肿瘤放射治疗学基础知识培训课件
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物 理 手 段
3/10/2021
放射治疗
生 物 效 应
肿瘤放射治疗学基 础知识
1
粒子射线
电子线(线) 粒子 中子 负π介子 质子
线性能量传递(LET)
单位轨迹上能量传递的水平
低LET射线: X射线 (<10kev/μm) 射线
电子线
光子射线
X 射线 射线
3/10/2021
高LET射线: 中子
(≥10kev/μm) 粒子
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
14
再氧合
• 乏氧细胞的放射敏感性
氧浓度
较富氧细胞低2.5-3倍
• 分次放射治疗后，富氧
细胞杀灭，乏氧细胞再
血
充氧，放射敏感性增加
管
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
富氧
坏死 乏氧
15
再增殖（再群体化）
• 在肿瘤体积不断消退的同时，残存的10%存活克隆源性细胞 已在快速成长。
•靶受到放射损伤后将直接或间接引起细胞死亡
•“单击单靶杀灭”：假设单次打击细胞内的单个关
键靶点即可引起细胞的死亡（又称为α型细胞死亡
）
•“单击多靶杀灭” ：假设细胞内有n个靶, 只有把
n个靶全部打中,
3/10/2021
细肿胞瘤才放础射会知治死识疗亡学(基又称β型23细胞死亡)
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
19
放射敏感性的分类
• 高度敏感：精原细胞瘤、白血病、恶性淋 巴瘤
• 中度敏感：基底细胞癌、鳞状细胞癌、非 小细胞肺癌
• 低度敏感：大部分脑瘤、软组织肿瘤、骨 肉瘤及恶性黑色素瘤
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
20
放射敏感性与放射治愈性
• 不存在明确的相关性
• 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，肿瘤细胞的再增殖是不可避免的。
• 肿瘤细胞的再群体化往往在疗程开始后的2~3周出现，所以
不能随意降低每次放疗剂量和延长疗程时间。
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
16
增殖的 肿瘤 细胞
3/10/2021
再增殖
• 正常组织修复损伤、增殖
• 放射敏感高的肿瘤往 往分化程度低，恶性 程度较高，容易发生 远处转移，未必具有 可治愈性
喉鳞癌血管内侵犯
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
21
1.3 细胞存活曲线及早、晚 反应组织
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
22
细胞杀灭的“靶学说”
•细胞的DNA双链中的某一特定区域存在关键位点 即存在所谓的靶
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
12
放射损伤的修复
• 影响分次放射反应中最常见的生物现象是 亚致死性损伤的修复。
• 当分次照射时，与早反应组织相比，晚反 应组织可以得到较多的保护。
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
13
细胞周期的再分布
• 细胞周期有不同的放射敏感性 • 敏感细胞杀灭，不敏感细胞进入敏感期
负π介子
肿瘤放射治疗学基 础知识
2
电离射线的剂量吸收
• 射线与（穿射）物质相互作用，其能量 被物质吸收
• 每单位质量吸收的能量单位：Gy
• 1 Gy =100cGy =100rad=1J/Kg，
即1kg被辐照的物质吸收1J的能量为1Gy
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
3
辐射作用的时相
• 物理过程--能量吸收 电离和激发（10-16至10-12秒） • 化学过程--自由基形成 损伤出现（10-12至10-2秒） • 生化过程—DNA受损 损伤修复/无法修复/错误修复（1
射线的直接和间接作用
• 直接作用：
任何形式的辐射，如X或γ射线等被生物体吸收，直接 作用于细胞的关键靶区（DNA），使靶自身被激发或电 离，从而产生一系列的生物改变（DNA分子发生损伤而 导致断裂）。
• 间接作用：
辐射作用于细胞中的其他原子或分子（通常是水），产
生自由基，由自由基作用使靶产生损伤。（能被增敏剂
3/和10防/20护21剂修饰）
肿瘤放射治疗学基 础知识
7
1.2 细胞水平的放射 生物效应
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
8
细胞周期
• G0--- 静止期
• G1--- DNA合成前 期
• S --- DNA合成期
• G2--- DNA合成后 •• 期 M G0-、--S有期丝相分对裂不期敏感 • G1期相对敏感
秒至数小时）
• 生物过程（数小时至十数年） -- 细胞死亡(肿瘤控制，晚 期损伤)，第二原发肿瘤
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
4
1.1分子水平的放射生 物效应
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
5
射线作用的靶
DNA
射线引致 DNA损伤
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
6
• 非医疗原因的中断治疗，需通过提高剂量以达到既定的生 物效应
• 快增长的肿瘤应采取加速治疗，以抑制再增殖，更好的控
制3/肿10瘤/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
18
放射敏感性的概念
➢ 肿瘤细胞对放射线的反应，包括肿瘤退 缩的速度和程度。
➢ 包括肿瘤和正常组织对放射作用的相对 反应
➢ 放射敏感性与肿瘤的增殖能力成正比， 与细胞的分化程度成反比
在无氧状态下，细胞的放射敏感性约为有氧状
态下的1/3。
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肿瘤放射治疗学基 础知识
11
分次放疗的生物学基础—— 放射生物学中的4Rs
• 放射损伤的修复(repair) • 细胞周期再分布(redistribution) • 乏氧细胞再氧合(reoxygenation) • 再增殖(repopulation)
• G2、M 期敏感
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肿瘤放射治疗学基 础知识
9
某些肿瘤化疗药物，如甲氨蝶呤、氟尿 嘧啶和羟基脲，具有使细胞群体停止于 S期初期的化学效应，即这是细胞周期 中放射敏感性最高的时期之一。
3/10/2021氧效应
细胞氧分压的大小能影响细胞的放射敏感性。
氧通过辐射所诱发的自由基而增加细胞的损伤 ，造成不可修复的生物化学变化，引起了加强 放射效应的作用。
• 肿瘤组织加速再增殖
--克服：加速超分割， 加用化疗等等
• 放疗的原理：肿瘤和正常 组织在增殖和修复能力上 的差异
肿瘤放射治疗学基 础知识
17
考虑到肿瘤组织放疗再增殖的特点，一个好的根治性放 疗方案应该是：
• 尽可能缩短治疗时间
• 出现严重的急性放疗反应时，中断治疗的时间也应尽量短
• 一般情况下，不要采用单纯的分段治疗
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放射治疗
生 物 效 应
肿瘤放射治疗学基 础知识
1
粒子射线
电子线(线) 粒子 中子 负π介子 质子
线性能量传递(LET)
单位轨迹上能量传递的水平
低LET射线: X射线 (<10kev/μm) 射线
电子线
光子射线
X 射线 射线
3/10/2021
高LET射线: 中子
(≥10kev/μm) 粒子
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14
再氧合
• 乏氧细胞的放射敏感性
氧浓度
较富氧细胞低2.5-3倍
• 分次放射治疗后，富氧
细胞杀灭，乏氧细胞再
血
充氧，放射敏感性增加
管
3/10/2021
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富氧
坏死 乏氧
15
再增殖（再群体化）
• 在肿瘤体积不断消退的同时，残存的10%存活克隆源性细胞 已在快速成长。
•靶受到放射损伤后将直接或间接引起细胞死亡
•“单击单靶杀灭”：假设单次打击细胞内的单个关
键靶点即可引起细胞的死亡（又称为α型细胞死亡
）
•“单击多靶杀灭” ：假设细胞内有n个靶, 只有把
n个靶全部打中,
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细肿胞瘤才放础射会知治死识疗亡学(基又称β型23细胞死亡)
3/10/2021
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19
放射敏感性的分类
• 高度敏感：精原细胞瘤、白血病、恶性淋 巴瘤
• 中度敏感：基底细胞癌、鳞状细胞癌、非 小细胞肺癌
• 低度敏感：大部分脑瘤、软组织肿瘤、骨 肉瘤及恶性黑色素瘤
3/10/2021
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20
放射敏感性与放射治愈性
• 不存在明确的相关性
• 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，肿瘤细胞的再增殖是不可避免的。
• 肿瘤细胞的再群体化往往在疗程开始后的2~3周出现，所以
不能随意降低每次放疗剂量和延长疗程时间。
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16
增殖的 肿瘤 细胞
3/10/2021
再增殖
• 正常组织修复损伤、增殖
• 放射敏感高的肿瘤往 往分化程度低，恶性 程度较高，容易发生 远处转移，未必具有 可治愈性
喉鳞癌血管内侵犯
3/10/2021
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21
1.3 细胞存活曲线及早、晚 反应组织
3/10/2021
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22
细胞杀灭的“靶学说”
•细胞的DNA双链中的某一特定区域存在关键位点 即存在所谓的靶
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12
放射损伤的修复
• 影响分次放射反应中最常见的生物现象是 亚致死性损伤的修复。
• 当分次照射时，与早反应组织相比，晚反 应组织可以得到较多的保护。
3/10/2021
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13
细胞周期的再分布
• 细胞周期有不同的放射敏感性 • 敏感细胞杀灭，不敏感细胞进入敏感期
负π介子
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2
电离射线的剂量吸收
• 射线与（穿射）物质相互作用，其能量 被物质吸收
• 每单位质量吸收的能量单位：Gy
• 1 Gy =100cGy =100rad=1J/Kg，
即1kg被辐照的物质吸收1J的能量为1Gy
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辐射作用的时相
• 物理过程--能量吸收 电离和激发（10-16至10-12秒） • 化学过程--自由基形成 损伤出现（10-12至10-2秒） • 生化过程—DNA受损 损伤修复/无法修复/错误修复（1
射线的直接和间接作用
• 直接作用：
任何形式的辐射，如X或γ射线等被生物体吸收，直接 作用于细胞的关键靶区（DNA），使靶自身被激发或电 离，从而产生一系列的生物改变（DNA分子发生损伤而 导致断裂）。
• 间接作用：
辐射作用于细胞中的其他原子或分子（通常是水），产
生自由基，由自由基作用使靶产生损伤。（能被增敏剂
3/和10防/20护21剂修饰）
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1.2 细胞水平的放射 生物效应
3/10/2021
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细胞周期
• G0--- 静止期
• G1--- DNA合成前 期
• S --- DNA合成期
• G2--- DNA合成后 •• 期 M G0-、--S有期丝相分对裂不期敏感 • G1期相对敏感
秒至数小时）
• 生物过程（数小时至十数年） -- 细胞死亡(肿瘤控制，晚 期损伤)，第二原发肿瘤
3/10/2021
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4
1.1分子水平的放射生 物效应
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
5
射线作用的靶
DNA
射线引致 DNA损伤
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
6
• 非医疗原因的中断治疗，需通过提高剂量以达到既定的生 物效应
• 快增长的肿瘤应采取加速治疗，以抑制再增殖，更好的控
制3/肿10瘤/2021
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18
放射敏感性的概念
➢ 肿瘤细胞对放射线的反应，包括肿瘤退 缩的速度和程度。
➢ 包括肿瘤和正常组织对放射作用的相对 反应
➢ 放射敏感性与肿瘤的增殖能力成正比， 与细胞的分化程度成反比
在无氧状态下，细胞的放射敏感性约为有氧状
态下的1/3。
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
11
分次放疗的生物学基础—— 放射生物学中的4Rs
• 放射损伤的修复(repair) • 细胞周期再分布(redistribution) • 乏氧细胞再氧合(reoxygenation) • 再增殖(repopulation)
• G2、M 期敏感
3/10/2021
肿瘤放射治疗学基 础知识
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某些肿瘤化疗药物，如甲氨蝶呤、氟尿 嘧啶和羟基脲，具有使细胞群体停止于 S期初期的化学效应，即这是细胞周期 中放射敏感性最高的时期之一。
3/10/2021氧效应
细胞氧分压的大小能影响细胞的放射敏感性。
氧通过辐射所诱发的自由基而增加细胞的损伤 ，造成不可修复的生物化学变化，引起了加强 放射效应的作用。
• 肿瘤组织加速再增殖
--克服：加速超分割， 加用化疗等等
• 放疗的原理：肿瘤和正常 组织在增殖和修复能力上 的差异
肿瘤放射治疗学基 础知识
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考虑到肿瘤组织放疗再增殖的特点，一个好的根治性放 疗方案应该是：
• 尽可能缩短治疗时间
• 出现严重的急性放疗反应时，中断治疗的时间也应尽量短
• 一般情况下，不要采用单纯的分段治疗