第五章肿瘤临床放射生物学概论

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1、肿瘤放射治疗学备课笔记（讲稿）内容教师班级时间第五章肿瘤临床放射生物学概论肿瘤临床放射生物学是在放射生物基础理论32研究的基础上，探讨人类肿瘤及正常组织在放射治疗中的放射生物学问题的学科，例如有关电离辐射是怎样使一个肿瘤消灭的以及它的过程怎样?如何提高它的效能?又如何来减少正常组织的损伤和降低全身反应等问题。其涉及范围较广，学术界的大量工作对其的研究已较为深入。临床放射生物学主要从以下三方面对肿瘤放射治疗产生影响：①提供了放射治疗的理论基础，如肿瘤及正常组织的增殖和修复、氧效应的影响、辐射分子生物学与肿瘤放疗的关系等；②通过放射生物学的研究有助于放射治疗中新的治疗方法的建立，如放射增敏剂和放射

2、防护剂的应用、不同分割照射方法的建立、高LET射线的应用等；③协助确定临床放射治疗计划，如不同分割照射中和不同剂量率照射的治疗计划转换、并用化疗或放射增敏剂等。本章只简要介绍与肿瘤放射治疗关系较为密切的问题。第一节肿瘤放射治疗的生物学基础一、放射杀伤细胞的基本机制一般认为电离辐射对细胞杀伤的基本机制是破坏DNA，而细胞膜和微管等其它损伤是放射细胞毒作用的辅助机制。细胞的辐射损伤机制主要分直接作用和间接作用两种。前者引起的损伤约占1/3，而大量的则是由间接作用引起。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。此时，射线对生物分子的作用是随机的

3、，但生物分子在吸收辐射能量后所形成的损伤往往局限于分子的一定部位或较弱的化学键上。若以RH代表人体组织的有机分子，射线直接使RH电离。产生有机自由基R.，造成生物分子损伤，这损伤可因与巯基（-SH）化合物的作用而修复，但若组织内富氧，则R.可与O2作用而产生RO2，使生物分子损伤，这种损伤不易修复。2.间接作用射线直接作用于细胞内外的水，引起水分子的活化和自由基的生成，然后通过自由基再作用于生物分子，造成它们的损伤。这样的作用方式称间接作用。其过程是射线使水分子激发、超激发和电离产生H2O+、H+、H2O-、OH-、H3O-和自由电子，并产生性质十分活跃的中性自由基OH.、H.、HO2.和具极

4、强氧化能力的H2O2，这些产物可破坏正常分子结构而使生物靶受损伤。低LET射线（X、γ、电子）在缺氧状态下照射水只产生OH.和H.自由基，而在有氧情况下尚可产生HO2.和H2O2，而高LET射线照射时，不论在有氧或缺氧情况下，都能产生OH.、H.、HO2.和H2O2，从中可见低LET射线对氧的依赖性大。同时，高LET射线形成的电离轨迹极为密集，通过DNA分子时可产生大量的能量贮存，因而即使在缺氧情况下亦可产生直接效应，高LET射线可产生不可修复的双链断裂。二、机体受放射后的变化过程1.物理学过程电离粒子与生物体组织中的细胞核相互作用,高速运转的电子以10-18s的速度通过DNA生物大分子及以1

5、0-14s的速度穿过生物体细胞,从而产生了一系列的电离和激发的过程。光子（Ｘ线、γ32射线）与被照射介质（组织）相遇时可发生光电效应、康普顿效应和电子对效应。在发生上述现象时，除了产生的光电子、反冲电子及电子对效应的正、负电子和失去电子后的原子成为的正离子均直接有电离作用外，这些电子还可作用于介质的其它原子，重复发生上述3种效应，此过程重复多次，可产生大量正负离子，它们在肿瘤治疗中起到电离作用。2.化学过程受到损伤的细胞核和分子与细胞中的其他的结构起快速的化学反应,形成自由基,自由基反应一般在照射后千分之一秒内完成。3.生物反应过程电离作用产生生物学效应不能依据机体吸收的能量来衡量，例如5Gy

6、剂量全身照射后1个月，可引起骨髓衰退性死亡，而全身吸收的能量不及饮用一杯咖啡。从分子水平来解释，这是射线使关键生物分子的特殊电离而产生的破坏。3Gy剂量照射使每个被照射细胞发生成千上万次电离，每个细胞出现几千个DNA单链断裂，大约有100个双链断裂。在此间期,大部分的损伤(如DNA)能被修复,而不能被修复的损伤则最终导致细胞死亡。也有可能发生放射致瘤,故这个时期可以延长到许多年后。三、细胞的辐射效应1.细胞杀灭的随机性细胞群经照射后,会产生部分细胞死亡,但细胞死亡是随机分布的,即假设在100个细胞组成的细胞群中,则经100次可产生致死性损伤的照射并不能杀灭全部100个细胞,而按平均值计算,其中

7、37个细胞未被击中,37个细胞仅被击中一次,18个细胞被击中2次,6个细胞被击中3次,一个细胞可能被击中4或5次。因此细胞死亡呈随机分布，使细胞成活率和剂量之间呈半对数关系。2.放射后细胞的结局一般认为放射损伤的靶是DNA。由于DNA的损伤造成细胞分裂机制的损害，导致分裂失败或细胞损害。放射损伤细胞后，可发生以下6种不同的结局：①凋亡。有些高度放射敏感的细胞，当受到较小剂量照射后，即可发生凋亡；②