临床放射生物学(冯炎)

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放射生物学

放射生物学(Radiobiology)放射生物学研究的是放射对生物体作用及其效应规律的一-门学科。

1.正常组织对放射性的反应2.肿瘤对放射性的反应正常组织对放射的反应最小耐受量(TD5/5)一定的剂量-分割模式照射后5年内严重放射并发症发生率不超过5%的剂量最大耐受量(TD50/5)一定的剂量-分割模式照射后5年内严重放射并发症发生率不超过50%的剂量肿瘤放射治疗的两大基本原则1.最大程度地杀灭肿瘤2.最大程度地保护正常组织正常组织与肿瘤组织分次照射后的差别二、分次放疗的生物学基础(4R理论)在引起相同正常组织损伤时，多数时候分割照射的肿瘤局控要优于单次照射分割放射的生物学基础一4R理论(1975由Withers提出)放射损伤的修复(Repair of radiation damage)细胞周期的再分布(Redistribution within the cell cycle)乏氧细胞的再氧合(Reoxygenation)再群体化(Repopulation)（一）细胞放射损伤的修复1.亚致死损伤(sublethal damage)指受照射以后，细胞的部分靶内所累积的电离事件，通常指DNA单链断裂。

亚致死损伤是一种可修复的放射损伤。

亚致死损伤的修复：指假如将某一给定单次照射剂量，分成间隔一定时间的两次时所观察到的存活细胞增加的现象。

1959年EIkind发现，当细胞受照射产生亚致死损伤而保持修复能力时，细胞能在3小时内完成这种修复，将其称之为亚致死损伤修复。

影响亚致死损伤的修复的因素：1.放射线的质低LET辐射细胞有亚致死损伤和亚致死损伤的修复，高LET辐射细胞没有亚致死损伤因此也没有亚致死损伤的修复2.细胞的氧合状态处于慢性乏氧环境的细胞比氧合状态好的细胞对亚致死损伤的修复能力差3.细胞群的增殖状态未增殖的细胞几乎没有亚致死损伤的修复临床意义：细胞亚致死损伤的修复速率一般为30分钟到数小时常用亚致死损伤半修复时间(T1/2) 来表示不同组织亚致死损伤的修复特性在临床非常规分割照射过程中，两次照射之间间隔时间应大于6小时，以利于亚致死损伤完全修复2.潜在致死损伤(potential lethal damage)正常状态下应当在照射后死亡的细胞，在照射后置于适当条件下由于损伤的修复又可存活的现象。

华西医院这个最神秘还最吓人的核医学科，到底搞了些啥子硬“核”事情？！

华西医院这个最神秘还最吓⼈的核医学科，到底搞了些啥⼦硬“核”事情？！说起来华西伊万神秘的科室不少，之前我们科普过从早到晚遮起嘴巴认不到⼈的⿇醉医⽣，躲在铁砣砣后⾯凝视你的放射医⽣，沉醉福尔马林bei整⼈体组织的病理医⽣，今天我们要介绍⼀个最最神秘的科室→不仅医务⼈员⾛这⼉过的不多，就连偶尔有病⼈经过，感觉都是⼏哈梭过去，⽣怕和这个科发⽣点啥⼦物理化学联系。

是的，我们说的就是核医学科。

是不是⼀听到“核”字你就联想到蘑菇云、辐射、⾯罩、各种biubiu乱飙的射线甚⾄想起了⽣化武器？再⼀看到这个科室到处挂起各种警⽰标志，简直脚就要打闪闪？给你们说嘛，华西医院这个看起来有点“歪”（wāi）的核医学科实际有点“乖”，不仅要管检查还要管治病，⽽且常年在国内专科排名中名列前茅，在2017年度复旦版医院专科声誉和综合排⾏榜中，获得全国第三名的好成绩。

今天，⽪西西就来给⼤家摆⼀摆华西医院核医学科的龙门阵。

⼀⾸先要搞清楚，此核，⾮彼核很多⼈觉得核医学科吓⼈，其实是他们断句就搞错了，不是核▪医学科，⽽是核医学▪科。

核医学是采⽤核技术来诊断、治疗和研究疾病的⼀门新兴学科，是和平利⽤核技术为⼈类健康服务的典范，它是核技术、电⼦技术、计算机技术、化学、物理和⽣物学等现代科学技术相结合的产物。

跟其他临床科室相⽐，核医学科起步较晚，在我国的历史也就60多年⽽已，很多中⼩型医院都没有这个科室，所以⽼百姓对其了解不多且存在⼀些误区。

⼆误区⼀：核医学科和放射科差不多都是拍⽚⼦的医⽣：术业有专攻，我们拍不⼀样的⽚⼦“核医学科是不是拍核磁共振的？”“虽然都有个核字，但你说的这个是归放射科管！‘派特’CT才是归核医学拍！”“安，不是CT都归放射科拍吗？”“就是那么巧，‘派特’CT就是归核医学科管，⽽且还有SPECT 、SPECT/CT 、PET/MR……晓得看到这⾥⼤家脑壳已经 fu了，这样解释⼀下——你们平时接触⽐较多的X光、CT、核磁共振等放射科的检查，主要是通过影像帮助了解⾻头、组织、器官的结构，⽽核医学科的检查更多的是“功能显像”——⽐如qio⼀下⼼脏、肝肾、甲状腺等器官的功能，qio得到⼼肌、脑壳⾥⾯、肺等器官⾥⾯⾎流情况，甚⾄qio得到更深的淋巴、⾻头上肿瘤的情况，现在利⽤PET/CT、PET/MR还可以在活体状态下qio到细胞、分⼦和基因在搞啥⼦名堂！我们华西伊万的核医学科⽬前有SPECT 2台，SPECT/CT 2台，PET/CT 2台，回旋加速器1台，PET/MR 1台。

《放射生物学》(含实验内容)教学大纲.

《放射生物学》（含实验内容）教学大纲课程编码：10272060课程名称：放射生物学英文名称：Medical Radiobiology开课学期：8学时/学分：80学时/5 （其中实验学时：36学时）课程类型：专业必修课开课专业：放射医学选用教材：医学放射生物学（第二版）主要参考书：《生物化学》，顾天爵主编《生理学》，张镜如主编《医学免疫学》，龙振洲主编《医学遗传学基础》，杜传书主编《医学细胞生物学》，宋今丹主编《医学分子生物学》，伍欣星、聂广主编《辐射剂量学》，田志恒编《实用放射放射治疗物理学》，冯宁远、谢虎臣、史荣等主编《肿瘤放射治疗学》，谷铣之、殷蔚伯、刘泰福等主编《放射毒理学》，朱寿彭、李章主编《放射损伤和防护》，刘克良、姜德智编《医学放射生物学》，刘树铮主编《低水平辐射兴奋效应》刘树铮著《辐射免疫学》，刘树铮编著《辐射血液学》，刘及主编Radiobiology for the radiologist, Hall EJ eds执笔人：金顺子、龚守良、吕喆一、课程性质、目的与任务医学放射生物学是放射医学的一门重要的基础学科。

通过医学放射生物学的学习，使放射医学专业本科生重点掌握电离辐射对动物机体，特别是人体的影响，为进一步学习放射防护，放射损伤和放射治疗提供生物学理论基础。

二、教学基本要求理论课教学要求使用多媒体和板书结合起来，讲授放射生物学的理论知识；实验课教学要求教师提前进行预实验，保证实验结果的可行性和准确性，让学生掌握实验技能，培养学生的科研思维和创新能力。

三、各章节内容及学时分配第一章电离辐射生物学作用的物理和化学基础[目的]1.了解医学放射生物学研究的基本知识2.系统掌握电离辐射生物学作用的基本规律及其原理3.掌握影响电离辐射生物效应的主要因素[讲授内容]1.电离辐射的种类与物质的相互作用（1）电磁辐射（2）粒子辐射2.电离和激发（1）电离作用（2）激发作用（3）水的电离和激发3.传能线密度与相对生物效能（1）传能线密度（2）相对生物效应4.自由基（1）自由基的概念（2）自由基与活性氧（3）自由基对生物分子的作用（4）抗氧化防御功能5.直接作用与间接作用（1）直接作用（2）间接作用6.氧效应与氧增强比（1）氧效应（2）氧增强比（3）氧浓度对氧效应的影响（4）照射时间对氧效应的影响（5）氧效应的发生机制7.靶学说与靶分子（1）概述（2）单击模型（3）多击模型（4）单击与多靶模型（5）DNA双链断裂模型（6）靶分子8.影响电离辐射生物效应的主要因素（1）与辐射有关的因素（2）与机体有关的因素[授课时数] 6学时[自学内容]1.辐射增敏及辐射防护[教学手段]课堂讲授，采用挂图或多媒体教学设备等第二章电离辐射的分子生物学效应[目的]1.掌握DNA损伤、修复及其生物学意义2.掌握染色质的辐射生物效应3.掌握辐射对细胞膜结构与功能的影响及辐射致癌的分子基础4.了解辐射所致RNA、蛋白质细胞与功能变化以及辐射所致的能量代谢障碍[讲授内容]1.辐射甩致DNA损伤及其生物学意义（1）DNA链断裂（2）DNA交联（3）DNA损伤的生物学意义2.辐射引起的DNA功能与代谢变化（1）辐射对噬菌体、DNA感染性的灭活作用（2）辐射对DNA转化活力的影响（3）辐射对DNA生物合成的抑制作用与机制（4）辐射对DNA降解过程的作用3.染色质的辐射生物效应（1）染色质的辐射敏感效应（2）染色质的辐射降解（3）染色质蛋白的辐射效应4.DNA辐射损伤的修复及其遗传学控制（1）不同类型DNA损伤的修复（2）DNA的损伤修复机制（3）基因组内修复的不均一性（4）DNA修复基因5.辐射对细胞膜结构与功能的影响（1）辐射对膜组分的影响（2）辐射对膜转运功能的影响（3）辐射对膜结合酶活性的影响（4）辐射对膜受体功能的影响（5）辐射对DNA-膜复合物的作用6.辐射致癌的分子基础（1）体细胞突变（2）癌基因和肿瘤抑制基因[授课时数] 6学时[自学内容]1.辐射所致RNA结构与功能的变化2.蛋白质和酶的辐射生物效应3.辐射所致的能量代谢障碍[教学手段]板书、挂图或多媒体课件第四章电离辐射的细胞效应[目的]1.掌握电离辐射对细胞作用的特点，为学习辐射整体效应打下基础2.学习辐射细胞生物学的基本规律，指导肿瘤放射治疗的临床实践[授课内容]1.细胞的放射敏感性（1）不同细胞群体的放射敏感性（2）不同时相细胞的放射敏感性（3）环境因素对细胞放射敏感性的影响2.电离辐射对细胞周期进程的影响（1）电离辐射对细胞周期进程的影响（2）电离辐射影响细胞周期进程的机制①G1期阻滞及基因调控②G2期阻滞及基因调控③电离辐射影响细胞周期进程的生物学意义3.电离辐射引起细胞死亡及机制（1）辐射引起细胞死亡的类型（2）细胞凋亡①细胞凋亡的概念②细胞凋亡的的特征③细胞凋亡的基因调控④细胞凋亡的辐射效应4.细胞存活的剂量效应（1）细胞存活的概念（2）细胞存活的体内、外测量（3）细胞存活的剂量效应曲线①指数单击曲线②多击或多靶曲线5.辐射诱导的细胞损伤及其修复（1）细胞放射损伤的分类（2）细胞放射损伤的修复（3）影响细胞放射损伤及修复的因素[授课时数] 6学时[自学内容]1.辐射对细胞功能的影响（本章第六节）2.诱导的细胞突变及恶性转化（本章第七节）[教学手段]部分多媒体教学第五章电离辐射对调节系统的作用[目的]学习电离辐射对调节系统作用的基本规律，解释辐射效应整体调节机制。

放射生物学

H2O* 激发 H 2O
H3O+
自由基与放射损伤
自由基的概念：能独立存在的，含一个或一个以上不配对电子的任何原子、分子、自由基的概念：能独立存在的，含一个或一个以上不配对电子的任何原子、分子、离子或原子团。或原子团。的损伤：一对DNA的损伤：的损伤通过加成反应造成DNA链中嘧啶和嘌呤碱的损伤。链中嘧啶和嘌呤碱的损伤。（1） H• 和 •OH通过加成反应造成）通过加成反应造成链中嘧啶和嘌呤碱的损伤加成反应：自由基可在烯键或芳香环中心加成，形成有机自由基，加成反应：自由基可在烯键或芳香环中心加成，形成有机自由基，例如 •OH+RH ROH• H• +R RH• 与核酸碱基的加成反应是电离辐射间接作用引起DNA碱基损伤的主要原（2） H• 和 •OH与核酸碱基的加成反应是电离辐射间接作用引起）与核酸碱基的加成反应是电离辐射间接作用引起碱基损伤的主要原理。也可与DNA分子中的戊糖作用，抽取氢离子，随之迅速氧化形成氧自由基。进分子中的戊糖作用，（3）•OH也可与）也可与分子中的戊糖作用抽取氢离子，随之迅速氧化形成氧自由基。一步分解使糖磷酸键断裂，碱基释放。一步分解使糖磷酸键断裂，碱基释放。
直接作用与间接作用
构成生物体基本单位的细胞可以近似地看做是一个由水和各种溶质分子组成的溶液体系。受到电离辐射的生物体，和各种溶质分子组成的溶液体系。受到电离辐射的生物体，其生物大分子和水处于电离粒子径迹上，其生物大分子和水处于电离粒子径迹上，不可避免的要发生电离现象，电离现象，出现生物大分子的直接损伤和水辐解产物对大分子的间接损伤。子的间接损伤。一、直接作用电离辐射破坏电离、核酸、蛋白质、生物大分子电离、激发核酸、蛋白质、酶二、间接作用电离辐射 H• •OH e-水和 H2 水

放射生物学的基础理论讲解

⑥恒定细胞：照射后无修复能力，只能有其他组织代替。神经细胞由神经胶质代替横纹肌由结缔组织代替，为低敏感。
⑦细胞周期的放射敏感性： Ⅰ：以细胞死亡为标准，M期最敏感，其敏感性是S 期的2.6倍，无亚致死性损伤。 Ⅱ：以细胞分裂延迟为指标，以G1、G2期最敏感。如阻断G2期，使细胞进入M期 Ⅲ：以畸变为指标，S期最敏感
（四）单靶单击与单靶多击
细胞的死亡或者来自于单次致死性的击中细胞中的靶或者来至于分成２次击中所产生的亚致死性损伤的相加。前者以ad表示，后者以βd2表示。因而其最终的细胞存活率为：Ｓ＝e-(ad+d2)。可以分别把它们简称为a型细胞杀灭及β型杀灭．它们的单位分别为 Gy-1和Gy-2。它们的比值即α／β＝d（Gy）。当细胞存活曲线肩区较大时，则α／β值小，而肩区小时则 α／β值较高。 α／β值相当于a型细胞杀灭和β型杀灭二者生物效应相等时所需的剂量。Ｓ＝e-(ad+d2)即是所谓的线性－平方模式。
４、应用ＬＱ模式设计非常规分割照射方案应注意以下原则：（１）为使晚反应组织的损伤相对低于肿瘤的杀灭，每分次剂量应小于１.８－２.０Ｇy。（２）每天的最高分次照射总量应小于４.８－５.０Ｇy。（３）每分次照射间隔时间应大于６小时。（４）在不致引起严重急性反应的情况下，尽量缩短总的治疗时间。（５）给予不致引起严重晚期损伤的最高总剂量，但不论何种方案，两周内给予的总剂量不应超过５５Ｇy。
评价：１、是经验公式，缺乏生物学基础。２、把各种治疗归结为单次照射的生物剂量，不符合临床上治疗情况。３、不同组织具有不同的放射敏感性，因而不能应用单一的指数０.２４来代表所有的修复情况。４、不同的分割剂量照射，其指数不一致。５、没有考虑到正常组织照射后产生的加速细胞增殖，另外，也与肿瘤细胞照射后经过一段潜伏期，干细胞增殖速度加快的生物学现象不一致。

临床放射生物学基础

临床放射⽣物学基础临床放射⽣物学基础临床放射⽣物学是研究电离辐射对肿瘤组织和正常组织的效应以及研究这两类组织被射线作⽤后所引起的⽣物反应的⼀门学科。

它是放射肿瘤学的四⼤⽀柱（肿瘤学、放射物理学、放射⽣物学和放射治疗学）之⼀，因此从事肿瘤放射治疗的医⽣必须掌握这门学科的基础知识。

第⼀章物理和化学基础第⼀节线性能量传递⼀、概念线性能量传递(linear energy transfer, LET)是指射线在⾏径轨迹上，单位长度的能量转换。

单位是KeV/um。

注意，LET有两层含义，其物理学含义为带电粒⼦穿⾏介质时能量的损失即阻⽌本领，⽽LET的⽣物学含义则强调带电粒⼦穿⾏介质时能量被介质吸收的线性⽐率。

例如，γ射线在穿过细胞核时，以孤⽴单个的电离或激发形式将⼤部分能量沉积在细胞核中，引起DNA损伤，其部分损伤⼜能够被细胞核中的酶修复，1Gy的吸收剂量相当于产⽣1000个γ射线轨迹，故γ射线属于低LET；α粒⼦在穿过细胞核时产⽣的轨迹少，但每条轨迹的电离强度⼤，因⽽产⽣的损伤⼤，这种损伤常常累及邻近的多个碱基对，于是损伤难以修复，1Gy的吸收剂量相当于产⽣4个α粒⼦轨迹，故α粒⼦属于⾼LET。

⼀般认为10KeV/um 是⾼LET和低LET的分界值，LET值＜10KeV/um时称低LET射线，如X 、γ、β射线， LET 值＞10KeV/um时称⾼LET射线，如中⼦、质⼦、α粒⼦。

⼆、⾼LET射线特性1.物理学特点：⾼LET存在Bragg峰，即射线进⼊⼈体后最初的阶段能量释放（沉积）不明显，到达⼀定深度后能量突然⼤量释放形成Bragg峰（即射线在射程前端剂量相对较⼩,⽽到射程末端剂量达到最⼤值），随后深部剂量⼜迅速跌落。

2.⾼LET⽣物效应特点：(1) 相对⽣物效应（RBE）⾼，致死效应强，细胞⽣存曲线的陡度加⼤；(2) 氧增强⽐(OER)⼩，对乏氧细胞的杀伤⼒较⼤；(3) 亚致死性损伤的修复能⼒⼩，细胞⽣存曲线⽆肩部；(4)细胞周期依赖性⼩，⾼LET能够杀伤常规放疗⽋敏感的G0 期和S 期细胞。

中华放射学杂志

据2020年1月29日中国知显示，《中华放射学杂志》出版文献5786篇。
据2020年1月29日万方数据知识服务平台显示，《中华放射学杂志》载文量为8651篇、基金论文量为1596 篇。
据2020年1月29日中国知显示，《中华放射学杂志》总被下载次、总被引次；（2019版）复合影响因子为 1.548，（2019版）综合影响因子为1.417。
历史沿革
1953年9月，《中华放射学杂志》创刊，季刊。 1958年1月，《中华放射学杂志》改为双月刊。 1960年6月，《中华放射学杂志》出第3期以后休刊。 1964年4月，《中华放射学杂志》复刊，仍为双月刊。 1966年，《中华放射学杂志》出第3期以后停刊。 1978年8月，《中华放射学杂志》复刊，季刊。 2012年，《中华放射学杂志》采用中华医学会杂志社远程稿件处理系统，从作者投稿、专家审稿、编辑修稿、排版到作者校对的全过程均在络上完成。 2013年，《中华放射学杂志》编辑部对已有站进行了改造升级，将杂志创刊（1953年）后的所有全文内容上传到站上，并可进行检索和免费下载。 2014年12月，该刊成为中国原国家新闻出版广电总局第一批认定学术期刊。 2015年，《中华放射学杂志》开通。
文化传统
办刊宗旨
投稿须知
《中华放射学杂志》以“贯彻中国和中国国家的卫生工作方针政策，贯彻理论与实践、普及与提高相结合的方针，反映中国放射学临床科研工作的重大进展，促进中国国内外放射学学术交流”为办刊宗旨。
标识
1.文稿应具有科学性、实用性，论点明确，资料可靠，文字精练，层次清楚，数据准确，书写规范，必要时应进行统计学处理。论著类、综述、讲座等一般不超过5000字，病例报告、简报等不超过1500字。并作以下说明：（1）利益关系陈述：所有作者需陈述,是否在研究过程中或得到的研究结果受到了某机构或厂商的影响。（2）知情同意书陈述：所有被研究人员（志愿者和患者）需签署研究知情同意书。（3）动物研究的伦理陈述：所有研究人员需提倡人道地进行动物实验，必须严格遵守动物实验的各项伦理条例。

临床放射生物学(冯炎)

临床放射生物学在放射治疗中的作用和地位
提供理论根据制定治疗策略设计治疗计划→达到个别化的治疗→临
床验证上述理论的正确性
临床放射生物学的基本理论：四个“R”
细胞的修复细胞的增殖分次放疗的氧化分次放疗中细胞周期的分布
动物肿瘤经照射后的细胞增殖
数种动物肿瘤（如纤维肉瘤、横纹肌肉瘤）已被证实照射后肿瘤增大的速度超过未照射时的倍增时间
再次治疗时要考虑的因素
首次治疗时是否达到全部耐受的剂量首次治疗时是否有残留两次治疗相隔时间两次治疗时的靶区范围是否相同重要器官的结构和功能情况等
肺
在第一次受到亚耐受量照射后需要较长时间恢复（不是修复）
第二次照射的耐受性较差
脊髓
第一次亚耐受量照射后需中等长的时间才能恢复
在动物中应用药物（如CTX）治疗后证实肿瘤细胞增殖速度明显加快，其速度及潜伏期与照射相仿
细胞增殖动力学的临床意义在常照射6-7周内，早期反应正常组织及大部分肿瘤细胞增殖速度明显加快
诱导化疗一方面能产生肿瘤细胞死亡，另一方面又能使肿瘤细胞增殖速度加快，特别在达到肿瘤CR时要注意。
缩短放射治疗的疗程是较好的方法
加速照射
加速照射的程度也常受到正常组织的制约，常用的方法有以下三种：
并发症
在一日多次照射中，要注意后期反应并发症，如放射性骨髓炎等
正常组织的辐射损伤
急性反应：发生于放疗疗程以内后期反应：发生于放疗疗程结束以后间接性与继发性的后期反应：
– 临床出现要早于后期反应 – 主要见于上皮下的组织 – 发生率及严重性决定于急性反应的严重性
细胞的增殖
剂量的记忆
急性反应组织能很快产生细胞增殖，恢复到正常状态。因而对再次治疗反应相似于第一次治疗

临床放射生物学基础

水的电离和激发
直接作用
直接作用射线被生物物质吸收时,直接和细胞关键的靶起作用，靶原子被电离或激发启动一系列生物事件导致生物改变。
高LET射线，如中子或α粒子
间接作用
自由基与活性氧
自由基对DNA这一细胞最重要靶点作用产生 DNA损伤自由基对脂类过氧化作用与生物膜作用产生细胞膜损伤自由基和抗氧化酶和其他抗氧化物质作用
非常规分割照射的生物学基础
临床上主要有三种类型
① 超分割放疗（hyperfractionated radiation therapy, HRT）
②加速超分割放疗（hyperfractionated accelerated radiation therapy, HART）
③后程加速超分割放疗
超分割放疗
乏氧细胞再氧合
capillary
normal oxygen hypoxic viable anoxic - necrotic
aerated cells
hypoxic cells
乏氧细胞再氧合是临床肿瘤放射治疗中小剂量分次照射方案制定的基础。
Reoxygenation
survivors after irradiation
中用同样总剂量，对任何一期的肿瘤分程治疗的控制率都比常规治疗低。
多种肿瘤放疗总疗程时间和肿瘤局控率的关系。
细胞的再增殖
肿瘤再增殖有重要临床意义 1.不必要延长治疗； 2.如急性反应重，治疗期间必须有一个间断，
应尽量短； 3.不考虑单纯分段放疗； 4.由于非医疗原因的治疗中断，有时需采取
措施“赶上”； 5.增殖周期短的肿瘤可采用加速分割。
细胞存活曲线线性二次模型
任何类型辐射效应造成的细胞杀灭都是单击致死性杀灭（型）与亚致死性损伤累积杀灭（型）之和。总的生物效应为两者之和，即S＝S· S＝e-αD· eβD2＝e -(αD＋βD2) 当一次照射引起的上述两种效应相等时，则D=D2， /＝D。因此，/代表的是这样一个剂量，在此剂量照射时线性部分（D）对放射效应的贡献与平方部分（βD2）的贡献相同，其单位是Gy。

临床放射生物学的现状和未来

临床放射生物学的现状和未来摘要：临床放射生物学是研究射线引起的生物学效应的一门学科，1940年以来，在物理学、化学和生物学的有关领域内的显著技术进展为放射生物学的研究提供了更为广泛而精细的手段。

近年来随着细胞生物学及其相关学科的发展，临床放射生物学也取得很大进步，并直接推动放射治疗的进展，提高放射治疗的疗效。

关键词：细胞凋亡放射敏感性放射增敏剂前言：研究放射生物学的目的就是要了解放射对肿瘤和正常组织的生物效应，与放射效应相关的因素即规律肿瘤杀灭和正常组织损伤的机制。

通过对上述问题的研究和回答，发现和发展有效的治疗方法，提高肿瘤的局控率，减少对正常组织的损伤。

本文系统综述了临床放射生物学研究的现状，包括对放射敏感性的预测，放射治疗效价的修饰措施，放疗中正常组织损伤的防治，新的治疗手段和此学科领域的热点以及对临床放射生物学未来的展望。

临床放射生物学历史在X射线发现不久，人们开始研究正常组织和肿瘤组织对放射线产生的各种效应，这些早期的放射生物学工作多侧重于动物实验和组织病理学的研究。

进入五十年代，由于细胞生物学的进步，精确的放射计量技术和组织培养技术的应用，创立了定量地研究细胞放射损伤的方法——细胞存活曲线，发现有关哺乳动物细胞的放射损伤和修复的许多问题及乏氧细胞的放射性抗拒等问题，引起了临床放射治疗中对高LET高能射线、氧和其它放射增敏剂及加温疗法的应用和研究。

六十年代以来，有不少学者从分子生物学角度来探讨放射损伤修复及与DNA单链和双链断裂的关系，这让放射生物学的研究进入了分子水平。

20世纪末和21世纪初随着人类基因组计划的完成，基因组学和后基因组学的兴起使生命科学的发展实现了飞跃，从研究思维和研究手段深刻影响了整个生物医学领域的发展，使放射生物学在组织水平、细胞水平和分子水平各方面都有不少系统的理论和精辟的阐述。

1.细胞凋亡细胞凋亡是一种主动的由基因导向的细胞消亡过程，属于普遍存在的生物学现象，在保持机体内稳态方面发挥积极作用。

临床放射生物学

曲线几个重要参数: D0 , N值,
Dq值
曲线几个重要参数: D0 N值 S2 Dq值
D0------平均致死剂量
N值----外推数 Dq值----准阈剂量 S2 -------指2GY照射时的存活曲线，最能区分
各类肿瘤的放射敏感性
细胞存活曲线的临床意义
1、研究各种细胞与放射剂量的定量关系 2、比较各种因素对放射敏感性的影响 3、观察有氧与乏氧状态下细胞放射敏感性的变化 4、比较不同分割照射方案的放射生物学效应，并为其提供理论
的辐射引起同一生物效应所需要剂量的比值。
在剂量相同的情况下，高LET射线的辐射效应 > 低 LET射线.
RBE的数值最适于在平均灭活剂量或平均致死剂量下进行生物效应比较。
第三节细胞存活曲线
一、细胞存活曲线（cell survival curves）的概念是描述放射线照射剂量和细胞存活分数之间的
辐射生物效应的时间标尺
物理过程: 对DNA的电离和激化作用直接作用(direct action):中子和质子间接作用(indirect action):电子,X线和线
* 化学过程: 低LET线电离水分子产生高度活性羟基自由基 OH H2O—H2O++e H2O++ H2O—H3O+OH
* 生物过程: 羟基自由基OH 破坏DNA分子糖链, 嘧啶和嘌呤基,产生DNA单或双链断裂
研究对象：
放射生物学主要研究放射线对生物体的作用，观察生物体受不同质的放射线照射后的各种生物效应以及不同内外因素对生物效应的影响。
临床放射生物学是在放射生物学基本理论上，结合肿瘤及正常组织的放射生物特性以及临床放射治疗时和以后诸因素所发生的一系列变化的认识，从分子、细胞组织直至整体水平实验研究的独特技术和指标，探讨提高放疗疗效的办法或措施，以达到不断提高肿瘤治疗效果和改善病人生存质量的目的。

放射生物学复习重点

放射生物学复习重点1、名词解释：间期死亡、增殖死亡、急性放射病、慢性放射病、骨痛症候群，衰变常数、半衰期、氧效应、相对生物学效应；间期死亡：指细胞受较大剂量（100Gy或更大）照射后，不经有丝分裂，在几个小时内就开始死亡。

增殖死亡：即细胞受照后经历1个或几个有丝分裂周期后，丧失了继续增殖的能力而引起的死亡。

急性放射病：机体在短时间(数秒－数天)内受到大剂量(＞1Gy)电离辐射照射引起的全身性疾病。

慢性放射病：指机体在较长时间内连续或间歇受到超当量剂量限值的电离辐射作用，达到一定累计计量后引起多系统损害的全身性疾病，通常以造血组织损伤作为主要表现。

骨痛症候群：受亲骨性核素损伤的病人，出现四肢骨、胸骨、腰椎等部位的疼痛，其特点是疼痛部位不确切，与气候变化无一定关系。

衰变常数λ：每秒衰变的核数为原有放射性核数的几分之几半衰期T=0.693/λ:放射性核数因衰变而减少到原来的一半所需要的时间氧效应：受照组织、细胞或者溶液系统，其辐射效应随周围介质中氧浓度的增加而增加的现象相对生物学效应：由于各种辐射的品质不同，在相同吸收剂量下，不同辐射的生物效应也是不同的，反映这种差异的量称之为相对生物效应。

2、熟悉哪些是电离辐射（直接、间接），非电离辐射;电离辐射：凡能引起物质的原子或分子发生电离作用的辐射，均称为电离辐射。

（不仅包括粒子辐射，还包括了部分电磁辐射某、γ）紫外线及能量低于紫外线的电磁辐射都属于非电离辐射。

电磁辐射：实质是电磁波，相对于粒子辐射而言的。

3、熟悉传能线密度的概念带电粒子在物质中穿行单位路程时，由能量转移小于能量截止值的历次碰撞所造成的能量损失4、熟悉元素、同位素、同质异能素。

元素：原子核内具有相同电荷数的同一类原子。

核素：原子核内质子数、中子数和能态完全相同的一类原子。

同位素：原子核内质子数相同、中子数不同的多种核素。

同质异能素：中子数和质子数都相同而仅仅是能量状态不同的两种核素。

5、熟悉结合能、平均结合能的含义？反映原子核的稳定性的指标是什么？结合能：由若干个核子结合成原子核的过程中释放的能量叫做该原子核的结合能。

临床放射生物学

指数存活曲线：单靶单击模型，只有一个参数D0 （致
密电离辐射：如中子，α粒子） D0平均致死量(mean lethal dose):平均每靶击中一次所给与的剂量 SF=e- α D：细胞群受D0剂量照射后，并不是所有细胞受到打击，只有63%的细胞受到致死性击中，而有37%的细胞幸免
非指数存活曲线：多靶单击模型，线性二次模型，
容积剂量的概念并联组织：肺、肝，其耐受量与容积密切相关串联组织：脊髓、食管，其耐受量与容积不太相关。
正常组织放射损伤的靶细胞：早反应组织：干细胞功能器官：特定的细胞，如少突胶质细胞，Ⅱ 型肺泡细胞，肝实质细胞，肾小管细胞，血管内皮细胞
脊髓
• 靶细胞：少突胶质细胞， α/β≈1.5~5 Gy • 修复时间 > 4 小时，完全修复：24小时 • 耐受量： 48 Gy（每天 2 Gy 照射时）
肾脏
靶细胞：肾小管细胞，肾小球和近肾小球细胞 α/β≈1.7~2.0 Gy 半修复时间=2.1小时间隔时间>8小时耐受量：全肾照射时≈ 30 Gy ，故一侧肾照射时，应严格保护健侧肾，使其低于20 Gy。其耐受潜伏期可长达1~10年
心脏
靶细胞：心肌细胞，血管内皮细胞 α/β≈2.4~2.9 Gy 耐受量：1/3体积=60 Gy 2/3体积时为45 Gy 全心照射：40 Gy TD 50/5 心包炎：1/3体积：70 Gy 2/3体积：55 Gy 全心：50 Gy
肿瘤的放射生物学
• 肿瘤的放射杀灭或放射对肿瘤的控制呈S曲线，故单纯提高剂量不能进一步提高治愈率。
肿瘤体积效应
• 肿瘤体积大小与放射控制呈反比 • 或与肿瘤的干细胞数量呈反比
再群体化的加速
• 放射后存活下来的残存肿瘤干细胞可加快生长速度

临床放射生物学基础

临床放射生物学基础 Radiobiology
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放射生物学 Radiobiology
放射生物学研究的是辐射对生物体作用及其效应规律的一门科学
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2
放射生物学 Radiobiology
电离辐射对生物体的作用分为物理阶段化学阶段生物阶段
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3
物理阶段
10-18—10-12s
射线照射路径上的能量释放激发电离
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4
化学阶段
激发电离
化学键断裂自由基形成
分子结构破坏修复正常
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5
生物阶段
分子结构破坏
酶反应
修复基因变异/癌变
DNA不能复制/ 有丝分裂停止
细胞死亡
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6
电离辐射的直接作用和间接作用
辐射导致的DNA分子断裂分为两类：直接作用 (direct effect)和间接作用(indirect effect)。直接作用是指射线直接作用于DNA 分子，使DNA 分子发生损伤而导致断裂。间接作用是指辐射可使水分子产生自由基，自由基作用于DNA分子并使之断裂
一. 细胞放射损伤的修复
(Repair of radiation damage )
潜在致死损伤正常状态下应当在照射后死亡的细胞，若在
照射后置于适当条件下由于损伤的修复又可存活的现象。但若得不到适宜的环境和条件则将转化为不可逆的损伤使细胞最终丧失分裂能力。
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一.细胞放射损伤的修复 (Repair of radiation damage )
在临床上应根据早晚反应组织的特点,
安排合适的总剂量、总治疗时间和分次剂量,特别保护晚反应组织

正常组织的放射生物学(放射治疗学基础)

正常组织的临床放射生物学中山大学肿瘤医院放疗科韩非前言放射肿瘤学的内容放射肿瘤学临床肿瘤学放射物理学放疗技术学放射生物学实验放射生物学临床放射生物学实验生物学与临床生物学的关系§争论: 增殖能力与生存能力§我国研究现状§我科研究现状放射肿瘤学的发展特点§放射治疗技术的改进，放射物理学的迅猛发展，肿瘤诊断水平提高，治疗效果“越来越好”–肿瘤（尤其头颈部癌）的局控率明显增加–生存时间延长–生活质量在治疗效果的评价方面日益重要放射生物学的意义§放射治疗的两大基本原则–最大程度地杀灭肿瘤–最大程度地保护正常组织§正常组织的放射生物学效应对放疗方案的设计、实施和修改影响巨大复发是最严重的并发症?§Eagle§Pigeon目的§掌握和熟悉正常组织在放射治疗中和放射治疗后的生物学效应，是临床医师更好运用各种放射治疗方案所必须考虑的重点之一§如何使正常组织和重要器官在接受放射治疗时能够避免或尽量减少照射剂量是当今放射肿瘤学的一个重要内容正常组织的增殖动力学各组成细胞群的动力学为基础§人体正常组织受一种自动稳定控制系统的控制，正常情况下细胞群的增殖相当于细胞群的丢失§当组织处于稳定状态时，新生和死亡的细胞数相等§但当某一细胞群失去平衡时这种自动控制作用将使细胞加快增殖，以迅速补充缺损不同组织的细胞群按增殖和生长活动可分为四大类§快更新组织（fast renew tissue）–具有未分化的干细胞（undifferentiated stem cell，USC），包括造血细胞、小肠上皮、表皮、输精上皮和淋巴生成细胞等§慢更新组织（slow renew tissue）–更新时间很长，包括肝、肾、呼吸道、内分泌器官和结缔组织等§非更新组织–偶有分裂，在成年人这种分裂不足以自我更新，包括骨、脂肪和平滑肌等§无更新组织–细胞完全没有分裂，组织无法更新，包括神经细胞、睾丸的足细胞和心肌细胞等放射损伤的决定因素§损伤的表现取决于细胞内干细胞的耗尽程度§损伤发展的过程、程度及严重性取决于–干细胞中前体细胞的分化速度和方式–干细胞增殖速度放射损伤的组织效应模式§结构等级制模式(hierarchical model)–至少存在两个层次的细胞：干细胞层次和成熟细胞层次–与照射剂量无关–大多数上皮性早反应组织经历的模式§灵活模式（flexible model)–无明确细胞分化层次和严格细胞等级制度–与照射剂量相关§混合模式早反应组织和晚反应组织§临床上将正常组织分为两大类：早反应组织（early response tissue）和晚反应组织（late response tissue）§分类基础–增殖动力学–靶细胞存活公式对α/β比值的推算§两者在放射损伤的表现方面有明显的区别早反应组织§快更新组织–主要表现为放射急性反应–照射损伤出现时间较早–主要通过同源干细胞增殖、分化来补充§大多数正常组织与肿瘤组织都属于早反应组织晚反应组织§慢更新组织§主要表现为放射晚期反应–一般都有纤维细胞和其他结缔组织过度增生–广泛纤维化–血管内皮细胞的损伤造成血供减少–器官功能的缓慢丧失§损伤后不是干细胞增殖分化的结果，而是由附近的功能细胞进入分裂周期，通过细胞复制来代偿加速再增殖理论§经射线照射后可引起细胞群的再增殖§在一定的剂量作用下可能存在加速再增殖§加速再增殖在其他治疗方式（例如外科、化疗、加温治疗等）所致的损伤时很少出现或根本没有§不同组织加速再增殖的开始时间存在较大的差异3“A”学说（Dorr）§治疗一段时间后，组织细胞在接受一定损伤刺激，正常组织和肿瘤内部会出现三种情况–干细胞加速分裂（Accelerated stem cell division）–不对称丢失（Asymmetry loss）–流产分裂（Abortive division）§它们相互影响，使组织发生比治疗前要快几倍的再增殖临床上加速再增殖的表现有§分段放疗的疗效比连续放疗的疗效差§肺肿瘤治疗后短期内复发，复发时间远远小于肿瘤倍增时间§头颈肿瘤的放疗时间延长，肿瘤复发比例增加§头颈肿瘤放疗前与放疗中的肿瘤细胞倍增时间由最初的60天左右缩短至4天左右§正常组织加速再增殖理论上应该存在且与肿瘤组织类似§常规分割，单纯放疗的鼻咽癌患者，在放疗DT40Gy以后，口腔粘膜反应程度会有所减轻正常组织放射敏感性放射敏感性定义§放射敏感性是指一切照射条件完全严格一致时，机体器官或组织对辐射反应的强弱或速度快慢不同；若反应强、速度快，其敏感性就越高，反之则低§细胞放射生物学角度来看，放射敏感性定义为造成一次击中所需的辐射量（剂量）越小，放射敏感性越高§B－T 定律为四大类（1）§高度敏感组织–剂量范围为1000～2000cGy–包括生殖腺——卵巢、睾丸，发育中的乳腺，生长中的骨和软骨，骨髓等§中度敏感组织–剂量范围为2000～4500cGy–胃，小肠，结肠，肾，肺，肝，甲状腺，垂体，生长中的肌肉，淋巴结等为四大类（2）§低度敏感组织–剂量范围5000～7000cGy–皮肤，口腔粘膜，食管，直肠，唾液腺，胰腺，膀胱，成熟的骨和软骨，中枢神经系统，脊髓，眼，耳，肾上腺等§不敏感组织–剂量范围7500cGy以上–输尿管，子宫，成人乳腺，成人肌肉，血液，胆道，关节软骨和周围神经，肺尖可耐受6000～9000cGy的剂量，常规剂量放疗对这些组织基本不发生严重并发症组织放射敏感性的放射生物学因素§再增殖和加速再增殖§氧效应（再氧化）§再修复§细胞周期再群体化放射线对正常组织的影响放射线生物损伤的机理§放射线作用于组织，组织内细胞群会发生一系列物理、化学和生物反应§射线作用于生物体，产生了大量的快速运动电子，许多电子能够使吸收介质的其他原子电离，破坏机体内不可缺少的化学键，造成一系列后果，最终表现为生物损伤生物损伤的表现§生物损伤–微观上表现为细胞死亡，细胞内结构和细胞连接组成的改变–宏观上表现为组织功能暂时或永久的丧失§不同类型细胞其死亡的定义也有不同–已分化不再增殖的细胞，如神经细胞、肌肉细胞、分泌细胞指功能的丧失–增殖性细胞，指丧失持续增殖的能力，即失去完整的增殖能力基于放射损伤的器官分类（1）§Ⅰ类器官§包括骨髓、肝、胃、小肠、脑、脊髓、心脏、肺、肾和胎儿等§多为人体的重要器官，如果受到照射的话，在一定剂量下可能会产生严重的放射损伤，甚至影响患者的生命§临床计划设计时应尽量避免不照射或少照射基于放射损伤的器官分类（2）Ⅱ类器官§包括皮肤、口腔、咽部、食管、直肠、唾液腺、膀胱、子宫、睾丸、卵巢、生长期软骨、儿童骨、成人软骨、成人骨、眼（视网膜、角膜、晶体）、内分泌腺（甲状腺、肾上腺、垂体）、周围神经、耳（中耳、内耳）等§可以耐受一定的放射剂量，产生中度的放射损伤，损伤后可能导致一定的功能障碍，但基本对生命无严重影响§临床计划设计可在肿瘤剂量充足的条件下考虑减少此类器官的照射量基于放射损伤的器官分类（3）§Ⅲ类器官§包括肌肉、淋巴结和淋巴管、大动静脉、关节软骨、子宫、阴道、乳腺等§组织的耐受量大多高于肿瘤的致死量，照射后一般不产生或产生轻度的放射损伤§临床计划设计时常优先考虑肿瘤的致死量，而不着重考虑此类器官的耐受和损伤问题正常组织器官的耐受量§定义：产生临床可接受的综合症的剂量§最小耐受量（TD5/5）–是指在标准治疗条件下，照射后5年内放射合并症发生率不超过5％（实际工作中指发生率为1％～5％）所对应的放射剂量§最大耐受量（TD50/5）–是指标准治疗条件下，照射后5年内放射合并症发生率不超过50％（实际工作中指发生率为25％～30％）所对应的放射剂量标准治疗条件§超高压治疗（1～6MeV）§1000cGy/周，每天1次，治疗5次，休息2天§整个治疗根据总剂量在2～8周内完成耐受剂量的正确认识§只能代表一种几率§非标准条件的照射方式的影响§再程放疗的影响§精确设计和精确治疗§年龄的影响§全身性疾病的影响§其他治疗手段的影响（化疗、生物修饰剂甚至手术）§医生记录及评价标准的影响正常组织的放射耐受量（cGy ）全部或部分晶体1 200500白内障晶体全角膜>6 0005 000角膜炎角膜全眼10 0005 500全眼炎，出血眼全垂体20 000～30 0004 500功能低下垂体10cm 5 5004 500梗死，坏死脊髓全脑干6 5005 000梗死，坏死脑干25％8 0007 000梗死，坏死全脑7 0006 000梗死，坏死脑100cm 27 0005 500溃疡，严重纤维化皮肤设野面积或长度TD50/5TD5/5损伤组织器官正常组织的放射耐受量（cGy ）全肺2 5001 500100cm 23 5003 000急、慢性肺炎肺100cm 28 0006 000溃疡，狭窄直肠100cm 26 5004 500溃疡，狭窄结肠100cm 26 5005 000溃疡，穿孔，出血小肠100cm 25 5004 500溃疡，穿孔，出血胃75cm 27 5006 000食管炎，溃疡，狭窄食管喉全甲状腺15 0004 500功能低下甲状腺50cm 27 0005 000口腔干燥唾液腺50cm 27 5006 000溃疡，粘膜炎症口腔粘膜全前庭7 0006 000梅尼埃病耳（前庭）全中耳7 0006 000严重中耳炎耳（中耳）设野面积或长度TD50/5TD5/5损伤组织器官正常组织的放射耐受量（cGy ）全肾上腺－>6 000功能低下肾上腺全肾条状照射2 0001 500全肾2 5002 000急、慢性肾炎肾脏全肝4 5003 500肝功能衰竭，腹水全肝条状照射2 0001 500全肝4 0002 500急、慢性肝炎肝脏全乳>10 000>5 000萎缩，坏死乳腺（成人）全乳1 5001 000不发育乳腺（儿童）60％5 5004 500心包炎，全心炎心脏设野面积或长度TD50/5TD5/5损伤组织器官正常组织的放射耐受量（cGy ）全身骨髓450200再生不良骨髓关节整块骨或10cm 210 0006 000坏死，骨折硬化骨、软骨（成人）整块骨或10cm 23 0001 000生长受阻，侏儒骨、软骨（儿童）全胎儿400200死亡胎儿全阴道>10 0009 000溃疡，瘘管阴道全子宫>20 000>10 000坏死，穿孔子宫全卵巢625～1200200～300永久不育卵巢(5cGy/天,散射)全睾丸400100永久不育睾丸尿道5～10cm 10 0007 500狭窄输尿管全膀胱8 0006 000挛缩膀胱设野面积或长度TD50/5TD5/5损伤组织器官正常组织的放射耐受量（cGy ）10cm 210 0006 000神经炎周围神经整块肌肉8 0006 000纤维化肌肉（成人）整块肌肉4 000～5 0002 000～3000萎缩肌肉（儿童）整个淋巴结>7 0005 000萎缩，硬化淋巴结（管）10cm 2>10 000>8 000硬化大静脉10cm 2>10 000>8 000硬化大动脉7 000～10 0005 000～6000扩张，硬化毛细血管设野面积或长度TD50/5TD5/5损伤组织器官剂量体积与放射耐受量串联器官与并联器官§正常器官组织的耐受量–剂量和体积–正常组织放射并发症的发生概率（NTCP）依赖于组织的放射性类型§各器官损伤实质是射线破坏了器官的“功能元单位”，根据“功能元单位”的性质，可以将全身器官分成以下四种类型⑴串联器官§器官的功能单位呈“串行”相连接，其中一个单位的损伤会导致其它功能单位的功能障碍§如脊髓、脑干、视神经等，这类器官的损伤程度与全结构中最大剂量相关⑵并联器官§器官的功能单位以“并行”形式相连接，某一功能单位的损伤不会引起周围功能单位的功能障碍§如肝脏、肺脏，腮腺，颞叶等等。