第四章 临床放射生物学基础NEW
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最新放射生物学的基础理论_图文课件ppt
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〉180um为肿瘤坏死组织
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
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
一、加强射线对肿瘤的杀伤力
• 放射增敏剂 • 吸入高压氧
减轻对正常组织的损伤
• 放射防护剂 • 吸入低氧
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。
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
放射生物学的基础理论_图文
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。
线性平方模式(α-β概念)的生物学 基础及临床应用
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。
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．
放射生物学基础
正在分化中有增殖能力的细胞
对射线相当敏感，略低于第一类细胞。 由第一类细胞产生，较第一类细胞分化。 正在分化中不同造血系统的有分裂能力的 细胞和比较分化的精原细胞。
多种归宿的结缔组织细胞
处于相对敏感和相对抗拒之间。 分裂不规律，平均寿命长于前两类细胞。 内皮细胞、纤维母细胞和间质细胞。
正常组织和器官的放射效应
种系和个体发育的放射敏感性 早期反应组织和晚期反应组织 细胞群体动力学特点
种系和个体发育的方射敏感性
不同种系的生物对电离辐射的敏感性 有很大差异，其总的趋势是随着种系 演化越高，机体组织结构越复杂，其 放射敏感性越高。
早期反应组织和晚期反应组织
大多数情况下，增殖旺盛、分化程度低的细胞要 比无增殖能力、分化高的细胞对射线更敏感。 这是因为前者很快发生增殖死亡，而引起这种效 应所需要的照射剂量较低，而后者因为分裂活动 低下或不分裂，没有或很少发生增殖死亡，所需 要达到细胞死亡的剂量则要高得多。
非常规分割放射治疗
常规大剂量：缩短总的治疗时间，每次剂量同 常规分割稍多一点，一般大于250cGy/次，1 次/日，5日/周 分段治疗：有利于正常组织修复及肿瘤的再氧 合，对年老体弱病人较为适合。但延长疗程是 不利于肿瘤控制的。
分次照射计划的调整及临床应用
每周5次、每次2Gy的常规分割治疗方法， 虽然应用多年，但对每个具体肿瘤病人并不 一定是最佳的治疗方案。 因此需要我们调整分次治疗计划，以适合各 种不同临床情况肿瘤病人的治疗。
不同组织的α /β 值（Gy）
早反应组织 皮肤 空肠 结肠 睾丸 α /β 9~12 6~10 10~11 12~13 晚反应组织 脊髓 肾 肺 膀胱 α /β 1.0~4.9 1.5~2.4 2.4~6.3 3.1~7
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。
第四章临床放射生物学基础NEW
进入敏感时相，产生“自我增敏”的放射现象，提高 射线对肿瘤细胞的杀伤。
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。
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
晚反应：皮肤毛细血管扩 张、软组织或脏器得到纤维化、中枢 神经受照射部位损伤和血管损伤
辐射致癌
11
精选ppt
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。
精选ppt
临床放射生物学基础
1
精选ppt
第一章 概
述
2
精选ppt
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”.
8
精选ppt
第二章 电离辐射对生物体的作用
9
精选ppt
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。
19
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。
精选ppt
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。
辐射致癌
11
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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
1
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第一章 概
述
2
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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”.
8
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第二章 电离辐射对生物体的作用
9
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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。
19
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。
最新临床放射生物学.进修研究生)教学讲义PPT课件
(一)人体肿瘤的生长动力学
Collins 1956年首次测定人体肿瘤生长速 度
肿瘤倍增时间（doubling time, TD）在 病人与病人间差异很大
人体肿瘤TD ：4天～１年以上，中位数三 个月
对比之下，在同一病人身上的所有转移灶却有 类似生长速度。
组织类型和生长速度之间肯定有相关性: 胚胎性肿瘤，27天；恶性淋巴瘤，29天；
细胞中
其他的结构起快速的化学反应
形成自由基，并参予一系列的反应 最后导致电子负荷平衡的重建，
自由基反应一般在照射后千分之一秒内完 成。
最后是生物阶段
大量的占多数的损伤如DNA内的损伤都 可以成功的修复
仅有较少的损伤不能修复，这些未能修 复的损伤最后导致细胞死亡。
电离辐射生物效应的时标:(The
因此，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？
不一定证明是有临床 意义的肿瘤残留。
肿瘤的放射生物学
肿瘤内细胞的分类：
增殖细胞 Proliferating cell, P 静止细胞 Quiescent cell, Q
G0期细胞,临床上肿瘤复发的根源 无增殖能力的衰老细胞 死亡细胞 破碎细胞
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。
相反，细胞在照射后已失去无限增殖能力， 即便其形态仍保持完整，有能力制造蛋白 质，有能力合成DNA，甚至还能再经过一 次或两次有丝分裂，产生一些子细胞，但 最终不能继续传代者称为已“死亡”细胞。
按照细胞存活定义，放射治疗效果主要是 根据是否残留有无限增殖能力的细胞，而 不是要求瘤体内的细胞达到全部破坏。
间接作用 Indirect action
电离辐射作用于一 个原子和分子的同时 又直接作用于水，使 水分子产生一系列原 发辐射分解产物，然 后通过这些辐射分解 产物再作用于生物大 分子，引起后者的物 理和化学变化
最新临床放射生物学讲学课件
• 电离辐射直接作用(高LET射线)引起DNA 损伤较少依赖于细胞内氧水平和细胞周 期时相。
*细胞存活曲线
• 细胞存活的概念 ： 具有无限增殖能力
• 细胞存活率随照射 剂量增加呈指数下 降
• 细胞存活曲线的临 床意义 ： 研究各种细胞生物 效应与放射剂量的 定量关系
• D1 (初始斜率)：细胞存活曲线的初始部分。是将存 活细胞数目降至照射前数目的37%所需的射线剂量。 表示受照射细胞在低剂量范围的放射敏感性。
• 电离辐射以离子簇的形式撞击靶区，击中 概率遵循泊松(Poisson)分布；
• 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。
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复制过程； • DNA损伤主要为单链或双链的断裂；单链
• 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)
*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 两个损伤概率复合而成，并分别对应于早、晚反 应两项杀伤。
• α：单击双链断裂系数；即单次击中，DNA双链断裂，
• 放射治疗的效果，主要是根据是否残留具有 无限增殖能力的细胞，而不是要求瘤体内的 细胞达到全部破坏。
细胞致死机制——靶学说
• 1924年Crowther 首先提出照射抑制细胞有丝分裂的 原因在于染色体像着丝点那样大小的体积中发生了 一次电离辐射，并证明细胞分裂的抑制与照射剂量 之间存在有定量关系。
S =e -n (αd +βd2)
*细胞存活曲线
• 细胞存活的概念 ： 具有无限增殖能力
• 细胞存活率随照射 剂量增加呈指数下 降
• 细胞存活曲线的临 床意义 ： 研究各种细胞生物 效应与放射剂量的 定量关系
• D1 (初始斜率)：细胞存活曲线的初始部分。是将存 活细胞数目降至照射前数目的37%所需的射线剂量。 表示受照射细胞在低剂量范围的放射敏感性。
• 电离辐射以离子簇的形式撞击靶区，击中 概率遵循泊松(Poisson)分布；
• 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。
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复制过程； • DNA损伤主要为单链或双链的断裂；单链
• 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)
*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 两个损伤概率复合而成，并分别对应于早、晚反 应两项杀伤。
• α：单击双链断裂系数；即单次击中，DNA双链断裂，
• 放射治疗的效果，主要是根据是否残留具有 无限增殖能力的细胞，而不是要求瘤体内的 细胞达到全部破坏。
细胞致死机制——靶学说
• 1924年Crowther 首先提出照射抑制细胞有丝分裂的 原因在于染色体像着丝点那样大小的体积中发生了 一次电离辐射，并证明细胞分裂的抑制与照射剂量 之间存在有定量关系。
S =e -n (αd +βd2)
临床放射生物学PPT课件
为肿瘤患者提供更精准、有效的治疗 方案，提高治愈率和生存率。
推动放射生物学基础研究，为放射治 疗和放射防护提供理论支持和实践指 导。
放射损伤预防与治疗
保护放射工作者和公众免受辐射危害 ，为放射损伤患者提供有效的治疗手 段。
临床放射生物学的历史与发展
历史回顾
自20世纪初发现放射性元素以来 ，临床放射生物学经历了从基础
放射生物学的物理基础
放射生物学中的物理概念
描述放射生物学中涉及的物理概念，如电磁辐射、光子、粒子等 。
辐射类型与性质
介绍不同类型的辐射（如X射线、伽马射线、中子等）及其性质， 以及它们在生物体内的作用方式。
辐射剂量与计量
解释辐射剂量、吸收剂量、生物剂量等概念，以及它们在放射生物 学中的重要性。
放射生物学的化学基础
放射生物学的细胞生物学基础
细胞结构与功能
01
简要介绍细胞的基本结构与功能，为后续讨论辐射对细胞的影
响打下基础。
细胞周期与放射敏感性
02
阐述不同细胞周期阶段对辐射的敏感性，以及辐射如何影响细
胞周期的进程。
细胞死亡与凋亡
03
探讨辐射暴露后细胞死亡的不同机制，如坏死、凋亡等，以及
这些机制在放射生物学中的意义。
探索新型放疗技术与药物
技术
随着科技的发展，新型放疗技术如质子 束放疗、射波刀等不断涌现。这些技术 具有更高的剂量集中性和更好的肿瘤覆 盖率，有可能提高放疗效果。
VS
药物
放射增敏剂和放射保护剂是两种新型药物 。前者可以提高肿瘤组织对射线的敏感性 ，后者则可以保护正常组织免受损伤。目 前，这两种药物都在临床试验阶段。
放疗可以诱导肿瘤细胞凋亡和坏死， 加速肿瘤细胞的死亡。
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)
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[临床放射生物学规定细胞死亡是指任何能够引起细胞永久性无限增殖能 力丢失的过程，这一定义是针对正处于增殖状态的细胞而言的。]
二、细胞放射损伤与修复
2.细胞放射损伤的修复 临床上所用的照射剂量会造成大量的DNA损伤， 但其中的大部分被细胞成功地修复。
细胞放射损伤修复分为两类：
① 亚致死损伤修复
② 潜在致死损伤修复。
2.DNA合成期（S期）
3.DNA合成后期，有丝分裂准备期（G2期）
4.有丝分裂期（ M期）
细胞周期
一、细胞结构与细胞周期
处于不同细胞周期时相的细胞对电离辐射的敏
感性不同。有丝分裂期细胞或接近有丝分裂期的细
胞是放射最敏感的细胞。
M相对射线很敏感；
G2相对放射线最敏感，其敏感性与M相细胞相似；
G1相其次； S相细胞相对不敏感。
1.干细胞:具有无限自我繁殖能力，正常情况下大部 分干细胞都处于G0期，受到刺激后可进入细胞周期； 2.分化或功能细胞: 这些细胞通常没有分裂能力， 最后因衰老而死亡； 3.扩增细胞：是处于干细胞和功能分化细胞之间的 一个由正在成熟的细胞组成的中间层次，可快速增殖，
辐射的直接作用与间接作用
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。 潜在致死损伤（potential lethal damage, PLD）：正常状态下 应当在照射后死亡的细胞，若照射后改变环境条件出现又可存活的现 象。 致死损伤（lethal damage, LD）：受照射后细胞完全丧失了分裂 繁殖能力，是一种不可修复的不可逆损伤。
照射剂量（D）之间的
关系以下列公式表示：
SF=e-α D
(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
G2>M>G1>S
二、细胞放射损伤与修复
1.细胞的放射损伤
电离辐射的生物效应主要是通过直接作用或间
接作用造成DNA损伤。
直接作用是指任何射线被生物物质吸收时，直
接和细胞关键的靶原子起作用，靶原子被电离或激
发从而导致生物改变。
二、细胞放射损伤与修复
间接作用是指射线在细胞内并不直接与关键靶 起作用，而是和另一个原子或分子相互作用产生自 由基，自由基扩散一定距离到达关键的靶并造成损 伤。
第一节 电离辐射对细胞 的作用
一、细胞结构与细胞周期
细胞周期：
由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所
经历的过程。一个完整的细胞周期包括分裂间
期和分裂期两个阶段。分裂间期为分裂期进行
物质准备，包括DNA分子的复制和有关蛋白质的
合成。
一、细胞结构与细胞周期
细胞增殖必须依次经过以下时期： 1.DNA合成前期，DNA合成准备期（G1期）
射后环境条件改变则会出现细胞存活增加，这被认
为是潜在致死损伤修复的结果。
三、细胞存活曲线
细胞存活曲线（cell survival curves）：
细胞存活曲线是用来定量描述照射剂量与
存活细胞数量相关性的一种方法。 以剂量为横
坐标， 存活率为纵坐标。
三、细胞存活曲线
细胞存活曲线主要用于研究以下几个放射生物学问题：
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.观察有氧和乏氧情况下细胞放射敏感性的变化； 4.比较不同放射分割方案的放射生物学效应； 5.观察各种类型放射增敏剂的效用； 6.比较单纯放疗和放疗综合治疗的作用； 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。
第四章 临床放射生物学基础
放射治疗教研室
郭飞
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
To describe the nature of the interactions and the consequences when macromolecules, cells, tissues and whole bodies are subject to ionizing radiation
三、细胞存活曲线
几种常用的存活曲线数学模型 1. 指数存活曲线： 对于致密电离辐射（如中子、a粒子等）照射 后的哺乳动物细胞的存活曲线在半对数坐标系上 是一条直线，其特点是只有一个生物学参数，即 D0值，通常称为平均致死剂量。它的定义是平均 每靶击中一次所给与的剂量。
三、细胞存活曲线
存活ห้องสมุดไป่ตู้数（SF）与
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： 存活曲线直线部分斜率的倒数， 代表细胞的放射敏感性。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。 多靶单击模型其数学表达式为： SF=1-(1-e-К D)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 引起的细胞死亡是由两部分组成 , 一部分与照射剂量成 细胞存活曲线 -线性二次模型（LQ 模型） 正比, 另一部分与照射剂量的平方成比例。 双链断裂数 N=αD+βD2
此模型更加合理, 其特点是合成曲线呈连续弯曲曲线, 没有一个斜率不变的末尾指数区域, 因此也就没有D0以 及N,其一个显著的优点是只有2个可以调整的系数即α 和β 。
三、细胞存活曲线
线性二次模型其数学
表达式为：
S=e-α D-β D2
第二节 电离辐射对正常 组织和器官的作用
一、正常组织的结构组分
二、细胞放射损伤与修复
2.细胞放射损伤的修复 ① 亚致死损伤修复 是指假如将某一既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。
不同类型组织细胞修复亚致死性损伤的速度是不一
样的，一般为30分钟到数小时。
二、细胞放射损伤与修复
2.细胞放射损伤的修复 ② 潜在致死损伤修复
指一般情况下照射可导致细胞死亡，但如果照