电离辐射的细胞和组织效应

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1、电离辐射的细胞和组织效应中国医学科学院肿瘤医院放疗科杨伟志临床放射生物学在放射治疗中的作用和地位“生物学”与“医学”“微观”与“宏观”“经典理论”的现实意义临床放射生物学在放射治疗中的作用和地位从实验室到临床的桥梁提供理论基础，阐述放射治疗的生物学原理治疗策略及验证个体化放射治疗方案的研究和设计一辐射生物效应的时标:(Thetime-scaleofeffectsinradiationbiology)不同水平生物效应的发生时间、顺序、过程（细胞死亡需数天到数月，辐射致癌作用需数年，可遗传的损伤需经数代才能观察到物理吸收过程（10-15秒内结束）。化学过程（DNA残基的存在时间10-3

2、到10-5）秒）。生物学过程二.电离辐射的直接作用和间接作用电离辐射的直接作用任何形式的辐射，X（）射线，带电或不带电粒子被生物物质吸收后都可能与细胞的关键靶DNA直接发生作用，DNA本身的原子可以被电离或激发从而导致一系列生物变化的事件，这被称为辐射的直接作用。高LET射线（如中子、粒子）主要是直接作用电离辐射的直接作用和间接作用电离辐射的间接作用辐射也可与细胞内的其它原子或分子（特别是水）相互作用，产生自由基，这些自由基可以扩散到足够远，达到并损伤关键靶DNA，这被称为电离辐射的间接作用。自由基是一种游离的原子或分子，外层携带不成对轨道电子。从入射光子的吸收到最终生物效应的

3、产生，X射线的间接作用：入射X射线光子

4、快速电子

5、离子自由基(H2oH2o++e)

6、自由基(H2o++H2oH3o++OH)

7、高活性由化学键断裂引起的化学变化

8、生物效应OH插图三.电离辐射的细胞效应分子水平DNA链损伤DNA链修复细胞水平电离辐射的细胞效应辐射诱导的DNA损伤及修复研究显示：DNA是引起一系列生物学效应的关键靶。DNA链断裂的主要形式单链断裂双链断裂插图电离辐射的细胞效应DNA链断裂的修复DNA单链断裂的修复以对侧链为模板，是一种可完全修复的分子损伤DNA双链断裂的修复可修复的双链断裂（彼此分开间隔一段距离）不可修复的双链断裂（发生在对侧互补碱基或仅间隔几

9、个碱基对--染色体折成两段）电离辐射的细胞效应DNA双链断裂的修复两个基本过程同源重组（Homologousrecombination)在修复中需要未受损的DNA链参与，末端与末端经非同源重组相接。非同源重组（nonhomologous(Illegitimate)recombination没有模板存在，无法指导缝隙的填充。因此容易发生错误。所以也称之为非法重组插图电离辐射的细胞效应辐射所致的细胞死亡.两种主要形式分裂间期死亡（细胞在进行下一次分裂前死亡）有丝分裂死亡(增殖性死亡）指由于染色体的损伤，细胞在试图分裂时发生死亡。死亡可发生在照射后的第一次或以后的几次分裂。是电离辐射引起

10、细胞死亡的最常见形式，电离辐射的细胞效应辐射引起细胞死亡的关键靶在细胞核放射性同位素（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体时可修饰细胞的放射敏感性电离辐射的细胞效应放射生物对细胞死亡的基本认识：一般意义的细胞死亡（celldeath)，细胞再繁殖完整性的丢失(lossofreproductiveintegrityoftumorcells)两者在概念上存在着根本意义上的不同，放射可治愈性结局的最主要依据是后者。放射治疗对受照射后的存活细胞更加关注，

11、因这对放射可治愈性非常重要细胞存活曲线描述放射线照射剂量和细胞存活比之间的关系，关注的是：一定剂量照射以后对克隆源细胞而不是细胞群任意细胞的杀灭电离辐射的细胞效应电离辐射的细胞效应细胞存活曲线放射生物学规定：鉴别“细胞存活”的唯一标准是照射后细胞是否保持再繁殖的完整性，即所分析的是克隆源细胞的增殖活性而不是受照射群体中任意细胞的功能活性MTT法、染料除外等方法均不被认可电离辐射的细胞效应细胞存活曲线克隆源细胞（clonogeniccell)指具有生成“克隆”能力的原始存活细胞。在离体培养细胞：这种无限增殖能力体现为形成一个完整的50个细胞的克隆在体内：体现为肿瘤体积的不断增大、复

12、发、转移在这个“细胞存活”的严格定义下，提示临床必须重视这种存活细胞，这种具有无限增殖能力的细胞是在治疗中必须根除的细胞电离辐射的细胞效应细胞存活曲线细胞形成克隆的能力被称为“细胞存活”辐射所致的细胞杀灭是指数性的，指数关系的特点：增加一定剂量就有一定比例的细胞而不是数量的细胞被杀死电离辐射的细胞效应细胞存活曲线主要实验方法和步骤细胞培养，--指数生长期或相对密度生长期（平台期）测定细胞系的克隆形成率（Platingefficiency,PE)测定照射后细胞的存活分数