临床放射生物效应--放疗

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1、第二章临床放射生物学概论放射生物学主要是研究电离辐射对生物体的作用，而肿瘤临床放射生物学是在放射生物基础理论研究的基础上，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，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防护剂的

2、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。第一节电离辐射对生物体的作用一、辐射生物效应的时间标尺要理解辐射的生物效应应首先了解辐射生物效应的时间标尺(thetime-scaleofeffectsinradiationbiology)，即不同水平生物效应的发生时间、顺序和过程。首先是物理吸收过程(在10-15秒左右结束)，然后是化学过程(时间稍长)。DNA残基的存在时间为10-5一10-3

3、秒,因此在生物学方面，细胞死亡需数天到数月，辐射致癌作用需数年，而可遗传的损伤需经数代才能观察到。图2-1说明了这一点。图2-1生物系统受照射后辐射效应的时间标尺电离辐射对任何生物体的照射都将启动一系列的变化过程(这个变化过程时间差异非常大)，大致可分为物理、化学和生物变化三个阶段。（一）物理阶段主要指带电粒子和构成组织细胞的原子之间的相互作用。一个高速电子穿过DNA分子大约只需10－18秒，而穿过一个哺乳动物细胞则只用10－14秒左右。因此它主要与轨道电子相互作用，将原子中的一些电子逐出(电离)，并使原子或分子内的其他电子进人更高的能量水平

4、(激发)。如果能量足够，这些次级电子可以激发或电离与其邻近的其他原子，从而导致级联电离事件。一个1Oμm体积的细胞，每吸收lGy的照射剂量将发生超过105次的电离。在放射生物学中，X射线由光子构成的概念十分重要。如果X射线被生物物质所吸收，则能量就会在组织和细胞中沉积。这种能量的沉积是以分散、不连续的能量包(“packets”of　energy)形式，非均匀性地沉积下来的。一束X射线中的能量可被量子化为多个大的能量包，每个包的能量大到足以打断化学键而最终引起一系列生物学事件。电离辐射与非电离辐射的主要区别在于单个能量包的大小，而不是射线所含的

5、总能量。一个简单的计算即可解释这一点。例如，单次4Gy的X射线的全身照射在许多情况下将是致死的。这一剂量，对一名体重7Okg的正常人而言，所代表的能量吸收只相当于67卡(caI)。这一能量的微弱还可用多种方式来说明:若转化成热量，只代表温度升高0·002℃，几乎没有任何危害。相同的能量以热的形式被吸收，只相当于喝一口热咖啡。热能或机械能能量的吸收是均匀的，需很大的能量才能使生物体产生损伤。而X射线的潜力是它的作用不在于所吸收的总能量的大小，而在于单个能量包的大小。在光子的生物效应中，如果光子能量超过124eV(波长小于10－6cm)，就会使生

6、物物质发生电离。（二）化学阶段指受损伤的原子和分子与其他细胞成分发生快速化学反应的时期。电离和激发导致化学键的断裂和自由基（freeradicals）的形成(即破损的分子)。这些自由基是高度活跃的，参与一系列的反应，最终导致电荷回归平衡。自由基反应在射线照射后约lms内全部完成。化学阶段的重要特点是清除反应(scavengingreactions)之间的竞争，如灭活自由基的琉基化合物，以及导致生物学上重要分子稳定化学变化的固定反应fixationreactions)。（三）生物阶段包括所有的继发过程。开始是与残存化学损伤作用的酶反应，大量的损

7、伤，如DNA损伤都会被成功地修复，极小部分不能修复的损伤最终将会导致细胞死亡。细胞死亡需要一定时间，实际上小剂量照射以后细胞在死亡之前可以进行几次有丝分裂。正是由于干细胞干细胞按能力可以分为以下四类：干细胞种类(4张)全能干细胞　　由卵和精细胞的融合产生受精卵。而受精卵在形成胚胎过程中四细胞期之前任一细胞皆是全能干细胞。具有发展成独立个体的能力。也就是说能发展成一个个体的细胞就称为全能干细胞。万能干细胞　　是全能干细胞的后裔，无法发育成一个个体，但具有可以发育成多种组织的能力的细胞。多能干细胞　　只能分化成特定组织或器官等特定族群的细胞（例如

8、血细胞，包括红血细胞、白血细胞和血小板）。专一性干细胞　　只能产生一种细胞类型；但是，具有自更新属性，将其与非干细胞区分开的杀灭，以及随之而来的干细胞的丢失，使正常