临床放射生物学-查文武

临床放射生物学查文武江苏省肿瘤医院一，基本概念研究：1;电离辐射对机体正常组织和肿瘤组织的基本作用机制。2;如何人为地改变正常组织和肿瘤组织对电离辐射的反应性，提高肿瘤的放射敏感性和降低正常组织的放射反应。成年人体组织大约含用5×1013个细胞，这些细胞是基本的生物单元，它们代表电离辐射的生物靶。电离辐射效应的关键部位：Muro采用α粒子微型钋针照射中国仓鼠细胞，250GY照射细胞质，对细胞增殖没有影响，而照射细胞核只需即可导致细胞死亡。实验表明细胞核的放射敏感性比细胞质要高100倍以上，也就是说染色体DNA是细胞杀灭主要的靶部位。因此，在临床放射治疗范围内的照射剂量作用后，DNA损伤无疑被认为是细胞死亡的主要原因。P226图3-1-3细胞由细胞膜﹑细胞质和细胞核构成。细胞核含有遗传物质DNA，是放射性杀灭细胞的主要靶部位。放射性对细胞DNA的作用有二种形式：直接作用：放射性被生物物质吸收时，DNA的原子被电离或激发，从而启动一系列事件，导致生物学改变。间接作用：细胞成分的80%是水，放射性对水分子的作用产生氢氧自由基,它弥散一定的距离到达DNA,引起DNA的损失，导致生物学改变。

H2O H2O+（离子基）+e-

H2O++H2OH3O+OH·(氢氧自由基）氢氧自由基是一个高度活跃的自由基，并能弥散一定的短距离到达细胞内关键的靶部位。从放射线的吸收到最后观察到生物学改变的各时相：P225图3-1-2放射敏感性和放射可治愈性1,放射敏感性：指肿瘤或肿瘤细胞在受到照射后的反应程度。表达对照射的反应。也可用细胞出现增殖性死亡比例的大小来表达，比例大则敏感性高，反之则低。四个主要因素：A,细胞固有敏感性B,是否有乏氧细胞C,乏氧克隆细胞所占的比例D,细胞放射损伤的修复。2,放射可治愈性：指的是治愈原发和区域内转移的肿瘤。反映了照射的直接效应，但这不一定反映病人及时的疗效。放射敏感性与放射可治愈性的关系：二者之间没有什么明显的相互关系。一个肿瘤可能放射敏感但不能治愈；或反之，虽然相对较抗拒但能为单纯放疗或与其它措施相结合而被治愈。例如：乳腺癌，前列腺癌；放疗后体积缩小很慢，但放疗治愈的可能性很大。而弥漫性恶性淋巴瘤，多发性骨髓瘤在几次分次照射后肿瘤就可能完全消退，然而却没有治愈的希望。肿瘤的消退程度并不反映肿瘤内的细胞增殖情况，甚至当一个肿瘤正在消退时，其内部还会有少量细胞正在增殖从而成为复发的基础。治疗比（治疗获得系数）：

同一措施对肿瘤的影响治疗获得系数（TGF）＝

同一措施对正常组织的影响作为定量的表达可用各种不同的措施的肿瘤控制率与并发症发生率之比，也可用两者的RBE（相对生物效应）,SER（增敏比），TER（热增强比）等进行比较。评价某一措施是否有应用价值TGF必需﹥1,值越大越好。人体肿瘤细胞的放射敏感性：用SF2表示。值越小，放射越敏感（0.2-0.5)。放射生物的治疗指数的概率：在固定正常组殖损伤基础上的肿瘤效应。有一个最合适的剂量可以实现对肿瘤有最大的控制而又产生最少的并发症的发生率。两条曲线分得越开则治疗比就越好。（P228图）X线﹑Co60γ线和电子线均属低LET射线，它们对DNA的损伤以间接形式为主。放射治疗的目的：使肿瘤细胞失去无限增殖的能力，不能继续生长﹑转移和扩散，就能达到根治肿瘤的目的。二，细胞存活曲线细胞存活曲线：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。放射生物学规定的细胞死亡的概念：一个细胞受照射后，形态完整无损，具有生理功能，有能力制造蛋白质或合成DNA,甚至还能挣扎通过一次或几次有丝分裂，但由于受照射的细胞失去无限增殖的能力，即被看成是死亡的细胞。这种死亡称之为增殖性死亡。反之，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存活细胞。病理学细胞死亡：细胞因受严重损伤而累及胞核时，呈现代谢停止，结构破坏和功能丧失等不可逆性变化，此即细胞死亡。死亡细胞的质膜崩解，结构自溶并引发急性炎症反应。细胞存活曲线的制作方法：1,单细胞获得2,单细胞培养3,单细胞接种后照射并培养再计算出存活率。4,在坐标上找出照射剂量和存活率相对应的点，将所有的点连接起来形成一条曲线即为细胞存活曲线。存活率＝照射后细胞形成的集落数/接种细胞数×未照射细胞集落形成率(PE)P233图3-2-2P234图3-2-3细胞存活曲线的形式：1,致密型电离辐射（高LET）：指数性存活曲线。指数性存活曲线是一条直线，其特点是只有一个生物学参数，即37%剂量斜率或D0值（斜率的倒数）。细胞群受剂量D0照射后，并不是所有细胞都受到打击，实际上只有63%的靶细胞受到致死性的击中，而有37%的细胞幸免于死亡。在此情况下可以把D0写成D37，通常称之为平均致死剂量。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）。。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。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。指数性存活曲线是单靶单击的结果。靶指的是细胞放射敏感的区域。击指的是射线粒子的打击。2,稀疏型电离辐射（低LET）：非指数性存活曲线。对稀疏电离辐射（X﹑γ射线），它们的细胞存活曲线常出现弯曲，初始部分呈凸形，因此被称为初始的肩段，随后在高剂量照射部分趋于直线。参数D0（平均致死剂量）可用于描述直线部分的放射敏感性。直线外推相交于纵坐标，得到参数N，称为外推数；同一延长线与100%存活点引出的横坐标相交的点称为准阈剂量Dq。P63图b初始斜率D1是在存活曲线初始的直线部分把存活细胞比例下降到37%所需要的剂量。是初始斜率的倒数，反映细胞在低剂量区的放射敏感性。D0是最终斜率的倒数。基于存活比例是对数级的，并且在高剂量时存活曲线是一直线，此时在任何存活水平要把细胞群体降低至一个设定的水平（至）所需的剂量都是一样的，即对每一个细胞提供一个灭活事件所需要的平均致死剂量。它反映每种细胞在相对高剂量区对射线的敏感性，D0值愈大，细胞对放射愈抗拒。同一种细胞，D0值的改变，标志着细胞放射敏感性的变化。测量肩宽的参数是准阈剂量Dq，这基本上是一个阈值剂量。一个阈值剂量意味着小于这一剂量将没有效应，但在射线的作用中没有无效应的剂量，因此，只能称之为准阈剂量。它表明细胞亚致死损伤修复能力的大小，Dq值小，表明细胞对亚致死损伤能力较弱，很小剂量便可使细胞进入致死损伤的指数性存活曲线部分。外推数N值是表示肩宽的量。如N大（比如10或12）该存活曲线就有一个宽的肩。如N值小（比如～2）则曲线的肩就小。N值反映细胞内所含放射敏感区域数，即所谓靶数。表示细胞内固有的与放射敏感性相关的参数。细胞存活曲线的临床意义：1,研究各种细胞与放射剂量的定量关系。2,比较各种因素对放射敏感性的影响。3,观察有氧与乏氧状态下细胞放射敏感性的变化。4,比较不同分割照射方案的放射生物学效应，并为其提供理论依据。5,考查各种放射增敏剂的效果。6,比较单纯放疗或放疗加化疗或/和加温疗法的作用。7,比较不同LET射线的生物学效应。8,研究细胞的各种放射损伤（致死损伤，亚致死损伤，潜在致死损伤）以及损伤修复的放射生物学理论问题。三，正常组织增殖动力学和放射反应细胞周期时间：是指从细胞周期的某一点到子细胞周期的同一点的时间。细胞增殖周期：G1期：DNA合成前期S期：DNA合成期G2期：DNA合成后期M期：有丝分裂期正常组织的增殖动力学：正常组织细胞丢失后，人体自动稳定控制系统启动，细胞加快增殖，当增殖的细胞数与丢失的细胞数达到平衡时，增殖速度恢复正常。正常组织分快反应组织和慢反应组织。前者以积极的增殖和维持稳定状态的一定细胞数为特征：包括造血细胞，小肠上皮，表皮，输精上皮和淋巴生成细胞等；后者如肝，肾，呼吸道，内分泌器官和结缔组织等，特征是标记指数低，更新时间很长。另外神经细胞，心肌细胞完全没有分裂。细胞周期的放射敏感性：以死亡为标准，M期最敏感，S期的敏感性最差。以分裂延缓为标准，则G2期最敏感。人体组织对放射性的敏感性与其增殖能力成正比，与其分化程度成反比。即增殖能力越强的组织越敏感，分化程度越低的组织越敏感。四，肿瘤生长和增殖动力学以及对照射的反应肿瘤生长分期：临床前期和临床期临床能发现的肿瘤大约1cm3,1g重，含109个细胞。生长比例：肿瘤内进行增殖活动的细胞数与总细胞数的比例。细胞丢失因子：细胞丢失率与新的细胞产生率之间的比例，细胞丢失因子小于1是肿瘤的特征。肿瘤体积倍增时间：肿瘤体积增加一倍的时间。潜在倍增时间：不考虑细胞丢失因素，细胞固有的体积增加一倍的时间。肿瘤生长率的影响因素：细胞周期的长短，生长比例，细胞丢失率。氧效应氧在射线和物体的作用中所起的作用。正常组织中氧含量少的乏氧细胞比例小，﹤1%，而肿瘤组织中乏氧细胞可高达30～40%。如果肿瘤内乏氧细胞的比例﹥60%，则低LET射线不能控制肿瘤。氧效应作用原理⑴随氧含量增加，氢氧自由基增多，加重细胞的损伤。⑵使放射损伤固定，不易修复。放射损伤的修复：⑴亚致死损伤修复照射后1小时内出现，4～8小时完成。⑵潜在致死性损伤修复。放射线对正常组织的影响早反应组织指增殖快的组织。如皮肤﹑骨髓﹑肠﹑睾丸等。一般在治疗后不久即出现反应。大多数肿瘤组织为早反应组织。晚反应组织指增殖慢的组织。如肾﹑肺﹑中枢神经系统﹑成熟的结缔组织。受照射后的早反应组织的亚致死损伤修复和潜在致死性损伤修复能力比晚反应组织弱，但增殖能力较晚反应组织强。分次照射后的组织反应4R亚致死损伤的修复细胞的再增殖细胞周期时相的再分布肿瘤乏氧细胞的再氧合时间﹑剂量﹑分割因素疗程：影响肿瘤局部控制率和急性反应在给与一定的总剂量，疗程延长急性反应减轻，但肿瘤局控率可能降低，对晚反应组织影响不大.疗程延长，肿瘤控制率下降的主要原因是肿瘤组织加速再增殖，补救的方法一般是⑴缩短后程治疗时间。⑵增加总剂量。分割剂量：主要影响晚反应组织，分割剂量大不利于晚反应组织的修复。﹑每日分割剂量间隔时间：每日照射一次以上时，分割剂量之间的间隔时间要足够长，使修复尤其是亚致死损伤修复完全，否则损伤积累，后一次放射，即是剂量与第一次相同，也可明显增加损伤。时间﹑剂量和分割形式：⑴常规分割（CF）：每天照射一次，每周照射5次，每次1.8～2GY。⑵超分割（HFGY)。总疗程不变，总剂量增加。主要目的是减少后期反应（分割剂量小于常规剂量）。每天（每周）的剂量增加，急性反应增加，一般适合于增殖不太快的肿瘤。一般认为每日剂量以及总剂量为常规剂量的1.15～1.25倍。（3）加速分割（AF）:总不改变剂量，每天照射≥2次（间隔6h以上），每次量同常规分割剂量。适合于细胞增殖快的肿瘤。缺点是靶区内正常组织急性反应较重。加速超分割（AFRT）主要为克服放疗期间的肿瘤细胞加速再增殖。其有多种形式，但有以下共同点（1）每天放疗1次以上。（2）每次放疗剂量在1-2GY。（3）总疗程较常规分割放疗缩短。（4）总剂量与常规分割剂量相近或稍少。GY左右）。后程加速超分割前程常规照射，后程加速，总剂量适当降低。逐级加量加速分割大分割照射：每周照射2-3次，周剂量约等于常规分割周剂量，每次剂量加大，总照射次数减少，适用于亚致死损伤修复能力强的肿瘤。热疗分3类：1,局部热疗2,区域热疗3,全身热疗按治疗温度的不同分为1,常规高温热疗（41-45℃）2,固化热疗（50-100℃）3,气化热疗（﹥200℃）最常使用的是常规高温热疗，主要是配合放、化疗，起协同、增敏作用。浅表肿瘤用微波