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1、临床放射生物学基础Radiobiology北京大学人民医院放疗科陈亚林放射生物学Radiobiology放射生物学研究的是辐射对生物体作用及其效应规律的一门科学放射生物学Radiobiology电离辐射对生物体的作用分为物理阶段化学阶段生物阶段物理阶段10-18—10-12s射线照射路径上的能量释放激发电离化学阶段激发电离化学键断裂自由基形成修复正常分子结构破坏生物阶段分子结构破坏修复酶反应基因变异/癌变DNA不能复制/有丝分裂停止细胞死亡电离辐射的直接作用和间接作用辐射导致的DNA分子断裂分为两类：直接作用(d
2、irecteffect)和间接作用(indirecteffect)。直接作用是指射线直接作用于DNA分子，使DNA分子发生损伤而导致断裂。间接作用是指辐射可使水分子产生自由基，自由基作用于DNA分子并使之断裂DNA是放射线对细胞作用最关键的靶微辐射研究显示：用放射线杀死细胞时，单独照射细胞浆所需的照射剂量要比单独照射细胞核大得多。放射性同位素（如3H,125I）掺入核DNA可有效地造成DNA损伤并杀死细胞。受放射线照射后染色体畸变率与细胞死亡密切相关。当特异地把胸腺嘧啶类似物，如碘脱氧尿核苷或溴脱氧尿核苷掺入染色
3、体时可修饰细胞的放射敏感性。靶的概念所谓“靶”指的是细胞内对放射线敏感的位点。Lee1946年在他的“辐射对活细胞作用”一书中，创立了靶的概念，认为辐射的生物效应是由于放射线击中了生物大分子或细胞内对射线敏感的特定区域并使之电离的结果，并将这个敏感区域形象的称为“靶”。DNA单链断裂单链断裂的修复过程是受酶控制的TTCDNA双链断裂染色体断裂一般认为，引起DNA损伤并最终导致细胞死亡的主要是DNA的双链断裂。这主要是由于在实验中发现辐射引起的单链断裂可以大部分得到修复，而双链断裂不易修复，且修复的过程中有可能发生
4、的修复差错TCA细胞存活曲线细胞存活:经射线照射后,细胞仍具有无限增殖能力称为细胞存活.如没有无限增殖能力,即使形态完整,有有限分裂能力,但不能传种接代,也称为细胞死亡.哺乳动物细胞存活曲线横坐标表示剂量，按线性标度绘制，纵坐标表示存活率，按对数标度绘制哺乳动物细胞存活曲线D0(平均致死剂量,meanlethaldose)D0=1/k,K为直线的斜率.它表明,杀死63%的细胞所需的照射剂量.D0值越小,细胞越敏感.哺乳动物细胞存活曲线Dq值(准阈剂量,quasithresholddose)代表存活曲线的肩宽,也称
5、为浪费剂量.表示:开始照射到细胞呈指数性死亡时所“浪费”的剂量.SF2:为用2GY单次照射后的细胞存活率,作为细胞放射敏感性的指标之一.细胞存活曲线的临床意义1:研究各种生物效应与放射剂量的关系.2:比较各种因素(氧﹑放射增敏剂﹑化学药物﹑放射保护剂﹑不同射线﹑以及其他物理因素)对细胞放射敏感性的影响.生物剂量生物剂量是指对生物体放射反应程度的测量.它与物理剂量不一致.因为剂量率不同,生物效应不一样.线性二次模式线性二次模式(Linerquadraticmodel,LQ)电离辐射作用于靶细胞并造成该细胞的损伤由α
6、和β两个损伤概率复合而成.单击致死,损伤与吸收剂量成正比,用α表示.多击致死,损伤与吸收剂量的平方成正比,用β表示.线性二次模式S=e–n(αd+βd)S:存活比例.e:自然对数的底.d:分次剂量n:照射次数αβ为系数.2线性二次模式-LnS=n(αd+βd2)=nd(α+βd)=EE:生物效应.nd=D,d:分次剂量E/β=nd(α/β+d)总生物效应(Totaleffect,TE),单位为(Gy)2.线性二次模式E/α=D〔1+d/(α/β)〕E/α为生物有效剂量(biologicallyeffectived
7、ose,BED),单位为Gy.它代表:整个分次照射或低剂量连续照射过程的生物效应.线性二次模式LQ的临床意义1:预测剂量分割方式的生物效应,而提出超分割,加速超分割,低分割等照射方式.2:不同剂量分割方式的等量转换n2d2〔1+d2/(α/β)〕=n1d1〔1+d1/(α/β)〕D2/D1=1+d2/(α/β)/1+d1/(α/β)细胞周期时相与放射敏感性细胞周期时间（cell-cycletime）,也称为有丝分裂周期时间,是两次有效的有丝分裂之间的时间M有丝分裂期G1G2SDNA合成期细胞周期时相与放射敏感性有
8、丝分裂期细胞或接近有丝分裂期细胞是放射最敏感细胞晚S期细胞通常具有较大的放射抗拒性若G1期相对较长,G1早期细胞表现相对辐射抗拒,其后逐渐敏感,G1末期相对更敏感G2期细胞通常较敏感,敏感性与M期相似肿瘤的增殖动力学描述肿瘤生长的一些参数潜在倍增时间（potentialdoublingtime,Tpot）是一个理论值,假设在没有细胞丢失的情况下肿瘤细胞群体增加一倍所需要的
