41、結(jié)構(gòu)，功能發(fā)生變化，從而導(dǎo)致DNA復(fù)制出錯(cuò)。,二、細(xì)胞的輻射效應(yīng),1、細(xì)胞存活曲線 2、細(xì)胞的輻射敏感性 3、輻射誘導(dǎo)細(xì)胞死亡 4、細(xì)胞的輻射損傷 1）細(xì)胞周期各時(shí)期細(xì)胞的輻射效應(yīng) 2）細(xì)胞輻射損傷的修復(fù),1.細(xì)胞存活曲線,受輻照后的細(xì)胞接種在培養(yǎng)皿上，培養(yǎng)一段時(shí)間后觀察細(xì)胞集落形成率，以每一集落代表1個(gè)存活細(xì)胞。以集落形成率代表細(xì)胞存活率與照射劑量在半對(duì)數(shù)座標(biāo)紙上作圖即構(gòu)成細(xì)胞的劑量存活曲線。 細(xì)胞存活率（集落形成率）隨照射劑量增加而減少。 細(xì)胞的劑量存活曲線（dose survival curve）反映了照射劑量與細(xì)胞死亡率之間的關(guān)系，是分析受照射細(xì)胞群體輻射效應(yīng)的一種模式。,劑量存活曲線

42、的形狀有兩種：A線是簡(jiǎn)單的指數(shù)曲線，B線是帶“肩”的指數(shù)曲線,哺乳類細(xì)胞劑量存活曲線,常用 D0、Dq、n等參數(shù)表示存活曲線的特征。 根據(jù)D0，n和Dq等參數(shù)，可以比較不同細(xì)胞株的輻射敏感性和修復(fù)能力。劑量存活曲線反映了不同細(xì)胞的輻射敏感性和劑量依賴關(guān)系，對(duì)臨床放療和放射醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究都有重要指導(dǎo)意義。,D0為平均致死劑量（mean lethal dose），從存活分?jǐn)?shù)（survival fraction）對(duì)數(shù)座標(biāo)的0.1和0.037兩點(diǎn)分別作平行線與直線相交，然后從這兩個(gè)相交點(diǎn)分別作垂直線與劑量軸相交。劑量軸上兩個(gè)相交點(diǎn)劑量之差即為D0 。 D0是該直線斜率的倒數(shù); D0值的大小反映了細(xì)胞的輻

43、射敏感性。,一些哺乳動(dòng)物細(xì)胞的D0值（X射線， 射線）,n為外推值（extrapolation number）：是劑量存活曲線B的直線部分的延長(zhǎng)線與縱座標(biāo)的交點(diǎn)。對(duì)于大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞，n一般在1-5，也有少數(shù)細(xì)胞n值大到10或20。,Dq稱準(zhǔn)閾劑量（quasithreshold dose），是在劑量存活曲線上存活率為1處劃一橫坐標(biāo)的平行線，與B線直線部分延長(zhǎng)相交，其所對(duì)應(yīng)的劑量即為Dq，在A線上Dq=0，故D37=D0。對(duì)于有氧條件下急性照射的細(xì)胞，Dq=0.52.5Gy。 Dq是衡量“肩”大小的量值，n和Dq值的大小代表細(xì)胞耐受亞致死損傷的能力，與損傷的修復(fù)有關(guān)。,細(xì)胞的輻射效應(yīng)是放射生物

44、學(xué)的核心內(nèi)容之一。電離輻射導(dǎo)致的損傷都是以細(xì)胞的損傷作用為基礎(chǔ)的。 自然界的各種生物對(duì)象在受到電離輻射作用后都表現(xiàn)出一 定的損傷。但在同一劑量下引起損傷的程度有很大的不同，或者說(shuō)，引起同一水平的效應(yīng)所需要的劑量的高低存在很大差異，即為輻射敏感性差異。 1.細(xì)胞的種類 2.細(xì)胞周期,2、細(xì)胞的輻射敏感性,I.不同類型細(xì)胞的輻射敏感性。 高度敏感細(xì)胞：淋巴細(xì)胞、造血細(xì)胞、生殖細(xì)胞、腸上皮細(xì)胞等。 敏感細(xì)胞：膀胱、食道等上皮。 中度敏感細(xì)胞：神經(jīng)節(jié)細(xì)胞、肌細(xì)胞。 不敏感細(xì)胞：軟骨及骨。,II腫瘤細(xì)胞的輻射敏感性。 腫瘤對(duì)輻射的敏感性有明顯差異： 高度敏感的腫瘤：放射敏感的腫瘤常常是分化程度差，惡性度

45、高的腫瘤，它們易轉(zhuǎn)移，放射治療局部療效雖好，但由于遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移而病人最終未能治愈。如惡性淋巴瘤、精原細(xì)胞瘤、腎母細(xì)胞瘤，小細(xì)胞肺癌等； 中度敏感腫瘤：具有一定敏感性且遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移相對(duì)少，放射治療療效好。如宮頸癌、頭頸部鱗癌、鱗狀上皮癌、分化差的腺癌，腦膠質(zhì)瘤等； 輻射抗性腫瘤：高分化腺癌、惡性黑色素瘤、軟骨肉瘤等。難治愈。,III不同細(xì)胞周期的輻射敏感性。 M期具有很高的敏感性，而G0期細(xì)胞具有明顯的輻射抗性。,1) 死亡類型 電離輻射引起細(xì)胞死亡是輻射整體效應(yīng)發(fā)生的重要基礎(chǔ)。 傳統(tǒng)的在放射醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中將細(xì)胞死亡分為間期死亡和增 殖死亡兩種類型: 間期死亡(interphase death)是指受照射（

46、劑量100Gy以上）細(xì)胞未經(jīng)細(xì)胞分裂即在間期發(fā)生死亡。 增殖死亡(reproductive death)是指受照射的細(xì)胞喪失了繼續(xù)增殖的能力，在經(jīng)過一個(gè)或幾個(gè)有絲分裂周期后喪失代謝活動(dòng)和細(xì)胞功能而死亡。,3.輻射誘導(dǎo)細(xì)胞死亡,2) 發(fā)生機(jī)制 細(xì)胞增殖死亡的機(jī)制可能與染色體損傷有關(guān)。輻射誘發(fā)的染色體畸變可使分裂后的子細(xì)胞不能獲得一套完整的染色體，因而不能進(jìn)入以后的分裂而死亡。 間期死亡的發(fā)生機(jī)制尚未完全闡明。依據(jù)文獻(xiàn)資料可能由于照射后能量供應(yīng)（ATP合成）受抑制、膜結(jié)構(gòu)損傷和染色質(zhì)裂解等原因。,A:細(xì)胞周期各時(shí)期細(xì)胞的輻射效應(yīng) 細(xì)胞周期是由一次分裂到下一次分裂稱為有絲分裂周期或細(xì)胞周期所經(jīng)歷的時(shí)

47、間稱為細(xì)胞周期時(shí)間。G0G1SG2M。 為了研究細(xì)胞周期不同時(shí)期細(xì)胞的放射敏感性需將細(xì)胞同步化，獲得同期的細(xì)胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)敏感性最高的是M和G2期，其劑量存活曲線的斜率較大, S后期的抗性最大。各時(shí)期的放射敏感性次序?yàn)椋篗 、G2 G1 S早期S后期。,4. 細(xì)胞的輻射損傷,A:細(xì)胞周期各時(shí)期細(xì)胞的輻射效應(yīng) 1. 殺傷細(xì)胞。處于期的細(xì)胞對(duì)射線很敏感，小劑量照射可使細(xì)胞即刻死亡或染色體畸變，導(dǎo)致下一次分裂時(shí)子代細(xì)胞死亡。輻射對(duì)細(xì)胞的損傷表現(xiàn)為：(1)細(xì)胞核的改變：表現(xiàn)有細(xì)胞核腫脹、固縮、 溶解、碎裂等。(2)染色體畸變：G1和S期DNA尚未合成，此時(shí)損傷表現(xiàn)為染體型畸變。(3)膜的改變：有核膜腫脹

48、、核膜破裂、細(xì)胞膜、酶、蛋白質(zhì)、脂蛋白的改變，可能影響細(xì)胞膜的生物學(xué)功能。 2阻斷細(xì)胞周期活動(dòng)。受照射后G2期細(xì)胞推遲進(jìn)入M期，S期細(xì)胞推遲進(jìn)入G2期，同樣G1期細(xì)胞推遲進(jìn)入S期。雖然各個(gè)時(shí)期均推遲，但G2期細(xì)胞更敏感，小劑量照射可明顯推遲G2期細(xì)胞進(jìn)入M期。,細(xì)胞輻射損傷可分為: 1) 致死性損傷(Lethal Damage, LD)：不可逆的和不可修復(fù)損傷，最終無(wú)可挽回地走向死亡； 2) 亞致死性損傷(Sublethal Damage, SLD)：在正常情況下（沒有進(jìn)一步地追加損傷），可在1小時(shí)以內(nèi)修復(fù)。 3) 潛在致死性損傷(Potentially Lethal Damage, PLD)

49、：這部分損傷受照射后受環(huán)境的影響，或能修復(fù)，或走向死亡。,B:細(xì)胞輻射損傷的修復(fù),細(xì)胞水平放射損傷修復(fù)的影響因素主要有： (1)輻射種類: 高LET照射后基本上沒有潛在致死性損傷的修復(fù)，中子照射腫瘤的優(yōu)點(diǎn)之一。線照射后肩區(qū)最寬，在分割劑量照射后修復(fù)明顯增強(qiáng)。 (2) 劑量率:劑量率是影響細(xì)胞放射損傷修復(fù)的主要因素，對(duì)低LET照射的細(xì)胞效應(yīng)影響很大，而對(duì)高LET效應(yīng)影響很小。 (3) 氧效應(yīng)與分次照射：完全氧合的細(xì)胞比低氧細(xì)胞對(duì)射線更敏感。哺乳動(dòng)物細(xì)胞在氧張力為2.7-5.4 kPa(20-40mmHg)被認(rèn)為是完全氧合，在細(xì)胞極度低氧時(shí)，才有放射敏感性的改變，常用氧增強(qiáng)比來(lái)表示。,三、染色體的

50、輻射效應(yīng),染色體結(jié)構(gòu)畸變 畸變與細(xì)胞周期之間的關(guān)系 染色體型畸變 染色單體型畸變 染色體數(shù)量畸變 染色體畸變形成的分子機(jī)理 染色體畸變的生物學(xué)意義,1) 在某些條件下，細(xì)胞中的染色體組可以發(fā)生數(shù)量或結(jié)構(gòu)上的改變，這一類改變稱為染色體畸變(chromosome aberration, CA)。 2) 染色體畸變可以自發(fā)地產(chǎn)生，指細(xì)胞正常生活過程中產(chǎn)生的或受環(huán)境因素隨機(jī)發(fā)生的畸變，稱為自發(fā)畸變(spontaneous aberration)。自發(fā)畸變率一般很低，無(wú)著絲粒斷片約占0.5，著絲粒體約占0.05，有時(shí)甚至低于0.01。 3) 染色體畸變也可以通過物理的、化學(xué)的和生物的誘變劑作用人為地產(chǎn)生

51、畸變，稱為誘發(fā)畸變(induced aberration)。 4) 染色體畸變分為染色體數(shù)量畸變和結(jié)構(gòu)畸變兩大類。,1.染色體結(jié)構(gòu)畸變 許多物理的、化學(xué)的和生物因子可以引起染色體斷裂，這些因子稱為致斷因子。染色體還可能自發(fā)地?cái)嗔选?斷裂的末端被認(rèn)為具有“粘性”，即易與其它斷端重新粘合或重接，因此一次斷裂產(chǎn)生的兩個(gè)粘性末端常重接而修復(fù)如初。但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)反常的重接，結(jié)果導(dǎo)致多種染色體結(jié)構(gòu)異常。,A.幾乎所有的畸變都是在間期受損傷的結(jié)果。,a) 畸變與細(xì)胞周期之間的關(guān)系,B. 在正常情況下，哺乳動(dòng)物包括人外周血淋巴細(xì)胞不再進(jìn)行分裂，幾乎都處于細(xì)胞周期的G1或G0期，但Nowell(1960)意外地發(fā)現(xiàn)，離體條件下的淋巴細(xì)胞在植物血凝素(PHA)作用下，被刺激轉(zhuǎn)化成幼細(xì)胞，隨之進(jìn)入細(xì)胞分裂。,b)染色體型畸變 在誘變劑的作用下，染色體的損傷依其結(jié)構(gòu)變化的形式可分為二種： 一是簡(jiǎn)單的缺失，即斷裂下來(lái)的片段丟失； 二是結(jié)構(gòu)重建，也稱為互換畸變。 具體可分七類。,1末端缺失(terminal delation, del) 一條染色體的長(zhǎng)臂或短臂的遠(yuǎn)端發(fā)生一次斷裂后，斷片離開原位，導(dǎo)致一個(gè)正常染色體丟失了末端區(qū)段，故稱為末端缺失。但在常規(guī)染色體標(biāo)本中如果丟失的區(qū)段較小，就無(wú)從查知這種異常染色體。所以，實(shí)