临床放射生物学技师课件

临床放射生物学放射敏感性和放射可治愈性的关系

放射治愈是指治愈了原发及区域内转移的肿瘤。因此，可能与病人的最终结果不一致。放射敏感性是指放射效应，按放射治疗肿瘤的效应把不同肿瘤分成放射敏感，中等敏感及放射抗拒的肿瘤。放射敏感的肿瘤常常是分化程度差，恶性程度高的肿瘤，它们易转移，放射治疗局部疗效虽好，但由于远地转移而病人最终未能治愈。治疗获得系数（TGF）

为寻找最佳治疗剂量而设置的一种判断值。所谓最佳治疗剂量是指对肿瘤实现最大限度的控制同时产生最少并发症发射率的放射治疗剂量。TGF=某一治疗措施对肿瘤的影响/同一治疗措施对正常组织的影响意义

1．作为定量的表达可用于各种不同治疗措施对肿瘤控制率与并发症之比，当TGF＞1时，该措施有应用价值，其比值越大越好；2．用于各种不同治疗措施间RBE（相对生物效应）、SER

（用增敏剂后的增强比）、TER（热增强比）等进行比较。

增殖慢的细胞与增殖快的细胞各自在周期内的进程不同。在照射时对细胞周期各期的进程影响的差别主要是由于启动DNA合成的放射敏感性差别所致。Little（1970）用羊膜细胞作为增殖慢的细胞模型，研究照射对周期的影响。其观察到的结果：在分次照射时，逐渐把增殖慢的细胞阻滞在G1期，而增殖快的细胞能正常的通过整个细胞周期。前者由于照前已有不少细胞处于G1期，照后使G1期细胞的比例更为增加，使两部分差别更大，也影响了各自的放射反应性。在分次照射后，存活的情况就相当不同：在有些人体肿瘤内，这样的效应结果可能是由于增殖快的部分被阻断于G2期，而增殖慢的部分被阻断于G1期，使S期细胞逐渐减少。照射后有一个短暂的没有分裂的时间，这一“分裂延缓”的时间随剂量的增加而增加。在多个不同期及不同类型的细胞“分裂延缓”时间不同。早、晚反应组织与α/β值机体内的正常组织按α/β的大小分为早反应和晚反应正常组织。上皮、粘膜、骨髓、精原细胞等组织的α/β为lOGy左右，放疗过程中，其存活干细胞再增殖是损伤补偿的主要形式；而脊髓、肾、肺、肝、皮肤、骨、纤维脉管等，其α/β小于3Gy，放疗中无明显的再增殖，它的损伤修复和细胞周期的再分布是重要的保护机制。肿瘤基本属于早反应组织。α/β的比值表示引起细胞杀伤中单击和双击成分相等时的剂量，以吸收剂量单位Gy表示。α/β比值的意义在于反映了组织生物效应受分次剂量改变的影响程度

早及晚反应组织对分次剂量的反应差异有一些特殊的临床意义：

1．分次剂量对晚反应组织更为有害。2．增殖慢的肿瘤外，用较小的分次量有可能得到较高的治疗获得（TGF），持续的较低的分次剂量可使晚反应正常组织比早反应正常组织及肿瘤受到较少损伤。此为超分割治疗的理论依据。3．为发挥治疗获得的最大潜力，晚反应组织的SLDR必须完全，因此如用多分次治疗，两个分次的间隔至少应有6h。4．在临床运用中子放射治疗时发现对晚反应组织的RBE高，但这并不反映中子对晚反应组织有专门的损伤效应。照射后正常组织与肿瘤组织的恢复与生长由于正常组织有自动稳定控制系统，因此每次照射后正常组织及肿瘤组织的恢复及生长情况都不相同，简要归纳如下:1．正常组织受照射后细胞增殖周期的恢复较肿瘤细胞为快，实验肿瘤照射后可见G2期有显著的延长，这是由于肿瘤组织内一部分细胞处于慢性乏氧状态因此亚致死损伤的修复较慢。2．照射后肿瘤可能有暂时的加速生长，但这种生长速度比不上正常组织为填补损伤而出现的增殖加速。3．肿瘤细胞群内的生长比例原来就较正常组织为大，处于细胞周期活动的细胞多，受致死损伤的就比正常组织多，受其它不同程度损伤的也较正常组织多。分次放射治疗中可利用正常组织和肿瘤组织放射效应的不同达到杀灭肿瘤细胞保护正常组织的目的。正常组织耐受量

人体正常组织受一种自动稳定控制系统的控制。正常情况下细胞群的增殖相当于丢失。但当某一细胞群失去平衡时，这种自动控制作用将使细胞加速增殖，以迅速补充却损。可更新组织慢更新组织正常组织分类快更新组织非更新组织快更新组织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、输精上皮和淋巴细胞等。慢更新组织的特征是标记指数低，更新时间长，如：肝、肾、呼吸道、内分泌器官和结缔组织等。非更新组织只是偶有分裂，但在成年人这种分裂不能满足自我更新，包括骨、脂肪和平滑肌。另一些细胞完全没有分裂，如：神经细胞、睾丸的足细胞和心肌细胞。正常组织的耐受量

在超高压治疗条件下（1~6Mev）按局部照射剂量水平划分为：照射10~20Gy剂量范围即有明显反应的组织：生殖腺，发育中的乳腺，生长中的骨和软骨，骨髓，晶体，胎儿。照射20~45Gy剂量范围即有较明显反应的组织：整个消化系统，肾，肺，肝，全心，甲状腺，垂体。照射50~70Gy剂量范围可有较明显反应的组织：上皮结构，成熟的骨和软骨，中枢神经系统，脊髓，眼，耳，肾上腺。照射剂量≥75Gy不发生严重并发症的组织：输尿管，子宫，成人乳房，肌肉，血液，胆道，软骨，周围神经，肺尖。

LET定义：指单位长度（射线在组织中沿次级粒子）径迹上传递的能量，即L=dE/dL。dE是特定能量带电粒子在通过长度dL时局部地传递给介质的平均能量，常用单位keV•μm－1。类型：低LET：电离密度稀疏（X线或r线）高LET：电离密度密集（快中子、质子、π负介子及氦、碳、氧、氖等重粒子）氧增强比（OER）

定义：在有氧及无氧情况下达到同样的生物效应所需的照射剂量之比。在稀疏电离辐射的照射下，高剂量时的OER是2.5~3.0。当所用的照射剂量是在放射治疗的每日分次剂量的范围内，OER约为2.0。相对生物效应（RBE）定义：产生设定生物效应所需250kVX线的剂量/产生所需生物效应所需试验射线的剂量。不同组织和细胞对于一个特定的总剂量或分次剂量，他们的RBE完全不同。RBE是一个十分复杂的系数，与辐射性质、放射剂量、分次照射的次数、剂量率、生物体系及指标等多种因素有关，特别是与分次剂量的大小有关。在使用新的非常规照射治疗时有重要的现实意义。

LET和OER之间的相互关系在LET和OER之间有一个极重要的相互关系：在低LET，OER在2.5-3.0之间，随LET的增加，OER开始较慢下降；当LET超过60kev/um后OER迅速下降；

LET达200kev/um时，OER为1。

亚致死损伤修复（SLDR）SLDR的时间和进程是通过采用离体细胞一个两次照射的实验来研究证实的，即第一次照射后经不同间隔时间再进行一次设定剂量的照射，然后测定其存活率。实验发现，第二个剂量反应与第一个剂量反应相同，可以观察到“肩”的再现。等剂量分次重复照射的实验结果显示，其斜率与分次剂量的大小有关，当分次剂量变小时，斜率就逐渐趋向平坦；如分次间隔固定不变，减小分次剂量的结果相当于降低剂量率，由此使单位剂量的生物效应随分次量的减小而逐渐丢失。因此，减小分次剂量所得细胞存活曲线的定性结果和降低剂量率的结果是一样的，故当细胞增殖可以忽略时，剂量率效应也可以认为是SLD的一种表现。SLDR通常进行得很快，在照射后1h内可以出现，4~8h内完成。修复时间的长短因细胞类型而不同，在细胞所有时相照射后开始都有一个快的修复现象然后很快或逐渐的下降。对SLDR的影响因素很多，如射线性质、细胞的氧合状态已及细胞生长期等。低LET射线照射有SLD，因此也就有SLDR；高LET射线照射离体细胞，存活曲线没有肩区出现，即没有SLD，因此也就不会有SLDR。处于慢性乏氧环境的细胞，比氧合好的细胞的SLDR少。潜在致死损伤修复（PLDR）

该损伤修复主要发生在G0期及相对不活跃的G1期细胞内，包括大部分的肿瘤细胞。PLDR起到增加细胞存活率的作用。晚反应组织中有足够的时间进行PLDR，它不仅在照射后最初几小时、而且在几周或几个月以后也能观察到。从肝和甲状腺的照射后观察到其内染色体损伤减少，而中子照射后染色体损伤减少很少，这提示高LET诱发的损伤修复能力极少，同时也说明自然的不经常的细胞分裂不是损伤丢失的主要原因，而是PLDR的结果。PLDR也和许多因素有关，高LET照射时没有PLDR，乏氧以及细胞密切接触都是影响PLDR的重要因素；PLDR与细胞周期时相关系密切，G2期、M期及G1期都没有PLDR，中、晚S期都有修复PLD的能力。

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影响分次反应最普遍的生物现象是SLDR能力。不同组织的SLDR能力不同。晚反应组织始终比早反应组织有较大的修复能力。分次剂量对晚反应组织的“保护”比早反应组织为大，在晚反应组织中随分次剂量的增加所需要的等效剂量较早反应组织所需要的等效剂量为大；晚反应靶细胞的α/β比值低，当每分次的剂量增加时，晚反应组织的靶细胞的存活下降相对比早反应组织陡峭，随着分次剂量的降低晚反应组织相对的受益较大。SLDR再氧合对放疗的影晌如掌握了某一特定肿瘤乏氧细胞的再氧合时间，就可以合理安排分次治疗中的时间剂量关系。再氧合的效应实际是对肿瘤的相对增敏，因为正常组织的血液供应很好，处于很好的氧合状态，基本没有因再氧合而在效应方面受什么影响。然而对肿瘤而言，与受一次或很少几次大剂量分次照射相比，则分次照射期间由于有再氧合而使对肿瘤的治疗比相应增加。再增殖人体正常组织受一种自动控制稳定系统的调节，因此到一定程度细胞增殖就会停止。机体有两种主要生长调控机制，一种直接作用于细胞群，是由子代细胞产生的对细胞增殖的反馈作用;第二种是正常组织的增殖作用于细胞周围环境，如维生素、抗原抗体反应、激素等可以同时对儿种细胞群起作用。在正常情况下，神经调节、基因、营养、温度、氧和二氧化碳压力、pH、局部及全身血流等也参与增殖调控。当某一群体因放射线等作用，细胞丢失大于增殖时，该机制将自动启动，促进正常组织细胞加速增殖，以迅速补充损失。细胞的加速再增殖对早反应正常组织是非常重要的。在一个每周5次，周剂量lOGy，总疗程时间为5周或更多些的常规分割放疗申，在该疗程的后期，大部分早反应正常组织有一定程度的再增殖。例如口咽粘膜反应在治疗开始后的第2一3周最重，第5一6周对其反应的程度变得较轻，较严重的皮肤反应在治疗后期出现上皮克隆，从而使得皮肤反应开始缓解。一些学者甚至以实验论证，早反应组织的再增殖可在常规放疗后几天内就开始，最多2一3周。晚反应正常组织则无明显的增殖，其对放射损伤的保护反应不是依靠细胞的再增殖作用，而是凭借其有效的亚致死损伤修复。再增殖在根治性放疗时的临床意义

1．不必要的延长治疗没有好处；2．如由于急性反应严重，治疗期间必须有一个间断的话，应尽量短一些；3．单纯的分程治疗并不是好方案，除非是作为加速放疗过程中的一部分，其最终目的是为缩短总治疗时间；4．由于非医疗原因的治疗中断有时需采取措施将治疗“赶上”，如为根治性的治疗可以一天内给予两次治疗；5．增长快的肿瘤必须快速治疗；此外，不管其生长速度如何，对增殖指数很高的肿瘤，要进行加速治疗。总之，所有肿瘤的治疗都应该尽快完成，治疗期间即使肿瘤消退，但并不表明没有再增殖，而很可能是因为细胞丢失因子较高，消退快的肿瘤同样很快就会发生在增殖。因此要进行疗后随访而不能但凭治疗刚结束时的效果对临床疗效下结论。

已知，细胞处于不同的增殖周期时相放射敏感性不同。肿瘤受2Gy的照射后，选择性地杀伤比较敏感的细胞，开始时非同步细胞群变成为同步化的抗拒细胞群，当这些相对抗拒的存活者重新恢复增殖周期时，又进入到比较敏感的时相。照射后肿瘤内的增殖细胞的增殖速度有很大变化，这种进程速率的差异使部分同步化细胞又很快走向不同步化混合群，随着时间的延伸，与照射刚结束时相比，处于周期中敏感时相的存活细胞比率更大，从而“再分布”可在非同步化的增殖群体内起“自身增敏”作用。在非增殖细胞群中，这种自身增敏并不发生。因此分次照射可以通过每次照射后肿瘤内存活细胞增殖周期的再分部提高治疗比，但不会影响正常晚反应组织内非增殖性的靶细胞。

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肿瘤内细胞增殖周期的再分布细胞对高LET射线及低LET射线敏感性不同

1．高LET射线的电离密度高，OER较低LET射线低。即高LET射线的放射敏感性对细胞中含氧状态的依赖性小。2．高LET射线造成的SLDR较低LET射线低。在LET和OER之间有一个极重要的相互关系：在低LET，OER在2.5-3.0之间，随LET的增加，OER开始较慢下降；当LET超过60kev/um后OER迅速下降；LET达200kev/um时，OER为1。使用高LET射线，特别是快中子，可提高乏氧细胞的治疗增益。对正常组织损伤快中子BER值决定于中子的能谱、剂量、正常组织类型。快中子的能量吸收与组织内氧含量有关：脂肪组织含H较多，能从中子中吸收比X线更多能量；骨骼在中子照射时吸收的能量比低LET照射时的要少；皮下组织在中子照射时比X线照射时多吸收15～20%的能量。质子能改善靶体内的剂量分布，但RBE和OER与X线没有区别。

加温治疗指利用生物热效应，使组织升温进行治疗。由于临床肿瘤消退的证据及生物学的理论研究的结果，使得加温治疗肿瘤的进展更进一步建立在可靠的实验基础上，可以说它是针对肿瘤组织病理生理特点的特殊治疗方法。加温本身不致癌仅有很轻微的致突作用，单纯加温后基本上不增加转移。

加温治疗的生物学原理1．细胞对热的反应：热使细胞失活的机制可能为：细胞膜的损伤，细胞浆内溶酶体的损伤，蛋白的热损伤。2．增殖周期内各时相的热敏感性：对S后期最