脑的TD 5/5 和 TD 50/5
脑受照体积 1/3 2/3 3/3
———————————————————— TD 5/5 （Gy） 60 50 45 TD50/5 （Gy） 75 65 60 ————————————————————
脊髓的TD 5/5 和 TD 50/5
受照体积 1/3 2/3 3/3
肾脏
靶细胞：肾小管细胞，肾小球和近肾小球细胞 α/β≈1.7~2.0 Gy 半修复时间=2.1小时 间隔时间>8小时 耐受量：全肾照射时≈ 30 Gy ，故一侧肾照射 时，应严格保护健侧肾，使其低于20 Gy。 其耐受潜伏期可长达1~10年
心脏
靶细胞：心肌细胞，血管内皮细胞 α/β≈2.4~2.9 Gy 耐受量：1/3体积=60 Gy 2/3体积时为45 Gy 全心照射：40 Gy TD 50/5 心包炎：1/3体积：70 Gy 2/3体积：55 Gy 全心：50 Gy
• 氧扩散的有效距离：100~180 um • 中心层细胞可坏死 • 其动态过程称为再氧合
再增殖（或称再群体化）（Repopulation）
• 是大多数肿瘤和急性反应组织补充放射损
伤的最主要方式 • 但此现象在晚期反应组织中可以忽略不计
放射敏感性（Radiosensitivity）
• SF2：即2 Gy 照射后的细胞存活数 • 它的大小可在一定程度上反映该细胞的放
与放射后组织纤维化有关的因子
• 放射 →TGF – β升高 →促进胶原合成，抑制
胶原酶产生 → 血小板生长因子（PDGF）→ 促进纤维母细胞的增生 → 促进纤维母细胞分 化→纤维细胞形成
与放射后血管损伤有关的因子
• 相关基因：PDGF、TNF、bFGF、E – 9等
→ 促分裂因子释放 → 诱导血管内皮细胞 和纤维细胞的增生→ 血管腔变小、纤维化、 毛细管扩张。
临床放射生物学 Clinical Radiobiology
(复旦大学 肿瘤医院 姚伟强)
定义： 研究放射线对肿瘤组织和正常组织 的效应以及该两类组织被射线作用 后所起的反应。
历史： Ｘ线的发现 氧效应和“亲电子”理 论 定量放射生物效应 细胞动力学 四个Ｒ的提出 时间—剂量—分割的关系 Ｌ－Ｑ模式 内在放射敏感性和第５个 “Ｒ” 放射敏感性的预测和个体化放疗 分子放射生物学与现代放射治疗学
再程照射的正常组织耐受性
取决于：首程照射时剂量，间隔的时间 一般认为间隔时间须在10个月以上，不得低 于半年
皮肤组织和小肠
• 其晚期反应较早期反应耐受性更差，耐受
剂量仅为50~70%
肺
• 再程放射的耐受量为第一次耐受量的70%
以下。
脊髓
• 再次治疗与第一次治疗时的体积和剂量大小呈反
比 • 耐受量随间隔时间延长而增加（至少大于26周） • 残存的损伤一直保留下去 • 其再程放疗的耐受量≤85%的首程剂量 肾和膀胱一般不能耐受第二次放射治疗 临床经验：鼻咽癌，食管癌
超分割放疗
• 定义：每次量低于常规分割
每天照射2~3次，间隔 ≥ 6小时，总剂量增 加 15~20%，总治疗时间接近于常规照射。
超分割放疗的理论基础
• 四个 “ R ” • 适应症：头颈部肿瘤，非小细胞肺癌、脑瘤 • 不适合的肿瘤：软组织肿瘤，淋巴瘤，小细
胞肺癌。
超分割放射治疗的定量因素
• 每次分割量：大小适中 • 放射总剂量：增加 15 ~ 25 % • 二次照射的间隔时间 ≥ 6小时 • 放疗疗程：与常规放疗疗程相仿，不应过
长
加速超分割放疗的理论与实践
• 定义：每天放疗1次以上，每次分割量1~2 Gy
总疗程缩短，总剂量与常规分割放疗相仿或稍 低。
实验依据
• 照射后，瘤体积缩小，但肿瘤生长速度加快 • 照射后，瘤体积缩小，但增殖的瘤细胞数量
反增加。 • 放疗时间延长，控制肿瘤的剂量增加。
临床依据
• 放疗后肿瘤复发的时间 • 在不同长短疗程的放疗之间比较达到相同
剂量——效应 生存曲线 几个基本参数： D0 n
Dq，平均致死剂量 准阀杀灭剂量
剂量率效应，LET的概念 相对生物效应：
达到某一生物效应所需之250kv x线的剂量 RBE = —————————————————— 达到相同生物效应所需之某种射线的剂量 乏氧条件照射达到某一生物效应所需之剂量 氧增敏比 = —————————————————
容积剂量的概念 并联组织：肺、肝，其耐受量与容积密切相关 串联组织：脊髓、食管，其耐受量与容积不太 相关。
正常组织放射损伤的靶细胞：
早反应组织：干细胞 功能器官：特定的细胞，如少突胶质 细胞，Ⅱ型肺泡细胞，肝实质细胞，肾小管细 胞 血管内皮细胞
脊髓
• 靶细胞： 少突胶质细胞， α/β≈1.5~5 Gy • 修复时间 > 4 小时，完全修复：24小时 • 耐受量： 48 Gy（每天 2 Gy 照射时 ）
全肺：17.5 Gy 1/3~2/3体积：30 Gy 小于1/3体积时：45 Gy TD 50/5：全肺=24.5 Gy， 1/3~2/3肺=40 Gy 小于1/3肺=65 Gy
肝
靶细胞：肝实质细胞，血管内皮细胞 α/β≈< 2 Gy 耐受量：全肝：30~35 Gy 局部：55~45 Gy 但有肝硬化时耐受量显著降低 肝硬化 child-Pugh A 的患者，全肝=23 Gy 肝硬化 child-Pugh B 的患者，全肝=6 Gy 当采用适形技术，部分照射时耐受量明显提高
·
+
DNA损伤是射线作用的最重要的“靶” 根据：
DNA损伤的基本类型： 单链断裂 双链断裂 单链杀灭 双链杀灭
放射导致的后果： ■细胞死亡（增殖死亡），间期死亡，致死性损 伤 ■修复：亚致死性损伤；潜在致死性损伤 凋亡 ■畸变 癌变

细胞的放射敏感性： Bergonie Tribondeau (BT定律) 与增殖呈正相关 与分化呈负相关
线，故单纯提高剂量不能进一步提高治愈 率。
肿瘤体积效应
• 肿瘤体积大小与放射控制呈反比 • 或与肿瘤的干细胞数量呈反比
再群体化的加速
• 放射后存活下来的残存肿瘤干细胞可加快
生长速度
肿瘤床效应
• 受照射过的部位肿瘤再生长可以较慢
乏氧和再氧合
• 此现象仅存在于肿瘤组织内 • 并且呈动态变化
肿瘤细胞的放射敏感性
多数人体肿瘤细胞周期时间平均为2.3天 多数人体肿瘤的体积倍增时间平均为3个月 多数人体肿瘤细胞的生长比例:6~90% 多数人体肿瘤细胞的丢失因子70~90% 例如Tpot=5天，而Td=70天，则细胞丢失 因子=1 —（5/70）=0.93
肿瘤的指数性和非指数性生长 人体肿瘤的生长方式：Gompertz 生长曲线 9 一般假定1克肿瘤约含10 的细胞数，也是 临床能观察到的临界值。
有氧条件照射达到某一生物效应的放射耐受）
正常组织的结构组分
• 干细胞 • 正在成熟的细胞 • 分化或功能细胞
组织的反应模式
结构等级制约模式 （hierarchical model） 多数上皮性早反应组织，与剂量关系小 灵活模式（flexible model） 包括多数功能器官：肝，肾，与剂量关系大
临床放射生物学的分子学进展
• 很早就认识到细胞的放射敏感性与基因有
关，如著名的AT综合症，Nijmegen综合症 （7，14号染色体畸变） Bloom综合症，Faconi贫血症等患者对放射 异常敏感。
癌基因与抗癌基因的辐射效应
• 癌基因：ras myc与辐射抵抗有关 • Rb基因和P53基因突变可增加细胞的辐射抵抗
射敏感性。
初始DNA双链断裂
• 其与最终细胞的存活数是否一致尚有争议
DNA双链断裂的修复
• 修复能力或修复速度与细胞存活大致一致，
但也有例外。
修复的忠实性
• 此可能更有力的反映细胞的放射敏感性或
反映细胞受照射后的存活数。
非常规分割放疗的生物学基础
• 超分割放疗的理论与实践 • 加速超分割放疗的理论与实践
早期或急性放射反应相关的基因
时间：数分钟自1小时，Egr-1，C-jun，NFKB基因激活，促使静止期细胞进入细胞周期， 并参与修复。 放射也可激活TGF — α、TGF—β、EGF及其 受体， 激活与核分裂有关的基因：C – fos， C – myc →分裂↑
亚急性放射反应基因
放射 → TNF、IL-2 →内皮细胞释放细胞粘 附分子→介导白细胞进入相关组织→水肿、 炎症反应。
基本概念：
作用阶段： -14 物理阶段：极短：10 秒 -10 化学阶段：很短：10 秒 生物阶段：数分钟自几十年
放射线对细胞的杀灭机制： 直接作用 间接作用：→水→产生自由基→攻击细胞分子
基本的化学反应式 R→R +e
+ -
R →R +H
+
+
·
+
H2O → H2O +e
+
H2O →HO +H
早期反应和晚期反应组织的发生机制 口腔粘膜，其严重程度反映了死亡的干细胞与 存活细胞的平衡。 功能器官，损伤的细胞总数超过临界值→严重 反应。
早期反应组织：α/β ≈10，受伤程度与时间关 系大，与单次剂量关系小 晚反应组织： α/β≤5，受伤程度与时间关系不 大，但与每次剂量关系大
正常组织的放射耐受量 定义：产生临床可接受的综合症的剂量 TD 5/5：最小耐受量，指在标准治疗条件下， 治疗后5年内小于或等于5%的病例发生严 重并发症的剂量。 TD50/5：最大耐受量，指在标准治疗条件下， 治疗后5年内小于或等于50%的病例发生严 重并发症的剂量。
常见人体肿瘤生长参数
—————————————————————————————————— 标记指数（%） Td(天) Tpot(天) 丢失因子（%） —————————————————————————————————— 大肠癌 15（10~22） 90（60~70） 3.1 96 头颈癌 6.9（5-17） 45（33~150） 6.8 85 肺癌 19（8~23） 90（40~160） 2.5 97 恶黑 3.3 52（20~150） 14 73 肉瘤 2.0（0.3~6） 39（16~78） 23 40 淋巴瘤 3.0（0.4~13） 22（15~70） 16 29 儿童肿瘤 13（10-25） 20 3.6 82 ——————————————————————————————————