第八章 电离辐射对造血系统的作用

电离辐射对血液系统的损伤效应 倍受重视：原因
1、造血组织是辐射高度敏感组织。受照后， 血液系统很快就有十分明显的形态、功能
及数量、特性的变化。
2、临床分类诊断有赖于血液系统变化。
3、临床病程和预后在时相和程度上与血液
变化密切相关。
4、临床治疗的关键措施之一是减轻造血 系统损伤和促进造血重建 5、辐射远后效应之一即表现为血液系统
根据损伤轻重可以大致估计受照 剂量，根据病人血液系统的变化可作 大致的分类诊断、医治计划等。
4、损伤有时相性，因此可作为临床病程病
情和预后判断指标
外周血象尤其是白细胞数的变化有明显 的时相性，且与临床分期的时间一致，其 变化程度与病情轻重相平行。 5、可诱发感染、贫血、出血等并发症 损伤后造血功能低下甚至衰竭，血细胞 减少，诱发上述症状，这些症状相互影响 彼此加重，从而形成恶性循环。
一、造血器官辐射损伤的表现
一）骨髓辐射损伤
1、急性放射病的阶段性病程
• 初期：
照后数日，骨髓中有核细胞总数
减少，红系细胞比例下降。
•假愈期：
照后1～2周内，骨髓造血细胞有丝分 裂指数稍见回升，红粒系细胞数亦略有增 加，骨髓辐射损伤进入暂时回升阶段，成 为外周血象暂时性回升时相的出现的缘由。 残存的造血干细胞增殖分化成熟约需10 d，故而暂时回升阶段常始于照后11d后或更 晚。这种受损的造血干细胞增殖能力有限， 几次分裂后就死亡或不育；加上缺乏适宜 的造血微环境等网络调控，因此回升只是 一过性的、暂时的。
3、祖细胞的辐射损伤和恢复
CFU-GM集落的变化趋势特点：
1）照后即刻三类集落数均明显减少，但程 度不同。致密型>混合型>松散型 2）开始恢复时间不同。松散型（2d）<致 密型（3d）<混合型 (7d） 3）恢复速率不同。致密型（15d）松散型慢 的多
（三）外周血细胞的放射损伤
1、中性粒细胞的变化
3.5～5.5d, 成熟池 晚幼粒、杆状、 分叶
0.4d, 机能池
干细胞池 中性粒C 骨髓 ①保持干细胞数 量恒定②保证血 液中足够的细胞 量 骨髓 输送后代细胞 骨髓 多能干转化为巨 核细胞 胸腺、淋巴结、 脾等 增殖分化为小淋 巴细胞
增殖池 骨髓 继续分裂
成熟贮存池 骨髓→血液 杆状核→分叶 核
4、作用灵敏，有效浓度为10-12Mol/L；
5、通过靶细胞表面受体，影响细胞的 增殖分化； 6、作用有相对的系专一系和阶段性
7、刺激因子间有协同作用；
8、同一细胞因子的多源性、多能性、 多靶性和不同细胞因子的同源性、同 功性和同靶性并存；
9、形成反馈系统和调控网络。
五、造血微环境（HM）
1、概念
机能池 外周血 根据需要而变 化
红细胞
骨髓 将细胞培养成 网织红 骨髓 巨核细胞分化 产生血小板 同左 发挥免疫监视 和防御
无
外周血 成熟为红细胞 外周血 形成终末血小 板 同左 发挥免疫功能
血小板
无
淋巴C
无
第二节
急 性 全 身 照 射 对 造血系统的影响
概述
分型
• 6～8 Gy（10 Gy）以下，骨髓型放 射病，呈现急性辐射造血综合症 • 8～45 Gy，肠型放射病 • >50 Gy，脑型放射病
1）延缓期：粒细胞数早期升高至明显减少，一 般为7～9d 2）首次下降期：延缓期后，粒细胞继续下降， 至9d左右达最低值 3）暂时回升期：10d左右开始，最高值15d 4）第二次下降期：
5）恢复期
照射
中 性 粒 细 胞 （ 为 正 常 的 ％ ） 延 缓 期 首 次 下 降 期
急性放射病时中性粒细胞数变化时相
损伤的主要环节是造血细胞增殖能力的丧失
或抑制。其中造血干细胞和造血祖细胞是机体 赖以生成血细胞、维持稳态造血、保障生命活
动正常进行的关键细胞，而其具有较高的辐射
敏感性。因此，造血干、祖细胞遭受辐射损伤、
增殖分裂功能减弱或丧失及其以后能否恢复对
骨髓型急性放射病的发生和发展以及结局起十 分重要的作用。
3、损伤程度与照射剂量关系密切
1、组成
不均一的细胞群体，有系列、年龄 结构的不同 • CFU-GM体外培养可见致密型、松 散型及混合型三类形态不同的细胞 集落 • 红系随时间和形态的不同，亦有三 型－CFU-E、preBFU-E、BFU-E • 巨核系的集落亦有细胞数量和核部 比等的差别
2、辐射敏感性
• CFU-GM剂量存活曲线形状与CFU-S 的颇相似，其影响因素也相似；辐射 敏感性略低；不同的亚群之间辐射敏 感性有异。 • 红系祖细胞有早、晚之分。 • CFU-MK辐射敏感性略低。
3、脾脏造血
• 在肝脏造血时期，人胚胎约12周开始， 脾也开始造血，生成红系细胞、粒系细 胞和淋巴系细胞等。 • 生成粒系细胞的功能持续时间短，红系 保持到出生前，淋巴系造血维持终生。
二、造血器官
• 骨髓：红 黄 • 胸腺：13～15岁，最重；30岁后 萎缩 • 脾：胚胎‹5月，造血；以后免疫 为主 • 淋巴结：散在分布
修复
1、照后干细胞池中有两部分造血干细胞， 一部分遭致死性损伤，分裂过程中死亡； 一部分仍具增殖潜能，是损失后恢复的 基础。 2、干细胞的增殖和分化相互制约处于相对 稳定状态，维持干细胞池的大小，使之 处于动态平衡。 3、大剂量，自我更新>分化，干C↑↑； 小剂量，分化>增殖，干C数恢复↓
（二）造血祖细胞
r CFU-S
小 的鼠 剂在 量低 ＋剂 存量 活率 曲 线射 线 连 续 照 射 下 股 骨
BDF1 CFU-S r
2、造血干细胞的辐射损伤与修复

损伤
1）即刻效应：照射后造血干细胞因坏死和凋 亡而数量迅速死亡 2）辐射后效应：大剂量IR后，干细胞损伤或 死亡致数量减少，残存者增殖分裂能力的 抑制使射线作用停止后，其数量进一步减 少； 辐射后效应与剂量有关，但比例关系不明 确。
异常－贫血、白血病等的发生。
血液系统辐射损伤特点
1、受照后损伤早而重，恢复慢。
• 其辐射损伤的修复能力相对较弱，其剂量 存活曲线的肩宽较窄。因此，造血系统辐 射损伤后需数周甚至数月方能恢复,而造血 组织承担机体适应防御及维持正常生命活 动的重要功能，因此，一旦受照功能低下 或数量减少，后果严重。
2、造血干、祖细胞损伤使造血细胞增殖能力 丧失或抑制
六、血细胞的更新系统
• 粒系细胞：
祖细胞→原粒→早幼粒→中幼粒→晚 幼粒 →杆状核→多叶核→成熟
• 红系细胞：
祖细胞→原红→早幼红→中幼红→晚 幼红→网织红→成熟
• 巨核系：
祖细胞→原巨核→幼巨核→颗粒型 （成熟型） →血小板
血细胞生成动力学
• 根据各类细胞的功能特征、将血细胞生
成的动力学过程归纳成分裂增殖池、成
恢复期 16d～20d
表2、淋巴结、脾及胸腺的变化
初期阶段
淋巴结 14d内，小、幼淋巴细胞 核肿大、固缩、碎裂，巨 噬细胞吞噬碎片；小出血 灶；淋巴小结消失 同上 同上 少见细胞再生 恢复晚、慢
极期
恢复期
高度萎缩， 形成小生发中 出血水肿↑， 心，循环障碍 小结可见再 消失 生细胞
脾
胸腺
同上，
但碎片清除较慢
•极期：
暂时回升阶段后骨髓辐射损伤进入严重 抑制阶段，骨髓中血细胞生成进一步受 抑．红系和粒系幼稚细胞数剧减或基本消 失，粒系较成熟细胞数也明显减少。浆细 胞、破骨细胞等可大量出现，荷脂细胞堆 积，加上骨髓腔内的渗出和出血，骨髓失 去正常红色粥状外观，或呈灰黄色、或稠 度降低。
•恢复期：
能顺利渡过严重抑制阶段的病人可进入恢复
• 又称造血诱导微环境 • 造血干细胞在造血组织内赖以增殖和
分化的微观区段
2、组成
• 造血基质（stroma）
细胞性基质：是HM结缔组织的主要组 分，是HM在细胞水平调控造血的基础。包 括：成纤维细胞、巨噬细胞、网状细胞、血 窦内皮细胞等及其分泌的细胞因子
非细胞性基质：主要由糖蛋白、蛋 白多糖和胶原组成；与细胞生长、分 化、粘连、移动和增殖有关。 • 各种化学成分：、Vit C、激素等
阶段。骨髓中可出现再生细胞，红系、粒系、
巨核系相继回复。淋巴系细胞辐射损伤后的恢
复起始不晚，但其基本恢复常拖延数月甚至更 久。
另外，骨髓的辐射损伤恢复常常是不完 全的。病人临床症状治愈后，有时遗留红 细胞数低下或粒系造血灶小的可能，被认 为是一类残余损伤，这种残余损伤有时表 现为潜隐性的，即一般状况下末见造血异 常．而当机体急需血细胞生成时表现为增 殖能力降低，血细胞生成数减少。
3、干细胞分类
• 全能干细胞
• 多潜能干细胞
• 多能干细胞
造血干细胞属于多能干细胞阶段。
Hematopoietic Stem Cells: Regulation of Fate Options
四、造血刺激因子（HSF）
结构和功能特性
1、多为低分子量的糖蛋白家族，分子量多介 于10～80KD； 2、信息含量丰富，构象特征明显，一个氨基 酸残基的改变即导致功能改变； 3、主要作用方式为旁分泌和自分泌；
2、急性放射病的病理变化
1）造血系统初期阶段病理变化
• • • • • 血管充血，血窦破坏 细胞碎片被吞噬与清除 较分化、存活的造血细胞继续存活障碍 循环血细胞数下降 严重增殖损伤后，可出现活跃再生、血细 胞恢复
2）造血系统极期病理变化
• 造血机能降到最低，外周血细胞数最低
• 代偿适应机能接近消失
暂 时 回 升 期
期第 二 次 下 降
恢 复 期
2、红细胞的变化
• 照射后，红细胞数量减少一直很 轻。早期可有一时增多；40天左 右才出现贫血
• 贫血原因：干细胞和增殖池细胞 来源一时断绝；血管破坏出血； 红细胞损伤及衰老
3、血小板数的变化
• 变化同中性粒细胞相似
×103/mm3
血 小 板 ＊
1、造血干细胞的辐射敏感性
• 剂量存活曲线一般呈S形， • 体内、外放射敏感性相近，D0介于0.6～ 1.3Gy，平均0.9Gy； • 骨髓CFU-S的n值介于1～2.5，脾接近1； • D0值和n值随射线能量的增加而降低，中 子偶有例外； • 不同发育阶段及不同细胞周期敏感性不 同。
存不 活同 率比 与例 剂中 量子 的＋ 关 系线 混 合 照 射 小 鼠 骨 髓
表1、骨髓的变化
时间 变化 有核细胞总数↓,有丝分裂指数↓↓ 初期阶段 2～72 hr 骨髓中各系造血C的辐射敏感性顺序：淋 巴C>红系C(原红、早幼）>粒系（原粒、 早幼粒、中幼粒）>单核C>巨核C 极期 4d～15d 造血细胞基本消失，只有巨噬C和网 状C，造血功能接近停止 造血干C分裂增殖逐渐恢复。经14～21d 后骨髓组织可充满髓腔，是外周血回升 的前提
• 病人全身衰竭、出血、感染
3）造血系统恢复期病理变化
• 中、重度于照后35～63天恢复造血机能 • 防御机能恢复慢
二、造血细胞的辐射损伤
（一）造血干细胞
• 脾结节形成单位或脾集落形成单位
（colony forming unit-spleen, CFU-S）：给 致死剂量射线照射小鼠尾静脉内注入一定数 量的正常同系小鼠的骨髓细胞后，受体小鼠 脾表面出现肉眼可见的圆形结节，即脾结节， 每一个脾结节称为一个CFU-S 每一个脾结节来源于单个细胞
三、造血干细胞
1、定义
• 具有高度自我维持或自我更新
能力，进一步分化为各系祖细
胞潜能的低分化细胞
2、特点
1)低分化细胞；主要存在于造血组织，少 数在外周血(1%)； 2）具有多向分化潜能，在适宜环境下，可 向各类成熟血细胞分化，产生和分化为 各种血细胞；
3）具有自我更新能力，产生与亲代相同的 子代造血干细胞； 4）90％以上处于G0期，强的增殖潜能。
熟贮存池和功能细胞池三池。
1、分裂增殖池：中幼粒、中幼红、幼巨核 以前的发育阶段。(可细分为造血干细胞
分裂池、造血祖细胞分裂池和骨髓分裂
细胞池）；
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2、成熟贮存池：分裂增殖池其后发育阶
段细胞亚群不再分裂增殖，只能不断成
熟释入血循环；
3、机能池：各类成熟细胞。
干细胞池
4～6d,增殖池 原、早、中晚、 幼粒
第一节
造血系统概述
一、造血的发育
• 来源：胚外中胚层的间充质细胞
1、卵黄囊造血
1）迁徙：
卵黄囊（2W）→肝脏（6W），脾（12W） →骨（4月后）（定居） 2）卵黄囊造血时期主要是红系造血； 粒系和巨核系细胞很少。
2、肝脏造血
• 肝脏造血主要以红系为主，粒系次之： • 原因： ①胚胎需要红细胞运送氧以满足迅速发育的 需要 ②母体可以代为执行免疫功能，胎儿并不亟 需粒系细胞。