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电离辐射诱导的细胞死亡大家好，本节课我们将介绍电离辐射的细胞学效应之细胞死亡。
致细胞死亡是电离辐射确定性效应发生的根本。
在急性放射损伤的发生机制中，造血细胞和小肠粘膜上皮细胞的死亡分别是骨髓型和肠型急性放射病的重要细胞学基础。
电离辐射诱发的不育症取决于生殖细胞的死亡。
电离辐射引起的脱发起源于毛囊上皮细胞的死亡。
这些将在以后的章节中进一步分析。
死亡细胞v 坏死（necrosis ）v 凋亡（apoptosis ），又叫程序性细胞死亡v 细胞自噬（autophagy ）v 有丝分裂灾变（mitotic catastrophe ）电离辐射诱导的细胞死亡类型正常细胞不同来源组织细胞、不同剂量照射，细胞死亡的方式和发生机制会有所不同。
电离辐射诱发哺乳动物细胞死亡的方式有多种，包括坏死、凋亡、细胞自吞噬死亡和有丝分裂灾变等。
虽然各种死亡方式的发生机制不尽相同，但也会有共同的调节分子、效应分子或者信号通路的交叉。
对于多种死亡的发生机制，研究最为透彻的是细胞凋亡。
Sydney BrennerH. Robert HorvitzJohn E. Sulston2002年诺贝尔生理学与医学奖细胞凋亡：指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主性、程序性的死亡，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等作用，具有生理性和选择性。
细胞凋亡典型的形态学特征：核固缩、染色质凝集、凋亡小体形成等。
细胞凋亡细胞凋亡是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主性、程序性的死亡，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等作用，具有生理性和选择性。
细胞凋亡具有典型的细胞形态学特征，如核固缩、染色质凝集、凋亡小体形成等。
早在1842年，德国科学家Carl 在研究蟾蜍蝌蚪的发育中，就观察到并首次描述了细胞凋亡的概念，他将其命名为程序性细胞死亡。
直到2002年，诺贝尔生理学与医学奖授予英国科学家悉尼·布雷内、美国科学家罗伯特·霍维茨和英国科学家约翰·苏尔斯顿，以表彰他们为研究细胞凋亡过程中的基因调节作用所作出的重大贡献。
《放射生物学》（含实验内容）教学大纲课程编码：10272060课程名称：放射生物学英文名称：Medical Radiobiology开课学期：8学时/学分：80学时/5 （其中实验学时：36学时）课程类型：专业必修课开课专业：放射医学选用教材：医学放射生物学（第二版）主要参考书：《生物化学》，顾天爵主编《生理学》，张镜如主编《医学免疫学》，龙振洲主编《医学遗传学基础》，杜传书主编《医学细胞生物学》，宋今丹主编《医学分子生物学》，伍欣星、聂广主编《辐射剂量学》，田志恒编《实用放射放射治疗物理学》，冯宁远、谢虎臣、史荣等主编《肿瘤放射治疗学》，谷铣之、殷蔚伯、刘泰福等主编《放射毒理学》，朱寿彭、李章主编《放射损伤和防护》，刘克良、姜德智编《医学放射生物学》，刘树铮主编《低水平辐射兴奋效应》刘树铮著《辐射免疫学》，刘树铮编著《辐射血液学》，刘及主编Radiobiology for the radiologist, Hall EJ eds执笔人：金顺子、龚守良、吕喆一、课程性质、目的与任务医学放射生物学是放射医学的一门重要的基础学科。
通过医学放射生物学的学习，使放射医学专业本科生重点掌握电离辐射对动物机体，特别是人体的影响，为进一步学习放射防护，放射损伤和放射治疗提供生物学理论基础。
二、教学基本要求理论课教学要求使用多媒体和板书结合起来，讲授放射生物学的理论知识；实验课教学要求教师提前进行预实验，保证实验结果的可行性和准确性，让学生掌握实验技能，培养学生的科研思维和创新能力。
三、各章节内容及学时分配第一章电离辐射生物学作用的物理和化学基础[目的]1.了解医学放射生物学研究的基本知识2.系统掌握电离辐射生物学作用的基本规律及其原理3.掌握影响电离辐射生物效应的主要因素[讲授内容]1.电离辐射的种类与物质的相互作用（1）电磁辐射（2）粒子辐射2.电离和激发（1）电离作用（2）激发作用（3）水的电离和激发3.传能线密度与相对生物效能（1）传能线密度（2）相对生物效应4.自由基（1）自由基的概念（2）自由基与活性氧（3）自由基对生物分子的作用（4）抗氧化防御功能5.直接作用与间接作用（1）直接作用（2）间接作用6.氧效应与氧增强比（1）氧效应（2）氧增强比（3）氧浓度对氧效应的影响（4）照射时间对氧效应的影响（5）氧效应的发生机制7.靶学说与靶分子（1）概述（2）单击模型（3）多击模型（4）单击与多靶模型（5）DNA双链断裂模型（6）靶分子8.影响电离辐射生物效应的主要因素（1）与辐射有关的因素（2）与机体有关的因素[授课时数] 6学时[自学内容]1.辐射增敏及辐射防护[教学手段]课堂讲授，采用挂图或多媒体教学设备等第二章电离辐射的分子生物学效应[目的]1.掌握DNA损伤、修复及其生物学意义2.掌握染色质的辐射生物效应3.掌握辐射对细胞膜结构与功能的影响及辐射致癌的分子基础4.了解辐射所致RNA、蛋白质细胞与功能变化以及辐射所致的能量代谢障碍[讲授内容]1.辐射甩致DNA损伤及其生物学意义（1）DNA链断裂（2）DNA交联（3）DNA损伤的生物学意义2.辐射引起的DNA功能与代谢变化（1）辐射对噬菌体、DNA感染性的灭活作用（2）辐射对DNA转化活力的影响（3）辐射对DNA生物合成的抑制作用与机制（4）辐射对DNA降解过程的作用3.染色质的辐射生物效应（1）染色质的辐射敏感效应（2）染色质的辐射降解（3）染色质蛋白的辐射效应4.DNA辐射损伤的修复及其遗传学控制（1）不同类型DNA损伤的修复（2）DNA的损伤修复机制（3）基因组内修复的不均一性（4）DNA修复基因5.辐射对细胞膜结构与功能的影响（1）辐射对膜组分的影响（2）辐射对膜转运功能的影响（3）辐射对膜结合酶活性的影响（4）辐射对膜受体功能的影响（5）辐射对DNA-膜复合物的作用6.辐射致癌的分子基础（1）体细胞突变（2）癌基因和肿瘤抑制基因[授课时数] 6学时[自学内容]1.辐射所致RNA结构与功能的变化2.蛋白质和酶的辐射生物效应3.辐射所致的能量代谢障碍[教学手段]板书、挂图或多媒体课件第四章电离辐射的细胞效应[目的]1.掌握电离辐射对细胞作用的特点，为学习辐射整体效应打下基础2.学习辐射细胞生物学的基本规律，指导肿瘤放射治疗的临床实践[授课内容]1.细胞的放射敏感性（1）不同细胞群体的放射敏感性（2）不同时相细胞的放射敏感性（3）环境因素对细胞放射敏感性的影响2.电离辐射对细胞周期进程的影响（1）电离辐射对细胞周期进程的影响（2）电离辐射影响细胞周期进程的机制①G1期阻滞及基因调控②G2期阻滞及基因调控③电离辐射影响细胞周期进程的生物学意义3.电离辐射引起细胞死亡及机制（1）辐射引起细胞死亡的类型（2）细胞凋亡①细胞凋亡的概念②细胞凋亡的的特征③细胞凋亡的基因调控④细胞凋亡的辐射效应4.细胞存活的剂量效应（1）细胞存活的概念（2）细胞存活的体内、外测量（3）细胞存活的剂量效应曲线①指数单击曲线②多击或多靶曲线5.辐射诱导的细胞损伤及其修复（1）细胞放射损伤的分类（2）细胞放射损伤的修复（3）影响细胞放射损伤及修复的因素[授课时数] 6学时[自学内容]1.辐射对细胞功能的影响（本章第六节）2.诱导的细胞突变及恶性转化（本章第七节）[教学手段]部分多媒体教学第五章电离辐射对调节系统的作用[目的]学习电离辐射对调节系统作用的基本规律，解释辐射效应整体调节机制。
第一章电离辐射生物作用的物理和化学基础 [目的要求] 了解电离辐射的定义以及电离辐射的种类。
综合理解电离辐射生物学效应中的原发作用与继发作用，电离作用与激发作用及直接作用与间接作用这几对概念及其相互之间的关系。
熟悉氧效应，稀释效应和“靶”理论。
掌握LET和BBE以及自由基的定义；剂量一效应关系，LD以及放射敏感性的含义，50影响辐射生物效应的主要因素、不同组织放射敏感性差异。
[教学内容] (一)电离辐射的种类及其与物质的相互作用 1．电磁辐射与粒子辐射的异同点2．不同射线与物质相互作用的特点3．射程与径迹的定义 (二)电离和激发、传能线密度与相对生物效应1．水分子的电离和激发及水合电子形成的特点和G值 2．传能线密度LET、RBE和自由基的定义 3．抗氧化剂的种类及其特点 (三)直接作用与间接作用、氧效应与氧增强比 1．直接与间接作用的概念 2．稀释效应、防护效应、温度效应和氧效应3．氧效应与氧增强比及氧效应的发生机制4．靶学说的概念 (四)辐射增敏与辐射防护 1．辐射增敏剂的概念及分类 2．辐射防护剂的定义 (五)影响电离辐射生物效应的主要因素 1．两种类型的剂量——效应曲线及其特点 2．LD50的引出及其作用 3．与辐射及机体有关的因素4．放射敏感性概念及其特点第二章电离辐射的分子生物学效应 [教学要求] 了解电离辐射对RNA、蛋白质和酶的影响，辐射致癌的分子学基础熟悉电离辐射对能量代谢的影响以及辐射所致能量代谢的障碍后果掌握DNA分子损伤与修复的类型及其机制，细胞膜的辐射生物效应 [教学内容] (一)辐射所致DNA损伤及其生物学意义 1．辐射所致DNA硷基损伤、链断裂、交联的特点和分子机制2．DNA二级和三级结构的变化 3．DNA损伤的生物学意义 (二)辐射引起DNA复制及其代谢功能变化 1．DNA复制及其代谢功能变化 2．染色质的辐射生物学效应 (三)DNA损伤修复及其遗传学控制1．DNA修复功能的概念 2．DNA损伤修复机制3．DNA回复、切除修复、重组修复和SOS修复4．基因组内修复的不均一性(四)辐射所致RNA结构与功能的变化(五)辐射对生物膜结构与功能的影响1．蛋白质和酶的生物效应2．辐射对膜结构及其功能的影响（六）辐射致能量代谢障碍及其致癌的分子基础1．辐射对线粒体氧化磷酸化的影响特点及机理 2．辐射致癌的分子基础第三章电离辐射对染色体的作用第一节：人类染色体【教学要求】掌握正常人染色体的基本知识【教学内容】 1. 染色体的化学组成（1学时）2. 染色体的数目、形态、结构（1学时） 3. 染色体的命名和核型（1学时）第二节：辐射诱导的染色体畸变【教学要求】掌握电离辐射诱发染色体畸变的类型和机理【教学内容】1. 染色体结构畸变: 畸变和细胞周期的关系，染色体型畸变，染色单体型畸变 2. 染色体数量畸变第三节：辐射诱发染色体畸变的机制及其生物学意义【教学要求】掌握畸变机制和生物学意义【教学内容】 1. 辐射诱发染色体畸变的机制:断裂－重接、互换学说，分子机理 2. 染色体畸变的生物学意义: 生殖、体细胞的染色体畸变第四节：辐射诱导的染色体畸变的剂量效应关系【教学要求】掌握剂量效应模式的建立和原则【教学内容】 1. 急性照射的剂量效应关系: 4种模式，模式的选择（低LET、高LET辐射），原则 2. 局部照射的剂量效应关系 3. 延时或分隔照射第五节：生物剂量测定【教学要求】掌握生物剂量测定的方法步骤和应用【教学内容】 1. 生物剂量计: 概念和意义 2. 生物剂量测定 3. 常见的其他生物剂量测定方法 PCC， CBMN， FISH， HPRT 第六节：低水平辐射诱导的细胞遗传学适应性反应【教学要求】掌握适应性反应的概念，影响因素和产生机制【教学内容】 1. 适应性反应 2. 影响适应性反应的因素 3.低水平电离辐射诱导的细胞适应性反应的机制第四章电离辐射的细胞效应 [目的要求] 了解细胞周期调控机制熟悉细胞损伤与修复的特点及影响因素[教学内容和时数] (一)电离辐射的细胞效应 1．了解调节因素对细胞放射敏感性的影响 2．细胞放射敏感性探讨 3．细胞周期的调控4．细胞周期不同时相放射敏感性特点 5．细胞死亡的类型及凋亡的调控 (二)辐射诱导的细胞损伤及其修复 1．细胞存活的剂量——效应曲线及参数的含义 2．辐射诱导的细胞损伤及其修复的特点(三)辐射对细胞功能的影响及突变1．辐射所致细胞功能的影响 2．辐射致突变、畸变及细胞恶化和癌变的意义第五章电离辐射对调节系统的作用[目的要求] 了解不同剂量的电离辐射引起神经系统机能及形态结构的改变和内分泌功能的影响熟悉辐射所致垂体、肾上腺、甲状腺的变化特点掌握急、慢性放射病对肾上腺皮质功能的影响及生物学意义 [教学内容] (一) 神经系统的变化 1．神经系统的放射敏感性 2．低剂量、大剂量、分次照射对神经系统的影响 (二)内分沿系统的变化 1．高剂量急性放射损伤时肾上腺皮质功能变化的规律2．辐射所致甲状腺功能变化的发病学意义第六章电离辐射对造血系统的作用[目的要求] 掌握急、慢性损伤时造血血液系统的变化及外周血细胞的变化规律。
成熟血细胞的辐射损伤血液白细胞的分类50～70％0.5～5％0～1％20～40％3～8％粒细胞无颗粒细胞尽管成熟细胞辐射敏感性低，但骨髓幼稚细胞对辐射非常敏感，幼稚细胞的辐射损伤必然会反映到血象上，变化最明显而又重要的是中性粒细胞和淋巴细胞以及血小板的量变和质变。
1、白细胞的变化中、重度骨髓型放射病病人白细胞数变化示意图1. 早期增高；2. 初期下降；3. 暂时性回升；4. 最低值；①早期增高时相：出现在照后几小时，血中白细胞可见短暂增多，其程度和持续时间与受照剂量成正比②初期下降时相：白细胞数开始减少，其下降速度和程度与照射剂量明显相关。
③暂时回升时相：在照后10~15d开始回升，回升的峰值与射线剂量呈负相关④最低值时相：白细胞数进行性下降并达最低值，最低值和出现时间与剂量有关，剂量越大，降低越多、越早⑤恢复时相：部分受伤较轻的造血干细胞开始向增殖池输送造血细胞。
约在照后3~4周后进入恢复期骨髓型急性放射病外周血白细胞数变化趋势图粒细胞的变化g数量：²中性粒细胞占白细胞比例较高，上述白细胞的变化主要是中性粒细胞的变化造成的。
²嗜酸和嗜碱性粒细胞所占比例很少，且照后很快消失。
g数量下降的原因²粒细胞的寿命短暂²照射后CFU-GM数量急剧减少淋巴细胞的变化g数量：²淋巴细胞最敏感，可被射线直接杀伤，照射后淋巴细胞的数量迅速下降、持续减少。
²早期淋巴细胞下降过快，则反映剂量过大，预后不良。
²极期时淋巴细胞数量最少，降至正常值的10％以下。
一般在照射后35~40d开始恢复。
单核细胞的变化ü数量：-照射后迅速下降甚至消失-恢复早于中性粒细胞，并逐渐增多2、红细胞的变化ü数量：-早期不出现明显的数量、血红蛋白、血球容积的变化；40天左右才出现贫血。
-网织红细胞由于强烈抑制而减少或消失。
恢复时出现早，甚至超过正常水平ü早期数量变化不明显的原因：-红细胞没有细胞核，射线直接杀伤作用轻-红细胞寿命为120d-红系造血恢复早2、红细胞的变化ü晚期贫血原因：-因放射损伤所致毛细血管通透性增高而有漏出性出血，丢失红细胞-干细胞和增殖池细胞来源一时断绝3、血小板的变化ü数量：-血小板没有细胞核，寿命为9~10d，骨髓巨核细胞的敏感性较淋巴、幼红、幼粒为低，巨核细胞在照射后的早期仍产生血小板，血小板数量下降晚于淋巴细胞和中性粒细胞-当巨核细胞减少，又无来源时血小板数量严重不足，发生出血。
