放射生物学的基础理论培训课件
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临床放射生物学基础ppt课件
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线性二次模式
E/α=D〔1+d/(α/β)〕 E/α为生 物有效剂量(biologically effective dose, BED),单位为Gy. 它代表:整个分次照射或低剂量连续照 射过程的生物效应.
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线性二次模式
LQ的临床意义 1:预测剂量分割方式的生物效应,而提出
超分割,加速超分割,低分割等照射方式. 2:不同剂量分割方式的等量转换
临床放射生物学基础 Radiobiology
北京大学人民医院放疗科 陈亚林
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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
.
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
.
物理阶段
10-18—10-12s
n2d2〔 1+d2/(α/β) 〕= n1d1 〔 1+d1/(α/β) 〕
D2/D1= 1+d2/(α/β) / 1+d1/(α/β)
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细胞周期时相与放射敏感性
细胞周期时间 （cell-cycle time）,也称为 有丝分裂周期 G2 时间, 是两次 有效的有丝分 裂之间的时间
.
M 有丝分裂期
.
哺乳动物细胞存活曲线
横坐标表示剂量， 按线性标度绘 制，
纵坐标表示存活 率，按对数标 度绘制
.
哺乳动物细胞存活曲线
D0(平均致死剂 量,mean lethal dose)
D0=1/k,K为直线的斜 率. 它表明,杀死63%的细 胞所需的照射剂量. D0值越小,细胞越敏感.
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哺乳动物细胞存活曲线
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线性二次模式
E/α=D〔1+d/(α/β)〕 E/α为生 物有效剂量(biologically effective dose, BED),单位为Gy. 它代表:整个分次照射或低剂量连续照 射过程的生物效应.
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线性二次模式
LQ的临床意义 1:预测剂量分割方式的生物效应,而提出
超分割,加速超分割,低分割等照射方式. 2:不同剂量分割方式的等量转换
临床放射生物学基础 Radiobiology
北京大学人民医院放疗科 陈亚林
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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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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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物理阶段
10-18—10-12s
n2d2〔 1+d2/(α/β) 〕= n1d1 〔 1+d1/(α/β) 〕
D2/D1= 1+d2/(α/β) / 1+d1/(α/β)
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细胞周期时相与放射敏感性
细胞周期时间 （cell-cycle time）,也称为 有丝分裂周期 G2 时间, 是两次 有效的有丝分 裂之间的时间
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M 有丝分裂期
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哺乳动物细胞存活曲线
横坐标表示剂量， 按线性标度绘 制，
纵坐标表示存活 率，按对数标 度绘制
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哺乳动物细胞存活曲线
D0(平均致死剂 量,mean lethal dose)
D0=1/k,K为直线的斜 率. 它表明,杀死63%的细 胞所需的照射剂量. D0值越小,细胞越敏感.
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哺乳动物细胞存活曲线
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临床放射生物学培训课件
临床放射生物学
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在刚放疗结束的病理切片中，发现有形 态完整的肿瘤细胞有意义吗？
临床放射生物学
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一、细胞存活的概念和存活曲线的绘制
(一)细胞存活的概念
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，称之 为存活细胞。
临床放射生物学对肿瘤细胞存活可定义 为:经放射线作用后细胞仍具有无限增殖 能力的细胞。
如果给予2个D0剂量的照射，则S＝ 0.370.37＝13.7％，依次类推，这 就是射线杀灭细胞的指数规律。、
临床放射生物学
50
靶学说
临床放射生物学
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靶学说
单击单靶情况只存在于生物大分子和 低级生物，如某些小病毒和细菌。
哺乳动物细胞的辐射杀灭机制比低等 生物复杂得多，常用单击多靶学说来 解释，这一学说认为，在细胞内有多 个（n）能够独立承受亚致死损伤的靶， 在一次照射中直至n-1个靶被击中，细 胞仍能够修复其损伤而存活下去，但n 个靶同时灭活则造成细胞死亡。
临床放射生物学
52
线性二次模型
• Thames和Bentzen于80年代提出
• LQ模型以DNA双链断裂造成细胞死
亡为理论依据
– 由一个辐射粒子在通过相互靠近的DNA双
链处一次将其击断,这种方式产生的DNA断
裂数直接与吸收剂量成正比,S= e-αD
– 两个辐射粒子途经DNA双链附近,各产生
一个彼此很靠近的单链断裂,这种方式产
临床放射生物学
9
间接作用 Indirect action
常见 水占生物体重的
70％左右，细胞 80%是水 每个 DNA分子， 含 1.2X107 个水 分子
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
3.临床放射生物学基础
放射生物学基本概念
自由基与活性氧
自由基 是指能独立存在的、含有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。自由基由于具有未配对电 子，易与其他电子配对成键，故具有很高的反应活性、不 稳定性、顺磁性等特点。如：氢自由基(H· )、羟自由基(· OH) 作用：损伤DNA、生物膜等 活性氧 是指氧的某些代谢产物和一些反应的含氧产物。 特点是含有氧，化学性质较基态氧更为活泼。
加速超分割
通过增加每日照射次数或每周照射次数使整个疗程缩短， 总治疗剂量不增加或减少。 即：缩短总的治疗时间，剂量不增加或减少。 如：1.5-2.0Gy/次，3次/日，5日/周。
放射生物学基本概念
靶学说 生物结构内存在着对辐射敏感的部分，称 为“靶”，其损伤将引发某种生物效应。 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。 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。
放射生物学基本概念
靶学说
单击效应 生物大分子或细胞的敏感靶区被电离粒子击中 1次即足以引起生物大分子的失活或细胞的死 亡，这就是所谓的单击效应。
临床放射生物学效应
肿瘤组织细胞的放射生物学效应
肿瘤细胞动力学 细胞周期时间（Tc）：
不同类型肿瘤细胞的Tc不同 同一肿瘤在不同情况下，也会有Tc的改变
临床放射生物学效应
肿瘤组织细胞的放射生物学效应
肿瘤细胞动力学 生长分数（GF）：
细胞群体中，有增值能力的细胞与细胞总数之比。
GF =
有增值能力的细胞 细胞群的细胞总数
常规分割照射的生物学基础
临床放射生物学中的4R
肿瘤细胞放射损伤的再修复
亚致死性损伤的再修复 潜在致死性损伤的再修复
临床放射生物学基础
• 自由基和抗氧化酶和其他抗氧化物质作 用
放射治疗实现的可能性
• B-T定律：
细胞的放射敏感性高低和细胞增长 速率成正比和细胞的分化程度成反比
恶性肿瘤细胞增长快，分化差和正 常组织相比，放射敏感性更高
辐射的细胞生物学效应
• 细胞死亡
（1）增殖性死亡
分裂几次后死亡，临床表现，肿瘤受照后 ，体积不立即缩小，甚至出现临时性增大，以 后，随着肿瘤细胞的不断死亡，肿瘤才缩小
存活率=
(PE)
种植细胞数空白组集落形成
细胞存活曲线
• 高LET线细胞存活曲线----指数性曲线 曲线公式 S=e-kD
• 低LET线细胞存活曲线----非指数性曲线 肩部反映低剂量下损伤修复 直线部分反映高剂量下指数性杀灭 曲线公式为一次二元方程式 S=1-(1-e-kD )n ( K 为直线部分的斜率) D0=1/K (D0 为平均致死剂量) S=1-(1-e-D/ D0 )n
细胞存活曲线 线性二次模型
分次剂量照射的细胞存活曲线
• 分次照射时，细胞存活曲线肩区的 每次照射重建。
细胞动力学的改变
细胞的放射敏感性
• 不同细胞群体的放射敏感性，不断分裂和更新 的细胞敏感，不分裂的细胞抗拒。
• 不同细胞周期时相的放射敏感性差异。 • 不同环境中的细胞敏感性特别是氧分压不同对
曲线几个重要参数: D0 ,n值,Dq值
细胞存活曲线 单击单靶模型
细胞存活曲线 单击单靶模型
e-1 = 0.37 e-2 = 0.14 e-3 = 0.05
细胞存活曲线 单击多靶模型
细胞存活曲线 线性二次模型
• Thames和Bentzen于80年代提出 • LQ模型以DNA双链断裂造成细胞死亡为理论依
放射治疗实现的可能性
• B-T定律：
细胞的放射敏感性高低和细胞增长 速率成正比和细胞的分化程度成反比
恶性肿瘤细胞增长快，分化差和正 常组织相比，放射敏感性更高
辐射的细胞生物学效应
• 细胞死亡
（1）增殖性死亡
分裂几次后死亡，临床表现，肿瘤受照后 ，体积不立即缩小，甚至出现临时性增大，以 后，随着肿瘤细胞的不断死亡，肿瘤才缩小
存活率=
(PE)
种植细胞数空白组集落形成
细胞存活曲线
• 高LET线细胞存活曲线----指数性曲线 曲线公式 S=e-kD
• 低LET线细胞存活曲线----非指数性曲线 肩部反映低剂量下损伤修复 直线部分反映高剂量下指数性杀灭 曲线公式为一次二元方程式 S=1-(1-e-kD )n ( K 为直线部分的斜率) D0=1/K (D0 为平均致死剂量) S=1-(1-e-D/ D0 )n
细胞存活曲线 线性二次模型
分次剂量照射的细胞存活曲线
• 分次照射时，细胞存活曲线肩区的 每次照射重建。
细胞动力学的改变
细胞的放射敏感性
• 不同细胞群体的放射敏感性，不断分裂和更新 的细胞敏感，不分裂的细胞抗拒。
• 不同细胞周期时相的放射敏感性差异。 • 不同环境中的细胞敏感性特别是氧分压不同对
曲线几个重要参数: D0 ,n值,Dq值
细胞存活曲线 单击单靶模型
细胞存活曲线 单击单靶模型
e-1 = 0.37 e-2 = 0.14 e-3 = 0.05
细胞存活曲线 单击多靶模型
细胞存活曲线 线性二次模型
• Thames和Bentzen于80年代提出 • LQ模型以DNA双链断裂造成细胞死亡为理论依
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正常组织的放射反应
1.
2.
早反应组织：多为更新快的组织。如口腔 粘膜、消化道粘膜、膀胱粘膜、造血系统。 主要特点为反应出现早、临床症状痛苦、 基本不留后遗症。 晚反应组织：多为更新慢的组织。如肺、 肝、肾、心脏、神经系统。主要特点为反 应出现晚、临床症状不明显、大多留后遗 症。
. 20
放疗中常规分割方式
1.
2.
三、皮肤和粘膜 照射10Gy后可出现扩张、水肿。 照射55~66Gy 后可出现脱皮、色素沉着。
.
30
正常细胞的放射损伤
1.
2.
3. 4.
四、肺 是中、晚反应组织。 总剂量超过40Gy的分次照射，将有10% 的人出现放射性肺炎的表现。 单次大剂量照射不超过6Gy。 博莱霉素、环磷酰胺、莫西汀可加重放射 性肺炎。
1.
2. 3.
加速治疗方法：每次2Gy，每天2次或多次， 总治疗时间缩短，总剂量不变。 局控率可少量增加，生存率不增加。 早期、晚期反应均增加。
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25
放疗中非常规分割方式
（三）后程加速超分割放疗
.
26
1.
2.
前40Gy，按常规放射治疗；后期每日2次， 每次1.5Gy，加速超分割治疗。 效果好，但晚反应大。
每次180-250cGY，每 日一次，每周5天。
.
21
放疗中非常规分割方式
（一）超分割放疗
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22
1.
2. 3.
超分割放疗方法：每次1.1或1.2Gy，每天 2次，每次间隔6小时以上。总疗程不变。 可以提高疗效，保护早反应组织。 经济负担增加。
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放疗中非常规分割方式
（二）加速超分割放疗
放射生物学基础
肿瘤患者的疾病进程依赖于肿瘤的生长速 度和治疗的有效性。
第三章 辐射对肿瘤组织的作用
第二节、从实验肿瘤的放射生物学研究中得到的一些 结论 ①肿瘤体积效应, 大肿瘤比小肿瘤难治愈。大肿瘤 内克隆源细胞数多。大肿瘤中的克隆源细胞对治疗 的敏感性更小。 ②再群体化的加速, 在照射后存活下来的克隆源性 细胞可能使肿瘤很快再群体化。肿瘤体积不能很好 地反映克隆源性细胞的杀灭情况。 ③瘤床效应 ④乏氧和再氧合
第三章 辐射对肿瘤组织的作用
（2）肿瘤的指数性生长和非指数性生长 指数性生长：肿瘤体积在相等的时间间隔
内以一个恒定的比例增加。 V=exp(0.693·T/Td) 0.693是Ln2，T是时间。
肿瘤体积的对数随时间呈线性生长，这是 最简单的生长模式，理论上必需满足：所有 细胞均在增殖，并且没有细胞丢失，也就是 说肿瘤倍增时间等于细胞周期时间。实际上 肿瘤生长的倍增时间要长于细胞周期时间， 因为存在细胞丢失和去周期化，肿瘤生长是 非指数性的。
第三章 辐射对肿瘤组织的作用
二、 肿瘤的生长速度
①肿瘤体积倍增时间（tumor volume doubling time ,Td）是描述肿瘤 生长速度的重要参数，由三个主要决定因素所决定：细胞周期时 间（the cell cycle time ,Tc）；生长比例（the growth fraction ,GF）； 细胞丢失率（the rate of cell loss）。如果细胞周期时间短、生长比 例高、细胞丢失少，则肿瘤增长速度块。
第三章 辐射对肿瘤组织的作用
以上是肿瘤实质细胞，其它参与形成肿瘤包块 的主要是间质，包括纤维细胞、血细胞、血管组织 等，有时肿瘤间质比肿瘤实质成分还多。临床上实 质成分多质软，间质成分多质硬。
第三章 辐射对肿瘤组织的作用
第二节、从实验肿瘤的放射生物学研究中得到的一些 结论 ①肿瘤体积效应, 大肿瘤比小肿瘤难治愈。大肿瘤 内克隆源细胞数多。大肿瘤中的克隆源细胞对治疗 的敏感性更小。 ②再群体化的加速, 在照射后存活下来的克隆源性 细胞可能使肿瘤很快再群体化。肿瘤体积不能很好 地反映克隆源性细胞的杀灭情况。 ③瘤床效应 ④乏氧和再氧合
第三章 辐射对肿瘤组织的作用
（2）肿瘤的指数性生长和非指数性生长 指数性生长：肿瘤体积在相等的时间间隔
内以一个恒定的比例增加。 V=exp(0.693·T/Td) 0.693是Ln2，T是时间。
肿瘤体积的对数随时间呈线性生长，这是 最简单的生长模式，理论上必需满足：所有 细胞均在增殖，并且没有细胞丢失，也就是 说肿瘤倍增时间等于细胞周期时间。实际上 肿瘤生长的倍增时间要长于细胞周期时间， 因为存在细胞丢失和去周期化，肿瘤生长是 非指数性的。
第三章 辐射对肿瘤组织的作用
二、 肿瘤的生长速度
①肿瘤体积倍增时间（tumor volume doubling time ,Td）是描述肿瘤 生长速度的重要参数，由三个主要决定因素所决定：细胞周期时 间（the cell cycle time ,Tc）；生长比例（the growth fraction ,GF）； 细胞丢失率（the rate of cell loss）。如果细胞周期时间短、生长比 例高、细胞丢失少，则肿瘤增长速度块。
第三章 辐射对肿瘤组织的作用
以上是肿瘤实质细胞，其它参与形成肿瘤包块 的主要是间质，包括纤维细胞、血细胞、血管组织 等，有时肿瘤间质比肿瘤实质成分还多。临床上实 质成分多质软，间质成分多质硬。
临床放射生物学基础【放疗科】 ppt课件
Tpot 细胞丢失因子 = 1– ---------
Td 有些肿瘤生长较慢，主要是因为细胞丢失率高。 细胞丢失的主要机制----- 坏死
分化
肿瘤的生长速度
• 人肿瘤典型的动力学参数(引自AC Begg)
• ---------------------------------------------------------
辐射诱导的细胞死亡
两种主要形式
有丝分裂死亡 (增殖性死亡）
指由于染色体的损伤，细胞在试图分裂时发生死亡。死亡可发生在照射 后的第一次或以后的几次分裂,是电离辐射引起细胞死亡的最常见形式。
间期死亡（细胞在进行下一次分裂前死亡）
凋亡（apoptosis）：Trott所指出:至少96%的凋亡事件是发生在有丝分裂之后。在 许多情况下，凋亡是一种正常的生理过程，包括胚胎发育，免疫系统以及保持组 织自我平衡。作为辐射所引起的细胞死亡形式之一，它是高度细胞类型依赖性的。 淋巴细胞更易于通过凋亡途径发生照射后的快速细胞死亡 自嗜(autophagy)：是指细胞消化自己的部分胞浆从而形成巨大分子和能量的过程。 自嗜的分子基础及其与细胞死亡/存活的关系是现代研究的活跃领域 坏死（necrosis）：有一种观点认为，凋亡代表的是细胞自杀性死亡而坏死则是 由损伤所致。在组织学上认为坏死是一种在极端不利情况下（如pH值的极端变 化、能量缺失以及离子不平衡等）突发的细胞死亡 衰老（senescence）：是指正常细胞永久性尚失了分裂能力，这些细胞仍保有代 谢能力，可有或无功能的变化。与凋亡一样，不同类肿瘤及细胞倾向于不同的衰 老过程，照射以后的纤维细胞经常发生成熟前的衰老（premature senescence）,有 可能导致放射性纤维化。
克隆源细胞（clonogenic cell)
Td 有些肿瘤生长较慢，主要是因为细胞丢失率高。 细胞丢失的主要机制----- 坏死
分化
肿瘤的生长速度
• 人肿瘤典型的动力学参数(引自AC Begg)
• ---------------------------------------------------------
辐射诱导的细胞死亡
两种主要形式
有丝分裂死亡 (增殖性死亡）
指由于染色体的损伤，细胞在试图分裂时发生死亡。死亡可发生在照射 后的第一次或以后的几次分裂,是电离辐射引起细胞死亡的最常见形式。
间期死亡（细胞在进行下一次分裂前死亡）
凋亡（apoptosis）：Trott所指出:至少96%的凋亡事件是发生在有丝分裂之后。在 许多情况下，凋亡是一种正常的生理过程，包括胚胎发育，免疫系统以及保持组 织自我平衡。作为辐射所引起的细胞死亡形式之一，它是高度细胞类型依赖性的。 淋巴细胞更易于通过凋亡途径发生照射后的快速细胞死亡 自嗜(autophagy)：是指细胞消化自己的部分胞浆从而形成巨大分子和能量的过程。 自嗜的分子基础及其与细胞死亡/存活的关系是现代研究的活跃领域 坏死（necrosis）：有一种观点认为，凋亡代表的是细胞自杀性死亡而坏死则是 由损伤所致。在组织学上认为坏死是一种在极端不利情况下（如pH值的极端变 化、能量缺失以及离子不平衡等）突发的细胞死亡 衰老（senescence）：是指正常细胞永久性尚失了分裂能力，这些细胞仍保有代 谢能力，可有或无功能的变化。与凋亡一样，不同类肿瘤及细胞倾向于不同的衰 老过程，照射以后的纤维细胞经常发生成熟前的衰老（premature senescence）,有 可能导致放射性纤维化。
克隆源细胞（clonogenic cell)
放射生物学的基础理论
Ⅳ：以染色体损伤为指标，G2期最敏感
3．细胞放射损伤在修复： （1）亚致死性损伤的修复：亚致死性损伤是 指细胞受到照射后，能完全修复的损伤 （2）潜在致死性损伤的修复：潜在致死性损 伤是指细胞受到照射后，如有适宜的条件或环 境，这种损伤就可以修复，如果得不到适宜的 条件和环境，这种损伤将转为不可逆的损伤， 从而使细胞最终丧失分裂能力。低敏感细胞 （3）致死性损伤：是指细胞所受的损伤在任 何情况下都不能恢复的损伤。M期细胞或大剂 量照射
（五）Ｌ－Ｑ模式仅在下列条件下 才能应用：
１、每次照射后的亚致死性损伤的修复必须完全； ２、每次照射所产生的生物效应相似 ３、没有把时间因素即细胞增殖考虑在内 ４、细胞周期自我致敏忽略不计
（六）、Ｌ－Ｑ模式及它的衍生公 式在临床上应用
１、ＥＴＤ和ＢＥＤ ＥＴＤ即外推耐受剂量 ＢＥＤ即等效生物 剂量 Ｅ／a=nd(1+β/a d)=ETD or BED 2、带有时间因子的ＬＱ等效换算公式Ｐ３３９ ３、带有不完全修复因子的ＬＱ等效换算公式 Ｐ３３９
2.影响细胞放射敏感性的因数：
①细胞分化程度与放射敏感性成反比
②细胞内CAMP的水平，CAMP水平愈低，放射敏感性 愈强，研究表明细胞分裂相越多，细胞CAMP水平越低。 ③电镜下线粒体数量与放射敏感性 线粒体数量越少，越敏感，淋巴细胞线粒体少，心肌 细胞线粒体多
④具有多种归属的结缔组织细胞在发展的不同阶 段有不同的敏感性，纤维母细胞最敏感（瘢痕组 织），内皮细胞（血管内皮细胞：血管肉瘤 胸膜 内皮细胞：见皮瘤）为中度敏感，纤维细胞（纤 维瘤）低敏感。 ⑤恢复能力强的细胞较敏感：小肠隐窝细胞、唾 液腺细胞、肝细胞、肾细胞、具有内分泌的腺体
（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。
最新[理学]放射生物学基础演示文稿 复件1幻灯片课件
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❖ 淋巴造血细胞和小肠粘膜上皮细胞的死亡分别是造 血型和胃肠型急性放射病的重要细胞学基础。
❖ 电离辐射诱发的不育症取决于生殖细胞的杀伤。 ❖ 电离辐射诱发的脱发起源于毛囊上皮细胞的破坏。
增殖死亡
❖ 发生于分裂增殖的细胞，照射后细胞不立即死亡， 仍进行与生命活动有关的代谢过程（DNA与蛋白质合 成等），并可能发生细胞分裂，这种细胞死亡的标 志是最终丧失继续增殖的能力，即生殖完整性的破 坏。
间期死亡
❖ 照射剂量很大（100Gy以上）时，受照射细胞 不论是否具有分裂增殖能力，将在有丝分裂 的间期死亡。
❖ 胸腺细胞，淋巴细胞、A型精原细胞和卵细胞 属于放射敏感性较高的细胞，1Gy以内的剂量 足以引起50%以上的细胞发生间期死亡。
第三节 辐射诱导的细胞损伤及其修复
细胞放射损伤的分类
❖ 1．致死性损伤（LD）：用任何办法都不能使细胞 修复的损伤。损伤不可修复，不可逆地导致细胞死 亡。
❖ 从各种不同种类和功能的蛋白质来看，抗体、核蛋白、肌纤 蛋白等有重要生物学功能的蛋白质的生物合成可被射线抑制。 急性照射后血清蛋白总量变化较小，但血清蛋白的组成可发 生明显的变化，主要是白蛋白减少、球蛋白增多，白蛋白与 球蛋白的比值降低，慢性放射病时出现白蛋白轻度减少和球 蛋白增高。
电离辐射对糖代谢的影响
❖ 放射病时，各种病变与物质代谢障碍有密切 关系，因而研究代谢的改变可以对放射病的 诊断、预后及治疗措施提供客观依据。
电离辐射对能量代谢的影响
❖ 能量代谢是保障机体生命活动的极为重要的生物化学过程， 三磷酸腺苷(ATP)的形成率是物质代谢中关键问题，同时也 是射线影响能量代谢的重要环节，生成ATP最重要的生物化 学过程是氧化磷酸化作用，其效率以P/O比值表示，即每消 耗一原子氧所形成的高能磷酸键的数目。
❖ 电离辐射诱发的不育症取决于生殖细胞的杀伤。 ❖ 电离辐射诱发的脱发起源于毛囊上皮细胞的破坏。
增殖死亡
❖ 发生于分裂增殖的细胞，照射后细胞不立即死亡， 仍进行与生命活动有关的代谢过程（DNA与蛋白质合 成等），并可能发生细胞分裂，这种细胞死亡的标 志是最终丧失继续增殖的能力，即生殖完整性的破 坏。
间期死亡
❖ 照射剂量很大（100Gy以上）时，受照射细胞 不论是否具有分裂增殖能力，将在有丝分裂 的间期死亡。
❖ 胸腺细胞，淋巴细胞、A型精原细胞和卵细胞 属于放射敏感性较高的细胞，1Gy以内的剂量 足以引起50%以上的细胞发生间期死亡。
第三节 辐射诱导的细胞损伤及其修复
细胞放射损伤的分类
❖ 1．致死性损伤（LD）：用任何办法都不能使细胞 修复的损伤。损伤不可修复，不可逆地导致细胞死 亡。
❖ 从各种不同种类和功能的蛋白质来看，抗体、核蛋白、肌纤 蛋白等有重要生物学功能的蛋白质的生物合成可被射线抑制。 急性照射后血清蛋白总量变化较小，但血清蛋白的组成可发 生明显的变化，主要是白蛋白减少、球蛋白增多，白蛋白与 球蛋白的比值降低，慢性放射病时出现白蛋白轻度减少和球 蛋白增高。
电离辐射对糖代谢的影响
❖ 放射病时，各种病变与物质代谢障碍有密切 关系，因而研究代谢的改变可以对放射病的 诊断、预后及治疗措施提供客观依据。
电离辐射对能量代谢的影响
❖ 能量代谢是保障机体生命活动的极为重要的生物化学过程， 三磷酸腺苷(ATP)的形成率是物质代谢中关键问题，同时也 是射线影响能量代谢的重要环节，生成ATP最重要的生物化 学过程是氧化磷酸化作用，其效率以P/O比值表示，即每消 耗一原子氧所形成的高能磷酸键的数目。
放射治疗中的放射生物基础优选PPT文档
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放射生物学的基础理论
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2.影响细胞放射敏感性的因数：
①细胞分化程度与放射敏感性成反比
②细胞内CAMP的水平，CAMP水平愈低，放射敏感性 愈强，研究表明细胞分裂相越多，细胞CAMP水平越低。
③电镜下线粒体数量与放射敏感性 线粒体数量越少，越敏感，淋巴细胞线粒体少，心肌 细胞线粒体多
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2、 放射线的“间接作用”（indirect action）：射线在细胞内可能和另一个原 子或分子相互作用产生自由基，它们可 以扩散一定范围达到一个关键的靶并造 成损伤。Ｘ线 r线和电子线
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细胞的杀灭机制
染色体DNA是细胞杀灭的主要靶
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放射敏感性和放射可治愈性
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氧效应
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1．氧效应的性质
• 氧增强比（OER）：在有氧及无氧情况下
达到同样生物效应所需要的照射剂量之比
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2．氧效应作用机制和作用时间
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3．起作用氧的浓度：
• 0.5%(0.4kpa)
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（3）致死性损伤：是指细胞所受的损伤在任 何情况下都不能恢复的损伤。M期细胞或大剂 量照射
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４.细胞死亡
1）、立即死亡：经万级CGy照射，产生蛋 白凝固
2）、间期死亡：除M期外，在下次M期之前 死亡，千级CGy照射一次，照射后细胞停止代 谢，细胞核浓缩、蹦解、溶解。
3）分裂死亡：经百级CGy照射后，细胞还 可进行若干次有丝分裂后，形成多核巨细胞， 直至死亡。
（二）Strandqvist曲线：主要表达了时间因素和等 效剂量之间的相互关系．
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。
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最终斜率D0：是指在剂量效应曲线的直线部分使细胞 存活从0.1下降到0.037或从0.01下降到0.0037所需的 剂量。D0是最终斜率的倒数。它反映每种细胞在相对 高剂量区对射线的敏感性，D0值愈大，细胞对放射愈 抵抗。同一种细胞，D0值的改变，标记着细胞放感性 的变化。
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3．细胞放射损伤在修复：
（1）亚致死性损伤的修复：亚致死性损伤是 指细胞受到照射后，能完全修复的损伤
（2）潜在致死性损伤的修复：潜在致死性损 伤是指细胞受到照射后，如有适宜的条件或环 境，这种损伤就可以修复，如果得不到适宜的 条件和环境，这种损伤将转为不可逆的损伤， 从而使细胞最终丧失分裂能力。低敏感细胞
外推数N值：将存活曲线的直线部分延长，使之与纵 轴相交所得的数。
准阈值剂量Dq：是反映肩区大小的参数。将存活曲线 的直线部分延长，与通过存活曲率为1的横轴相交点 的剂量就是Dq。它表明亚致死性损伤修复能力的大小。 Dq值小，表明细胞对亚致死性损伤修复能力弱，很小 的剂量便可使细胞进入致死损伤的指数性存活曲线部 分。
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二、细胞存活曲线
照射后，细胞的损伤呈随机性。细胞存活曲线 由肩区及线性二部分组成，肩区为亚致死性损伤的 积累而致。细胞存活曲线可由Ｄ０值，n值及Ｄq值 组成．
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三、L-Q模型的基本概念
（一）生物剂量，物理剂量和等效剂量：物理剂量 即所谓处方剂量，而生物剂量则与组织和细胞的损 伤有关系。等效剂量即是产生相同生物效应所需的 剂量。
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减轻对正常组织的损伤
• 放射防护剂 • 吸入低氧
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线性平方模式(α-β概念)的生物学 基础及临床应用
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一、靶学说
目前普遍认为DNA为辐射损伤主要的靶。 射线和物质相互作用可产生DNA的单链或双 链段裂。前者损伤大致能修复，而后者则可 能产生细胞的死亡。据此可以假定辐射损伤 可以用单靶单击，单靶多击或单击多靶等理 论来解说。
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放射线的生物效应
o 1 、 放 射 线 的 “ 直 接 作 用 ” （ direct
action）：任何射线在被生物物质所吸 收时，是直接与细胞关键的靶起作用， 靶的原子被电离或激发从而导致一系列 生物改变。在中子和a粒子等高ＬＥＴ中 是处于显著地位的过程。
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结缔组织代替，为低敏感。
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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
Ⅳ：以染色体损伤为指标，G2期最敏感
放射生物学的基础理论
放射生物学的基础理论
临床放射生物学
放射生物学是一门边缘科学，主
要研究放射线对机体的作用。内容涉及 从放射线对机体作用的原初反应，及其 后一系列的物理、化学改变，乃至生物 学方面的改变。范围由分子水平直到细 胞水平、整体水平。临床放射生物学是 在放射生物学研究的基础上，探讨人类 肿瘤及正常组织在放射中的放射生物学 课题。
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5.氧分压与放射敏感性
• 细胞内氧分压为放射敏感的主要因素，细
胞内氧分压为20mmHg，放射最敏感
Байду номын сангаас
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临床放射生物学的进展及展望
• 目标:提高肿瘤放疗疗效
•
减少正常组织损伤
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一、加强射线对肿瘤的杀伤力
• 放射增敏剂 • 吸入高压氧
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放射可治愈性指的是在肿瘤的原发部位或区 域把肿瘤清除掉。
放射敏感性表达对照射的反映（肿瘤缩小的 程度和速度）肿瘤分为：放射敏感（如淋巴瘤、 精原细胞瘤）；中度敏感（大部分上皮原性肿 瘤）或放射抗拒（如原于间质、软组织、骨组 织）
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细胞的放射敏感性
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1．细胞存活曲线——细胞剂量效应曲线
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④具有多种归属的结缔组织细胞在发展的不同阶 段有不同的敏感性，纤维母细胞最敏感（瘢痕组 织），内皮细胞（血管内皮细胞：血管肉瘤 胸膜 内皮细胞：见皮瘤）为中度敏感，纤维细胞（纤 维瘤）低敏感。
⑤恢复能力强的细胞较敏感：小肠隐窝细胞、唾 液腺细胞、肝细胞、肾细胞、具有内分泌的腺体
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