临床肿瘤放射生物学
放射生物学讲义
快速电子 离子自由基物效应
射线质与相对生物效应
线性能量传递(LET,linear energy transmission) 射线与生物分子相互作用产生电离而发生的能量转换。 以射线沿径迹1u所消耗的能量表示,单位为KeV/u。 LET=dE/dL 高LET射线:质子、中子 低LET射线:直线加速器产生的X线和钴机产生γ线
细胞死亡的机制: 染色体DNA是关键靶 调亡:照射启动了细胞内的某种基因机制,从而发生一系 列程序性改变,最终导致细胞死亡。多 发生在间期细胞 及成熟分化的细胞。它是高度细胞类型依赖性的。唾液腺 分泌细胞:照射几次即出现口干;神经细胞,淋巴细胞等。 在一定意义上说,只需使肿瘤细胞产生增殖性死亡,即肿 瘤细胞不再无限分裂增殖,就能达到根治肿瘤的目的。 细胞死亡和再增殖完整性丢失(loss of reproductive integrity of tumor cells)存在根本意义上的不同。放射 可治愈性最主要依据是后者。
D0 Gy
线性二次模型(linearquadratic model) 辐射杀灭细胞有两部分:一部 分与照射剂量成比例,另一部 分与照射剂量的平方成比例 S=e -αD-βD2
α和β是常数
存活分数
S是照射剂量为D时的细胞存活 当αD= βD2或D= α/ β,照射剂量 与细胞杀灭成比例的部分与照射剂量 平方成比例的部分相等,在这个剂量 点α/ β,线性和平方项对细胞杀灭 的贡献相等。 α/ β:早反应组织高 晚反应组织低
第三章:电离辐射的细胞效应
辐射诱导的DNA损伤及修复
DNA的链断裂
单链断裂: 离体DNA受照射后约90%为单链断裂;活体DNA受照射后比 例更高。单链断裂后可以按照DNA的碱基配对原则修复 (如此时发生错误修复,可产生突变)。 双链断裂: 离体DNA受照射后约10%为双链断裂;活体DNA受照射后比 例更低。双链断裂后,由于模板的消失,一般不能修复。 注意断裂部位:如断裂部分彼此分开(间隔一段距离), 可以修复; 断裂在对侧互补碱基位置或仅隔几个碱基, 发生真正双链断裂,及染色体折成两段,导致细胞死亡/ 突变致癌。 双链断裂修复:同源和非同源重组
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。
临床医学肿瘤放射治疗学课件
•临床医学]肿瘤放射治疗学
•73
第一节 鼻咽癌
临床症状 血涕、鼻堵,耳鸣、耳聋、听力减退、 头痛、面麻、复视及颈部淋巴结肿大是 鼻咽癌最常见的症状,晚期时可出现眼 睑下垂、眼球固定、吞咽活动不便、伸 舌偏斜、声哑、张口困难等症状
•临床医学]肿瘤放射治疗学
•74
第一节 鼻咽癌
临床检查: 后鼻镜检查
前列腺癌
低度 敏感
胰腺癌
•临床医学]肿瘤放射治疗学
•31
特点
需要高剂量照射 适形放疗
可取得较好疗效
•临床医学]肿瘤放射治疗学
•32
不敏感
来源于间叶 组织肉瘤
•临床医学]肿瘤放射治疗学
•33
特点
放疗仅作为手术 辅助治疗
或转移复发后 姑息治疗
•临床医学]肿瘤放射治疗学
•34
肿瘤局部切除术后器官
完整性和功能保全的治疗
•临床医学]肿瘤放射治疗学
•6
放射肿瘤学的历史
•临床医学]肿瘤放射治疗学
•7
•临床医学]肿瘤放射治疗学
•8
•临床医学]肿瘤放射治疗学
•9
放射治疗的地位
•临床医学]肿瘤放射治疗学
•10
45%
WHO
22%
18%
5%
•临床医学]肿瘤放射治疗学
•11
放射性同位素放出的α, β,γ线;
放 X线治疗机和各类加速 射 器产生不同能量的X线; 源 各类加速器产生的电子
一般状况较差的病人, 给与较低剂量放疗,
达到缓解症状, 减轻痛苦、止痛止血
缓解梗阻。
•临床医学]肿瘤放射治疗学
•49
抑制肿瘤 细胞活性
1
控制肿瘤周 围微小病灶、
放射生物学的基础理论讲解
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。
肿瘤细胞SF2的放射生物学意义及临床价值
研究 显示相 同组织 学类型 的肿瘤其辐射 敏感性亦 有很大 的
那 F值 差异 [ 如果在 放疗前能 预测肿瘤 的辐射敏感性 , , 我们 就可据此 或 固化 , 么所测定 S 2 的大小 就 可 以反映 出肿瘤 细 胞内 在 制定更加 个性化 的放射治疗 计划 , 从而 有可 能提 高患 者的肿 瘤 放 射敏感性 的差异 , 这一 点 已得到 绝大 多 数放 射生 物学 家和肿 F 值作 为评 价 局部控 制率和生存率 。近 年来 , 于肿 瘤辐 射敏 感性 的研究 较 瘤 放射治疗 医师的认可 。有不 少学者 已将 s 2 关
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放射 剂量 ( y G) 图 1 受照射哺乳动物细胞 的存 活曲线图
低剂量 照射时 , 射线对 细胞的损伤 主要是 由 1次击中 DNA 2条
链 的单击致 死损 伤( a型损伤 ) 所致 , 而射线 2次 分别击 中 D NA
多 , 定离 体 肿瘤 培 养 细 胞 经 2Gy照 射后 的 细 胞 存 活 分 数 测 (uvv lrcina 2Gy S 2 是研 究 的 1个热 点 , 中把 S 2 s ria fat l , F ) o 其 F 肿 瘤细胞 内在 放射敏感性 的“ 金标 准 ” 以此 来 比较 研究其 它 因 , 素如放射 中染 色体损伤 、 基因突变 、 胞凋亡等对 肿瘤细胞 内在 细
文章编 号 :0 15 3 (0 2 0 —5 80 10 —9 0 2 0 )50 5 .3
等) 的表 达等因素有 关l7。s 2 的大小 反映肿瘤 细胞群 中受 6 F 值 , J 2Gy照射后细胞 死亡的多少 , 即反映肿瘤 细胞 的辐 射敏感程 亦 度 。如果我们通 过实验设计将 影响辐 射敏感性 的外界 因素排 除
放射生物学6.放射治疗中的分次照射
Re-oxygenation
1.
2.
3. 4.
5.
动物实验充分证明了乏氧细胞的再氧合有如下机制: 肿瘤细胞群总量减少,而血管没有损失,这样血管 密度相对增加 对放射敏感的富氧细胞选择性的被杀伤,使原先乏 氧细胞到血管的最近距离缩短 细胞死亡使总氧耗下降 血管的分流导致血流循环的变异 肿瘤细胞迁移活动
Repopulation
肿瘤的再群体化
正常组织的增殖
肿瘤的再群体化
临床上肿瘤在有效治疗后消退,往往会使人
们相信肿瘤内已不复存在活力较强的克隆源 性细胞,实验结果大大出乎预料,在肿瘤体 积不断消退的同时,残存的10%存活克隆源 性细胞已在快速再生长。 临床进行分割照射时,每次照射量不可能达 到破坏全部肿瘤细胞的目的,肿瘤细胞的再 生或再群体化(regeneration or repopulation)是不可避免的。
放射损伤的修复 (Repair)
早反应与晚反应组织之间分次照射反应差别的临床意 义如下: ①分次剂量较大时,对晚反应组织相对较为有害。 如果临床上两种不同治疗方案达到相同的急性反应, 每次分割剂量较大时,晚反应组织损伤较严重。 ②除了慢性增殖的肿瘤外,用小剂量分割照射较有 利于治疗。随着每次分次量的继续下降,对晚反应 正常组织比早反应组织产生更大的保护。超分割时 晚反应组织的耐受量比常规照射大,这样就增加了 肿瘤组织和晚反应组织之间的治疗差异。
可以看出,晚反应组织曲线弯曲程度较大,
在A点剂量(分次量小),射线对晚反应组织的 效应比早反应组织小。 当一次照射剂量较大时(B点),晚反应组织损 伤比早反应组织严重。 因此说随着分次照射剂量的增加,晚反应组 织靶细胞存活率下降更剧烈。反之,随着分 次量减少,晚反应组织将得到很大的保护。
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。
临床放射生物学的名词解释
临床放射生物学的名词解释临床放射生物学作为一门交叉学科,是研究放射照射对生物体产生的生物效应和放射防护的科学原理与方法的学科。
它涉及到很多专业术语和名词,以下将对一些常见的名词进行解释,以便更好地理解和应用临床放射生物学知识。
1. 放射生物学:放射生物学是研究放射照射对生物体产生的生物效应的科学。
它探讨放射线对细胞、组织、器官和整个生物体的影响,旨在揭示放射线对生物体的损伤机制和影响程度。
2. 生物效应:生物效应是指放射线照射对生物体产生的生理、生化和分子水平上的改变。
这些效应包括辐射疾病(如白血病、肿瘤等)、基因突变、DNA损伤、遗传效应以及其他可能引起组织器官功能障碍的不良影响。
3. 剂量:剂量是指放射线吸收的量,用来衡量生物体所受到的放射照射。
常用的剂量单位包括雷诺(Roentgen,R)、吉里(Gray,Gy)、希沃特(Sievert,Sv),用于表示照射的强度、吸收的能量以及损伤的潜在影响。
4. 辐射损伤:辐射损伤是指放射线照射后引起的细胞、组织、器官或整个生物体的变化与损伤。
辐射损伤主要表现为基因突变、DNA损伤、细胞凋亡、细胞周期紊乱和组织器官功能异常,可导致放射疾病的发生。
5. 放射防护:放射防护是指采取一系列防护措施,以减少或防止人体受到放射照射的危害。
放射防护措施包括工作场所的防护设计、个人防护装备的使用、放射源的合理布置和管理,旨在保障操作人员、公众和环境的安全。
6. 总剂量效应:总剂量效应是指生物体受到一定剂量的放射线照射后可能出现的一系列不良效应。
这些效应包括急性效应和慢性效应,如急性炎症反应、恶性肿瘤、生殖功能障碍等。
7. 反应剂量效应:反应剂量效应是指生物体对照射剂量的可感知、可测量、可评估的生理和生物学响应。
这些响应是剂量依赖性的,它既可以是有益的,也可以是有害的。
8. 遗传效应:放射线照射对细胞和生殖细胞的遗传物质(DNA)产生的变异和损伤所引起的基因突变,导致遗传信息的传递出现变异。
肿瘤放射治疗学及临床地位
肿瘤放射治疗学的发展史
20世纪70年代以来,随着计算机、电子技术、放 射物理学、放射生物学的发展,模拟机、CT、MRI、 治疗计划系统相继问世。常规放射治疗发展为精确放 射治疗-三维适行放射治疗。 80年代发展了现代近距离治疗-后装。 20世纪90年代由于计算机硬件和软件技术的迅速 发展,多叶光准直器的应用,开展了调强放射治疗。 1996年瑞典研制成功了世界首台体部X刀。由此 产生了立体定向放射治疗(SRT)的新技术体系。 放射治疗也逐渐形成了独立的学科。
三维适形放射治疗:从三维方向上,采用多个 照射野、多角度进行照射,而且每个照射野的截面 形状与对应的肿瘤截面形状相一致。 调强放射治疗:根据肿瘤情况,利用CT扫描, 逆向三维治疗计划系统设计出合理的、变化的剂量 分布,以使肿瘤表面和内部各点受量均匀。 立体定向放射治疗:是使用专用的立体定位装 置,通过CT或MRI扫描定位,利用聚焦的原理,将各 个照射野或照射弧的放射线集中到肿瘤区(靶区), 而靶区周围正常组织受量很少。根据肿瘤特点可进 行单次立体定向放射外科(SRS)和分次立体定向放 射治疗(SRT)。
肿瘤放射治疗学的发展史
1895年伦琴发现了X线。 1896年居里夫妇发现了镭。并首次提出“放射 性”的概念。
这两种射线源的发现为诊治肿瘤奠定了基础。
1899年研究人员超量接触放射线而发生了手部 皮肤放射性癌,同年开始用X线治疗皮肤癌。 1902年放射线治愈了第一例皮肤癌患者。
放射线开始在肿瘤治疗中应用。
放射线的概念
电磁线: X射线、射线。 粒子线:射线、β 射线、电子线、中子线、质子线、重粒子。
肿瘤放射治疗技术新进展
肿瘤放射治疗技术新进展2007-12-17放射肿瘤学由于高科技的发展已取得了许多理论上和技术上的突破,本文简要介绍了放射生物科学,生物等效剂量超分割以及三维调强立体定向放射等技术的进展。
1放射生物学进展1.1放射生物学的进展以线性——平方模式(Linear-Quadratic model)来解释放射生物学中的反应,以α/β系数来预测放射治疗剂量时间疗效关系,为放射生物学开辟了较为广阔的天地。
近年来深入研究了细胞周期,即增殖期(G1-S-G2-M)和静止期(G0)的关系,为此提出了4个R:即是修复(Repair),再氧化(Reoxygenation)和再分布(Redistribution)和再增殖(Regeneration)作为指导放射生物中克服乏氧等问题的研究要点,放射生物学推进到目的明确,针对性强的有效研究中去。
近年来在研究细胞修复和增殖中又进一步了解到细胞凋亡(Apoptosis)和细胞分裂(Mitosis)的关系后,提出了凋亡指数(AI)与分裂指数(MI) (Apoptosisindex/Mitosisindex)比来予测放射敏感性和预后,指导调发自发性凋亡和平衡各种细胞的抗放、耐药(即Resistant RT和Resistant Chemotherapy),并由此估计复发,研究增敏,开发出超分割、加速超分割治疗等新技术,从而取得了科研及临床的许多新结果,加深了理论深度,开拓出新的领域,推动了放射治疗学的进展。
1.2DNA和染色体研究为了测定肿瘤细胞本身辐射损伤,染色体中DNA链中的断裂(单链断裂SSB和双链断裂DS,其断裂的准确位置,以及在这个过程中,肿瘤细胞如何进行修复,也观察到错误修复,以及无修复等对细胞的子代产生的决定作用。
目前临床用对DNA调节机制的多种原理表达进行测试,可以分清那些是有意义的表达,那些是灵敏的表达,建立对临床治疗,预后评估的方法学和化验项目,指导放射生物学,放射物理学,临床放射肿瘤学的发展,使更有目的性,针对性和实用性。
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
放射肿瘤学基础
缺点:
• 必须是悬浮生长细胞,成团生长,不分离。
多细胞球体生长曲线的测定
• 在显微镜下以测微尺测量20~40个球体 的直径,取其平均值,以天数为横坐标, 平均直径为纵坐标.获得多细胞球体的 生长曲线。 • 生长较慢的肿瘤细胞不适合于球体培养。 因它需要较长的培养期,使实验周期延 长,而且要消耗大量的培养液。
特点:
•
重复性、稳定性、定量性好
• 因常用小鼠故对人体缺乏反应性
Animal Tumor Models in Vivo Routes of Challenge
• • • • • • • IP (Intraperitoneal) SC (Sub-cutaneous) IM (Intra-Muscular) ID (Intra-dermal) IV (Intravenous) IT (Intra-thecal) PO (Orally)
生长速率的变化。
• 一是从照射时算起,肿瘤再长到与照 射当时同等大小所需的时间; • 一是从照射时算起,肿瘤长到指定大 小所需的时间(TX射线),与对照组肿
瘤长到同等大小所需时间(T肿瘤)相
比较。
• 优点:照射的剂量范围大(从几个戈瑞
到几十戈瑞均可),但是每个剂量点
需要8~10只动物,实验周期较长,从
1. Inject mice with enough cells to form a tumor
2. Irradiate when 6mm diam
3. Determine the dose of radiation that is needed to cure 50% of mice. Threshold-sigmoid 100 curve that goes from Percent of 10% to 90% cure mice with 50 tumors over about 10Gy in a clinical fractionation 0 scheme (which is 0 10 20 30 40 50 60 70 80 hard to do in mice).
放疗名词解释
放疗名词解释:1、放射生物学:临床放射生物学是在放射生物基础理论研究的基础上,探讨人类肿瘤及其正常组织在放射治疗过程中放射生物学效应问题的一门科学,是肿瘤放射治疗技术学的重要基础之一。
2、相对生物效应:是指要达到同样生物效应时的标准射线(250KV X射线)所用剂量和某种射线所用剂量的比值。
3、直接作用:指放射线直接作用于生物组织细胞中的生物大分子,使其产生电离和激发,并最终导致其发生放射性损伤称之为电离辐射的直接作用。
高LET射线以直接作用为主。
4、间接作用:指在放射线与生物组织作用、尤其是与生物组织内水分子作用产生自由基,这些自由基再与生物大分子作用使其损伤。
这种放射性损伤称之为电离辐射的间接作用。
5、核衰变:放射性核素自发地发出一种或一种以上的射线并转变成另一种核素的过程称为核衰变。
核衰变是放射性核素的一种属性。
衰变必然伴随有放射。
6、放射性活度:指单位时间内原子核衰变的数目,其单位为1/秒。
专用名:贝可Bq7、放射性同位素:不稳定的同位素具有放射性。
这种不稳定性主要是由于原子核中的质子和中子不平衡性造成的。
随着原子序数的增加,一种元素的同位素越来越多。
元素周期表后面的重元素都具有天然放射性。
8、放射源:在没有特别说明的情况下,一般规定为放射源前表面的中心,或产生辐射的靶面中心。
9、照射野中心轴:射线束的中心对称轴线,临床上一般用放射源S与穿过照射野中心的连线作为照射野的中心轴。
10、等中心:是准直器旋转轴(假定为照射野中心)和机架旋转轴的相交点,与机房中所有激光灯出射平面的焦点相重合。
此点到放射源的距离称源轴距11、肿瘤的致死剂量:通过放射治疗使绝大部分的肿瘤细胞死亡而达到控制肿瘤,局部治愈的放射剂量即为肿瘤的放射剂量。
12、正常组织耐受量:各种不同组织接受射线照射后能够耐受而不致造成不可逆性损伤所需要的最大剂量为该组织的耐受量。
13、组织量:所谓组织量是指患者受照射组织在一定深度的射线吸收剂量。
肿瘤放射生物学期末复习
肿瘤放射生物学一、名解1、核反应:指在具有一定能量的粒子轰击下,入射粒子(或原子核)与原子核(称靶核)碰撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过程。
2、核衰变:原子核自发射出某种粒子而变为另一种核的过程。
3、半衰期:放射性核素衰变其原有核素一半所需的时间。
4、原初效应:指从照射之时起到在细胞学上观察到可见损伤的这段时间内,在细胞中进行着辐射损伤的原初和强化过程。
5、继发效应:是指在原发作用发生的基础上,因原发作用形成的各种活性基团不断攻击生命大分子,导致生物显微结构的破坏,继而发生一系列生物学、生物化学的损伤效应。
6、直接作用:电离辐射的能量直接沉积于生物大分子,引起生物大分子的电离和激发,破坏机体的核酸、蛋白质、酶等具有生命功能的物质,这种直接由射线造成的生物大分子损伤效应称为直接作用。
7、间接作用:电离辐射首先作用于水,使水分子产生一系列原初辐射分解产物(H·,OH·,水合电子等),再作用于生物大分子引起后者的物理和化学变化。
8、确定性效应:指发生生物效应的严重程度随着电离辐射剂量的增加而增加的生物效应.这种生物效应存在剂量阈值,只要照射剂量达到或超过剂量阈值效应肯定发生。
9、随机性效应:指生物效应的发生概率(而不是其严重程度)与照射剂量的大小有关的生物效应。
这种效应在个别细胞损伤(主要是突变)时即可出现,不存在剂量阈值。
10、辐射旁效应:电离辐射引起受照细胞损伤或功能激活,产生的损伤或激活信号可导致其共同培养的未受照射细胞产生同样的损伤或激活效应,称辐射旁效应.11、十日法规:对育龄妇女下腹部的X射线检查都应当在月经周期第1天算起的10天内进行,以避免对妊娠子宫的照射12、复制叉:DNA在复制时复制区域的双螺旋解开所产生的两条单链和尚未解开的双螺旋形成的“Y”形区.13、半保留复制:一个DNA分子可复制成两个DNA分子,新合成的两个子代DNA分子与亲代DNA分子的碱基顺序完全一样。
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Redistribution
第六章 临床放射生物学研究的主要方法
第一节 第二节 第三节
细胞存活的测定方法 离体培养细胞的照射 实验肿瘤模型及其分析方法 实体瘤乏氧照射,生长延缓,再生长延缓 肿瘤的离体模型
第五章 肿瘤临床放射生物学概论
第一节
肿瘤放射治疗的生物学基础
一、电离辐射对细胞的作用
1. 直接作用 电离辐射直接将能量传递给生物 分子,引起电离和激发,导致分 子结构的改变和生物活性的丧失。 这个作用是随机的,生物分子的 损伤局限于分子的一定部位或较 弱的化学键上。 2. 间接作用 射线通过与细胞中的非靶原子或 分子(特别是水分子)作用,产 生自由基,后者可以扩散一定距 离达到一个关键的靶并造成靶分 子损伤。
•潜在致死损伤 ( potential lethal damage,PLD)修复 :指在正常状态下,应 当在照射后死亡的细胞,若臵于适当的条 件下,由于损伤的修复,又可存活(保持无 限增殖能力)的现象。实验证明与PLD修复 有关的细胞几乎均为乏氧细胞,并主要存 在于G0期及相当不活跃的G1期细胞内。
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肿瘤放射治疗的生物学基础
6.细胞存活曲线有关参数的含义
Do(平均致死剂量,mean lethal does):为存活曲线 直线部分斜率k的倒数(Do =1/k ),表示细胞的放射 敏感性,即照射后余下37%细胞所需的放射量。 D0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)。 N值(外推数,extrapolation number):细胞内所含的 放射敏感区域数,即靶数,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。 Dq值(准阈剂量,quasithreshold dose):代表存活曲 线的肩段宽度,细胞表现为亚致死损伤的修复(全 部细胞进入n-1状态之前)。Dq值越大,说明造成细 胞指数性死亡的所需剂量越大。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。 Ds:意义同Dq,更好地表示了肩段的宽度,即存 活曲线呈直线下降前所受到的剂量,但在存活曲线 上是肩段的实际宽度。 D-2:即细胞数下降到10-2时(S=0.01)所受到的剂量 值。
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五、与放射生物效应有关的几个指标
•线性能量转换(linear energy thansfer,LET):是指次级粒子径迹单位 长度上的能量转换,表明物质对具有一定电荷和一定速度的带电粒 子的阻止本领。即带电粒子传给其径迹上的能量。 •氧增强比(oxygen enhancement ratio,OER):是用来说明乏氧细胞 对射线的敏感性,是在产生相同生物效应的基础上,细胞乏氧及富 氧时所需的剂量之比。乏氧细胞辐射致死量/富氧细胞辐射致死量。 •治疗比(therapeutic ratio,TR):是指靶区内正常组织辐射耐受量与 肿瘤组织辐射致死量的比值,TR≥1的肿瘤,用放疗有可能获得局部 控制,TR<1,则即使达到肿瘤消退,正常组织也要受到不可接受的 损伤。 •剂量修饰因子(dose modifying factor,DMF):在单纯照射时产生某一 特定生物效应所需的照射剂量与照射并用修饰剂后产生相同生物效 应所需的照射剂量的比值。 •保护系数(protection factor,PF)或剂量减少系数(dose reduction factor,DRF):照射合并放射保护剂后达到单纯照射同样生物效应 所需照射剂量/单纯照射产生同样特定生物效应所需照射剂量。
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四、 细胞存活曲线
肿瘤放射治疗的生物学基础
5.放射损伤的修复 •亚致死损伤(sublethal damage,SLD)修复 或称Elkind修复:照射后有的细胞失去无 限增殖的能力而死亡,有的能从损伤中逐 渐修复,并可保持无限增殖的能力。组织 修复动力学研究表明SLD的修复与照射后 的时间呈指数性关系,常用半修复时间 T1/2(细胞损伤修复50%所需时间)来表示。 一般来说,分割剂量增大,修复能力减弱。
三、肿瘤及其瘤床血管的意义
•肿瘤本身的生长与放射后消退有赖于血管; •肿瘤对放疗的敏感性取决于氧供情况(血运良好与否)。
四、低氧放射疗法的原理
•低氧放射治疗是根据病人吸入低氧气体后正常组织的氧分压迅速 下降,而肿瘤组织氧分压下降缓慢的原理进行的。按此原理,在 低氧放疗时,正常组织的放射耐受量提高,肿瘤组织的放射敏感 性改变不大。因此可提高辐射剂量,从而提高肿瘤控制率,而正 常组织并不因剂量提高而加重放射损伤。
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二、机体受放射后的变化过程
1.物理学过程 光电效应、康普顿效应和电子对效应,重复多次,产生大量正负离子 2.化学过程 形成自由基 3.生物反应过程 不能依据机体吸收的能量来衡量
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三、 细胞的辐射效应
1. 细胞杀灭的随机性 2. 放射后细胞的结局 :凋亡,流产分裂,子代细胞畸变 ,形态上 无任何变化,有限的分裂后死亡,生存。 3. 细胞死亡: ⑴ 增殖性细胞死亡(reproductive cell death) :指细胞受照射后一 段时间内, 仍继续保持形态的完整,甚至还保持代谢的功能,直至几 个细胞周期以后才死亡。 ⑵ 间期性细胞死亡(interphase death—apoptosis) 其一般发生在照射 后几小时内,在临床上,最典型的间期性死亡的细胞是淋巴细胞。 大多数情况下,它以细胞凋亡的形式出现。
第一节
四、 细胞存活曲线
2.细胞存活曲线的绘制
肿瘤放射治疗的生物学基础
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四、 细胞存活曲线
肿瘤放射治疗的生物学基础
3、指数性存活曲线是指细胞存活率与照射剂量成指 数性反比关系。以同一剂量照射放射敏感与放射抗拒 的细胞,其存活率也不同。 N /N0 = e-KD ,将纵坐 标存活率改为对数坐标 ln N /N0 = -KD 。其与剂量D 及K值便成直线关系。按照靶学说,指数性存活曲线 是单靶单击的结果。
第二节
氧效应
在放射治疗过程中要设法使乏氧细胞变为富氧 细胞或降低乏氧细胞的放射抗拒性,即改变乏 氧细胞的氧张力,来获得放射敏感性的最高效 应,这就是所谓的“氧效应”。
1.肿瘤内乏氧细胞存在的原因 肿瘤索(tumor cord)为肿瘤组织的最小单位,毛细血管不是向肿瘤内 生长而是将瘤细胞团块(肿瘤索)包围,氧通过弥散达到肿瘤团块内的 细胞,故越靠近中心的细胞含氧量较低,最终发生坏死,而越接近中 心坏死区的细胞氧张力越低。 2.氧效应的作用原理 3.乏氧细胞是肿瘤放疗后复发的主要原因 4.氧效应与细胞存活曲线:低LET射线(X 线,60Coγ射线等)时,在乏氧情况下要 用约3倍的剂量,才能达到照射富氧细胞 时的同等存活率。 5.利用氧效应的条件:必须在照射时有氧 存在,且对氧浓度的要求不是太高。
三、早反应组织、晚反应组织与总疗程时间
早反应组织对总疗程时间的变化很敏感,大多数肿瘤组织的放射效 应类似早反应正常组织(称早反应肿瘤组织),每次剂量过低或疗 程延长对杀灭肿瘤不利 。
第四节
放射生物学中的“4R”概念
一、细胞放射损伤的修复
早反应组织对细胞群体的修复作用主要靠细胞的再增殖,对晚发反应 组织来说,亚致死损伤的修复是至关重要的,对于肿瘤组织,一般认 为其亚致死损伤的修复能力与早发反应组织类似。
第一节
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四、 细胞存活曲线 4、非指数性存活曲线。照射后,细胞不是立即出 现指数性死亡,而是在存活曲线上先出现一个 “肩段” ,对辐射表现一定的抗拒。以后随剂量 增加,才呈指数性死亡。这种现象可用多靶单击 说或单靶多击说解释。以多靶单击说为例,存活 曲线中“肩段”的出现便是群体细胞对照射所表 现出的效应。假定每一个细胞内有n个靶。只有击 中n个靶时才能造成细胞死亡,但即使n—1个靶被 击中,也不会造成细胞死亡,剂量加大时,逐渐 使n个靶均被击中的细胞跟着增多,使存活曲线肩 段下降,当每一个未死亡细胞均被击中n—1个靶 时,“肩段”结束,以后,每击中一个靶,便使 一个细胞死亡,存活率即与剂量呈指数性关系, 存活曲线肩段之后即为直线状下降 。
第一节
肿瘤放射治疗的生物学基础
五、与放射生物效应有关的几个指标
•相对生物效应(relative biological effectiveness,RBE):产生某种生 物效应所需标准射线剂量/产生同样生物效应所需的待测射线剂量 •增敏比(sensitizating enhancement ratio,SER):单纯照射达到特定 生物效应所需照射剂量/照射并用放射增敏剂后达到同样生物效应所 需照射剂量。 •热增强比(thermal enhancement ratio,TER):单纯放疗所需照射剂 量/照射加热疗时所需照射剂量。 •治疗增益因子(therapeutic gain factor,TGR):在用某种高LET射 线(如负π介子)时,由于其剂量曲线的生物学特性,对肿瘤组织和正常 组织有不同的相对生物效应(RBE),有益于杀灭肿瘤,保护正常组织, 则此时的TGF=肿瘤组织的RBE/正常组织的RBE;评价并用某一药 物的增益效果时, TGR=肿瘤组织的SER/正常组织的SER ;在用热 疗时,TGR则表示热疗时肿瘤反应的TER/正常组织损伤的TER。
二、肿瘤组织的再生或增殖
•肿瘤细胞的再增殖在疗程开始后的2-3周以后,不能随意降低每次量 和延长疗程时间,分段放疗从放射生物学的角度来说是不合理的。 •细胞的再增殖对早反应性正常组织来说是重要的,早反应组织的再 增殖在常规放疗后几天内就开始,最多2-3周。 •晚发反应组织无明显的再增殖。
第三节
一、早反应组织
正常组织放射效应分类
反应的发生是由等级制约细胞系统(干细胞以及正在分化的子代细 胞)产生的。早反应组织的α/β值约为10Gy左右。早期反应组织 是机体内分裂、增殖活跃并对放射线早期反应强烈的组织,如小肠、 上皮、粘膜、骨髓、精原细胞等。