放射生物学

细胞核DNA双链断裂是辐射引起各种生物效应最基本的损伤

● DNA 的完整性是细胞正常增殖所必须

● DNA双链断裂是辐射所致最关键的损伤

电离现象

● 是一系列生物效应的开始

● 是入射的放射线在物质内所产生的二级电子引起的电离/激活时消耗能量的过程；此过程的强度决定了生物效应的强度——因此X线虽透力强但生物效应弱，中子射线则强很多

● 相对生物效应(RBE)：是指达到同样生物效应时标准射线和某种射线的比值；用以评价某种放射线对生物体产生的生物效应的强弱；影响因素如组织类型、射线能量、LET高低

辐射作用的时相

● 物理过程：能量吸收   电离和激发

● 化学过程：自由基    损伤

● 生物过程：细胞死亡(失去无限增殖的能力)
                          损伤的修复

细胞水平的放射生物效应

射线作用的分类

● 直接效应：直接攻击DNA引起损伤；是高LET射线的主要作用方式

● 间接效应：水分子电离后产生自由基和有毒物质→间接破坏DNA；是低LET射线的主要作用方式

● 亚致死性损伤(SLD)：能修复的损伤；肿瘤细胞相比正常细胞需要更长的时间

● 致死性损伤：不能修复的损伤

受损伤细胞的转归

● 细胞间期死亡：细胞即刻死亡（主要是凋亡）

● 分裂死亡：经过数次分裂后死亡

● 分裂畸变：产生巨核的“怪细胞”

● 形态完整细胞：不能进入分裂周期

● 修复损伤：保持原有的形态和功能，可出现加速再增殖

组织水平的放射生物效应

放射敏感性和细胞周期

● G0、S期相对不敏感  

● G1期相对敏感

● G2、M 期敏感

放射损伤出现的时间（正常组织）

● 早期反应组织：增殖很快的组织而言，放射损伤出现在照射后不久，在放疗的过程中就发生；如放射性食管炎

● 晚期反应组织：增殖很慢的组织而言，放射损伤出现在放疗结束后很长时间；如放射性脊髓炎

肿瘤对放射损伤的反应为“早期反应组织”

放射后组织和肿瘤的反应——放射生物学中的四个R

● 放射损伤的修复(repair)

● 细胞周期再分布(redistribution)

● 再充氧(reoxygenation)

● 再增殖(repopulation)

放射损伤的修复(repair)

● 亚致死性损伤的修复

● 潜在致死性损伤的修复

注意：正常组织的修复能力要高于肿瘤→在第2次照射开始时，正常组织的损伤要小于肿瘤组织

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

再充氧(reoxygenation)

● 正常组织中无此现象

● 乏氧细胞的放射敏感性较富氧细胞低2.5-3倍

● 分次放射治疗后，富氧细胞杀灭，乏氧细胞再充氧，放射敏感性增加

再增殖(repopulation)

● 正常组织修复损伤、增殖

● 肿瘤组织加速再增殖：

①缩短分裂周期时间；

②增加增殖比例；

③减少细胞丢失；

④改变不对称分裂为对称分裂

● 放疗的原理：肿瘤和正常组织在增殖和修复能力上的差异

放射治疗肿瘤的基本原理

分割照射

● 方法：每天照射1次，每周照射5d，共照射4~7w

● 原理：虽然恶性肿瘤和来源的细胞在放射敏感性上基本一致；但肿瘤和正常组织在修复和增殖能力上存在差异（趁着肿瘤细胞还未修复损伤时进行第二次照射）

放射敏感性的概念

● 肿瘤的放射敏感性：肿瘤细胞对放射线的反应，包括肿瘤退缩的速度和程度。

● 正常组织的放射敏感性：放射后组织损伤的严重程度以及与剂量的关系

● 影响因素：

①固有放射敏感性（如分化程度越差的敏感性越高）；

②修复损伤的能力（增殖慢的修复能力强）；

③增殖能力（增殖快的敏感性高）

放射敏感性的分类

● 高度敏感（<50Gy）：精原细胞瘤、白血病、恶性淋巴瘤

● 中度敏感（60~70Gy）：基底细胞癌、鳞状细胞癌、非小细胞肺癌

● 低度敏感（>70Gy）：大部分脑瘤、软组织肿瘤、骨肉瘤及恶性黑色素瘤

放射敏感性与放射治愈性

放射敏感≠ 放射治愈

● 不存在明确的相关性

● 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