放射生物

第三章临床放射生物学基础

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（linear energy transfer，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/m

⒉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。

⒊剂量分布与传能线密度的关系

⒋相对生物效应（relative biological effect，RBE）

⑴定义:X射线(250kv)引起某一生物效应所需要剂量与所观察的辐射引起同一生物效应所需要剂量的比值。

⑵LET与RBE的关系

RBE的变化是LET的函数。

①LET<10keV/μm，当LET增加时，RBE缓慢增加。

②LET>10keV/μm，当LET增加时，RBE上升加快。

③LET＝100keV/μm，RBE达到最大值。④LET>100keV/μm，RBE反而下降。

二、细胞存活曲线△

㈠概念（P54）

⒈细胞存活

细胞具有无限增殖的能力。

⒉“死亡”细胞

细胞失去增殖能力，即使照射后细胞的形态仍然保持完整，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，但最后不能继续传代者称为“死亡”细胞。

⒊克隆（集落）

在离体培养的细胞中，一个存活的细胞可分裂增殖成一个细胞群体。

㈡细胞存活曲线的绘制

㈢细胞存活曲线的参数及临床意义

⒈指数存活曲线

对高LET射线如α粒子、中子等，细胞存活曲线在半对数坐标上是一条直线。其特点是：只有一个生物学参数，即斜率或D0值。（一次照射能杀灭63％的细胞的剂量，即斜率的倒数），公式表示为：

SF＝e－αD

在剂量D0作用下，细胞存活率SF=e-1=63％,即细胞群受剂量D0照射后，其中63％的靶细胞受到致死剂量的击中，而有37％的细胞幸免死亡，在此情况下，可将D0写成D37,通常成为失活剂量或平均致死剂量。

⒉带肩的细胞存活曲线的参数：

D0:平均致死剂量，表示直线部分的斜率K的倒数。代表细胞群体的放射敏感性，即照射后余37％细胞所需要的放射线剂量。

N值：细胞内所含的放射敏感区域数，即靶数，也是表示放射敏感性相关的参数，是存活曲线直线部分的延长线与纵轴相交处的数值。

Dq值：准阈剂量，代表存活的肩段宽度，也称浪费的放射剂量。肩宽表示从开始照射到细胞呈指数性死亡所“浪费”的剂量。在此剂量范围内，细胞表现为非致死损伤的修复，Dq值越大，说明造成细胞指数性死亡所需的剂量越大。

⒊细胞存活曲线的临床意义（P56－57）

⑴各种细胞与放射剂量的定量研究；

⑵比较各种因素对细胞放射敏感性的影像；

⑶观察有氧与乏氧状态下细胞放射敏感性的变化；

⑷比较不同分割照射方案的放射生物学效应，并为其提供理论依据；

⑸考察各种放射增敏剂的效果；

⑹比较单纯放疗或放疗加化疗或/和加温疗法的作用；

⑺比较不同能量射线的生物学效应；

⑻研究细胞的各种放射损伤以及损伤修复的放射生物学理论问题。

㈢.线性二次方程（L-Q）公式（P56）

1.L-Q公式的定义：

S=e—(αD+βD2)

S：存活比例

e：自然对数

D：分次照射的剂量

α、β：系数

上述公式表明，某一剂量造成的细胞杀伤可由直接致死效应和间接致死效应组成，即α型和β型细胞杀伤。

①公式中e—αD产生的生物效应与剂量成反比，表示DNA单击双键断裂，在细胞存活曲线上与剂量表现为线性关系。α表示单击生物效应系数。

②公式中e—βD2产生的生物效应与剂量平方成正比，表示DNA多击单键断裂，与可修复的损伤累积有关，存活曲线表现为连续弯曲，β表示多击生物效应系数。

当单次照射引起上述两种效应相等时，α/β值即为两种效应相等时的剂量。

e—αD =e—βD2

α/β=D

正常早期反应组织具有较高的α/β值(10Gy左右)，说明直接坐标效应相对明显，存活曲线表现的弯曲程度较小。

正常晚期反应组织的α/β值较低（约3Gy），表明直接杀伤要比早反应组织少，可修复损伤累积引起的杀伤相对较多。

早期反应组织是机体内分裂、增殖活跃并对放射线早期反应强烈的组织，如上皮、粘膜、骨髓、精原细胞等。

相对而言，机体内那些无再增殖能力，损伤后仅以修复代偿其正常功能的细胞组织，称为晚反应组织，如脊髓、肾、肺、肝、骨和脉管系统等。

2.L-Q公式设计最佳分次照射方案的一般原则

⑴为使正常组织的晚期损伤相对低于对肿瘤的杀灭，每次量应低于1.8～2.0Gy；

⑵每天照射的分次总剂量应小于4.8～5.0Gy；

⑶每分次的间隔时间应大于6小时；

⑷在不致引起严重急性反应的前提下，尽量缩短总治疗时间；

⑸最高总剂量应确定不会引起照射野内正常组织的晚期反应。两周内给予的总剂量不能超过55Gy。

第三章临床放射生物学基础（2）

一、细胞存活与修复△

㈠放射损伤的分类★

⒈致死损伤（lethal damage,LD）

⒉亚致死损伤(sublethal damage,SLD)

⒊潜在致死损伤（potential damage,PLD）

这部分损伤受照射后受环境的影响，或能修复，或走向死亡。

㈡潜在致死损伤与修复

按正常情况细胞将死亡，但一旦照射后环境有所变化，而且存活率又有提高，则考虑是由于潜在致死损伤的修复。

㈢亚致死损伤与修复

当一个特定的照射分为间隔一定时间段的两次给予后，能观察到细胞存活率的增加。两次照射之间分别在室温、正常温度：

⒈室温下培养

室温培养，可防止细胞在照射间隙的细胞周期内改变时相，证实未受细胞周期时相变化影响的亚致死损伤修复现象。

⒉正常的温度下培养