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放射生物学知识点讲解
在我们的学习时代，是不是经常追着老师要知识点？知识点就是“让别人看完能理解”或者“通过练习我能掌握”的内容。为了帮助大家更高效的学习，下面是小编精心整理的放射生物学知识点讲解，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。
放射生物学知识点讲解
一、辐射生物效应原理
(一）电离辐射的种类
1、电磁辐射：x射线、γ射线
2、粒子辐射
⑴α粒子：质量大，运动慢，短距离引起较多电离。
⑵β粒子或电子：质量小，易偏转，深部组织电离作用。
⑶中子：不带电荷的粒子，高传能线密度射线。
⑷负π介子：大小介于电子和质子之间，可以带＋、－或不带电。
⑸重离子：某些原子被剥去外围电子后，形成带正电荷的原子核。
（二）直接作用和间接作用
1、直接作用（P52）
当X射线、γ射线、带电粒子或不带电粒子在生物介质中被吸收时，射线有可能直接与细胞中的靶分子作用，使靶分子的原子电离或激发，导致一系列的后果，引起生物学变化。
2、间接作用（P52）
射线通过与细胞中的非靶原子或分子（特别是水分子）作用，产生自由基，后者可以扩散一定距离达到一个关键的靶并造成靶分子损伤。
(三）辐射对生物作用的机制（P53）
(四）不同类型细胞的放射敏感性（P53）
1、B-T定律：∝繁殖能力/分化程度
2、cAMP：∝1/cAMP（淋巴细胞、卵细胞）
3、间期染色体体积：∝体积
4、线粒体数量：∝1/线粒体数量
(五)传能线密度与相对生物效应
1、传能线密度（linearenergytransfer，LET）
传能线密度是指次级粒子径迹单位长度上的能量转换，表明物质对具有一定电荷核一定速度的带电粒子的阻止本领，也就是带电粒子传给其径迹物质上的能量。常用用千电子伏特/微米表示（keV/μm)表示，也可用焦耳/米表示。单位换算为：
1keV/μm＝1.602×10-10J/m
2、辐射生物效应与传能线密度的关系
⑴射线的LET值愈大，在相同的吸收剂量下其生物效应愈大；
⑵LET与电离密度成正比，高LET射线的电离密度较大，低LET射线的电离密度较小。其中，电离密度是单位长度径迹上形成的离子数；
⑶根据LET，射线可分为高LET射线和低LET射线。
低LET射线：X射线、γ射线、电子线等；
高LET射线：中子、质子、α粒子、碳离子等。
3、剂量分布与传能线密度的关系
4、相对生物效应（relativebiologicaleffect，RBE）
⑴定义:X射线(250kv)引起某一生物效应所需要剂量与所观察的辐射引起同一生物效应所需要剂量的比值。
⑵LET与RBE的关系
RBE的变化是LET的函数。
①LET<10keV/μm，当LET增加时，RBE缓慢增加。
②LET>10keV/μm，当LET增加时，RBE上升加快。
③LET＝100keV/μm，RBE达到最大值。④LET>100keV/μm，RBE反而下降。
二、细胞存活曲线
㈠概念（P54）
1、细胞存活
细胞具有无限增殖的能力。
2、“死亡”细胞
细胞失去增殖能力，即使照射后细胞的形态仍然保持完整，有能力制造蛋白质，有能力合成DNA，甚至还能再经过一次或两次有丝分裂，产生一些子细胞，但最后不能继续传代者称为“死亡”细胞。
3、克隆（集落）
在离体培养的细胞中，一个存活的细胞可分裂增殖成一个细胞群体。
㈡细胞存活曲线的绘制
㈢细胞存活曲线的参数及临床意义
1、指数存活曲线
对高LET射线如α粒子、中子等，细胞存活曲线在半对数坐标上是一条直线。其特点是：只有一个生物学参数，即斜率或D0值。（一次照射能杀灭63％的细胞的剂量，即斜率的倒数），公式表示为：
SF＝e－αD
在剂量D0作用下，细胞存活率SF=e-1=63％，即细胞群受剂量D0照射后，其中63％的靶细胞受到致死剂量的击中，而有37％的细胞幸免死亡，在此情况下，可将D0写成D37，通常成为失活剂量或平均致死剂量。
2、带肩的细胞存活曲线的参数：
D0:平均致死剂量，表示直线部分的斜率K的倒数。代表细胞群体的放射敏感性，即照射后余37％细胞所需要的放射线剂量。
N值：细胞内所含的放射敏感区域数，即靶数，也是表示放射敏感性相关的参数，是存活曲线直线部分的延长线与纵轴相交处的数值。
Dq值：准阈剂量，代表存活的肩段宽度，也称浪费的放射剂量。肩宽表示从开始照射到细胞呈指数性死亡所“浪费”的剂量。在此剂量范围内，细胞表现为非致死损伤的修复，Dq值越大，说明造成细胞指数性死亡所需的剂量越大。
3、细胞存活曲线的临床意义（P56－57）
⑴各种细胞与放射剂量的定量研究；
⑵比较各种因素对细胞放射敏感性的影像；
⑶观察有氧与乏氧状态下细胞放射敏感性的变化；
⑷比较不同分割照射方案的放射生物学效应，并为其提供理论依据；
⑸考察各种放射增敏剂的效果；
⑹比较单纯放疗或放疗加化疗或/和加温疗法的作用；
⑺比较不同能量射线的生物学效应；
⑻研究细胞的各种放射损伤以及损伤修复的放射生物学理论问题。
㈢线性二次方程（L-Q）公式（P56）
1、L-Q公式的定义：
S=e—(αD+βD2)
S：存活比例
e：自然对数
D：分次照射的剂量
α、β：系数
上述公式表明，某一剂量造成的细胞杀伤可由直接致死效应和间接致死效应组成，即α型和β型细胞杀伤。
①公式中e—αD产生的生物效应与剂量成反比，表示DNA单击双键断裂，在细胞存活曲线上与剂量表现为线性关系。α表示单击生物效应系数。
②公式中e—βD2产生的生物效应与剂量平方成正比，表示DNA多击单键断裂，与可修复的损伤累积有关，存活曲线表现为连续弯曲，β表示多击生物效应系数。
当单次照射引起上述两种效应相等时，α/β值即为两种效应相等时的剂量。
e—αD=e—βD2
α/β=D
正常早期反应组织具有较高的α/β值(10Gy左右)，说明直接坐标效应相对明显，存活曲线表现的弯曲程度较小。
正常晚期反应组织的α/β值较低（约3Gy），表明直接杀伤要比早反应组织少，可修复损伤累积引起的杀伤相对较多。
早期反应组织是机体内分裂、增殖活跃并对放射线早期反应强烈的组织，如上皮、粘膜、骨髓、精原细胞等。
相对而言，机体内那些无再增殖能力，损伤后仅以修复代偿其正常功能的细胞组织，称为晚反应组织，如脊髓、肾、肺、肝、骨和脉管系统等。
2、L-Q公式设计最佳分次照射方案的一般原则
⑴为使正常组织的晚期损伤相对低于对肿瘤的杀灭，每次量应低于1.8～2.0Gy；⑵每天照射的分次总剂量应小于4.8～5.0Gy；
⑶每分次的间隔时间应大于6小时；
⑷在不致引起严重急性反应的前提下，尽量缩短总治疗时间；
⑸最高总剂量应确定不会引起照射野内正常组织的晚期反应。两周内给予的总剂量不能超过55Gy。
第三章临床放射生物学基础（2）
一、细胞存活与修复
㈠放射损伤的分类
1、致死损伤（lethaldamage，LD）
2、亚致死损伤(sublethaldamage，SLD)
3、潜在致死损伤（potentialdamage，PLD）
这部分损伤受照射后受环境的影响，或能修复，或走向死亡。
㈡潜在致死损伤与修复
按正常情况细胞将死亡，但一旦照射后环境有所变化，而且存活率又有提高，则考虑是由于潜在致死损伤的修复。
㈢亚致死损伤与修复
当一个特定的照射分为间隔一定时间段的两次给予后，能观察到细胞存活率的增加。两次照射之间分别在室温、正常温度：
1、室温下培养
室温培养，可防止细胞在照射间隙的细胞周期内改变时相，证实未受细胞周期时相变化影响的亚致死损伤修复现象。
2、正常的温度下培养
在前几个小时可见快速的亚致死损伤修复，但当两次分割的间隔更长时，细胞存活率再次下降。解释如下：
①放射敏感时相细胞被杀灭，存活细胞群趋于集中于放射抗拒周期内。
②6小时后第二次照射。细胞群在周期内行进，达到G2或M时相。放射敏感程度超过亚致死损伤效应修复的效应，细胞存活率下降。三种过程同步存在的综合。
①亚致死放射损伤的快速修复；(Repair)②在分次照射期间细胞在周期内的行进，称之为细胞的
再分布；(Redistribution)
③如两个分次照射的间隔是10～12h，超过了这些快速生长细胞的细胞周期时间，由于细胞分裂或再群体化，又出现细胞存活率增加。(Regeneration)
再氧合（Reoxygenation)
㈣影响细胞放射损伤与修复的因素
1、射线种类
⑴细胞放射损伤随射线LET的增大而加大；
⑵重离子、中子、粒子照射后，细胞基本不存在潜在致死损伤的修复；
⑶辐射种类对亚致死损伤修复的影响可以从照射后剂量存活曲线曲线的肩区大小反应出来。X线照射者肩区最宽，粒子照射没有肩区，中子照射肩区极小。
2、剂量率
总剂量一定时，剂量率越低，照射时间越长，生物效应就越轻。
3、氧效应
⑴完全氧合的细胞比低氧细胞对辐射更加敏感；
⑵低LET的X射线或γ射线，其OER值约为2.5～3.5，重粒子的OER为1，中子的OER值为1.6；
⑶氧效应
4、辐射增敏剂和防护剂
⑴增敏剂：氧、卤代嘧啶类化合物、亲电子性化合物、中药、乏氧细胞毒性化合物等。主要作用是降低细胞积累亚致死性损伤的能力，细胞存活曲线上表现为肩区和斜率的明显改变。
⑵防护剂:作用机制涉及自由基清除与氧有关的修复反应以及对细胞的防护保护作用等。要求对肿瘤细胞无保护作用，而对大多数正常组织均有防护作用。
⒌加热
⑴方法：包括热水浴、短波透热、超声和射频等；
⑵效应特点：41.5℃～46.5℃，温度升高，持续越久，细胞杀伤作用越显著；
⑶细胞存活曲线：开始出现“肩区”，随后出现指数杀灭部分；
⑷机理：热对膜的损伤增加了细胞死亡的机率；
⑸影响因素：PH值、细胞营养条件和氧、细胞周期等。
二、分次放疗中的4“R”原则
㈠放射损伤的修复(Repair)
以上提到的亚致死性损伤的修复和潜在致死性损伤的修复。
㈡周期内细胞的再分布(Redistribution)
细胞的放射敏感性因所处的时相不同而不同。总的倾向是处于S期的细胞是最耐受的，处于G2期和M期的细胞是最具放射敏感性。
研究发现，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的杀伤效应。但如果未能进行有效的细胞周期时相再分布，则可能成为放射抗拒的机制之一。
在分次照射期间细胞在周期内的行进，称之为细胞的再分布。
㈢氧效应和乏氧细胞的再氧合（Reoxygenation)
1、氧效应
在有氧的情况下，氧能与自由基（R）作用形成有机过氧基（RO2），它是靶物质的不可逆形式，于是损伤被化学固定下来，因此认为氧对照射的损伤起了“固定”作用，称之为“氧固定学说”。氧效应就是氧在放射线和生物体相互作用中所起的影响。
2、乏氧细胞的再氧合
实验表明，直径<1cm的肿瘤是充分氧合的，超过这个大小就会出现乏氧。如果用大剂量单次照射，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。
3、氧效应对细胞存活曲线的影响
大剂量分次照射氧合好的细胞和乏氧细胞的效应。如果没有再氧合的发生，则每分次剂量照射后只能期望杀死极小数量的乏氧细胞。存活曲线区域平坦。在疗程后期，乏氧细胞群体的效应将占主要地位。如果分次间有氧合发生，则放射对初始乏氧细胞的杀灭作用会增大，从而使乏氧细胞的负面效应减少。
4、氧增强比（oxygenenhancementratio，OER）
⑴定义：在缺氧条件下，引起一定效应所需放射剂量与有氧条件下引起同样效应所需放射剂量的比值，常用来衡量氧效应的大小。
⑵不同射线的OER值
低LET射线：有氧条件下放射损伤严重，反之则损伤较轻。如：X射线、γ射线的OER值一般为2.5～3。
高LET射线：放射敏感性对细胞中含氧状态的依赖性较小。
如：α粒子OER为1，即没有氧效应。
㈣再增殖或再群体化(Regeneration)
1、正常组织
损伤之后，组织的干细胞及子代细胞在机体调节机制作用下，增殖、分化、恢复组织原来形态的过程称做再群体化。
2、肿瘤组织
照射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更快，称为加速再群体化。换言之，临床进行分次照射时，每次照射剂量不可能达到破坏全部肿瘤细胞的目的，在此期间，肿瘤细胞的再生或再群体化是不可避免的。
㈤内在敏感性(intrinsicRadio-sensitivity)
不同细胞照射后细胞存活比例不同，尤其在低剂量率时更加明显。这些反映出其内在的敏感性有差异。
三、放射增敏
㈠放射源的选择
理想的剂量分别应该是放射线能在肿瘤深度达到高剂量，而在肿瘤前后的正常组织剂量较低，旁向散射较少。
γ射线、X射线：合理射野后肿瘤前后组织仍受到较大剂量的照射。
医用加速器电子束：治疗表现部位的肿瘤而保护肿瘤后面的正常组织。
高LET射线：肿瘤前后的正常组织受量均相对较低。
㈡选择合适的剂量
放射生物物理学(radiobiophysics)
是阐明辐射与生物物质相互作用的现象和规律的学科，属于放射生物学中研究原初机理的那一部分。
环境的辐射包括宇宙射线、高能辐射、光和各种电磁波等对人类具有损伤或有益的作用，研究其原初过程以及对生物大分子和细胞的作用机制，是研究损伤及其修复、防护及其利用的根据。
与辐射相关的自由基的产生及作用也是一个重要环节。
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