正常组织的放射生物学

梗死，坏死
7 000
8 000
25％
脑干
梗死，坏死
5000
6500
全脑干
脊髓
垂体 眼 角膜 晶体
梗死，坏死
功能低下 全眼炎，出 血 角膜炎 白内障
4 500
4 500 5 500 5 000 500
5 500 20 000～30 000
10 000 >6 000 1 200
10cm
全垂体 全眼 全角膜 全部或部分晶体 33
乳腺（儿童） 不发育 乳腺（成人） 萎缩，坏死 肝脏 急、慢性肝炎 肝功能衰竭， 腹水 肾脏 肾上腺 急、慢性肾炎 功能低下
1 500
3 500 2 000 1 500 >6 000
2 000
4 500 2 500 2 000 －
全肝条状照射
全肝 全肾 全肾条状照射 全肾上腺
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正常组织的放射耐受量（cGy）
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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
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放射线对正常组织的影响
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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
损伤
严重中耳炎 梅尼埃病 溃疡，粘膜炎 症 口腔干燥 功能低下
TD5/5
6 000 6 000 6 000 5 000 4 500
TD50/5
7 000 7 000 7 500 7 000 15 000 全中耳 全前庭 50cm2 50cm2
设野面积或长度
全甲状腺
正常组织的放射耐受量（cGy）
组织器官 心脏 损伤 心包炎，全心 炎 TD5/5 4 500 1 000 >5 000 2 500 TD50/5 5 500 1 500 >10 000 4 000 60％ 全乳 全乳 全肝 设野面积或长度
混合模式
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早反应组织和晚反应组织
分类基础
– 增殖动力学 – 靶细胞存活公式对α/β比值的推算
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） 两者在放射损伤的表现方面有明显的区别
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早反应组织
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根据放射敏感性来将全身正常组织分 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
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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
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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
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 具体是组织细胞群再增殖还是加速再增殖的作用更大无定论
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正常组织放射敏感性
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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
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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
– 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
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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以及干细胞 增殖速度
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根据放射敏感性来将全身正常组织分 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
组织器官 膀胱 损伤 挛缩 TD5/5 6 000 TD50/5 8 000 全膀胱 设野面积或长度
输尿管
尿道 睾丸 卵巢 子宫 阴道 胎儿 骨、软骨 （儿童） 骨、软骨 （成人） 关节 骨髓
狭窄
永久不育 永久不育 坏死，穿 孔 溃疡，瘘 管 死亡
7 500
100 200～300 >10 000 9 000 200
– 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
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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 临床观察到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
正常组织的临床放射生物学
中山大学肿瘤医院 放疗科 韩 非
前 言
2Hale Waihona Puke Baidu
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
临床放射生物学
实验放射生物学
3
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
4
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
5
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
6
复发是最严重的并发症?
Eagle Pigeon
7
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
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正常组织的增殖动力学
9
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
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，损伤后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
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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，形成广泛纤维 化，尚有血管内皮细胞的损伤造成血供减少 和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
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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
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正常组织器官的耐受量
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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）
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
正常组织的放射耐受量（cGy）
组织器官
耳（中耳） 耳（前庭） 口腔粘膜 唾液腺 甲状腺 喉 食管 胃 小肠 结肠 直肠 肺 食管炎，溃疡， 6 000 狭窄 溃疡，穿孔， 出血 溃疡，穿孔， 出血 溃疡，狭窄 溃疡，狭窄 急、慢性肺炎 4 500 5 000 4 500 6 000 3 000 1 500 7 500 5 500 6 500 6 500 8 000 3 500 2 500 75cm2 100cm2 100cm2 100cm2 100cm2 100cm2 全肺 34
10 000
400 625～1200 >20 000 >10 000 400 3 000 10 000
5～10cm
全睾丸 (5cGy/天,散射) 全卵巢 全子宫 全阴道 全胎儿 整块骨或10cm2 整块骨或10cm2
生长受阻， 1 000 侏儒 坏死，骨 折硬化 再生不良 6 000
200 3 000
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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
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正常组织的放射耐受量（cGy）
组织器官 皮肤 脑 损伤 溃疡，严重 纤维化 梗死，坏死 TD5/5 5 500 6 000 TD50/5 7 000 7 000 100cm2 全脑 设野面积或长度
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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 定的剂量作用下还可能存在加速再增殖，这 种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
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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
450 4 000
全身骨髓 局部骨髓
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正常组织的放射耐受量（cGy）
组织器官 损伤 TD5/5 5 000～6 000 >8 000 >8 000 5 000 2 000～3 000 6 000 6 000 TD50/5 7 000～10 000 >10 000 >10 000 >7 000 4 000～5 000 8 000 10 000 10cm2 10cm2 整个淋巴结 整块肌肉 整块肌肉 10cm2
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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