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1、第三章 临床放射生物学基础,第一节 放射生物学的基本概念 放射生物学内容：涉及放射线对生物体作用的原初反应及其以后一系列的物理和化学的改变、乃至生物学方面的改变；由分子水平直至细胞水平和整体水平，对象从噬菌体、细菌、细胞组织、各种动物直至人体本身。,一、电离和激发 原初作用过程：电离辐射在物质局部释放能量时引起物质的电离和激发，从辐射能量被吸收至观察到细胞细微结构损伤和破坏的这段时间称为原初作用过程。依据产生放射生物学效应的不同，分为直接放射生物学效应和间接放射生物学效应。电离作用：生物组织被粒子和光子流撞击后产生自由电子和带正电的离子；激发作用：粒子和光子流能量不足以将原子的轨道电子击出时，
2、可使电子跃迁到高能级的轨道上。,二、传能线密度和相对生物效能,传能线密度（LET）：是指能够直接进行电离的粒子在其单位长度径迹上消耗的平均能量。相对生物效能（RBE）：是指射线（250kV）引起某一生物效应所需剂量与观察的辐射引起同一生物效应所需剂量的比值。LET与RBE的关系是正相关：当LET小于100KeV/m时，RBE随LET增加而上升；当 LET大于100KeV/m时，RBE随LET上升而下降；说明过多的射线能量并不能引起更强的生物学效应，而是被浪费。,三、自由基与活性氧,自由基：是指能够独立存在且含有一个或一个以上不配对电子的任何原子、分子、离子或原子团。自由基特点：因为具有未配对电
3、子，容易与其他电子配对成键，具有很高的反应活性、不稳定性和顺磁性。活性氧：氧的某些代谢产物和一些反应的含氧产物,如：氧的单电子还原物；氧的双电子还原物等等。,自由基的作用,1、对DNA的损伤作用：单双键断裂、无嘌呤无嘧啶位 点以及产生环孢和嘧啶衍生物。2、对脂类过氧化作用与生物膜的损伤作用。3、抗氧化酶类和其他抗氧化物质的作用。,四、氧效应与氧增强比,氧效应：受照射的组织、细胞或者生物大分子的辐射效应随其周围介质中氧浓度的升高而增加，这种现象称为氧效应。氧增强比（OER）缺氧条件下产生一定效应需要的剂量/有氧条件下产生同样效应需要的剂量,六、影响辐射生物效应的主要因素,主要可以归纳为两方面：一
4、是与辐射有关的因素；二是与机体有关的因素。（一）、与辐射有关的因素1、辐射的种类2、辐射的剂量3、辐射剂量率4、分次照射5、照射部位6、照射面积7、照射的方式,（二）与机体有关的因素1、种系的放射敏感性2、个体发育的放射敏感性,第二节 临床放射生物学效应,一、正常组织细胞的放射生物学效应（一）细胞的放射敏感性1、不同细胞群体的放射敏感性：分三类：一类、不断分裂和更新的细胞群体对电离辐射敏感性较高，如淋巴组织细胞 二类、不分裂的细胞群体对电离辐射有相对抗拒性，如神经细胞、肌肉细胞 三类、一般情况下基本不分裂或分裂的速度很低，对辐射相对不敏感，但当受到刺激后可以迅速分裂，放射敏感性随之增高。,2、
5、不同细胞周期时相的放射敏感性3、不同环境中细胞的放射敏感性（二）电离辐射对细胞周期的影响1、G2阻滞 2、G1阻滞3、S相延迟4、巨细胞形成,（四）辐射所致细胞的损伤及修复1、细胞放射性损伤的分类致死性损伤、亚致死性损伤、潜在致死性损伤2、细胞放射性损伤的修复 潜在致死性损伤的修复：与DNA双链断裂的修复有关亚致死性损伤的修复：细胞内没有任何关键靶区被击中；细胞内的全部关键靶区被击中；细胞内的某些而不是全部靶区被击中。,二、肿瘤组织细胞的放射生物学效应,（一）肿瘤细胞动力学肿瘤内4种细胞：分裂细胞、静止细胞、无增殖能力的细胞、破碎细胞。考虑肿瘤的生长速率主要考虑以下三个因素：1、细胞周期时间2
6、、生长分数（GF)：肿瘤细胞群体中有增殖能力的细胞数与细胞总数之比。3、细胞丢失：（细胞丢失的途径）营养不良性坏死；细胞的增殖死亡；死于免疫性打击；转移；脱落。,（二）乏氧细胞再氧合：分次照射后乏氧细胞变成氧合细胞的现象称之为乏氧细胞的再氧合。（三）肿瘤细胞对辐射的反应（见书P60）,第三节 放射治疗的时间、剂量分割模式,（一）、临床放射生物学中的“4R”概念1、再修复（repair）2、再分布（redistribution）3、再氧合（reoxygenation）4、再增殖（regeneration）,（二）、早反应组织和晚反应组织：生物学差别：1、早反应组织主要取决于被放射杀灭的细胞数量，
7、而晚期反应组织的发生还与进行性继发损伤有关的其他过程的影响有关。2、照射后的反应：一般早反应组织的半修复时间为0.5小时，可发生加速再增殖；而晚反应组织修复时间出现较晚，半修复时间大于等于1.5小时，不发生加速再增殖。3、反应出现的时间：早反应常在治疗后90天内发生，一般只是暂时性的影响；晚反应则是在治疗90天后开始发生，一般是进行性影响。,早、晚反应组织不同放射生物学效应的临床意义（P64）1、分次剂量2、间隔时间3、总治疗时间,（三）、生物剂量等效换算的数学模型1、“生物剂量”概念：是指生物体辐射响应程度的测量,与“物理剂量”是两个不同的概念，如果每次照射的剂量越大，其生物学效应就越大，尤
8、其是晚反应组织。2、时间剂量分次模型（生物剂量换算模型）常见的具有实用价值的生物剂量换算模型：立方根规则、名义标准剂量、LQ模型。,立方根规则：是第一个对现代分次放疗发展具有指导意义的时间剂量模型。本模型证明了皮肤反应（皮肤红斑和皮肤耐受）的等效剂量，因曲线上的所有点都是按照5次/周的照射方式匹配的，（N=5t/7），其中t是分次数N的线性函数，总计量D与分次数N的立方根呈正比，故被称为立方根规则。,名义标准剂量模型：是英国放射肿瘤学家推导出等效总剂量与分割次数和总治疗时间的关系。,（四）、不同时间、剂量分割照射时应注意的事项影响剂量分次生物学效应的因素：1、增殖慢的晚反应组织比增殖快的早反应
9、组织在SLD（亚致死性损伤）累积引起的细胞死亡上的不同更加明显。2、早反应组织有很大的再增殖能力3、肿瘤细胞再增殖反应发生的时间和速率变化大4、在分次照射期间细胞周期的再分布只在增殖组织内可以引起放射增敏作用。5、在所以剂量范围内低氧都能影响肿瘤细胞的放射敏感性，但在低剂量区域内较小。6、常规分割治疗期间细胞的再氧合非常迅速。7、晚反应组织的SLD修复比早反应组织持续的时间更长。8、放射治疗不是每天进行，则细胞的再增殖可以很快发生。,放射治疗中分次的原则：治疗需要使用的照射总剂量应尽可能地在较短的总时间内给予，并且每次使用最小的实际剂量。,第四节 提高放射生物学效应的方法,化学修饰剂：能改变哺
10、乳类动物细胞放射反应的化学物质统称化学修饰剂。放射增敏剂：不影响正常组织细胞放射防护剂：选择性的保护正常组织细胞方法：一、增加氧在肿瘤细胞内的饱和度 途径：1、在放射治疗时吸入高压氧或不加压的氧气、增加血流或加用乏氧细胞增敏剂等措施；2、吸入碳合氧以提高血液氧含量，解决慢性乏氧的问题。,二、放射增敏剂的临床应用增敏剂必须具备的条件：1、治疗剂量条件下对正常组织细胞无毒；2、对正常组织细胞作用较小，最好无增敏作用；3、渗透性强，能向无毛细血管内区域内的细胞渗透；4、具有适当长的生物半衰期，以保证药物在体内的浓度；5、使增殖和静止期的细胞均可致敏；6、在常规分次剂量模式内有效。,三、放射防护剂的临
11、床应用 放射防护剂：机体或者生物系统受电离辐射前给予某种化学物质，能够减轻其辐射损伤、促进其修复，具有这种作用的化合物，常用剂量降低系数表示放射防护剂的效能。（P71）,第五节 加温治疗的原理及应用,一、加温的方法：全身加温（如浸入热水、石蜡或穿上加热的衣服等）、局部加温（短波透热、射频诱导、微波、超声）二、加温的细胞效应：细胞对加温的反应取决于温度的高低及加温时间的长短，通过试验表明：在41.546.5范围之内，温度越高，加温时间持续越久，细胞杀伤的作用就越显著。,三、影响加温细胞效应的因素1、PH 处于酸性pH中的细胞对加热更为敏感 2、营养条件 低营养状态的细胞对加热更为敏感3、氧 急性缺氧后，缺氧细胞与氧合细胞对热的敏感性相似。4、加温与放射线联合作用。,
