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临床放射生物学

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临床肿瘤放射生物学

临床肿瘤放射生物学

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第六章 临床放射生物学研究的主要方法
第一节 第二节 第三节
细胞存活的测定方法 离体培养细胞的照射 实验肿瘤模型及其分析方法 实体瘤乏氧照射，生长延缓，再生长延缓 肿瘤的离体模型
第五章 肿瘤临床放射生物学概论
第一节
肿瘤放射治疗的生物学基础
一、电离辐射对细胞的作用
1. 直接作用 电离辐射直接将能量传递给生物 分子，引起电离和激发，导致分 子结构的改变和生物活性的丧失。 这个作用是随机的，生物分子的 损伤局限于分子的一定部位或较 弱的化学键上。 2. 间接作用 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。
•潜在致死损伤 ( potential lethal damage，PLD)修复 ：指在正常状态下，应 当在照射后死亡的细胞，若臵于适当的条 件下，由于损伤的修复，又可存活(保持无 限增殖能力)的现象。实验证明与PLD修复 有关的细胞几乎均为乏氧细胞，并主要存 在于G0期及相当不活跃的G1期细胞内。
第一节
肿瘤放射治疗的生物学基础
6．细胞存活曲线有关参数的含义
Do(平均致死剂量，mean lethal does)：为存活曲线 直线部分斜率k的倒数(Do =1/k )，表示细胞的放射 敏感性，即照射后余下37％细胞所需的放射量。 D0值越小，即杀灭63％细胞所需的剂量就越小， 曲线下降迅速(斜率大)。 N值(外推数，extrapolation number)：细胞内所含的 放射敏感区域数，即靶数，表示细胞内固有的与放 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，quasithreshold dose)：代表存活曲 线的肩段宽度，细胞表现为亚致死损伤的修复(全 部细胞进入n-1状态之前)。Dq值越大，说明造成细 胞指数性死亡的所需剂量越大。经存活率为100％ 的点作与横轴平行的直线，再延长存活曲线直线部 分与之相交即可得出Dq值。 Ds：意义同Dq，更好地表示了肩段的宽度，即存 活曲线呈直线下降前所受到的剂量，但在存活曲线 上是肩段的实际宽度。 D-2：即细胞数下降到10-2时(S=0.01)所受到的剂量 值。

放射生物学讲义

放射生物学讲义

快速电子 离子自由基物效应
射线质与相对生物效应
线性能量传递（LET,linear energy transmission) 射线与生物分子相互作用产生电离而发生的能量转换。 以射线沿径迹1u所消耗的能量表示，单位为KeV/u。 LET=dE/dL 高LET射线：质子、中子 低LET射线：直线加速器产生的X线和钴机产生γ线
细胞死亡的机制： 染色体DNA是关键靶 调亡：照射启动了细胞内的某种基因机制，从而发生一系 列程序性改变，最终导致细胞死亡。多 发生在间期细胞 及成熟分化的细胞。它是高度细胞类型依赖性的。唾液腺 分泌细胞：照射几次即出现口干；神经细胞，淋巴细胞等。 在一定意义上说，只需使肿瘤细胞产生增殖性死亡，即肿 瘤细胞不再无限分裂增殖，就能达到根治肿瘤的目的。 细胞死亡和再增殖完整性丢失（loss of reproductive integrity of tumor cells）存在根本意义上的不同。放射 可治愈性最主要依据是后者。
D0 Gy
线性二次模型（linearquadratic model） 辐射杀灭细胞有两部分：一部 分与照射剂量成比例，另一部 分与照射剂量的平方成比例 S=e -αD-βD2
α和β是常数
存活分数
S是照射剂量为D时的细胞存活 当αD= βD2或D= α/ β，照射剂量 与细胞杀灭成比例的部分与照射剂量 平方成比例的部分相等，在这个剂量 点α/ β，线性和平方项对细胞杀灭 的贡献相等。 α/ β：早反应组织高 晚反应组织低
第三章：电离辐射的细胞效应
辐射诱导的DNA损伤及修复
DNA的链断裂
单链断裂： 离体DNA受照射后约90%为单链断裂；活体DNA受照射后比 例更高。单链断裂后可以按照DNA的碱基配对原则修复 （如此时发生错误修复，可产生突变）。 双链断裂： 离体DNA受照射后约10%为双链断裂；活体DNA受照射后比 例更低。双链断裂后，由于模板的消失，一般不能修复。 注意断裂部位：如断裂部分彼此分开（间隔一段距离）， 可以修复； 断裂在对侧互补碱基位置或仅隔几个碱基， 发生真正双链断裂，及染色体折成两段，导致细胞死亡/ 突变致癌。 双链断裂修复：同源和非同源重组

放射生物学

放射生物学

放射生物学(Radiobiology)放射生物学研究的是放射对生物体作用及其效应规律的一-门学科。

1.正常组织对放射性的反应2.肿瘤对放射性的反应正常组织对放射的反应最小耐受量(TD5/5)一定的剂量-分割模式照射后5年内严重放射并发症发生率不超过5%的剂量最大耐受量(TD50/5)一定的剂量-分割模式照射后5年内严重放射并发症发生率不超过50%的剂量肿瘤放射治疗的两大基本原则1.最大程度地杀灭肿瘤2.最大程度地保护正常组织正常组织与肿瘤组织分次照射后的差别二、分次放疗的生物学基础(4R理论)在引起相同正常组织损伤时，多数时候分割照射的肿瘤局控要优于单次照射分割放射的生物学基础一4R理论(1975由Withers提出)放射损伤的修复(Repair of radiation damage)细胞周期的再分布(Redistribution within the cell cycle)乏氧细胞的再氧合(Reoxygenation)再群体化(Repopulation)（一）细胞放射损伤的修复1.亚致死损伤(sublethal damage)指受照射以后，细胞的部分靶内所累积的电离事件，通常指DNA单链断裂。

亚致死损伤是一种可修复的放射损伤。

亚致死损伤的修复：指假如将某一给定单次照射剂量，分成间隔一定时间的两次时所观察到的存活细胞增加的现象。

1959年EIkind发现，当细胞受照射产生亚致死损伤而保持修复能力时，细胞能在3小时内完成这种修复，将其称之为亚致死损伤修复。

影响亚致死损伤的修复的因素：1.放射线的质低LET辐射细胞有亚致死损伤和亚致死损伤的修复，高LET辐射细胞没有亚致死损伤因此也没有亚致死损伤的修复2.细胞的氧合状态处于慢性乏氧环境的细胞比氧合状态好的细胞对亚致死损伤的修复能力差3.细胞群的增殖状态未增殖的细胞几乎没有亚致死损伤的修复临床意义：细胞亚致死损伤的修复速率一般为30分钟到数小时常用亚致死损伤半修复时间(T1/2) 来表示不同组织亚致死损伤的修复特性在临床非常规分割照射过程中，两次照射之间间隔时间应大于6小时，以利于亚致死损伤完全修复2.潜在致死损伤(potential lethal damage)正常状态下应当在照射后死亡的细胞，在照射后置于适当条件下由于损伤的修复又可存活的现象。

放射治疗技术生物

放射治疗技术生物

（3）总治疗时间：因为晚反应组织更新慢，放疗期 间不发生代偿性增殖，所以对治疗时间变化不敏感 ，缩短治疗时间会增长对肿瘤细胞旳杀灭，但不会 增长晚期并发症。早反应组织对治疗时间反应敏感 ，缩短治疗时间早反应组织损伤加重。早反应组织 对射线旳反应类似于肿瘤组织。
二、非常规分割照射旳生物学基础
超分割：指在一样旳总治疗时间内用更多旳分次数。一天内多 于一种分次，但分次剂量降低。 1.2Gy/次，每天2次，间隔6 小时以上。总剂量与常规放疗相同，其目旳是保护正常组织。
细胞存活旳意义
细胞存活曲线
1、细胞存活曲线旳绘制
离体细胞培养 不同剂量照射 单细胞接种 细 胞培养 2周左右计算集落形成数目 计算存活率
绘制存活曲线
2、细胞存活曲线旳形状
1）指数性存活曲线 2）非指数性存活曲线
3、细胞存活曲线有关参数旳含义
D0 (平均致死剂量)：是指细胞存活从0.1下降到0.037或从 0.01下降到0.0037所需旳剂量。表达受照射细胞在高剂量 区旳放射敏感性。D0值越大，细胞对放射越抗拒。
线性二次模式与α/β值
S =e -n (αd +βd2) 描述了组织生物效应与分次照射及剂量 之间旳关系 预测不同剂量分割方式旳生物效应 进行不同剂量分割方式旳等效转换
不同组织射线照射后反应不同。根据细胞增殖动力学 和α/β比值将正常组织提成早反应组织和晚反应组织。
早反应组织：指机体内分裂、增殖活跃并对放射线早期反 应强烈旳组织，如上皮、黏膜、造血组织、精原细胞等；( 涉及大多数肿瘤组织) 晚反应组织：指机体内无再增殖能力，损伤后仅以修复代 偿其功能旳细胞组织，如脊髓、肾、肺、肝、结缔组织等。
② 潜在倍增时间（potential doubling time ,T pot）， 用来描述肿瘤生长速度旳理论参数，定义：假设在没有细胞 丢失 旳情况下，肿瘤细胞群体增长一倍所需要旳时间。这 取决于细胞周期时间和生长百分比。 潜在倍增时间能够经过测定胸腺嘧啶标识数（LI）或S期百 分比（S-Phase fraction）取得：T pot＝λ×Ts/LI ③ 细胞丢失因子（cell loss factor），肿瘤细胞旳丢失 能够经过计算细胞丢失因子来体现。细胞丢失因子=1- T pot/Td

肿瘤03.临床放射生物学s

肿瘤03.临床放射生物学s

3、细胞周期再分布
① 细胞周期：（图12）
② 与放疗有关周期： M期 — 敏感 S期 — 不敏感
临床意义：常规分割放疗
4、低氧细胞再氧化 （图13） 证实：乏氧细胞 — 放疗不敏感
临床意义: 1、分次治疗，时间一剂量是因子。 2、乏氧细胞增敏。
七、正常组织的耐受量 （表2）
从表中可见：各组织器官TD5/5耐受量相 差很大
定量细胞生物学 细胞周期时期 放射敏感性 4个“R” 基因
揭示：1.放射治疗的基础 2.放射损伤防治基础
二、概念
人类
肿瘤 正常组织
放疗中
生物学效应
指不同质的放射线对生物体产生的生物效应的一门学科。 临床放射生物学：指放射线对人类肿瘤和正常组织的生物学作用。
三、临床放射生物学的意义
1、DNA辐射损伤修复
意义：在放疗中应注意： ↓保护
卵巢、睾丸、晶体、肾、脑、脊髓
还要注意：发育中的乳腺，生长中软骨， 胎儿
八、提高肿瘤放射敏感的方法
1、放射源选择 目的 提高肿瘤剂量 降低周围正常组织剂量
2、选择合适的剂量分割方式 ⑴治疗比：正常组织耐受量↑ ‖ 肿瘤细胞致死量↓ 临床上：①分次照射
②低氧照射 ③增敏
（1）损伤
表现
单链
损伤
种类 致死性
亚致死性
双链
潜在致死性
（2）意义：a. 照射时间 — 剂量关系
时间
照射时间 间隔时间
剂量
总剂量 分剂量
b. 试用化学修饰剂及防护剂 如：增敏剂、氧疗
2、剂量效应关系
（1）图解：图1、图2
（2）意义： ①剂量效应曲线和肿瘤控制率 ②时间—剂量概念在分次治疗中作用
3、氧效应

放射生物学

放射生物学
①肿瘤细胞群总量减少，血管没有损失，血管密度相对增加。
②对放射敏感的富氧细胞选择性杀灭，远离血管的乏氧细胞和血管的距离缩短。
在临床工作中我们可观察到这么一个现象，如肺癌放疗过程中大约2周时，病人出现进食吞咽痛的症状，经过 一段时间后，大约4周，尽管放射的剂量还继续累加，但病人的吞咽同明显减轻，其原因就是食道黏膜上皮的加速 再增殖，使食道黏膜的放射损伤有不同程度的恢复。这种在放疗过程中，细胞的增殖速率不一，在某一阶段内出 现加速增殖的现象，称之为加速再增殖。在放疗区内发生增殖的细胞有两种，一是从放射区外游走进入放射治疗 区进行克隆，例如皮肤、口腔黏膜、消化道黏膜放射损伤后就是通过此方式修复。另外就是照射体积内的细胞进 行克隆，肿瘤细胞就是通过这样的方式产生更多的肿瘤细胞，因而就需要额外的剂量来杀灭加速增殖产生的细胞。
放射后肿瘤内部分细胞获得放射阻抗也和一些因激活而致细胞修复能力改变相关。放射后的胞膜和胞浆可启 动不同传导路径，通过诱导一些转此之外， 放射也可改变酪氨酸激酶传导路径。
许多体内外实验显示，在放疗前或放疗后，由于肿瘤细胞生长环境不同于周围正常组织，细胞常处于基因不 稳定状态，大多分子靶向治疗都是针对肿瘤内异常表达的基因，通过抑制其活性来关闭该基因的传导路径。
临床意义：
预测剂量分割方式的生物效应。
不同剂量分割方式的等效转换。
4R
放射损伤的修 复
放射过程中的 细胞增殖
当细胞受到非致死放射剂量照射后，细胞通过自身的修复机制修复放射损伤，这种非致死放射性损伤包括： 潜在性致死性放射损伤；亚致死性放射损伤。在20世纪60年代Elkind发现受到PLD损伤的细胞，如果处于一个抑 制细胞分裂的环境，这个环境有助于细胞的修复。体外培养试验也证实在放疗后2-4小时内细胞已修复了大部分 SLD，然而不同的细胞的修复动力学也不一样，组织的修复动力学的研究表明SLD的修与照射后的时间呈指数关系， 常用半修复时间1/2T表示。分割剂量和细胞修复动力学的关系目前还不十分清楚，但有资料表明分割剂量大，细 胞的修复能力弱。

3第二章临床放射生物学



细胞死亡： 1.增殖性死亡：几个细胞周期以后才死 即失去无限增殖能力
亡，
2.间期性死亡(凋亡)：几个小时内就死亡，细 胞对放射敏感性较高，比如淋巴细胞 细胞凋亡:是基因控制的细胞自主有序的死亡， 是主动争取的一种死亡过程。就像树叶或花自然 凋落一样。
辐射所致细胞死亡

几百戈瑞的大剂量照射之后，所有细胞机能都中止，最终发生细 胞溶解，这种情况被认为是细胞即刻死亡或间期死亡； 用较低的几个戈瑞照射正在分裂或还能进行分裂的细胞（如骨髓 细胞系、皮肤或小肠隐窝），此时部分细胞丧失其分裂或增殖能力。 另一方面，存活细胞或能够生存发育的细胞是指保持细胞增殖能力， 并能够因此而形成集落或克隆的细胞，这些细胞称为克隆源性细胞。 在体内，肿瘤和正常组织只有一小部分细胞属于克隆源性细胞，受照 后期数量迅速减少。 上述细胞死亡定义对放射治疗具有特殊意义，因为肿瘤细胞即使全都 依然存在，但失去了无限增殖能力，并因此而失去了局部浸润或远地 转移的能力，这样也就达到局部控制的目的。 同样，对于正常组织，大多数急性和慢性放射效应都发生在丧失生存 发育能力的情况下。



三.细胞存活曲线

受照射的细胞保留完整的增殖能力，能无限分裂 产生大量子代细胞形成一个集落或克隆的干细胞 称为细胞存活
细胞存活曲线：用来定量描述辐射吸收剂量与存 活细胞数量的相关性的一种方法。


指数性存活曲线：
细胞存活率与照射剂量成指数性反比关系，即在细 胞放射敏感性不变时，剂量越大，细胞死亡越多； 而敏感度越低，细胞存活率越高； 以同一剂量照射放射敏感与放射抗拒的细胞，其存 活率不同。根据指数性反比关系，即使照射剂量达 到极大时（临床一般不可能用这么高的剂量），也 会有少数细胞存活。p40图 用密集电离辐射如中子、a粒子为放射源，可有这 种放射效应。

放射生物学的基础理论讲解

⑥恒定细胞：照射后无修复能力，只能有其他 组织代替。神经细胞由神经胶质代替 横纹肌由 结缔组织代替，为低敏感。
⑦细胞周期的放射敏感性： Ⅰ：以细胞死亡为标准，M期最敏感，其敏感性是S 期的2.6倍，无亚致死性损伤。 Ⅱ：以细胞分裂延迟为指标，以G1、G2期最敏感。 如阻断G2期，使细胞进入M期 Ⅲ：以畸变为指标，S期最敏感
（四）单靶单击与单靶多击
细胞的死亡或者来自于单次致死性的击中细胞中的 靶或者来至于分成２次击中所产生的亚致死性损伤 的相加。前者以ad表示，后者以βd2表示。因而其最 终的细胞存活率为：Ｓ＝e-(ad+d2)。可以分别把它们 简称为a型细胞杀灭及β型杀灭．它们的单位分别为 Gy-1和Gy-2。它们的比值即α／β＝d（Gy）。当细胞 存活曲线肩区较大时，则α／β值小，而肩区小时则 α／β值较高。 α／β值相当于a型细胞杀灭和β型杀灭 二者生物效应相等时所需的剂量。Ｓ＝e-(ad+d2)即是 所谓的线性－平方模式。
４、应用ＬＱ模式设计非常规分割照射方案应注意以下原则： （１）为使晚反应组织的损伤相对低于肿瘤的杀灭，每分 次剂量应小于１.８－２.０Ｇy。 （２）每天的最高分次照射总量应小于４.８－５.０Ｇy。 （３）每分次照射间隔时间应大于６小时。 （４）在不致引起严重急性反应的情况下，尽量缩短总的 治疗时间。 （５）给予不致引起严重晚期损伤的最高总剂量，但不论 何种方案，两周内给予的总剂量不应超过５５Ｇy。
评价：１、是经验公式，缺乏生物学基础。 ２、把各种治疗归结为单次照射的生物剂量， 不符合临床上治疗情况。 ３、不同组织具有不同的放射敏感性，因而 不能应用单一的指数０.２４来代表所有的修复情况。 ４、不同的分割剂量照射，其指数不一致。 ５、没有考虑到正常组织照射后产生的加速 细胞增殖，另外，也与肿瘤细胞照射后经过一段潜 伏期，干细胞增殖速度加快的生物学现象不一致。

临床放射生物学基础

• 自由基和抗氧化酶和其他抗氧化物质作 用
放射治疗实现的可能性
• B-T定律：
细胞的放射敏感性高低和细胞增长 速率成正比和细胞的分化程度成反比
恶性肿瘤细胞增长快，分化差和正 常组织相比，放射敏感性更高
辐射的细胞生物学效应
• 细胞死亡
（1）增殖性死亡
分裂几次后死亡，临床表现，肿瘤受照后 ，体积不立即缩小，甚至出现临时性增大，以 后，随着肿瘤细胞的不断死亡，肿瘤才缩小
存活率=
(PE)
种植细胞数空白组集落形成
细胞存活曲线
• 高LET线细胞存活曲线----指数性曲线 曲线公式 S=e-kD
• 低LET线细胞存活曲线----非指数性曲线 肩部反映低剂量下损伤修复 直线部分反映高剂量下指数性杀灭 曲线公式为一次二元方程式 S=1-(1-e-kD )n ( K 为直线部分的斜率) D0=1/K (D0 为平均致死剂量) S=1-(1-e-D/ D0 )n
细胞存活曲线 线性二次模型
分次剂量照射的细胞存活曲线
• 分次照射时，细胞存活曲线肩区的 每次照射重建。
细胞动力学的改变
细胞的放射敏感性
• 不同细胞群体的放射敏感性，不断分裂和更新 的细胞敏感，不分裂的细胞抗拒。
• 不同细胞周期时相的放射敏感性差异。 • 不同环境中的细胞敏感性特别是氧分压不同对
曲线几个重要参数: D0 ,n值,Dq值
细胞存活曲线 单击单靶模型
细胞存活曲线 单击单靶模型
e-1 = 0.37 e-2 = 0.14 e-3 = 0.05
细胞存活曲线 单击多靶模型
细胞存活曲线 线性二次模型
• Thames和Bentzen于80年代提出 • LQ模型以DNA双链断裂造成细胞死亡为理论依

临床放射生物学的名词解释

临床放射生物学的名词解释临床放射生物学作为一门交叉学科，是研究放射照射对生物体产生的生物效应和放射防护的科学原理与方法的学科。

它涉及到很多专业术语和名词，以下将对一些常见的名词进行解释，以便更好地理解和应用临床放射生物学知识。

1. 放射生物学：放射生物学是研究放射照射对生物体产生的生物效应的科学。

它探讨放射线对细胞、组织、器官和整个生物体的影响，旨在揭示放射线对生物体的损伤机制和影响程度。

2. 生物效应：生物效应是指放射线照射对生物体产生的生理、生化和分子水平上的改变。

这些效应包括辐射疾病（如白血病、肿瘤等）、基因突变、DNA损伤、遗传效应以及其他可能引起组织器官功能障碍的不良影响。

3. 剂量：剂量是指放射线吸收的量，用来衡量生物体所受到的放射照射。

常用的剂量单位包括雷诺（Roentgen，R）、吉里（Gray，Gy）、希沃特（Sievert，Sv），用于表示照射的强度、吸收的能量以及损伤的潜在影响。

4. 辐射损伤：辐射损伤是指放射线照射后引起的细胞、组织、器官或整个生物体的变化与损伤。

辐射损伤主要表现为基因突变、DNA损伤、细胞凋亡、细胞周期紊乱和组织器官功能异常，可导致放射疾病的发生。

5. 放射防护：放射防护是指采取一系列防护措施，以减少或防止人体受到放射照射的危害。

放射防护措施包括工作场所的防护设计、个人防护装备的使用、放射源的合理布置和管理，旨在保障操作人员、公众和环境的安全。

6. 总剂量效应：总剂量效应是指生物体受到一定剂量的放射线照射后可能出现的一系列不良效应。

这些效应包括急性效应和慢性效应，如急性炎症反应、恶性肿瘤、生殖功能障碍等。

7. 反应剂量效应：反应剂量效应是指生物体对照射剂量的可感知、可测量、可评估的生理和生物学响应。

这些响应是剂量依赖性的，它既可以是有益的，也可以是有害的。

8. 遗传效应：放射线照射对细胞和生殖细胞的遗传物质（DNA）产生的变异和损伤所引起的基因突变，导致遗传信息的传递出现变异。

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脑的TD 5/5 和 TD 50/5
脑受照体积 1/3 2/3 3/3
———————————————————— TD 5/5 （Gy） 60 50 45 TD50/5 （Gy） 75 65 60 ————————————————————
脊髓的TD 5/5 和 TD 50/5
受照体积 1/3 2/3 3/3
肾脏
靶细胞：肾小管细胞，肾小球和近肾小球细胞 α/β≈1.7~2.0 Gy 半修复时间=2.1小时 间隔时间>8小时 耐受量：全肾照射时≈ 30 Gy ，故一侧肾照射 时，应严格保护健侧肾，使其低于20 Gy。 其耐受潜伏期可长达1~10年
心脏
靶细胞：心肌细胞，血管内皮细胞 α/β≈2.4~2.9 Gy 耐受量：1/3体积=60 Gy 2/3体积时为45 Gy 全心照射：40 Gy TD 50/5 心包炎：1/3体积：70 Gy 2/3体积：55 Gy 全心：50 Gy
• 氧扩散的有效距离：100~180 um • 中心层细胞可坏死 • 其动态过程称为再氧合
再增殖（或称再群体化）（Repopulation）
• 是大多数肿瘤和急性反应组织补充放射损
伤的最主要方式 • 但此现象在晚期反应组织中可以忽略不计
放射敏感性（Radiosensitivity）
• SF2：即2 Gy 照射后的细胞存活数 • 它的大小可在一定程度上反映该细胞的放
与放射后组织纤维化有关的因子
• 放射 →TGF – β升高 →促进胶原合成，抑制
胶原酶产生 → 血小板生长因子（PDGF）→ 促进纤维母细胞的增生 → 促进纤维母细胞分 化→纤维细胞形成
与放射后血管损伤有关的因子
• 相关基因：PDGF、TNF、bFGF、E – 9等
→ 促分裂因子释放 → 诱导血管内皮细胞 和纤维细胞的增生→ 血管腔变小、纤维化、 毛细管扩张。
临床放射生物学 Clinical Radiobiology
(复旦大学 肿瘤医院 姚伟强)
定义： 研究放射线对肿瘤组织和正常组织 的效应以及该两类组织被射线作用 后所起的反应。
历史： Ｘ线的发现 氧效应和“亲电子”理 论 定量放射生物效应 细胞动力学 四个Ｒ的提出 时间—剂量—分割的关系 Ｌ－Ｑ模式 内在放射敏感性和第５个 “Ｒ” 放射敏感性的预测和个体化放疗 分子放射生物学与现代放射治疗学
再程照射的正常组织耐受性
取决于：首程照射时剂量，间隔的时间 一般认为间隔时间须在10个月以上，不得低 于半年
皮肤组织和小肠
• 其晚期反应较早期反应耐受性更差，耐受
剂量仅为50~70%
肺
• 再程放射的耐受量为第一次耐受量的70%
以下。
脊髓
• 再次治疗与第一次治疗时的体积和剂量大小呈反
比 • 耐受量随间隔时间延长而增加（至少大于26周） • 残存的损伤一直保留下去 • 其再程放疗的耐受量≤85%的首程剂量 肾和膀胱一般不能耐受第二次放射治疗 临床经验：鼻咽癌，食管癌
超分割放疗
• 定义：每次量低于常规分割
每天照射2~3次，间隔 ≥ 6小时，总剂量增 加 15~20%，总治疗时间接近于常规照射。
超分割放疗的理论基础
• 四个 “ R ” • 适应症：头颈部肿瘤，非小细胞肺癌、脑瘤 • 不适合的肿瘤：软组织肿瘤，淋巴瘤，小细
胞肺癌。
超分割放射治疗的定量因素
• 每次分割量：大小适中 • 放射总剂量：增加 15 ~ 25 % • 二次照射的间隔时间 ≥ 6小时 • 放疗疗程：与常规放疗疗程相仿，不应过
长
加速超分割放疗的理论与实践
• 定义：每天放疗1次以上，每次分割量1~2 Gy
总疗程缩短，总剂量与常规分割放疗相仿或稍 低。
实验依据
• 照射后，瘤体积缩小，但肿瘤生长速度加快 • 照射后，瘤体积缩小，但增殖的瘤细胞数量
反增加。 • 放疗时间延长，控制肿瘤的剂量增加。
临床依据
• 放疗后肿瘤复发的时间 • 在不同长短疗程的放疗之间比较达到相同
剂量——效应 生存曲线 几个基本参数： D0 n
Dq，平均致死剂量 准阀杀灭剂量
剂量率效应，LET的概念 相对生物效应：
达到某一生物效应所需之250kv x线的剂量 RBE = —————————————————— 达到相同生物效应所需之某种射线的剂量 乏氧条件照射达到某一生物效应所需之剂量 氧增敏比 = —————————————————
容积剂量的概念 并联组织：肺、肝，其耐受量与容积密切相关 串联组织：脊髓、食管，其耐受量与容积不太 相关。
正常组织放射损伤的靶细胞：
早反应组织：干细胞 功能器官：特定的细胞，如少突胶质 细胞，Ⅱ型肺泡细胞，肝实质细胞，肾小管细 胞 血管内皮细胞
脊髓
• 靶细胞： 少突胶质细胞， α/β≈1.5~5 Gy • 修复时间 > 4 小时，完全修复：24小时 • 耐受量： 48 Gy（每天 2 Gy 照射时 ）
全肺：17.5 Gy 1/3~2/3体积：30 Gy 小于1/3体积时：45 Gy TD 50/5：全肺=24.5 Gy， 1/3~2/3肺=40 Gy 小于1/3肺=65 Gy
肝
靶细胞：肝实质细胞，血管内皮细胞 α/β≈< 2 Gy 耐受量：全肝：30~35 Gy 局部：55~45 Gy 但有肝硬化时耐受量显著降低 肝硬化 child-Pugh A 的患者，全肝=23 Gy 肝硬化 child-Pugh B 的患者，全肝=6 Gy 当采用适形技术，部分照射时耐受量明显提高
·
+
DNA损伤是射线作用的最重要的“靶” 根据：
DNA损伤的基本类型： 单链断裂 双链断裂 单链杀灭 双链杀灭
放射导致的后果： ■细胞死亡（增殖死亡），间期死亡，致死性损 伤 ■修复：亚致死性损伤；潜在致死性损伤 凋亡 ■畸变 癌变

细胞的放射敏感性： Bergonie Tribondeau (BT定律) 与增殖呈正相关 与分化呈负相关
线，故单纯提高剂量不能进一步提高治愈 率。
肿瘤体积效应
• 肿瘤体积大小与放射控制呈反比 • 或与肿瘤的干细胞数量呈反比
再群体化的加速
• 放射后存活下来的残存肿瘤干细胞可加快
生长速度
肿瘤床效应
• 受照射过的部位肿瘤再生长可以较慢
乏氧和再氧合
• 此现象仅存在于肿瘤组织内 • 并且呈动态变化
肿瘤细胞的放射敏感性
多数人体肿瘤细胞周期时间平均为2.3天 多数人体肿瘤的体积倍增时间平均为3个月 多数人体肿瘤细胞的生长比例:6~90% 多数人体肿瘤细胞的丢失因子70~90% 例如Tpot=5天，而Td=70天，则细胞丢失 因子=1 —（5/70）=0.93
肿瘤的指数性和非指数性生长 人体肿瘤的生长方式：Gompertz 生长曲线 9 一般假定1克肿瘤约含10 的细胞数，也是 临床能观察到的临界值。
有氧条件照射达到某一生物效应的放射耐受）
正常组织的结构组分
• 干细胞 • 正在成熟的细胞 • 分化或功能细胞
组织的反应模式
结构等级制约模式 （hierarchical model） 多数上皮性早反应组织，与剂量关系小 灵活模式（flexible model） 包括多数功能器官：肝，肾，与剂量关系大
临床放射生物学的分子学进展
• 很早就认识到细胞的放射敏感性与基因有
关，如著名的AT综合症，Nijmegen综合症 （7，14号染色体畸变） Bloom综合症，Faconi贫血症等患者对放射 异常敏感。
癌基因与抗癌基因的辐射效应
• 癌基因：ras myc与辐射抵抗有关 • Rb基因和P53基因突变可增加细胞的辐射抵抗
射敏感性。
初始DNA双链断裂
• 其与最终细胞的存活数是否一致尚有争议
DNA双链断裂的修复
• 修复能力或修复速度与细胞存活大致一致，
但也有例外。
修复的忠实性
• 此可能更有力的反映细胞的放射敏感性或
反映细胞受照射后的存活数。
非常规分割放疗的生物学基础
• 超分割放疗的理论与实践 • 加速超分割放疗的理论与实践
早期或急性放射反应相关的基因
时间：数分钟自1小时，Egr-1，C-jun，NFKB基因激活，促使静止期细胞进入细胞周期， 并参与修复。 放射也可激活TGF — α、TGF—β、EGF及其 受体， 激活与核分裂有关的基因：C – fos， C – myc →分裂↑
亚急性放射反应基因
放射 → TNF、IL-2 →内皮细胞释放细胞粘 附分子→介导白细胞进入相关组织→水肿、 炎症反应。
基本概念：
作用阶段： -14 物理阶段：极短：10 秒 -10 化学阶段：很短：10 秒 生物阶段：数分钟自几十年
放射线对细胞的杀灭机制： 直接作用 间接作用：→水→产生自由基→攻击细胞分子
基本的化学反应式 R→R +e
+ -
R →R +H
+
+
·
+
H2O → H2O +e
+
H2O →HO +H
早期反应和晚期反应组织的发生机制 口腔粘膜，其严重程度反映了死亡的干细胞与 存活细胞的平衡。 功能器官，损伤的细胞总数超过临界值→严重 反应。
早期反应组织：α/β ≈10，受伤程度与时间关 系大，与单次剂量关系小 晚反应组织： α/β≤5，受伤程度与时间关系不 大，但与每次剂量关系大
正常组织的放射耐受量 定义：产生临床可接受的综合症的剂量 TD 5/5：最小耐受量，指在标准治疗条件下， 治疗后5年内小于或等于5%的病例发生严 重并发症的剂量。 TD50/5：最大耐受量，指在标准治疗条件下， 治疗后5年内小于或等于50%的病例发生严 重并发症的剂量。
常见人体肿瘤生长参数
—————————————————————————————————— 标记指数（%） Td(天) Tpot(天) 丢失因子（%） —————————————————————————————————— 大肠癌 15（10~22） 90（60~70） 3.1 96 头颈癌 6.9（5-17） 45（33~150） 6.8 85 肺癌 19（8~23） 90（40~160） 2.5 97 恶黑 3.3 52（20~150） 14 73 肉瘤 2.0（0.3~6） 39（16~78） 23 40 淋巴瘤 3.0（0.4~13） 22（15~70） 16 29 儿童肿瘤 13（10-25） 20 3.6 82 ——————————————————————————————————