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靶的概念
所谓“靶”指的是细胞内对放射线敏感的 位点。Lee 1946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”。
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DNA单链断裂
单链断裂的修复过程是受酶控制的
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早反应组织和晚反应组织
晚反应组织(Late responding tissue) 细胞更新慢,数周甚至一年或更长时 间也不进行自我更新,如神经细胞,放 射后的损伤很晚才表现出来,这类组 织α/β比值较小(3).
在临床上应根据早晚反应组织的特点, 安排合适的总剂量、总治疗时间和分 次剂量,特别保护晚反应组织
射线照射路径上的能 量释放 激发 电离
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化学阶段
激发 电离
化学键断裂 自由基形成
分子结构破坏 修复正常
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生物阶段
分子结构破坏
酶反应
修复 基因变异/癌变
DNA不能复制/ 有丝分裂停止
细胞死亡
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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 (direct effect)和间 接作用(indirect effect)。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
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一. 细胞放射损伤的修复
亚致死损伤的修复 是一专业术语，指假如将某一既定单次照射剂量分成
间隔一定时间的两次时所观察到的存活细胞增加的 现象。 1959年Elkind发现，当细胞受照射产生亚致死损伤而 保持修复能力时，细胞能在3小时内完成这种修复， 将其称之为亚致死损伤修复。为增加正常组织的损 伤修复,两次照射之间应间隔6小时以上.
4Rs
细胞放射损伤的修复 (Repair of radiation damage )：
周期内细胞时相的再分布 （Redistribution within the cell cycle）
氧效应及乏氧细胞的再氧合 （The oxygen effect and reoxygenation ）
再群体化(Repopulation)
Dq值(准阈剂量,quasithreshold dose) 代表存活曲线的肩宽,也称为浪费剂量. 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.
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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
G1
S DNA合成期
细胞周期时相与放射敏感性
有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
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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（potential doubling
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.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.
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线性二次模式
线性二次模式(Liner quadratic model, LQ) 电离辐射作用于靶细胞并造成该细胞的损伤 由α 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.
n2d2〔 1+d2/(α/β) 〕= n1d1 〔 1+d1/(α/β) 〕
D2/D1= 1+d2/(α/β) / 1+d1/(α/β)
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细胞周期时相与放射敏感性
细胞周期时间 （cell-cycle time）,也称为 有丝分裂周期 G2 时间, 是两次 有效的有丝分 裂之间的时间
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M 有丝分裂期
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一.细胞放射损伤的修复 (Repair of radiation damage )
细胞放射损伤的类型
亚致死损伤(sublethal damage)， 潜在致死损伤(potential lethal damage) 致死损伤(lethal damage)。
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一细胞放射损伤的修复 (Repair of radiation damage )
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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
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哺乳动物细胞存活曲线
D0(平均致死剂 量,mean lethal dose)
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.
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哺乳动物细胞存活曲线
中度敏 感
感觉器官（角膜、晶状体、结膜） 皮肤上皮（毛囊、皮脂腺）、口咽复
层上皮、小血管和淋巴管、唾液腺 、肾、肝、肺等上皮
各种组织器官的鳞状 细胞癌
60-70Gy/ 6-7W
低度敏 中枢神经系统、内分泌腺（包括性腺 各种组织器官的一般 70-80Gy/
感
内分泌细胞）、心脏
腺癌等
7-8W
不敏感 肌肉组织、骨与软骨组织、结缔组织 各种肉瘤及神经节胶 ≧80Gy 质细胞瘤等
细胞将不能存活。 那些处于即将坏死边缘部位的细胞但仍有一定
活力的细胞称为乏氧细胞。
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乏氧细胞的再氧合
直径< 1mm的肿瘤是充分氧合的 超过这个大小会出现乏氧。
再氧合 如果用大剂量单次照射肿瘤，肿瘤内大多数
放射敏感的氧合好的细胞将被杀死，剩下的 那些活细胞是乏氧的。因此，照射后即刻的 乏氧分数将会接近100%，然后逐渐下降并接 近初始值，这种现象称为再氧合。
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密度抑制的平台期细胞的X射线细胞存活曲线 .
二.周期内细胞时相的再分布
（Redistribution Within the Cell Cycle）
离体培养细胞实验表明，处于不同周期时相的 细胞放射敏感性是不同的，
总的倾向是 S期的细胞（特别是晚S期）是最耐受的 G2和M期的细胞是最放射敏感的。
T
T
C
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DNA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的 修复差错
A T
C
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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.
time, 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 增加一倍所需要的时间
决定因素: 细胞周期时间 生长比例
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肿瘤的增殖动力学
描述肿瘤生长的一些参数 细胞丢失因子（cell lose factor） 细胞丢失因子=1-Tpot/Td Td: Tumor volume doubling time
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线性二次模式
E/α=D〔1+d/(α/β)〕 E/α为生 物有效剂量(biologically effective dose, 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.
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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
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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体时可修饰细胞的 放射敏感性。
临床放射生物学基础 Radiobiology
北京大学人民医院放疗科 陈亚林
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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
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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
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物理阶段
10-18—10-12s
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四.再群体化（Repopulation）
损伤之后，组织的干细胞在机体调节机制的作 用下，增殖、分化、恢复组织原来形态的过 程称做 再群体化。再群体化的概念也用于 肿瘤，但涵义有所不同。照射或使用细胞毒 性药物以后，可启动肿瘤内存活的克隆源细 胞，使之比照射或用药以前分裂得更快，这 称之为加速再群体化（accelerated repopulation ）。
可能的原因是，G2期细胞在分裂前没有充足 的时间修复放射损伤。
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细胞周期再分布的意义
一般认为，分次放射治疗中存在着处于相对放 射抗拒时相的细胞向放射敏感时相移动的再 分布现象，这有助于提高放射线对肿瘤细胞 的杀伤效果。
如果未能进行有效的细胞周期内时相的再分布， 则也可能成为放射抗拒的机制之一。
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三. 氧效应及乏氧细胞的再氧合
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氧增强比
（Oxygen Enhancement Ratio . OER）
OER =
D0乏氧细胞 D0有氧细胞
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肿瘤乏氧和乏氧细胞
首先指出实体瘤内有乏氧细胞存在是在1955年， 由Thomlinson 和Gray根据他们对人支气管癌 组织切片的观察提出的。