临床放射生物学基础分解
3第二章临床放射生物学
对正常组织和肿瘤组织而言这个损伤过程是一样 的。也就是说射线的物理特性是无法区分正常组 织和肿瘤组织的。
放射生物学最根本任务就是如何扩大射线对正常 组织和肿瘤组织作用的差距，在杀死癌细胞的同 时尽量减少对正常组织的损伤，即使损伤了也尽 快给以“修复”。
二.放射生物学规定的细胞死亡的概念：
一个细胞受照射后，形态完整无损，具有生理功 能，有能力制造蛋白质或合成DNA,甚至还能挣扎 通过一次或几次有丝分裂。但由于受照射的细胞 失去无限增殖能力，即被看成是死亡的细胞。这 种死亡称之为增殖性死亡。 反之，受照射的细胞保留完整的增殖能力，能无 限分裂产生大量子代细胞形成一个集落或克隆的 干细胞称为存活细胞。
第二节电离辐射的细胞效应
从放射性射线与生物体作用的穿透性和电离性可知它可使 生物体受到损伤。
放射性射线对生物体损伤的发展过程:
损伤阶段 损伤过程 产生时间 第一阶段 第二阶段 第三阶段 分子水平 细胞水平 器官水平 立刻 以天计算 以月计算 第四阶段 整体水平 以年计算
一.放射性射线对生物体损伤 的发展过程
1.再修复
正常组织有再修复效应；是正常组织经照射 损伤得以恢复的理论根据；但要注意区分早、 晚反应组织，要注意照射方案和分次量的选 择
肿瘤组织有再修复效应；是肿瘤组织经照射 后得以复发的理论依据，也是临床上增加 “无效剂量”的根本原因。注意照射总量的 分次量选择
细胞的再修复
RH----------RH +e ------R +H +e-
+
-
.
+
有机自由基R 在有氧的情况下同样能生 . 成有机过氧基RO2 ，它பைடு நூலகம்使生物体造成更多 的损伤。
临床放射生物学
• 单次或多次击中靶区可产生某种放射生物效应， 如大分子的失活或断裂等。
第十一页，共53页。
细胞致死机制
• 照射所致细胞死亡的敏感部位在核内；
• DNA是射线杀伤细胞的主要靶； • DNA的破坏，中断了细胞分裂所必须的DNA复
表示亚致死损伤的修复能力， D q值越大，说明造成细 胞指数性死亡所需的剂量越大。 • N (外推数)：是指细胞内所含放射敏感区域数，即靶数。
(因随实验条件改变而有较大幅度的变化，与实际情况不符，现已少用)
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*α/β比值与线性二次模式(LQ模式)
• 电离辐射作用于靶细胞并造成该细胞损伤由α和β两个损
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电离辐射生物效应的基本过程
• 各种不同质的电离辐射在生物体内能产生次 级电子，引起电离，从电离辐射被吸收至观 察到细胞微细结构损伤和破坏等生物效应的 这段过程，称为原初作用过程。
• 在此过程中放射能量的吸收和传递、原子的 激发和电离(物理阶段)、自由基的产生、化学 键的断裂等分子水平(化学阶段)的变化又引起 细胞、组织器官和系统(生物阶段)的变化，最 终引起整体功能变化。
制过程；
• DNA损伤主要为单链或双链的断裂；单链断裂在
一定条件下还可能修复，双链断裂则难以修复， 导致细胞死亡。
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*射线导致DNA损伤的两种方式
• 直接作用：如果入射的放射线直接引起 DNA 损伤，称为照射的直接作用。
• 间接作用：如果放射线通过对水的电离产 生羟自由基OH ·，引起DNA损伤，称为 照射的间接作用。(据估算哺乳动物细胞 内X线所致DNA损伤的2/3是由OH ·基引 起的)。
放射生物学知识点讲解
放射生物学知识点讲解放射生物学知识点讲解一、辐射生物效应原理△(一）电离辐射的种类⒈电磁辐射：x射线、γ射线⒉粒子辐射⑴α粒子：质量大，运动慢，短距离引起较多电离。
⑵β粒子或电子：质量小，易偏转，深部组织电离作用。
⑶中子：不带电荷的粒子，高传能线密度射线。
⑷负π介子：大小介于电子和质子之间，可以带＋、－或不带电。
⑸重离子：某些原子被剥去外围电子后，形成带正电荷的原子核。
（二）直接作用和间接作用1.直接作用（P52）当X射线、γ射线、带电粒子或不带电粒子在生物介质中被吸收时，射线有可能直接与细胞中的靶分子作用，使靶分子的原子电离或激发，导致一系列的后果，引起生物学变化。
2.间接作用（P52）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。
(三）辐射对生物作用的机制（P53）(四）不同类型细胞的放射敏感性（P53）⒈B-T定律：∝繁殖能力/分化程度⒉cAMP：∝1/cAMP（淋巴细胞、卵细胞）⒊间期染色体体积：∝体积⒋线粒体数量：∝1/线粒体数量(五)传能线密度与相对生物效应⒈传能线密度（linearenergytransfer，LET）传能线密度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核一定速度的带电粒子的阻止本领，也就是带电粒子传给其径迹物质上的能量。
常用用千电子伏特/微米表示（keV/μm)表示，也可用焦耳/米表示。
单位换算为：1keV/μm＝1.602×10-10J/m⒉辐射生物效应与传能线密度的关系⑴射线的LET值愈大，在相同的吸收剂量下其生物效应愈大；⑵LET与电离密度成正比，高LET射线的电离密度较大，低LET射线的电离密度较小。
其中，电离密度是单位长度径迹上形成的离子数；⑶根据LET，射线可分为高LET射线和低LET射线。
低LET射线：X射线、γ射线、电子线等；高LET射线：中子、质子、α粒子、碳离子等。
3第二章临床放射生物学
细胞死亡： 1.增殖性死亡：几个细胞周期以后才死 即失去无限增殖能力
亡，
2.间期性死亡(凋亡)：几个小时内就死亡，细 胞对放射敏感性较高，比如淋巴细胞 细胞凋亡:是基因控制的细胞自主有序的死亡， 是主动争取的一种死亡过程。就像树叶或花自然 凋落一样。
辐射所致细胞死亡
几百戈瑞的大剂量照射之后，所有细胞机能都中止，最终发生细 胞溶解，这种情况被认为是细胞即刻死亡或间期死亡； 用较低的几个戈瑞照射正在分裂或还能进行分裂的细胞（如骨髓 细胞系、皮肤或小肠隐窝），此时部分细胞丧失其分裂或增殖能力。 另一方面，存活细胞或能够生存发育的细胞是指保持细胞增殖能力， 并能够因此而形成集落或克隆的细胞，这些细胞称为克隆源性细胞。 在体内，肿瘤和正常组织只有一小部分细胞属于克隆源性细胞，受照 后期数量迅速减少。 上述细胞死亡定义对放射治疗具有特殊意义，因为肿瘤细胞即使全都 依然存在，但失去了无限增殖能力，并因此而失去了局部浸润或远地 转移的能力，这样也就达到局部控制的目的。 同样，对于正常组织，大多数急性和慢性放射效应都发生在丧失生存 发育能力的情况下。
三.细胞存活曲线
受照射的细胞保留完整的增殖能力，能无限分裂 产生大量子代细胞形成一个集落或克隆的干细胞 称为细胞存活
细胞存活曲线：用来定量描述辐射吸收剂量与存 活细胞数量的相关性的一种方法。
指数性存活曲线：
细胞存活率与照射剂量成指数性反比关系，即在细 胞放射敏感性不变时，剂量越大，细胞死亡越多； 而敏感度越低，细胞存活率越高； 以同一剂量照射放射敏感与放射抗拒的细胞，其存 活率不同。根据指数性反比关系，即使照射剂量达 到极大时（临床一般不可能用这么高的剂量），也 会有少数细胞存活。p40图 用密集电离辐射如中子、a粒子为放射源，可有这 种放射效应。
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。
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
临床放射生杨•学墓础临床放射生场•学是研克电窗辐射对肿蜒级织和正常纽织的效应以及研兗这両类纽织彼射线作用居所引起的生场反应的一门学科。
它是放射胛疳•学的四大支柱(肿场•学.放射賜理学. 放射生賜学和放射治疗•学丿之一，因此从爭肿凉放射治疗的医生必须拿握这门学科的压础知识。
笫一章场理和化学基础笫一节线性能量传逅—•概念线性能量传逅(linear energy transfer. LET)是指射线行色純遂上，单伐长友的能量转换。
单後是KeV/um。
注意，LET有而處含义，其场理•学含义为带电粒子穿行介茂对能量的损夫即虹止本統，而LET的生场学含义则强调带电蔻子哮行介卓肘能量波介质浹收的线性比率。
例如，丫射线衣穿过细胞核肘，以孤立单个的电冑或激发形式将•丸部分能量沉积在细胞核中，引起DNA损伤，其部分损伤又能够彼细胞核中的酶修复，IGy的吸收利量相生于产生1000 个丫射筑轨迹，故丫射线為于低LET；＜x耘子在穿过细胞核时产生的饥迹少，但每条饥迹的电离强度大，因而产生的根伤丸，这科损伤常常累及邻近的多个威基对，于是櫃伤难以修复. 1Gy的吸收和量相生于严生4个a牡子純迹.故a耘子為于爲LET。
一般认为10KeV/um是爲LET和低LET的分界值,LET值＜ 10KeV/um时称低LET射线如X . 丫.卩射线，LET 值＞10KeV/um时称壽LET射线^如中子.质子.口耘子。
二.壽LET射线特性1 •物理•学特点：离LET存疫Bragg年，即射线X入人体后釆初的阶段能量粹放(沉积丿不期显，到达一沱除度后能量吏然大量释放形成Bragg呀(即射线J5L射程祈羯利量相对较小■而列射程末端利董达刊走丸值儿随后洙部刘量又迅速跌隊。
2. ^ LET生扬效应特点：(1)和对生场败应(RBE丿离，孜死败应強，细胞生存曲线的陡度加丸；(2)氧增强比(OER)小，对乏氧细胞的杀伤力较丸；(3)亚欢死性根伤的修复能力小. 细胞生存曲统无肩部；(4)细胞周期依赖性小，壽LET能崂杀伤常规放疗欠数磁的GO期和S期细胞。
临床放射生物学基础
临床放射生物学基础在医学领域中，临床放射生物学是一门至关重要的学科，它研究的是电离辐射与生物体相互作用的规律和机制，对于肿瘤的放射治疗、放射性损伤的预防和治疗等方面都具有重要的指导意义。
首先，我们来了解一下什么是电离辐射。
电离辐射是指能够使物质中的原子或分子发生电离的辐射，包括 X 射线、γ射线、质子、中子等。
当这些辐射与生物体相互作用时，会产生一系列的生物效应。
电离辐射对生物体的作用主要分为直接作用和间接作用。
直接作用是指辐射直接与生物大分子，如 DNA 等发生作用，导致其结构和功能的改变。
而间接作用则是通过辐射与水分子相互作用，产生自由基等活性物质，进而损伤生物大分子。
细胞是生物体的基本结构和功能单位，因此细胞对电离辐射的反应是临床放射生物学研究的重点之一。
不同类型的细胞对辐射的敏感性不同。
一般来说，增殖活跃的细胞，如造血细胞、胃肠道上皮细胞等，对辐射比较敏感；而神经细胞、肌肉细胞等分化成熟的细胞则相对不敏感。
细胞受到辐射后，会出现一系列的变化。
在细胞周期方面，辐射可能导致细胞周期的阻滞，使细胞停留在某个特定的时期，以便进行损伤修复。
如果损伤过于严重无法修复，细胞就会启动凋亡程序，以避免受损细胞的继续存活和增殖。
DNA 是遗传信息的携带者，辐射对 DNA 的损伤是导致细胞生物效应的关键因素。
常见的 DNA 损伤包括单链断裂、双链断裂、碱基损伤等。
其中，双链断裂被认为是最严重的损伤，如果不能及时准确地修复，很可能导致细胞死亡或基因突变。
辐射引起的生物效应还与辐射的剂量、剂量率、照射方式等因素有关。
低剂量辐射可能会引起一些适应性反应，如增强细胞的修复能力和抗氧化能力；而高剂量辐射则往往导致严重的损伤甚至细胞死亡。
剂量率越高，细胞损伤越严重；分次照射则可以利用细胞的修复能力，减轻辐射损伤。
在肿瘤的放射治疗中，临床放射生物学的原理得到了广泛的应用。
通过合理选择辐射剂量、照射方式和分次方案，可以最大程度地杀伤肿瘤细胞，同时保护正常组织。
第四章临床放射生物学基础NEW
SF=e-αD (单靶单击模型)
三、细胞存活曲线
2. 非指数存活曲线： 对于稀疏电离辐射（X、γ射线等）照射后， 细胞存活曲线在低剂量段在半对数坐标上有一个 有限的初斜率；在稍高剂量段（肩区）出现弯曲， 弯曲部分跨度是几个Gy。在高剂量段存活曲线又 趋于直线。
三、细胞存活曲线
①多靶单击模型
主要针对稀疏电离辐射效应， 曲线肩区代表有辐射后损伤修复。 D0：D0 值愈小， 放射敏感性愈高。 Dq： 准阈剂量 （有杀灭效应的最小 剂量）代表细胞的亚致死性损伤修 复能力 N：个靶所需击中的次数。
TD5/5：在标准治疗条件下，照射后5年内严重 放射并发症发生率不超过5%所对应的放射剂量。
TD50/5：在标准治疗条件下，照射后5年内严 重放射并发症发生率不超过50%所对应的照射剂量 。
四、正常组织的体积效应
一般来说，临床放射治疗中正常组织所能耐 受的照射总剂量取决于照射野内体积大小，除此 外，还与组织固有的放射敏感性和可再生细胞的 数目及构成的方式有关。
多靶单击模型其数学表达式为：
SF=1-(1-e-КD)N
三、细胞存活曲线
②线性二次模型：在放射线的作用下, DNA 双链的断裂
有两种方式： 由放射线一次击中DNA的两条单链所致的细胞死亡 由放射线分别击中DNA的两条单链而引起的细胞死亡
三、细胞存活曲线
Chadwich和Leenhouts提出的线性二次模型假定辐射
辐射的直接作用与间接作用
二、细胞放射损伤与修复
1.细胞的放射损伤
亚致死损伤（sublethal damage，SLD）：受照射后经过一段时间 能够完全被细胞修复的损伤。
临床放射生物学基础
辐射致癌
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电离辐射的直接作用和间接作用
直接作用（direct action of radiation）
是任何射线(X线、带电或不带电粒子）在被生物物质吸收 时，直接和细胞关键的靶起作用，靶的原子被电离或激发， 从而启动一系列的事件导致生物改变。高LET射线主要是 直接作用。
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临床放射生物学基础
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第一章 概
述
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放射肿瘤学由四部分组成：放射治疗物理 学、临床放射生物学、放射技术学、放射 肿瘤学临床。
放射治疗物理学：用什么？如何应用？
临床放射生物学：为什么？如何应用？
放疗技术学：研究具体运用各种放射源或设备治疗病人， 射野设置 定位技术 摆位技术；
目前尚不能完全准确、可靠地预测个体肿瘤的治疗反应性， 预测放射敏感性是放射治疗的“holy grail”.
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第二章 电离辐射对生物体的作用
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辐射生物效应的时间标尺
the time-scale of effect in radiation biology
不同水平生物效应的发生时间、顺序和过程。
因此是一种增殖性死亡。
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放射生物学对细胞死亡的定义与病理学上的定义有较大不同， 它更注重细胞的机能，而不是纯粹的形态学的改变。
对于已分化的不再增殖的细胞（神经细胞、肌肉细胞或各种 分泌细胞），只要丧失其特殊机能便可认为死亡。
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对于增殖细胞（造血干细胞、肿瘤细胞或离体培养细胞）
放射生物学规定：鉴定细胞存活的唯一标准是细胞是不是 保留无限增殖的能力。
临床放射生物学基础
4Rs
细胞放射损伤的修复 (Repair of radiation damage )：
周期内细胞时相的再分布 （Redistribution within the cell cycle）
氧效应及乏氧细胞的再氧合 （The oxygen effect and reoxygenation ）
再群体化(Repopulation)
一.细胞放射损伤的修复 (Repair of radiation damage )
细胞放射损伤的类型
亚致死损伤(sublethal damage)， 潜在致死损伤(potential lethal damage) 致死损伤(lethal damage)。
一细胞放射损伤的修复 (Repair of radiation damage )
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
G1
S DNA合成期
细胞周期时相与放射敏感性
有丝分裂期细胞或接近有丝分裂期细胞 是放射最敏感细胞
晚S期细胞通常具有较大的放射抗拒性 若G1期相对较长,G1早期细胞表现相对辐
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
n2d2〔 1+d2/(α/β) 〕= n1d1 〔 1+d1/(α/β) 〕
D2/D1= 1+d2/(α/β) / 1+d1/(α/β)
细胞周期时相与放射敏感性
细胞存活曲线的临床意义
1:研究各种生物效应与放射剂量的关系. 2:比较各种因素(氧﹑放射增敏剂﹑化学
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。
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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敏 感性的影响。
不同细胞群体的放射敏感性
不断分裂和更新的细胞群体，敏感性较高 不分裂的细胞群体，对放射性抗拒 细胞群体在一般状态下基本不分裂或分裂速率很
分次放疗中，正常组织通过再群体化和亚致死损 伤修复得到保护，肿瘤组织通过细胞周期的再发 布和乏氧细胞的再氧合提高其辐射敏感性，从而 提高治疗比
分次照射中的时间剂量因素
单次剂量
晚反应组织比早反应组织对分次剂量的变化更加敏感， 加大分次剂量时，晚反应组织的损伤加重
照射间隔时间
治疗间隔时间取决于靶区内晚反应组织多长时间才能 完成亚致死损伤的修复，一般为6h
低，受刺激后迅速分裂，放射敏感性增高
细胞时项的放射敏感性
M 和G2期为放射性敏感期
G1和S期对放射线相对抗拒
电离辐射对细胞周期的影响
细胞周期时相的再分布
G2 M M G1 M G1
G1
G2
G2
S
S
S
照射引起 G2 阻滞
电离辐射对细胞周期的影响
G2
M
mitotic
G1
interphase
G2
M G1
放射治疗的时间剂量分割模式
临床放射生物学中的4R理论：
晚反应组织对分割剂量的变化比早反应组织更为敏感， 修复亚致死损伤的时间也较长。 分次照射期间，细胞周期时相再分布对快速增殖组织有 增敏作用。 分次照射期间乏氧细胞再氧合是迅速的，起到肿瘤组织 自身增敏作用。 早反应组织和肿瘤组织都有很强的再增殖能力，但是前 者的加速再增殖发生得更早，峰值更高。
time
S
S
细胞的再增殖
正常组织增殖 Hopewell(1991)的实验资料表明，10天内照 射猪皮肤，未见再增殖，如疗程延长到38天，则 要达到相同的生物效应，总剂量需要增加38％。 临床观察到正常组织再增殖的情况： 在一个总疗程为5周或更长时，在疗程后期 大部分早反应组织有一定程度的再增殖。 证据:1.口咽粘膜在治疗的5～6周时其反应 程度变轻 2.严重皮肤反应在治疗后期出现上皮克隆
（2）间期性细胞死亡
受照几小时内，肿瘤细胞死亡
细胞存活曲线
细胞存活曲线是定量描述辐射吸收剂量与细 胞存活之间关系的曲线。
细胞克隆
细胞存活曲线
细胞克隆实验法
细胞存活曲线
细胞剂量效应曲线(dose response curve)
细胞存活曲线(cell survival curve) 某剂量照射后形成克隆数 存活率= 种植细胞数空白组集落形成(PE)
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
乏氧细胞再氧合
capillary
normal oxygen hypoxic viable
anoxic - necrotic
Reoxygenation
survivors after irradiation aerated cells
hypoxic cells
reoxygenation
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。
早晚反应组织不同放射生物学 效应的临床意义
晚反应组织比早反应组织对分次剂量的变化更加敏感， 加大分次剂量时，晚反应组织的损伤加重。 要想取得最大的潜在治疗效果，其晚反应组织的SLD修 复必须完全，每天多次照射（MFD）的分次间隔时间要 大于6小时
晚反应组织对总治疗时间变化不敏感，缩短总治疗时间
不会加重晚反应组织的损伤，但早反应组织的损伤则会 加重
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
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 （β D2）的贡献相同，其单位是Gy。
细胞存活曲线 线性二次模型
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。
临床放射生物学中的4R理论
100
resistant
repopulation
Surviving Fraction
10-1
repair redistribution
10-2
reoxygenation sensitive
10-3 0 2 4 6 8 10
Radiation Dose
分次照射杀灭肿瘤细胞和保护正常 细胞原理
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
超分割放疗的基本原理是使用小于常规的分割剂量，提
高后期反应组织的耐受剂量，在不增加后期反应组织损 伤的基础上提高总剂量，使肿瘤受到更高生物效应剂量
的照射。
根据这一原理，只有肿瘤的α /β 值大于周边危及器官后 期反应组织的α /β 值时，才适合超分割放疗。多数人类 肿瘤增殖较快，α /β 值较大，但也有例外，如恶性黑色 素瘤和滑膜肉瘤。
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 , 这种方式产生的 DNA 断裂数直接与吸收 剂量的平方成正比, S=e-β D2
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-α D· eβ D2＝e -(α D＋β D2)
细胞的再增殖
1.复发时间:肿瘤大部分在12个月内复发 1个细胞→30次倍增→ 临床可发现复发灶 1万个细胞→15～17次倍增→
肿瘤体积倍增时间一般为27天至166天，头颈部 鳞癌时间平均为60天 倍增从60天→缩短→12天，反映了快速再增殖
细胞的再增殖
2.总疗程时间与肿瘤局控率的关系 头颈部鳞癌如在常规治疗及分程治疗 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。
总治疗时间
增加总治疗时间能减轻正常组织的急性反应，但降低 大部分肿瘤控制率
常规分割照射
单次剂量1.8-2.0Gy； 每天一次，每次间隔24小时； 每周照射5天，周六周日不照射（避免急 性反应太重）； 根据肿瘤类型和情况决定照射总剂量，照 射次数等于总剂量除于单次剂量； 疗程当中没有特殊原因不中断治疗
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。
辐射所致细胞的损伤及修复
细胞放射性损伤：
致死性损伤（LD)
reoxygenation
reoxygenation
射线质的影响
LET:射线传能线密度
（1）高LET射线细胞存活曲线中肩区基本不存 在，细胞死亡来源于型细胞杀灭 （2）高LET射线辐射生物学效应对分子氧和细 胞不同周期的依赖程度低于低LET射线 （3）高LET射线照射后细胞不再有能力对辐射损 伤进行修复 （4）低LET射线中存在的分次照射生物学基础和 剂量率效应在高LET中不再存在
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-α D
细胞的再增殖
肿瘤再增殖 实验证明肿瘤内残存1％的存活克隆源 性细胞于肿瘤消退时已开始其初始的加速 再增殖。 一些临床观察证实了人体肿瘤的克隆 源性细胞也有再增殖反应
细胞的再增殖
加速再增殖(accelerated repopulation) 原因: 正常组织:① 受放射损伤后死亡的细胞分泌刺激 残存细胞分裂的因子，促使残存细胞分裂；② 由于细胞的死亡使残存细胞间的接触抑制现象 减弱，分裂加快。 肿瘤组织:肿瘤生长过程中细胞自然丢失率很高 ;肿瘤存在异质性 。 依据
放射反应与损伤
放射反应与损伤影响因素
与每次照射量和总剂量成正比 与照射体积成正比 各器官耐受剂量不同 个体差异
热敏效应
手术，药物协同相关