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放射生物學(xué)知識(shí)點(diǎn)講解

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放射生物學(xué)知識(shí)點(diǎn)講解

　　放射生物學(xué)知識(shí)點(diǎn)講解

　　一、輻射生物效應(yīng)原理

　　(一）電離輻射的種類(lèi)

　　1、電磁輻射：x射線(xiàn)、γ射線(xiàn)

　　2、粒子輻射

　�、纽亮Ｗ樱嘿|(zhì)量大，運(yùn)動(dòng)慢，短距離引起較多電離。

　�、痞铝Ｗ踊螂娮樱嘿|(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(xiàn)密度射線(xiàn)。

　�、蓉�(fù)π介子：大小介于電子和質(zhì)子之間，可以帶＋、－或不帶電。

　�、芍仉x子：某些原子被剝?nèi)ネ鈬娮雍螅纬蓭д姾傻脑雍恕?/p>

　�。ǘ┲苯幼饔煤烷g接作用

　　1、直接作用（P52）

　　當(dāng)X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)、帶電粒子或不帶電粒子在生物介質(zhì)中被吸收時(shí)，射線(xiàn)有可能直接與細(xì)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(xiàn)通過(guò)與細(xì)胞中的非靶原子或分子（特別是水分子）作用，產(chǎn)生自由基，后者可以擴(kuò)散一定距離達(dá)到一個(gè)關(guān)鍵的靶并造成靶分子損傷。

　　(三）輻射對(duì)生物作用的機(jī)制（P53）

　　(四）不同類(lèi)型細(xì)胞的放射敏感性（P53）

　　1、B-T定律：∝繁殖能力/分化程度

　　2、cAMP：∝1/cAMP（淋巴細(xì)胞、卵細(xì)胞）

　　3、間期染色體體積：∝體積

　　4、線(xiàn)粒體數(shù)量：∝1/線(xiàn)粒體數(shù)量

　　(五)傳能線(xiàn)密度與相對(duì)生物效應(yīng)

　　1、傳能線(xiàn)密度（linearenergytransfer，LET）

　　傳能線(xiàn)密度是指次級(jí)粒子徑跡單位長(zhǎng)度上的能量轉(zhuǎn)換，表明物質(zhì)對(duì)具有一定電荷核一定速度的帶電粒子的阻止本領(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/m

　　2、輻射生物效應(yīng)與傳能線(xiàn)密度的關(guān)系

　�、派渚€(xiàn)的LET值愈大，在相同的吸收劑量下其生物效應(yīng)愈大；

　　⑵LET與電離密度成正比，高LET射線(xiàn)的電離密度較大，低LET射線(xiàn)的電離密度較小。其中，電離密度是單位長(zhǎng)度徑跡上形成的離子數(shù)；

　�、歉鶕�(jù)LET，射線(xiàn)可分為高LET射線(xiàn)和低LET射線(xiàn)。

　　低LET射線(xiàn)：X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)、電子線(xiàn)等；

　　高LET射線(xiàn)：中子、質(zhì)子、α粒子、碳離子等。

　　3、劑量分布與傳能線(xiàn)密度的關(guān)系

　　4、相對(duì)生物效應(yīng)（relativebiologicaleffect，RBE）

　　⑴定義:X射線(xiàn)(250kv)引起某一生物效應(yīng)所需要?jiǎng)┝颗c所觀(guān)察的輻射引起同一生物效應(yīng)所需要?jiǎng)┝康谋戎怠?/p>

　�、芁ET與RBE的關(guān)系

　　RBE的變化是LET的函數(shù)。

　�、貺ET<10keV/μm，當(dāng)LET增加時(shí)，RBE緩慢增加。

　�、贚ET>10keV/μm，當(dāng)LET增加時(shí)，RBE上升加快。

　�、跮ET＝100keV/μm，RBE達(dá)到最大值。④LET>100keV/μm，RBE反而下降。

　　二、細(xì)胞存活曲線(xiàn)

　�、甯拍睿≒54）

　　1、細(xì)胞存活

　　細(xì)胞具有無(wú)限增殖的能力。

　　2、“死亡”細(xì)胞

　　細(xì)胞失去增殖能力，即使照射后細(xì)胞的形態(tài)仍然保持完整，有能力制造蛋白質(zhì)，有能力合成DNA，甚至還能再經(jīng)過(guò)一次或兩次有絲分裂，產(chǎn)生一些子細(xì)胞，但最后不能繼續(xù)傳代者稱(chēng)為“死亡”細(xì)胞。

　　3、克�。ḿ洌�

　　在離體培養(yǎng)的細(xì)胞中，一個(gè)存活的細(xì)胞可分裂增殖成一個(gè)細(xì)胞群體。

　�、婕�(xì)胞存活曲線(xiàn)的繪制

　　㈢細(xì)胞存活曲線(xiàn)的參數(shù)及臨床意義

　　1、指數(shù)存活曲線(xiàn)

　　對(duì)高LET射線(xiàn)如α粒子、中子等，細(xì)胞存活曲線(xiàn)在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上是一條直線(xiàn)。其特點(diǎn)是：只有一個(gè)生物學(xué)參數(shù)，即斜率或D0值。（一次照射能殺滅63％的細(xì)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(xì)胞存活率SF=e-1=63％，即細(xì)胞群受劑量D0照射后，其中63％的靶細(xì)胞受到致死劑量的擊中，而有37％的細(xì)胞幸免死亡，在此情況下，可將D0寫(xiě)成D37，通常成為失活劑量或平均致死劑量。

　　2、帶肩的細(xì)胞存活曲線(xiàn)的參數(shù)：

　　D0:平均致死劑量，表示直線(xiàn)部分的斜率K的倒數(shù)。代表細(xì)胞群體的放射敏感性，即照射后余37％細(xì)胞所需要的放射線(xiàn)劑量。

　　N值：細(xì)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(xiàn)直線(xiàn)部分的延長(zhǎng)線(xiàn)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(chēng)浪費(fèi)的放射劑量。肩寬表示從開(kāi)始照射到細(xì)胞呈指數(shù)性死亡所“浪費(fèi)”的劑量。在此劑量范圍內(nèi)，細(xì)胞表現(xiàn)為非致死損傷的修復(fù)，Dq值越大，說(shuō)明造成細(xì)胞指數(shù)性死亡所需的劑量越大。

　　3、細(xì)胞存活曲線(xiàn)的臨床意義（P56－57）

　�、鸥鞣N細(xì)胞與放射劑量的定量研究；

　�、票容^各種因素對(duì)細(xì)胞放射敏感性的影像；

　　⑶觀(guān)察有氧與乏氧狀態(tài)下細(xì)胞放射敏感性的變化；

　　⑷比較不同分割照射方案的放射生物學(xué)效應(yīng)，并為其提供理論依據(jù)；

　�、煽疾旄鞣N放射增敏劑的效果；

　�、时容^單純放療或放療加化療或/和加溫療法的作用；

　�、吮容^不同能量射線(xiàn)的生物學(xué)效應(yīng)；

　�、萄芯考�(xì)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(wèn)題。

　�、缇€(xiàn)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(duì)數(shù)

　　D：分次照射的劑量

　　α、β：系數(shù)

　　上述公式表明，某一劑量造成的細(xì)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β型細(xì)胞殺傷。

　　①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(xì)胞存活曲線(xiàn)上與劑量表現(xiàn)為線(xiàn)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(xiàn)表現(xiàn)為連續(xù)彎曲，β表示多擊生物效應(yīng)系數(shù)。

　　當(dāng)單次照射引起上述兩種效應(yīng)相等時(shí)，α/β值即為兩種效應(yīng)相等時(shí)的劑量。

　　e—αD=e—βD2

　　α/β=D

　　正常早期反應(yīng)組織具有較高的α/β值(10Gy左右)，說(shuō)明直接坐標(biāo)效應(yīng)相對(duì)明顯，存活曲線(xiàn)表現(xiàn)的彎曲程度較小。

　　正常晚期反應(yīng)組織的α/β值較低（約3Gy），表明直接殺傷要比早反應(yīng)組織少，可修復(fù)損傷累積引起的殺傷相對(duì)較多。

　　早期反應(yīng)組織是機(jī)體內(nèi)分裂、增殖活躍并對(duì)放射線(xiàn)早期反應(yīng)強(qiáng)烈的組織，如上皮、粘膜、骨髓、精原細(xì)胞等。

　　相對(duì)而言，機(jī)體內(nèi)那些無(wú)再增殖能力，損傷后僅以修復(fù)代償其正常功能的細(xì)胞組織，稱(chēng)為晚反應(yīng)組織，如脊髓、腎、肺、肝、骨和脈管系統(tǒng)等。

　　2、L-Q公式設(shè)計(jì)最佳分次照射方案的一般原則

　�、艦槭拐＝M織的晚期損傷相對(duì)低于對(duì)腫瘤的殺滅，每次量應(yīng)低于1.8～2.0Gy；⑵每天照射的分次總劑量應(yīng)小于4.8～5.0Gy；

　�、敲糠执蔚拈g隔時(shí)間應(yīng)大于6小時(shí)；

　�、仍诓恢乱饑�(yán)重急性反應(yīng)的前提下，盡量縮短總治療時(shí)間；

　�、勺罡呖倓┝繎�(yīng)確定不會(huì)引起照射野內(nèi)正常組織的晚期反應(yīng)。兩周內(nèi)給予的總劑量不能超過(guò)55Gy。

　　第三章臨床放射生物學(xué)基礎(chǔ)（2）

　　一、細(xì)胞存活與修復(fù)

　　㈠放射損傷的分類(lèi)

　　1、致死損傷（lethaldamage，LD）

　　2、亞致死損傷(sublethaldamage，SLD)

　　3、潛在致死損傷（potentialdamage，PLD）

　　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。

　　㈡潛在致死損傷與修復(fù)

　　按正常情況細(xì)胞將死亡，但一旦照射后環(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(gè)特定的照射分為間隔一定時(shí)間段的兩次給予后，能觀(guān)察到細(xì)胞存活率的增加。兩次照射之間分別在室溫、正常溫度：

　　1、室溫下培養(yǎng)

　　室溫培養(yǎng)，可防止細(xì)胞在照射間隙的細(xì)胞周期內(nèi)改變時(shí)相，證實(shí)未受細(xì)胞周期時(shí)相變化影響的亞致死損傷修復(fù)現(xiàn)象。

　　2、正常的溫度下培養(yǎng)

　　在前幾個(gè)小時(shí)可見(jiàn)快速的亞致死損傷修復(fù)，但當(dāng)兩次分割的間隔更長(zhǎng)時(shí)，細(xì)胞存活率再次下降。解釋如下：

　�、俜派涿舾袝r(shí)相細(xì)胞被殺滅，存活細(xì)胞群趨于集中于放射抗拒周期內(nèi)。

　�、�6小時(shí)后第二次照射。細(xì)胞群在周期內(nèi)行進(jìn)，達(dá)到G2或M時(shí)相。放射敏感程度超過(guò)亞致死損傷效應(yīng)修復(fù)的效應(yīng)，細(xì)胞存活率下降。三種過(guò)程同步存在的綜合。

　�、賮喼滤婪派鋼p傷的快速修復(fù)；(Repair)②在分次照射期間細(xì)胞在周期內(nèi)的行進(jìn)，稱(chēng)之為細(xì)胞的

　　再分布；(Redistribution)

　�、廴鐑蓚€(gè)分次照射的間隔是10～12h，超過(guò)了這些快速生長(zhǎng)細(xì)胞的細(xì)胞周期時(shí)間，由于細(xì)胞分裂或再群體化，又出現(xiàn)細(xì)胞存活率增加。(Regeneration)

　　再氧合（Reoxygenation)

　�、栌绊懠�(xì)胞放射損傷與修復(fù)的因素

　　1、射線(xiàn)種類(lèi)

　�、偶�(xì)胞放射損傷隨射線(xiàn)LET的增大而加大；

　　⑵重離子、中子、粒子照射后，細(xì)胞基本不存在潛在致死損傷的修復(fù)；

　�、禽椛浞N類(lèi)對(duì)亞致死損傷修復(fù)的影響可以從照射后劑量存活曲線(xiàn)曲線(xiàn)的肩區(qū)大小反應(yīng)出來(lái)。X線(xiàn)照射者肩區(qū)最寬，粒子照射沒(méi)有肩區(qū)，中子照射肩區(qū)極小。

　　2、劑量率

　　總劑量一定時(shí)，劑量率越低，照射時(shí)間越長(zhǎng)，生物效應(yīng)就越輕。

　　3、氧效應(yīng)

　�、磐耆鹾系募�(xì)胞比低氧細(xì)胞對(duì)輻射更加敏感；

　�、频蚅ET的X射線(xiàn)或γ射線(xiàn)，其OER值約為2.5～3.5，重粒子的OER為1，中子的OER值為1.6；

　�、茄跣�(yīng)

　　4、輻射增敏劑和防護(hù)劑

　　⑴增敏劑：氧、鹵代嘧啶類(lèi)化合物、親電子性化合物、中藥、乏氧細(xì)胞毒性化合物等。主要作用是降低細(xì)胞積累亞致死性損傷的能力，細(xì)胞存活曲線(xiàn)上表現(xiàn)為肩區(qū)和斜率的明顯改變。

　�、品雷o(hù)劑:作用機(jī)制涉及自由基清除與氧有關(guān)的修復(fù)反應(yīng)以及對(duì)細(xì)胞的防護(hù)保護(hù)作用等。要求對(duì)腫瘤細(xì)胞無(wú)保護(hù)作用，而對(duì)大多數(shù)正常組織均有防護(hù)作用。

　�、导訜�

　�、欧椒ǎ喊崴�、短波透熱、超聲和射頻等；

　　⑵效應(yīng)特點(diǎn)：41.5℃～46.5℃，溫度升高，持續(xù)越久，細(xì)胞殺傷作用越顯著；

　�、羌�(xì)胞存活曲線(xiàn)：開(kāi)始出現(xiàn)“肩區(qū)”，隨后出現(xiàn)指數(shù)殺滅部分；

　�、葯C(jī)理：熱對(duì)膜的損傷增加了細(xì)胞死亡的機(jī)率；

　�、捎绊懸蛩兀篜H值、細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)條件和氧、細(xì)胞周期等。

　　二、分次放療中的4“R”原則

　�、宸派鋼p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)。

　�、嬷芷趦�(nèi)細(xì)胞的再分布(Redistribution)

　　細(xì)胞的放射敏感性因所處的時(shí)相不同而不同�？偟膬A向是處于S期的細(xì)胞是最耐受的，處于G2期和M期的細(xì)胞是最具放射敏感性。

　　研究發(fā)現(xiàn)，分次放射治療中存在著處于相對(duì)放射抗拒時(shí)相的細(xì)胞向放射敏感時(shí)相移動(dòng)的再分布現(xiàn)象。這有助于提高放射線(xiàn)對(duì)腫瘤的殺傷效應(yīng)。但如果未能進(jìn)行有效的細(xì)胞周期時(shí)相再分布，則可能成為放射抗拒的機(jī)制之一。

　　在分次照射期間細(xì)胞在周期內(nèi)的行進(jìn)，稱(chēng)之為細(xì)胞的再分布。

　�、缪跣�(yīng)和乏氧細(xì)胞的再氧合（Reoxygenation)

　　1、氧效應(yīng)

　　在有氧的情況下，氧能與自由基（R）作用形成有機(jī)過(guò)氧基（RO2），它是靶物質(zhì)的不可逆形式，于是損傷被化學(xué)固定下來(lái)，因此認(rèn)為氧對(duì)照射的損傷起了“固定”作用，稱(chēng)之為“氧固定學(xué)說(shuō)”。氧效應(yīng)就是氧在放射線(xiàn)和生物體相互作用中所起的影響。

　　2、乏氧細(xì)胞的再氧合

　　實(shí)驗(yàn)表明，直徑<1cm的腫瘤是充分氧合的，超過(guò)這個(gè)大小就會(huì)出現(xiàn)乏氧。如果用大劑量單次照射，腫瘤內(nèi)大多數(shù)放射敏感的氧合好的細(xì)胞將被殺死，剩下的那些活細(xì)胞是乏氧的。因此，照射后即刻的乏氧分?jǐn)?shù)將會(huì)接近100％，然后逐漸下降并接近初始值，這種現(xiàn)象稱(chēng)為再氧合。

　　3、氧效應(yīng)對(duì)細(xì)胞存活曲線(xiàn)的影響

　　大劑量分次照射氧合好的細(xì)胞和乏氧細(xì)胞的效應(yīng)。如果沒(méi)有再氧合的發(fā)生，則每分次劑量照射后只能期望殺死極小數(shù)量的乏氧細(xì)胞。存活曲線(xiàn)區(qū)域平坦。在療程后期，乏氧細(xì)胞群體的效應(yīng)將占主要地位。如果分次間有氧合發(fā)生，則放射對(duì)初始乏氧細(xì)胞的殺滅作用會(huì)增大，從而使乏氧細(xì)胞的負(fù)面效應(yīng)減少。

　　4、氧增強(qiáng)比（oxygenenhancementratio，OER）

　�、哦x：在缺氧條件下，引起一定效應(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(lái)衡量氧效應(yīng)的大小。

　�、撇煌渚€(xiàn)的OER值

　　低LET射線(xiàn)：有氧條件下放射損傷嚴(yán)重，反之則損傷較輕。如：X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)的OER值一般為2.5～3。

　　高LET射線(xiàn)：放射敏感性對(duì)細(xì)胞中含氧狀態(tài)的依賴(lài)性較小。

　　如：α粒子OER為1，即沒(méi)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(xì)胞及子代細(xì)胞在機(jī)體調(diào)節(jié)機(jī)制作用下，增殖、分化、恢復(fù)組織原來(lái)形態(tài)的過(guò)程稱(chēng)做再群體化。

　　2、腫瘤組織

　　照射后可啟動(dòng)腫瘤內(nèi)存活的克隆源細(xì)胞，使之比照射或用藥以前分裂更快，稱(chēng)為加速再群體化。換言之，臨床進(jìn)行分次照射時(shí)，每次照射劑量不可能達(dá)到破壞全部腫瘤細(xì)胞的目的，在此期間，腫瘤細(xì)胞的再生或再群體化是不可避免的。

　�、閮�(nèi)在敏感性(intrinsicRadio-sensitivity)