放射生物学第二节

从细胞存活曲线来看，早反应组织有较长直 线区，而晚反应组织曲线部分较弯曲以“肩 部” 宽大，故早反应组织的分割效应相对小 于晚反应组织。
根据放射生物学实验资料，早和晚反应组 织对不同分次照射方案重，但是晚反应组织的损 伤较轻。
Dq(准阈剂量，quasithreshold dose)
代表存活的肩段宽度，故也称“浪费的放射剂量”。肩宽 表示从开始照射到细胞呈指数性死亡所“浪费“的计量， 在此剂量范围内，细胞表现为非致死损伤的修复，Dq值 越大，说明造成细胞指数性死亡所需剂量越大。经存活率 为100％的点作与横轴平行的直线，再延长存活曲线直线 部分与之相交即可得出Dq值。Dq=D0×lnN 四、S2 S2为2Gy照射后的细胞存活率。临床应用中，常需要了解 肿瘤细胞对射线的敏感性，对离体细胞作2Gy照射的存活 曲线最能区分各类肿瘤的放射敏感性，故可以将此指标作 为制定治疗计划的参考信息。
⑵DNA双链断裂的修复
⑶碱基损伤的修复 ⑷DNA修复合成
所谓潜在致死性损伤，是一定放射线剂量在正常 情况下将引起细胞死亡，但当细胞处于密集抑制的 稳相生长状态(density-inhibited stationary phase cell culture)，或处于次佳生长条件(suboptimal growth condition)其所受射线造成的潜在致死损伤可得到 修复。目前认为潜在致死性损伤修复与DNA双链 断裂的修复有关。
射，不能随意扩展使用范围。
五、LQ等效换算的基本公式
BED =nd×[1＋d／（α/β）]
BED：生物效应剂量（biological effective dose） 式中: n 为分次数、d 是分次剂量、 nd 是总剂量、α/β 比值可查表获得。
*带有时间因子的LQ等效换算公式：
BED =nd[1＋d／(α/β)]-k(T-Tk)
五、细胞存活曲线的临床意义
细胞存活曲线主要用于研究以下几方面的放射生物学问题，并 指导临床实践。
(1)研究各种细胞生物效应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)观察有氧与乏氧状况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 依据 (5)考查各种放射增敏剂的效果
d2+10d-32.4=0
d=2.58Gy/次
早反应组织：
中断前：BED=50（1+0.2）-0.25（35）=51.3 中断后：51.3-0.25（14）=47.8 计划BED是：70（1+0.2）-0.25 （49）=71.8 剩余BED是：71.8-47.8=24.0
因此：10d（1+0.1d )- 0.25（14）=24 .0
肿瘤BED： 中断前：BED=50（1+0.2）-0.6（35-28）=55.8 中断后： 55.8-0.6（14）=47.4 原计划：BED=70（1+0.2）-0.6（49-28）=71.4
剩余BED是：BED=71.4 - 47.4=24.0
若在10次完成治疗， 则：24.0 = 10d（1+0.1d）-0.6（14） 10d+d2 =24.0+8.4
(6)比较单纯放疗和放疗加化疗的作用
(7)比较不同LET射线的生物学效应 (8)研究细胞的各种放射损伤(致死损伤、非致死损伤、潜在致 死损伤以及损伤修复)的放射生物学理论问题。
第三章 靶学说与α/β模式
靶学说的要点概括如下：①生物结构内 存在对放射敏感的部分，称之为“靶”， 其损伤将引发某种生物效应；②电离辐 射以离子簇的形式撞击靶区，击中概率 遵循泊松分布；③单次或多次击中靶区 可产生某种放射生物效应，如生物大分 子失活或断裂等。
四、优缺点：
优 ： LQ模式在改变放疗方案的剂量换算中， 因考虑了放射生物方面的因素，而优于以前纯物理的 剂量转换模式。 不足 ：1、LQ模式是以细胞的损伤修复为基
础的，对肿瘤放疗效应、细胞增殖方面未予考虑。
2、α/β值作为LQ临床应用公式的重 要参数，它的数据目前主要来自动物实验，可能受一 定因素影响。 3、该公式仅用于8-10 Gy以下剂量的照
SF=e-αD(单靶单击模型)
SF=e-n（αD-βD2）（线性二次模型）
三、LQ公式的临床意义
(1)预测剂量分割方式的生物效应
(2)不同剂量分割方式的等效转换
一、放射治疗中的生物剂量等效换算模型
根据分次放疗的历史，曾提出过很多生物剂量换算 的模型， 主要三种，其中LQ 模型是理论性的数学模型 （是将DNA双链断裂与细胞存活联系起来的数学模型）。 LQ公式（即线性二次方程）或称α/β方程 它在临床放射治疗中有什么用处？
(2)内外来的物质或因素，如放射防护剂、放射增敏剂或氧效应等， 影响了射线所致的原初损伤。
(3)受照射的细胞是具有不同放射敏感性的几种细胞的混合体。 (4)照射后细胞的再修复作用，以及代谢过程继发效应影响着观察 的生物效应的大小。
第二节 α／β比值
α/β的比值表示引起细胞杀伤中单击和双击 成分相等时的剂量，以吸收计量单位Gy表示。 α/β比值的意义在于反映了组织生物效应受分 次剂量改变的影响程度。 参数α代表起始斜 率，决定低计量下损伤的程度；系数β代表 效应的超线性部分，它的贡献随照射计量增 加而加大。当线性部分和平方部分对杀灭的 细胞的贡献相等时，其照射计量等于α和β的 比值，即α/β。
第三节 LQ模型
DNA双链断裂模型(LQ模型)的基本前提是：
(])携带遗传信息的核DNA分子的完整性是正常细胞增殖所必需的， 即DNA双链断裂意味着细胞死亡。
(2)DNA双链断裂完全破坏了分子的完整性，因而是放射所致最关 键的损伤 (3)各种生物学终点与DNA双链断裂直接关联。 (4)效应的严重程度与每个细胞中发生并存留的DNA双链断裂的均 数成正比。 (5)诱发的DNA双链断裂数依赖于能量沉积与转移的物理、物化、 化学过程，也依赖于在照射前后与DNA的结构及化学环境有关的自 由基竞争。 (6)有效的DNA双链断裂数取决于DNA损伤的生化修复。而这种 修复的效率受细胞在照射当时及照射后的代谢状况控制。
计算公式：BED =nd[1＋d／(α/β)]-k(T-Tk)
肿瘤：α/β=10Gy，Tk=28天，K=0.6Gy/天 早反应组织：α/β=10Gy， Tk=0，K=0.25Gy/天 晚反应组织：α/β=2.5 Gy，K=0 代入公式: BED = 70 [ 1 + 2/10 ] - 0.6 ( 49 – 28 ) = 71.4 (原计划的生物效应剂量)
α/β值的提出现已广泛地应用于放射生物学研究
和临床放射治疗，并对近20年的放射生物理论研究和临 床放疗实践产生了重大影响。其特点是在以放疗损伤及 修复过程为主的理论基础上建立起来的。 LQ 模式中主要参数是α和β两值的比值。
二、目的
a、根据正常组织尤其是晚反应组织 和肿瘤组织间α/β值的不同，在改变分 次放疗方案时改进治疗比。 b、能反映早反应组织和晚反应组织 以及肿瘤对剂量反应性的差别。
三、 原则
LQ 模式设计最佳分次照射方案的原则：
1、为使正常组织晚期反应相对轻于对肿瘤的杀伤，
每分次剂量在1.8-2.0 Gy。 2、每天总剂量应小于4.8-5.0 Gy 3、每分次照射的间隔应大于6小时。 4、在不致引起严重急性反应的情况下，尽量缩短
总治疗时间。
5、不论采用什么样方案，两周内给予的总剂量不 应超过55 Gy，以免引起严重的正常组织晚期损伤。
第二节 细胞存活曲线的参数及其 临床意义
一、D0(平均致死剂量，mean lethal dose) D0表示图中直线部分的斜率K的倒数(D0=1/K)， 它代表这一细胞群的放射敏感性，即照射后余 37℅细胞所需的放射线剂量。Do值越小，即杀 灭63％细胞所需的剂量就越小，曲线下降迅速 （斜率大）。在单靶单击的指数性存活曲线中 D37=D0(因为D37=D0+Dq)，此类型存活曲线不 存在细胞非致死性损伤修复，即Dq=0，而在肩 段较宽的非指数性存活曲线中，D37≠D0
式中:T为总治疗时间、K为某些病人的临床资料总结 （如：资料显示再群体化快的肿瘤k=0.6 Gy/天,增殖 慢的肿瘤k=0.1 Gy/天）。
当T＜TK时，K＝0
• 例1： 某病人的肿瘤是生长快的肿瘤， 原计划是 • 70Gy/35次/7周，照射25次后病人出现严 • 重的急性反应必须休息2周。
• 问： 欲在2周内分10次完成治疗每次应给多 • 少剂量？
二、靶学说的适用范围 靶学说基本上适用于生物大分于受电离辐射产生的电离粒子的直 接作用所致效应。以下情况靶学说不适用： (1)由放射间接作用引起的生物效应，即在观察的生物效应出现之 前，由于射线直接作用机体而形成的靶分子自由基，和作用于机体 水介质而形成的水分子系列原发辐射产物(如· OH、e-水合、H2、H2O2 等)，并由它们引发的生物效应。
存活细胞：对于有增殖能力的细胞，如造 血细胞、离体培养细胞、肿瘤细胞等，凡 是保留其增殖能力，能无限产生子代的细 胞。
克隆或集落 ：在离体培养的细胞中，一 个存活的细胞可分裂繁殖成—个细胞群体。 具有生成克隆能力的原始存活细胞，称为 “致克隆性细胞”。
增殖性死亡概念对于那些不再增殖的已分化 细胞，并不适用。这类细胞具有执行特殊功 能的能力，但正常条件下长期不分裂，如神 经细胞、肌细胞等。则以其是否丧失特殊功 能来衡量细胞是否存活，保留机能者为存活， 失去功能者为死亡。这类细胞本质上非常抗 拒，它们的死亡常是由于对其功能和存活都 极为重要的间质或血管细胞受损而间接地被 杀灭。
第二章 细胞存活曲线
放射剂量与生物效应的关系是放 射生物学研究的核心问题之一。 其中的放射剂量与细胞效应关系 研究最多，对放射治疗临床的指 导意义较大，本章将集中阐述细 胞存活曲线概念、绘制及其剂量 效应模型。
第一节 细胞存活的概念 和存活曲线的绘制
一、细胞存活的概念
细胞死亡定义：细胞不可逆的丧失增殖能 力，即在一次或以后的有丝分裂时发生增 殖性死亡。
d2+10d-27.5=0 (早反应组织) d=2.25 Gy/次 晚反应组织：因晚反应组织疗程中无再群体化，中断 治疗不影响效应，所以继续完成治疗剂量不变。
(晚反应组织) d=2.0 Gy/次
LQ公式的限度
(1)现有的α/β多数是离体细胞或动物实验中所得 出的数据，与临床有一定的差距。
(2)一般仅适合单次剂量在2—10Gy的剂量范围内 使用，特别要注意当分次剂量<2Gy时，运用这一 方程估计重要组织如脊髓的生物效应有过量的危险。 (3)α／β值的动物模型限制条件是假定被照射的 靶细胞的亚致死性损伤完全修复，并且没有细胞再 增殖，与临床不完全相符。
二、细胞杀灭机制 大量事实证明导致细胞死亡的敏感部位是 细胞核而不是细胞质。细胞核的放射敏感 性比细胞质高100倍以上。
三、细胞存活曲线的绘制
细胞存活分数=计数的集落数/(种植细胞数×集 落形成率)
简言之，存活曲线的绘制方法主要依靠细胞 培养，以制成单个细胞接种平面，用不同计量 照射，得到的集落形成数与未经照射的对照组 进行比较，得出存活率。根据不同计量存活率 制成的曲线即为细胞存活曲线。这里指的存活 细胞即是经照射后仍有无限性增殖能力(可形成 集落)的细胞。
第四章 肿瘤分割放疗的理论基础
一、DNA放射损伤及其生物学意义 DNA是电离辐射重要靶分子之一， 电离辐射对DNA结构的影响比较复杂， 其放射分解产物也是多种多样，从碱 基损伤到糖基破坏，其后果是：DNA 链断裂、DNA交联及整个或部分高级 结构的变化，最终影响其生物学功能。
⑴DNA单链断裂的修复
二、N值(外推数，extrapolation number) N值指细胞内所含的放射敏感区域数，即靶数。 它也是表示细胞内固有的与放射敏感性相关的 参数，是存活曲线直线部分的延长线与纵轴相 交处的数值。靶数(即N值)一般均在2～10的范 围内。后来的研究证明N值随实验条件改变而 有较大幅度的变化，与细胞内相对恒定的靶数 不符，现已少用。