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临床放射生物学 放射生物学(radiobiology)：是研究放射线 (电离辐射)对生物体作用的学科。 (观察不同质射线照射后的各种生物效应，以及不同内、外因素对生物效应的影响) 临床放射生物学(clinical radiobiology) ：是研究放射线对肿瘤和正常组织的作用机制及其照射后的反应过程。 电离辐射生物效应的基本过程 各种不同质的电离辐射在生物体内能产生次级电子，引起电离，从电离辐射被吸收至观察到细胞微细结构损伤和破坏等生物效应的这段过程，称为原初作用过程。 在此过程中放射能量的吸收和传递、原子的激发和电离(物理阶段)、自由基的产生、化学键的断裂等分子水平(化学阶段)的变化又引起细胞、组织器官和系统(生物阶段)的变化，最终引起整体功能变化。 放射治疗中的生物物理因素 是指次级粒子径迹单位长度上的能量传递，即带电粒子传给其径迹物质上的能量。 常用单位：KeV/um LET分为两类：低LET射线 (X 、γ、β射线)，LET值＜10KeV/um；高LET射线 (快中子、负π介子、重粒子)，LET值＞100KeV/um 辐射生物效应与LET值有重要关系。在相同吸收剂量下，射线LET值越大，其生物效应越大。 高LET射线的特性 高LET射线系指快中子、质子、负π介子以及氦、碳、氮、氧、氖等重粒子。 特性： Bragg峰： 高LET射线对细胞中含氧状态依赖性小； 细胞亚致死损伤修复率低 细胞周期依赖性小 相对生物效应(relative biological effect,RBE) 定义： 细胞对射线的反应 从放射生物学观点，对一个细胞来讲，如果失去了无限增殖的能力，就意味着细胞的死亡，因为细胞只有在不断分裂的情况下才能生存下去。对于已分化不再增殖的细胞，只要丧失其功能便可认为死亡。 放射治疗的效果，主要是根据是否残留具有无限增殖能力的细胞，而不是要求瘤体内的细胞达到全部破坏。 细胞致死机制——靶学说 1924年Crowther 首先提出照射抑制细胞有丝分裂的原因在于染色体像着丝点那样大小的体积中发生了 一次电离辐射，并证明细胞分裂的抑制与照射剂量之间存在有定量关系。 1946年英国放射生物学家Led出版《辐射对活细胞的作用》一书，成为靶学说的经典之作。 1947年德国物理学家Timofeeff-Ressovsky Zimmer合著《生物学中的击中原理》对靶学说的基本概念做了完善和补充。 …… 靶学说要点 生物结构内存在对放射敏感的部分，称之 为 “靶”，其损伤将引发某种生物效应； 电离辐射以离子簇的形式撞击靶区，击中概率遵循泊松(Poisson)分布； 单次或多次击中靶区可产生某种放射生物效应，如大分子的失活或断裂等。 细胞致死机制 照射所致细胞死亡的敏感部位在核内； DNA是射线杀伤细胞的主要靶； DNA的破坏，中断了细胞分裂所必须的DNA复制过程； DNA损伤主要为单链或双链的断裂；单链断裂在一定条件下还可能修复，双链断裂则难以修复，导致细胞死亡。 *射线导致DNA损伤的两种方式 直接作用：如果入射的放射线直接引起DNA 损伤，称为照射的直接作用。 间接作用：如果放射线通过对水的电离产生羟自由基OH · ，引起DNA损伤，称为照射的间接作用。(据估算哺乳动物细胞内X线所致DNA损伤的2/3是由OH · 基引起的)。 *影响射线引起DNA损伤的因素(1) 最重要的是细胞内的氧，氧可以延长电离辐射间接作用产生的羟自由基的生存时间，在明显低氧和肿瘤坏死区域，间接作用效果降低。 氧效应： 定义：放射效应随介质中氧浓度的增加而增加，这种现象称为氧效应。 氧增强比(oxygen enhancement ratio OER)： OER值＞1， X(γ)射线OER值一般为2.5-3；高LET射线对细胞内含氧状态依赖性小，快中子OER值为1.5-1.7。 乏氧细胞： 肿瘤生长迅速，血管生长不能满足肿瘤生长，肿瘤内部供血不足，导致细胞乏氧； 乏氧细胞放射敏感性只有有氧细胞的1/3； 乏氧细胞损伤修复能力强； 直径1mm肿瘤就会出现细胞乏氧； 实体瘤中乏氧细胞比例在10~50%左右，瘤体越大比例越高； *影响射线引起DNA损伤的因素(2) 处于不同细胞周期时相的细胞对射线敏感性不同，M期细胞对射线最敏感，其次为G2期细胞；G1期和S期细胞不敏感。 电离辐射直接作用(高LET射线)引起DNA损伤较少依赖于细胞内氧水平和细胞周期时相。 *细胞存活曲线 细胞存活的概念 ：具有无限增殖能力 细胞存活率随照射剂量增加呈指数下降 细胞存活曲线的临床意义 ： 研究各种细胞生物效应与放射剂量的定量关系 D1 (初始斜率)：细胞存活曲线的初始部