腫瘤放射生物學(xué)

1、腫瘤放射生物學(xué)腫瘤放射生物學(xué) (Oncology Radiobiology) 放射生物學(xué)研究的是輻射對(duì)生物體放射生物學(xué)研究的是輻射對(duì)生物體作用及其效應(yīng)規(guī)律的一門科學(xué)。作用及其效應(yīng)規(guī)律的一門科學(xué)。電離輻射對(duì)生物體的作用電離輻射對(duì)生物體的作用電離輻射的細(xì)胞效應(yīng)電離輻射的細(xì)胞效應(yīng)電離輻射對(duì)腫瘤組織的作用電離輻射對(duì)腫瘤組織的作用正常組織及器官的放射效應(yīng)正常組織及器官的放射效應(yīng)分次治療的生物學(xué)基礎(chǔ)分次治療的生物學(xué)基礎(chǔ) 放射生物學(xué)放射生物學(xué) 由于電離輻射引起損傷，故損傷后有無(wú)恢復(fù)或修復(fù)的可能性，以及怎樣減少不必要的損傷等，都是放射生物學(xué)研究的內(nèi)容。因此，確切的說(shuō)： 研究電離輻射對(duì)生物作用的機(jī)制、輻射損傷及

2、研究電離輻射對(duì)生物作用的機(jī)制、輻射損傷及其修復(fù)、放射防護(hù)等的綜合性科學(xué)。其修復(fù)、放射防護(hù)等的綜合性科學(xué)。電離輻射的一般概念電離輻射的一般概念 電離輻射有粒子輻射和電磁輻射。 1、粒子輻射：射線、射線、帶電的質(zhì)子和中子的輻射； 2、電磁輻射：電磁輻射：射線和射線和X射線的輻射，這類輻射線的輻射，這類輻射是光量子發(fā)射的。射是光量子發(fā)射的。 電離射線的一般特點(diǎn)電離射線的一般特點(diǎn)：高能、穿透力強(qiáng)。它基本反映在電離射線的射程和電離密度上。 不同電離射線的區(qū)別：不同電離射線的區(qū)別：射線（氦核）、質(zhì)子（氫核）帶電荷，中子則不帶電荷；質(zhì)子、中子、 射線、射線的質(zhì)量不同。電離射線與物質(zhì)的相互作用電離射線與物質(zhì)的

3、相互作用 在電離射線與物質(zhì)的相互作用中，電離射線是外因，物質(zhì)（包括組成生物機(jī)體的物質(zhì)）是內(nèi)因。外因通過(guò)內(nèi)因起作用。 當(dāng)運(yùn)動(dòng)著的粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，其速度將逐步降低而損失能量；損失的能量主要消耗在物質(zhì)的電離或激發(fā)上。 帶電的粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，和物質(zhì)中原子殼層的電子碰撞，由于靜電作用，使殼層電子產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，因而獲得足夠的能量而變成游離電子，它與正離子構(gòu)成一個(gè)離子對(duì)。這就是電離作用。這就是電離作用。 離子對(duì)是負(fù)離子（包括電子離子對(duì)是負(fù)離子（包括電子e）與正離子的合）與正離子的合稱。稱。 離子對(duì)是電離作用的結(jié)果。離子對(duì)是電離作用的結(jié)果。帶電粒子和光量子對(duì)物質(zhì)作用的區(qū)別帶電粒子和光量子對(duì)物質(zhì)作用的區(qū)別 1、

4、帶電粒子和原子的作用帶電粒子和原子的作用：以原子點(diǎn)外圍電子作用的可能性較大。在下例中，H2O+和e合稱為離子對(duì)。 H2O+ H2O e H2O- 形成離子對(duì)需要一定的能量。不達(dá)到這個(gè)能量水平，就不可能形成離子對(duì)。 H2O 通過(guò)通過(guò)1V的電位差所獲得的能量稱為的電位差所獲得的能量稱為1電子伏特電子伏特（eV）。）。在空氣中產(chǎn)生一對(duì)離子需要的平均能量為32.5eV。 電離作用形成的離子對(duì)數(shù)量的相關(guān)因素： 1）、能量高，則形成的離子對(duì)多； 2）、在同一能量水平時(shí)，電荷多，形成的離子對(duì)就多；反之亦然；無(wú)電荷，則不形成離子對(duì)。粒子帶電荷多，形成的離子對(duì)也就多；而射線和射線，由于帶電荷少，形成的離子對(duì)就少

5、。 3）、粒子（射線）的速度大，電離密度（即離子對(duì)/cm，就是在1cm行程所形成的離子對(duì)的數(shù)量）小；速度小則電離密度大。粒子帶電荷多，質(zhì)量較大，故電離密度大，但它運(yùn)行路程短，穿透力低，而射線穿透力較強(qiáng)。 當(dāng)物質(zhì)中的殼層電子所獲得的能量還不足以使它成為游離電子時(shí)，電子受激發(fā)到更高的能級(jí)。即能量足夠時(shí)發(fā)生電離作用，形成粒子對(duì)；能量不足能量足夠時(shí)發(fā)生電離作用，形成粒子對(duì)；能量不足時(shí)發(fā)生激發(fā)作用，不形成離子對(duì)。時(shí)發(fā)生激發(fā)作用，不形成離子對(duì)。 帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，因?yàn)槭艿皆雍穗妶?chǎng)的相互作用而改變其運(yùn)動(dòng)方向，即所謂散射。 2、中子與物質(zhì)的相互作用中子與物質(zhì)的相互作用：只有在中子流碰撞到原子的殼層或原子核

6、時(shí)才發(fā)生作用。中子只有在原子核相碰撞時(shí)才能把能量轉(zhuǎn)移給原子核。 1）彈性碰撞：中子具有一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量而不帶電荷。它是在原子核反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的。由于中子與質(zhì)子的質(zhì)量相等，中子與質(zhì)子（氫核，H+）相撞時(shí)發(fā)生最大的能量損失。這樣的質(zhì)子叫做反沖質(zhì)子。反沖質(zhì)子的能量質(zhì)量都大于原來(lái)的質(zhì)子。因此，中子很容易被許多輕元素物質(zhì)（如水、石蠟）吸收，但能自由地通過(guò)重元素物質(zhì)（如Pb）。 中子具有一定的能量，中子撞擊原子核打出的一部分叫反沖核。反沖核又具有一定的能量，能夠打出其它原子，即反沖核在其行程中能使與其相撞的原子都發(fā)生電離：nAAB 2）非彈性碰撞：中子穿入原子核內(nèi)，交出自己的一部分能量，使核處于激發(fā)狀態(tài)。激發(fā)了

7、的核把從中子獲得的能量以一個(gè)或若干個(gè)量子的形式發(fā)射出來(lái)，隨后進(jìn)入核內(nèi)的中子就帶著較小的能量從核里飛出。通常是由快中子打重元素而得。 由于中子不帶電荷，只有在碰撞時(shí)才能引起變化。O nn 3）輻射俘獲：打進(jìn)去的是慢中子，放出來(lái)的是射線。中子被核所吸收，被激發(fā)了的核以量子的形式放出其多余的能量。慢中子的能量與氣體的能量差不多，故又叫熱中子。它是經(jīng)一系列碰撞后能量逐漸減低的結(jié)果。 4）核反應(yīng)：快中子打輕元素，打進(jìn)去的是快中子，打出來(lái)的是質(zhì)子（P）、中子等。 3、光量子與物質(zhì)的相互作用光量子與物質(zhì)的相互作用： 射線和X射線都是光量子。它們的波長(zhǎng)更短，能量更高。 射線一般是核衰變的結(jié)果，而X射線是認(rèn)為發(fā)

8、射的，是核外產(chǎn)生的。 射線和X射線與物質(zhì)的作用通常稱為電磁輻射。 盡管光量子不是粒子，但一般認(rèn)為它們是有極微小的粒子（光子、量子、光量子、光量子流）組成的。其能量E可由下式求得： E= h，式中， =c/；h為普朗光常數(shù)，h=6.625210-34J/s； 為光子頻率；c為光在真空中的速度； 為其波長(zhǎng)。 光量子的能量很高，從幾萬(wàn)電子伏特到幾億電子伏特。它們與物質(zhì)的主要作用有3個(gè)方面： 1）光電效應(yīng)：光電效應(yīng)：當(dāng)一個(gè)光量子和原子相碰撞時(shí)，它可能將所有的能量h都交給一個(gè)電子，使電子脫離原子而運(yùn)動(dòng)，而光子本身被吸收。由于這種作用而釋放出來(lái)的電子叫光電子。光電效應(yīng)是在光量子能量較低時(shí)發(fā)生的。它與吸收體

9、密度、原子質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)有關(guān)。X（）he光電子 2）康普敦康普敦-吳有訓(xùn)效應(yīng)吳有訓(xùn)效應(yīng)：光量子能量中等時(shí)發(fā)生這個(gè)效應(yīng)。這個(gè)效應(yīng)是光量子和原子中的一個(gè)電子發(fā)生彈性碰撞相互作用。其特征是碰撞之后，光量子將一部分能量傳給電子，電子即從原子空間中以與光量子的起始運(yùn)動(dòng)方向成角的方向射出，光量子則朝著與自己初始運(yùn)動(dòng)方向成角的方向散射。原子原子 量子（散射）量子（散射）e 康普敦電子康普敦電子入射光量子入射光量子散射光量子散射光量子3）電子對(duì)的形成電子對(duì)的形成：當(dāng)光量子的能量大于兩個(gè)電子的靜電能量質(zhì)量（即1.02MeV)時(shí),形成電子對(duì)。在形成電子對(duì)時(shí)，光量子本身完全消失。 電子和正電子的動(dòng)能一般是不同的；

10、它們與光量子形成的角度和也不一定相等。入射光量子入射光量子e電子電子e +正電子正電子原子原子 由于光量子的能量不同，與物質(zhì)發(fā)生的作用類型也不相同，如下圖：光電效應(yīng)康-吳效應(yīng)電子對(duì)形成光量子能量低中1.02MeV劑量及其單位劑量及其單位 劑量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的被照射物質(zhì)所吸收的能量。通常用公式 D=E/M（J/g）表示。劑量單位隨所表示的對(duì)象不同而異。 1、一般射線：倫琴 R（對(duì)X射線、射線）；生物當(dāng)量倫琴Reb；物理當(dāng)量倫琴Rep；組織倫琴Rad，Gy）。 吸收劑量與照射劑量不同。吸收劑量過(guò)去用rad（拉德）表示，現(xiàn)已改為Gy（戈瑞）表示。 1rad=6.24103eV/g；1Gy=102rad

11、2、放射性核素：放射性核素的劑量單位，以放射強(qiáng)度表示。單位有居里（Ci），毫居里（mCi）和微居里（Ci）。 上述倫琴、生物當(dāng)量倫琴、物理當(dāng)量倫琴等均是照射劑量，它與X射線和射線產(chǎn)生的電離量有關(guān)，反映X射線和射線使空氣產(chǎn)生電離作用的能力大小。1倫琴是指X射線或射線照射1ml或0.001293g空氣，空氣中的二級(jí)電子在空氣中生成帶有1靜電單位的正負(fù)離子對(duì)時(shí)的照射劑量。但倫琴這個(gè)單位不適用于射線、射線和中子等粒子。 組織倫琴，實(shí)際上為吸收劑量，常用單位是拉德或戈瑞。不僅使用于X射線和射線，也可用于各種粒子射線。 1964年和1968年國(guó)際輻射單位及劑計(jì)量委員會(huì)建議對(duì)照射劑量和吸收劑量做出定義，用d

12、ose表示吸收劑量，而用expoure dose或expoure表示照射劑量。電離輻射的生物學(xué)作用電離輻射的生物學(xué)作用 生物機(jī)體對(duì)電離輻射的反應(yīng)不同于無(wú)生命物質(zhì)。 1、生物機(jī)體對(duì)電離輻射的反應(yīng)特征生物機(jī)體對(duì)電離輻射的反應(yīng)特征： 1）敏感）敏感 DNA在在2.84C/kg(11000R)照射下，照射下，才引起結(jié)構(gòu)變化；而在生物體內(nèi)，若用才引起結(jié)構(gòu)變化；而在生物體內(nèi)，若用LD100/30d來(lái)來(lái)照射小鼠，只須幾百倫琴就可以引起照射小鼠，只須幾百倫琴就可以引起DNA結(jié)構(gòu)變化。結(jié)構(gòu)變化。 2）射線對(duì)生物機(jī)體的作用有潛伏期。）射線對(duì)生物機(jī)體的作用有潛伏期。 3）生物機(jī)體對(duì)電離輻射的反應(yīng)是損傷與修復(fù)）生物機(jī)

13、體對(duì)電離輻射的反應(yīng)是損傷與修復(fù)的矛盾統(tǒng)一。的矛盾統(tǒng)一。在照射后，早期以損傷為主，后期則以修復(fù)為主。 4）生物機(jī)體本身由于其個(gè)體發(fā)育和系統(tǒng)發(fā)育的階段性不同，也具有特殊性。就放射敏感性而言： 胚胎期成年；高等動(dòng)物低等動(dòng)物；動(dòng)物植物；原生動(dòng)物病毒；幼體敏感性高；造血器官、胸腺、生殖腺敏感性高。 2、電離輻射形式與生物學(xué)效應(yīng)的關(guān)系電離輻射形式與生物學(xué)效應(yīng)的關(guān)系： 1）不同射線的生物學(xué)作用 在生物體吸收能量相等的情況下，不同射線的生物學(xué)效應(yīng)的概略比值（以等效倫琴作統(tǒng)一單位）如下： X射線及射線 1；射線 1；射線 10-20；P（質(zhì)子）10；n（快、慢中子）5-10。 可見(jiàn)射線有很大的生物效應(yīng)，但它的穿

14、透能力低。 2）劑量與劑量率 放射生物學(xué)效應(yīng)是一種耗能過(guò)程。電離輻射的劑量與生物學(xué)效應(yīng)之間有一定電離輻射的劑量與生物學(xué)效應(yīng)之間有一定的關(guān)系。以射線劑量為橫坐標(biāo)，機(jī)體的存活率或存的關(guān)系。以射線劑量為橫坐標(biāo)，機(jī)體的存活率或存活分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)，則可得一劑量活分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)，則可得一劑量-存活曲線。存活曲線。 2）照射方式 照射方式不同，對(duì)生物體的影響也不同。 （1）總劑量相同，分次照射沒(méi)有一次照射那樣強(qiáng)烈。這可能與分次照射之間發(fā)生的補(bǔ)償或修復(fù)有關(guān)； （2）全身照射與局部照射，局部照射機(jī)體對(duì)射線的忍受量高；全身照射機(jī)體對(duì)射線的忍受量低。 因此，在腫瘤放射治療中，多采用局部、分次在腫瘤放射治療中，多采用局部

15、、分次照射。照射。 （3）內(nèi)照射與外照射 內(nèi)照射的情況復(fù)雜，涉及放射源、半衰期和半排泄期。內(nèi)照射對(duì)生物機(jī)體的危害較大。臨床腫瘤放療中，多采用外照射。 3、外界因素對(duì)電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的影響外界因素對(duì)電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的影響： 1）水分 機(jī)體水分多，則敏感性高，反之亦然。 2）氧 有氧時(shí)，生物機(jī)體對(duì)射線的敏感性高，有氧時(shí)，生物機(jī)體對(duì)射線的敏感性高，死亡率也高。照射時(shí)，有氧對(duì)生物機(jī)體的影響較大。 高LET射線，如快中子、負(fù)介子、輕原子核、其生物效應(yīng)受氧的影響較X射線小。隨著LET的增加氧效應(yīng)降低，因?yàn)楦週ET射線引起的損傷要比低LET射線嚴(yán)重得多。 LET（Linear energy transf

16、er）即傳能線密度。 電離發(fā)生在高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（如電子）行進(jìn)的徑路中，這些粒子是由于吸收了輻射能量而運(yùn)動(dòng)。LET是描述沿著這種粒子的徑路產(chǎn)生的電離能量密度的重要參數(shù)，即單位長(zhǎng)度徑跡上傳遞的能量，它表示在每單位徑路長(zhǎng)度上，在組織中所沉積的能量的多少。 3）溫度 低溫對(duì)生物機(jī)體的輻射損傷有延緩作用。這可能是能量的吸收、傳遞需要時(shí)間和適當(dāng)?shù)臏囟鹊取?4）化學(xué)物質(zhì)化學(xué)物質(zhì) 化學(xué)物質(zhì)對(duì)電離輻射的生物學(xué)化學(xué)物質(zhì)對(duì)電離輻射的生物學(xué)效應(yīng)表現(xiàn)為：效應(yīng)表現(xiàn)為： （1）可以減輕射線反應(yīng)）可以減輕射線反應(yīng) 如巰基化合物可以如巰基化合物可以把氫原子交給那些受射線作用的把氫原子交給那些受射線作用的DNA所產(chǎn)生的自由所

17、產(chǎn)生的自由基，從而封閉自由基；基，從而封閉自由基； （2）可以加重射線反應(yīng)）可以加重射線反應(yīng) 能夠提高某些腫瘤能夠提高某些腫瘤細(xì)胞的放射敏感性。細(xì)胞的放射敏感性。 4、電離輻射對(duì)生物體損傷的機(jī)制電離輻射對(duì)生物體損傷的機(jī)制： 1）電離輻射的直接作用和間接作用）電離輻射的直接作用和間接作用 輻射導(dǎo)致的輻射導(dǎo)致的DNA分子斷裂分為兩類：直接作用分子斷裂分為兩類：直接作用和和間接作用。間接作用。 直接作用：是指射線直接作用于直接作用：是指射線直接作用于DNA分子，使分子，使DNA分子發(fā)生損傷而導(dǎo)致斷裂。分子發(fā)生損傷而導(dǎo)致斷裂。 間接作用：是指輻射可使水分子產(chǎn)生自由基，自間接作用：是指輻射可使水分子產(chǎn)生

18、自由基，自由基作用于由基作用于DNA分子并使之?dāng)嗔?。分子并使之?dāng)嗔选?2）電離輻射作用的三個(gè)階段（1）物理階段物理階段:10-1810-12s射線照射路徑上的能量釋放、激發(fā)和電離（2）化學(xué)階段：化學(xué)階段：激發(fā)電離，化學(xué)鍵斷裂、自由基形成，分子結(jié)構(gòu)破壞和修復(fù)正常（3）生物階段：生物階段：分子結(jié)構(gòu)破壞 酶反應(yīng) 修復(fù) 基因變異/癌變 DNA不能復(fù)制/ 細(xì)胞死亡 有絲分裂停止 3）電離輻射對(duì)DNA損傷的方式 （1）DNA雙鏈斷裂 （2）DNA單鏈斷裂 （3）堿基丟失 （4）形成嘧啶二聚體 （5）DNA交聯(lián)形成 （6）堿基改變 （7）蛋白交聯(lián) （8）氫鍵斷裂）細(xì)胞存活曲線細(xì)胞存活曲線 細(xì)胞存活曲線是理解

19、放射生物學(xué)許多內(nèi)容和概細(xì)胞存活曲線是理解放射生物學(xué)許多內(nèi)容和概念的基礎(chǔ)。念的基礎(chǔ)。 腫瘤及正常組織對(duì)于電離輻射的生物學(xué)效應(yīng)是受許多因素支配的。 通過(guò)電離作用，能量在活組織中沉積，從而引起一系列化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞損傷并最終出現(xiàn)臨床上可觀察到的效應(yīng)。 正常組織和腫瘤對(duì)于輻射的反應(yīng)是極為復(fù)雜的生物變化過(guò)程，當(dāng)前只能從經(jīng)驗(yàn)主義的角度來(lái)加以闡述。 電離輻射，無(wú)論是電磁波還是粒子輻射，都是電離輻射，無(wú)論是電磁波還是粒子輻射，都是在細(xì)胞的各個(gè)部分沉積其能量的。在細(xì)胞的各個(gè)部分沉積其能量的。細(xì)胞內(nèi)部并沒(méi)有防礙能量沉積的屏障。 每克組織（含有1022個(gè)分子所吸收的總能量是極少的，而且只有很少數(shù)的分子被電離。例如

20、，400cGy（Gy的百分單位）的輻射只能引起組織吸收約4.1910-3 J/g的能量，僅有1/5107分子被電離。 細(xì)胞存活曲線是用來(lái)描述輻射吸收劑量與存活輻射吸收劑量與存活細(xì)胞數(shù)量之間的關(guān)系細(xì)胞數(shù)量之間的關(guān)系。 細(xì)胞存活（Cell survival）和細(xì)胞死亡（CellDeath）的放射生物學(xué)定義： 電離輻射后，細(xì)胞有兩種主要的效應(yīng)，即功能喪失和生殖能力喪失。 對(duì)于已分化不再增殖的細(xì)胞，如神經(jīng)細(xì)胞、肌對(duì)于已分化不再增殖的細(xì)胞，如神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞或分泌細(xì)胞，喪失其特殊功能便可認(rèn)為是死肉細(xì)胞或分泌細(xì)胞，喪失其特殊功能便可認(rèn)為是死亡；亡；而而對(duì)于增生細(xì)胞，如造血干細(xì)胞或離體培養(yǎng)生對(duì)于增生細(xì)胞，

21、如造血干細(xì)胞或離體培養(yǎng)生長(zhǎng)的細(xì)胞，喪失維持增生的能力，也就是失去完整長(zhǎng)的細(xì)胞，喪失維持增生的能力，也就是失去完整的增殖能力，便稱為死亡，即增殖性死亡的增殖能力，便稱為死亡，即增殖性死亡（reproductive death）。）。 這個(gè)定義反映了放射生物學(xué)對(duì)細(xì)胞存活的狹義概念。1個(gè)細(xì)胞表面完整無(wú)損，具有生理功能，有能力制造蛋白或合成DNA，甚至還能掙扎著進(jìn)行一次或兩次有絲分裂，但是，由于它已經(jīng)喪失了無(wú)限分已經(jīng)喪失了無(wú)限分裂和產(chǎn)生大量子代的能力，依然是被看成死亡細(xì)裂和產(chǎn)生大量子代的能力，依然是被看成死亡細(xì)胞；胞；一個(gè)存活的細(xì)胞，保持著完整的增生能力，能保持著完整的增生能力，能夠持續(xù)繁殖，產(chǎn)生大量

22、的克隆或集落夠持續(xù)繁殖，產(chǎn)生大量的克隆或集落，稱為“克隆源性細(xì)胞”。 這個(gè)定義在腫瘤的放射治療上特殊意義：1）通）通過(guò)測(cè)定離體培養(yǎng)細(xì)胞的集落生長(zhǎng)能力或測(cè)量在體內(nèi)過(guò)測(cè)定離體培養(yǎng)細(xì)胞的集落生長(zhǎng)能力或測(cè)量在體內(nèi)致腫瘤生長(zhǎng)的能力，很容易并準(zhǔn)確地做出評(píng)價(jià)；致腫瘤生長(zhǎng)的能力，很容易并準(zhǔn)確地做出評(píng)價(jià)；2）在一定意義上，只需在一定意義上，只需“殺死殺死”這些細(xì)胞，即使它不這些細(xì)胞，即使它不能能分裂、不能繼續(xù)生長(zhǎng)、不能擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移，就能根治分裂、不能繼續(xù)生長(zhǎng)、不能擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移，就能根治腫瘤。腫瘤。 一般來(lái)說(shuō)，破壞非增殖細(xì)胞的功能需要100Gy的劑量，而使細(xì)胞喪失增殖能力的平均致死劑量往往比2Gy還少。1、離體培養(yǎng)細(xì)

23、胞存活曲線、離體培養(yǎng)細(xì)胞存活曲線 單個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)成肉眼可見(jiàn)的大克隆，是細(xì)胞保留其完整增生能力的最有力的證明。這種增生能力這種增生能力隨輻射劑量呈函數(shù)性消退的關(guān)系，隨輻射劑量呈函數(shù)性消退的關(guān)系，可用劑量存活曲線描述。 集落和克?。杭涫侵敢粓F(tuán)細(xì)胞，克隆是指含集落和克?。杭涫侵敢粓F(tuán)細(xì)胞，克隆是指含50個(gè)細(xì)胞以上的細(xì)胞集落。個(gè)細(xì)胞以上的細(xì)胞集落?？寺∈羌渲械囊活?，而集落未必是克隆，盡管它們都是由1個(gè)細(xì)胞持續(xù)繁殖形成的細(xì)胞團(tuán)。1個(gè)細(xì)胞只有經(jīng)過(guò)連續(xù)5代以上的繁殖，才能形成一個(gè)克隆。 集落形成率（plating efficiency）：就是用來(lái)說(shuō)明種植細(xì)胞能生長(zhǎng)成集落的百分?jǐn)?shù)種植細(xì)胞能生長(zhǎng)成集落的百分?jǐn)?shù)

24、。如果接種100個(gè)細(xì)胞形成70個(gè)集落，其集落形成率是70%。將細(xì)胞種植在同樣的瓶皿中，X線照射以8Gy，孵育1-2周，固定、染色，可觀察到下列幾種情況： 1）一些種植的單個(gè)細(xì)胞依然以單個(gè)形式存在，并不分裂； 2）一些細(xì)胞掙扎著完成一次或兩次分裂，形成很小的發(fā)育不全的集落； 3）另外一些細(xì)胞長(zhǎng)成大集落。這些細(xì)胞稱為“存活細(xì)胞”，因?yàn)樗鼈冊(cè)谄矫笾斜３至送暾脑鲋衬芰Α?若平皿中接種2000個(gè)細(xì)胞，用8GyX射線照射。在未照射前，由于PE是70%，2000個(gè)貼壁細(xì)胞中只有1400個(gè)能形成集落，而照射后只有32個(gè)集落，所以受8Gy X射線照射后的細(xì)胞存活率是： （32/1400）100%=0.023%

25、 因此,可以按下式得出細(xì)胞存活率: 細(xì)胞存活率=(所計(jì)數(shù)的集落數(shù)/細(xì)胞接種數(shù)PE) 100%2、細(xì)胞存活曲線的形式、細(xì)胞存活曲線的形式 電離輻射對(duì)細(xì)胞群體的效應(yīng)，即照射劑量與細(xì)胞群體的存活能力之間的劑量-反應(yīng)關(guān)系，可借細(xì)胞存活曲線得到定量表達(dá)。 細(xì)胞存活曲線又稱劑量細(xì)胞存活曲線又稱劑量-存活曲線存活曲線，是繪制在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上的。橫坐標(biāo)為算術(shù)刻度，從原點(diǎn)向右表示各單次照射劑量的增大；縱坐標(biāo)為對(duì)數(shù)刻度，表示細(xì)胞群體受不同劑量照射后的細(xì)胞存活率。 對(duì)于致密的電離輻射（高LET輻射），如粒子或低能中子，存活數(shù)據(jù)從一開(kāi)始就非常趨近為一條直線，受這種性質(zhì)射線照射的特殊細(xì)胞，只用一個(gè)參數(shù)就完全能描述存活曲

26、線，即直線的斜率。這個(gè)斜率用使成集落的細(xì)胞數(shù)下降到37%所需要的劑量來(lái)表達(dá)，稱為37%劑量斜率，定名為D0。實(shí)際D0是在劑量-效應(yīng)曲線的直線部分，使細(xì)胞存活率下降到原來(lái)的37%處（如從0.1到0.037）所需要的照射劑量。 D0的定量是使平均每個(gè)細(xì)胞發(fā)生一次失活事件所需要?jiǎng)┝俊?電離輻射照射后，典型的哺乳動(dòng)物細(xì)胞存活曲線是由由“肩部肩部”（低劑量范圍內(nèi)的彎曲部分）和（低劑量范圍內(nèi)的彎曲部分）和“指數(shù)指數(shù)部部”（較高劑量范圍內(nèi)的直線部分）組成的。（較高劑量范圍內(nèi)的直線部分）組成的。曲線中有3個(gè)必不可少的參數(shù)： 1）將指數(shù)部的直線向左方延伸，直到與縱軸相交，交點(diǎn)處的縱軸上的數(shù)據(jù)被成為外推值n。n。

27、表達(dá)細(xì)胞被射線殺死時(shí)需要擊中的細(xì)胞的靶數(shù)或擊中數(shù)，簡(jiǎn)稱為細(xì)胞核內(nèi)的靶數(shù)。 2）由細(xì)胞存活率為100處向右方引一條與橫軸相平行的直線，直至與直線部分的延長(zhǎng)線相交。與這一線段相當(dāng)?shù)臋M軸上劑量的大小，被稱為準(zhǔn)閾劑被稱為準(zhǔn)閾劑量量Dq。Dq表達(dá)該細(xì)胞修復(fù)亞致死性損傷的能力，表達(dá)該細(xì)胞修復(fù)亞致死性損傷的能力，也可以理解為也可以理解為“無(wú)效無(wú)效”的照射劑量。的照射劑量。實(shí)際上，Dq是表示細(xì)胞輻射耐性的參數(shù)。 3）在指數(shù)部直線上的任何一點(diǎn)向下方繪制一條與縱軸平行的垂直線段，使其長(zhǎng)度達(dá)到相當(dāng)于起始點(diǎn)值的37%的那一點(diǎn)為止。然后再由此垂線終點(diǎn)處向右方引一平行于橫軸的水平線，直到與指數(shù)部的直線相交。這一水平線的長(zhǎng)

28、度所相當(dāng)?shù)膭┝?，為這一水平線的長(zhǎng)度所相當(dāng)?shù)膭┝?，為平均致死劑量，也就是指?shù)部直線的斜率平均致死劑量，也就是指數(shù)部直線的斜率D0。 D0表示平均致死劑量，表達(dá)細(xì)胞群體的放射敏感性。表示平均致死劑量，表達(dá)細(xì)胞群體的放射敏感性。 隨細(xì)胞群體的放射生物學(xué)特性不同，其存活曲線的形狀也各異，從而這3個(gè)參數(shù)的數(shù)值也不相同。 一般來(lái)講，不少細(xì)胞群體，包括正常組織的和腫瘤的，其存活曲線中的D0值相差不大，有些還很接近，但Dq值卻有較大差別。 有些腫瘤的肩部較寬，因而放療效果不佳。正常小、大腸隱窩干細(xì)胞存活曲線中的Dq值較高，說(shuō)明對(duì)放療有抗拒性。3、影響細(xì)胞存活曲線形狀的因素、影響細(xì)胞存活曲線形狀的因素 D0值可

29、以作為表示細(xì)胞放射敏感性的一個(gè)指標(biāo)。因此，影響細(xì)胞存活曲線形狀的因素，一般也是影響放射效應(yīng)的因素，在制訂放射計(jì)劃時(shí)應(yīng)加以注意。 1）細(xì)胞周期的時(shí)相細(xì)胞周期的時(shí)相 處于細(xì)胞周期中不同時(shí)期的細(xì)胞，其放射敏感性互不相同的情況，稱為對(duì)細(xì)胞周期的依賴性。細(xì)胞對(duì)輻射的反應(yīng)隨受照射當(dāng)時(shí)所處的時(shí)相的不同而異。處于M期的細(xì)胞對(duì)輻射最敏感，而處于晚S期的細(xì)胞敏感性最低，兩者的放射敏感性可相差2.5倍。 細(xì)胞群體在第一次照射后，剩余的存活細(xì)胞再分布于細(xì)胞周期中對(duì)輻射敏感的時(shí)相，則易于被再次的照射所殺傷。 2）氧效應(yīng)氧效應(yīng) 細(xì)胞氧分壓的大小能影響細(xì)胞的放射敏感性。在無(wú)氧狀態(tài)下，細(xì)胞的放射敏感性約在無(wú)氧狀態(tài)下，細(xì)胞的放

30、射敏感性約為有氧狀態(tài)下的為有氧狀態(tài)下的1/3。氧分壓不同時(shí)，。氧分壓不同時(shí)，D0值有變化。值有變化。 氧通過(guò)輻射所誘發(fā)的自由基而增加細(xì)胞的損傷，造成不可修復(fù)的生物化學(xué)變化，引起了加強(qiáng)放射效應(yīng)的作用。而在乏氧狀態(tài)下細(xì)胞受照射時(shí)，可通過(guò)電子俘獲造成修復(fù)的可能性增加，放射效應(yīng)也會(huì)隨之減弱。 已知一些腫瘤中含有10%-20%氧分壓低的細(xì)胞（即乏氧細(xì)胞）這些乏氧細(xì)胞的存在是腫瘤放射治療的一大難題。 在所有的存活水平要達(dá)到同一生物效應(yīng)，乏氧在所有的存活水平要達(dá)到同一生物效應(yīng)，乏氧時(shí)所需要的射線劑量為有氧時(shí)的時(shí)所需要的射線劑量為有氧時(shí)的3倍。倍。這種比例相當(dāng)恒定。由于氧被稱為劑量改變劑（dose-modif

31、yingAgent），乏氧時(shí)所需要射線劑量與有氧時(shí)所需要乏氧時(shí)所需要射線劑量與有氧時(shí)所需要射線劑量之比稱為氧增強(qiáng)比（射線劑量之比稱為氧增強(qiáng)比（Oxygen enhancement ratio OER）。簡(jiǎn)言之，氧可以增加細(xì)胞的放射敏感）。簡(jiǎn)言之，氧可以增加細(xì)胞的放射敏感性，其增加的比值為性，其增加的比值為OER。 增加放射敏感性與減少放射劑量是一致的。因此，以細(xì)胞存活率表示： 乏氧 100% 37% 有氧 100% 37% OER= 3/1=3 OER以同一水平的細(xì)胞存活率為比較前提。若OER為1，則說(shuō)明無(wú)氧效應(yīng)。3Gy1Gy 放射敏感性與細(xì)胞存活曲線的放射敏感性與細(xì)胞存活曲線的D0值的倒數(shù)成

32、比值的倒數(shù)成比例。例。放射敏感性與氧濃度的關(guān)系是：氧分壓從0增加到大約4.0kPa（30mmHg）時(shí)，放射敏感性增加很迅速，氧張力進(jìn)一步增加到1個(gè)大氣壓的純氧時(shí)，其增敏作用的增加并不明顯。 致密電離輻射時(shí)的存活曲線是指數(shù)型的，沒(méi)有致密電離輻射時(shí)的存活曲線是指數(shù)型的，沒(méi)有起始的肩段。此時(shí)，在有氧和乏氧情況下，其存活起始的肩段。此時(shí)，在有氧和乏氧情況下，其存活曲線重合。曲線重合。OER是是1，即沒(méi)有氧效應(yīng)。，即沒(méi)有氧效應(yīng)。對(duì)于介于致密、稀疏之間的中間型電離輻射（如中子），存活曲線有一小的肩段。在這種情況下，氧效應(yīng)是明顯的。 對(duì)于稀疏電離輻射如X射線，其氧效應(yīng)大而重要。對(duì)于象粒子那樣的致密電離輻射，

33、無(wú)氧效應(yīng)；氧效應(yīng)關(guān)系可以表示為： 氧效應(yīng) 稀疏電離輻射中間型電離輻射致密電離輻射 X射線 快中子 粒子 OER 2.53.0 1.6 1.0 3）LET 高LET的輻射照射可使細(xì)胞存活曲線的肩部變小甚至消失，同時(shí)指數(shù)部的斜率變小，即直線變陡。在臨床腫瘤放療中，現(xiàn)在除了常規(guī)使用的X射線和射線外，已逐漸使用了快中子、負(fù)介子、質(zhì)子等高LET的輻射，以便對(duì)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生更大的殺滅作用。 4）劑量率劑量率 當(dāng)減低輻射照射劑量時(shí)，以同一劑量照射后，存活的細(xì)胞數(shù)就明顯增多。這是由于在照射過(guò)程中，亞致死性損傷得到恢復(fù)，以及未受損傷的或仍有活力的細(xì)胞在極低劑量率的條件下發(fā)生了增生的緣故。 亞致死性損傷（SLD）是

34、指能被細(xì)胞正常修復(fù)的損傷，往往在照射后2-6小時(shí)便得到恢復(fù)。根據(jù)定義，SLD不是直接導(dǎo)致細(xì)胞死亡的，然而它卻能使細(xì)胞對(duì)再次受到照射時(shí)的敏感性提高。 如果繼一個(gè)輻射劑量照射后，相隔一段時(shí)間，再受到第二個(gè)劑量的照射，由于SLD尚未得到恢復(fù)，這種損傷就可以成為致死性損傷。 細(xì)胞存活曲線中的肩部就是反映SLD的積累過(guò)程及細(xì)胞修復(fù)SLD的能力的。 常規(guī)放療中所使用的輻射源，多具100cGy/min的劑量率。每個(gè)分次劑量的給予只需幾分鐘，故在每分次實(shí)際放療中恢復(fù)是很少的。 5）溫度效應(yīng)溫度效應(yīng) 細(xì)胞的放射敏感性隨照射過(guò)程中的溫度變化而變化。溫度升高時(shí)，敏感性增加；溫度降低時(shí)，敏感性降低。和OER一樣，熱增

35、強(qiáng)比（heat enhancement ratio，HER）也是一個(gè)比值。 6）防護(hù)劑與增敏劑防護(hù)劑與增敏劑 7）分次照射分次照射 將總劑量分次施予，能對(duì)正常將總劑量分次施予，能對(duì)正常組織有較好的容讓效應(yīng)（組織有較好的容讓效應(yīng)（sparing effect），而仍），而仍對(duì)對(duì)腫瘤有致死效應(yīng)。腫瘤有致死效應(yīng)。 使用多分次照射，就會(huì)在每一次分次照射之后都重建一個(gè)肩部?？倓┝肯嗤?，但分次照射的次數(shù)不同，所達(dá)到的生物學(xué)效應(yīng)相差很大。例如，10200cGy只有5 400cGy效應(yīng)的1/90；而6 200cGy只有3 400cGy的1/15。 兩個(gè)細(xì)胞群對(duì)于一定劑量的單次X射線照射，存活分?jǐn)?shù)如果只有微小的

36、差別，那么這種差別在分次劑量照射后便被放大。 許多腫瘤細(xì)胞是乏氧的，其修復(fù)SLD的能力降低。因此，分次照射所致的輻射損傷，在腫瘤細(xì)胞中累積的要比在周圍正常組織細(xì)胞中積累的大；另外，腫瘤和正常組織的有效倍增時(shí)間，可能由于照射后細(xì)胞的丟失等影響因素而表現(xiàn)出顯著的差別，也即正常組織在起初遭受輻射損傷以后增生速率可能會(huì)大大增快，而腫瘤則在每次分裂之后有很高程度的細(xì)胞丟失。因此，分次照射可增加治療比。4、放射損傷的修復(fù)、放射損傷的修復(fù) 從分子水平到細(xì)胞水平，有8種以上的放射損傷修復(fù)，且分別和癌細(xì)胞照射后出現(xiàn)的種種現(xiàn)象有關(guān)。 目前，在放射治療中最需要注意的是Elkind修修復(fù)復(fù)亞致死性損傷的修復(fù)和亞致死性

37、損傷的修復(fù)和PLD修復(fù)修復(fù)潛在致潛在致死性損傷修復(fù)。死性損傷修復(fù)。 1、Elkind修復(fù)修復(fù) 細(xì)胞照射后出現(xiàn)損傷，有的細(xì)胞失去無(wú)限生長(zhǎng)能力而死亡，有的能從損傷中逐漸修復(fù)，并可保持無(wú)限增生的能力。 1959年，Elkind發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞受照射產(chǎn)生亞致死性損傷（SLD）而保持修復(fù)的能力時(shí)，細(xì)胞能在3h完成這種修復(fù)，即稱為Elkind修復(fù)。如若以11.2Gy一次照射，細(xì)胞的存活率為0.001%；而先以5.05Gy照射，經(jīng)過(guò)18.1h間隔再以6.15Gy照射，細(xì)胞存活率變?yōu)?.0051%。也就是說(shuō)，在18.1h內(nèi)第一次照射造成損傷的細(xì)胞經(jīng)過(guò)修復(fù)，使細(xì)胞存活率提高了5倍以上。 若兩次照射的存活曲線完全相似

38、，可以重合，即兩者n值和D0值都相同，這表示第一次照射時(shí)受到SLD的細(xì)胞在接受第二次照射之前，即在18.1h的間隔之內(nèi)已經(jīng)完成修復(fù)。所以，在需要進(jìn)行分次照射的放射治療中，這種修復(fù)是制定治療方案時(shí)必須考慮的重要因素。 2次分次照射所引起的最初存活率增高與次分次照射所引起的最初存活率增高與SLD的修復(fù)有關(guān)，其修復(fù)與兩次照射的間隔時(shí)間密切相的修復(fù)有關(guān)，其修復(fù)與兩次照射的間隔時(shí)間密切相關(guān)。關(guān)。 2、PLD修復(fù)修復(fù) 是指潛在致死損傷修復(fù)（repair of Potentially lethal damage）。首先使用這個(gè)名詞的是加拿大人Whitmore。 PLD是指正常狀態(tài)下照射后應(yīng)死亡的細(xì)胞，由是指

39、正常狀態(tài)下照射后應(yīng)死亡的細(xì)胞，由于在照射后置于適當(dāng)?shù)臈l件，進(jìn)行了損傷修復(fù)而存于在照射后置于適當(dāng)?shù)臈l件，進(jìn)行了損傷修復(fù)而存活的現(xiàn)象?；畹默F(xiàn)象。 若用X射線以20Gy對(duì)荷瘤小鼠進(jìn)行照射，照射后再隔不同時(shí)間取出腫瘤進(jìn)行移植。結(jié)果是取出的時(shí)間越遲，存活率越高。存活率的升高常在照射后第6h達(dá)到最高值。 這種條件下由于20Gy照射幾乎可使腫瘤組織內(nèi)有氧細(xì)胞全部死亡，所以，可以認(rèn)為與與PLD修復(fù)有修復(fù)有關(guān)的細(xì)胞幾乎均為乏氧細(xì)胞。關(guān)的細(xì)胞幾乎均為乏氧細(xì)胞。 PLD修復(fù)常見(jiàn)于飽和密度生長(zhǎng)期的細(xì)胞和乏氧細(xì)胞。如果認(rèn)為PLD修復(fù)是乏氧細(xì)胞特有的一種修復(fù)，就要把PLD修復(fù)看作是應(yīng)當(dāng)特別注意的現(xiàn)象。 對(duì)于PLD修復(fù)是否

40、和Elkind修復(fù)性質(zhì)不同這一點(diǎn)是有爭(zhēng)議的，也許沒(méi)什么不同，只是由于照射后所處的條件不同而產(chǎn)生的現(xiàn)象不同而已。 綜上所述，Elkind修復(fù)和PLD修復(fù)都發(fā)生在第一次劑量照射后的最初幾個(gè)小時(shí)內(nèi)。 SLD的大小是由第一次劑量后不同時(shí)間給予的第二次劑量的反應(yīng)來(lái)測(cè)量的，重要的是第一次劑量重要的是第一次劑量和引起更多細(xì)胞分裂的某種刺激之間的時(shí)間間隔和引起更多細(xì)胞分裂的某種刺激之間的時(shí)間間隔。 在高LET射線作用后SLD和PLD都不那么明顯。組織水平的細(xì)胞動(dòng)力學(xué)組織水平的細(xì)胞動(dòng)力學(xué) 組織在受到照射后出現(xiàn)的效應(yīng)與培養(yǎng)細(xì)胞出現(xiàn)的效應(yīng)不同。 在組織效應(yīng)的表現(xiàn)中，由于組織受神經(jīng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響以及這些系統(tǒng)在射線

41、的作用下產(chǎn)生變化的影響，所以不是單一的效應(yīng)。如照射腫瘤時(shí)，同時(shí)也破壞腫瘤周圍的血管，結(jié)果使得腫瘤及鄰近組織的血流量減少，既可使腫瘤和組織出現(xiàn)放射抗拒性，也可由于血運(yùn)停止，引起腫瘤和組織死亡的繼發(fā)改變。影響組織放射效應(yīng)的主要因素影響組織放射效應(yīng)的主要因素 1、射線使細(xì)胞死亡而形成的存活率，或致死率 2、射線作用后殘存于組織內(nèi)的細(xì)胞的增殖能力和修復(fù)能力； 3、被破壞的組織及臟器的再生能力； 4、利于細(xì)胞增殖及組織再生的環(huán)境因素，例如血管系統(tǒng)的保存情況。腫瘤組織中細(xì)胞的構(gòu)成腫瘤組織中細(xì)胞的構(gòu)成 腫瘤組織由腫瘤細(xì)胞及其作為支持組織的間質(zhì)組成，通常只有腫瘤細(xì)胞進(jìn)行增殖。 1）P細(xì)胞/增殖細(xì)胞 腫瘤體積增

42、長(zhǎng)的主要來(lái)源,占整個(gè)腫瘤細(xì)胞群體的比例稱為生長(zhǎng)比例； 2）Q細(xì)胞/靜止細(xì)胞 由靜止或G0期細(xì)胞組成,其中一些細(xì)胞是克隆源性,有能力再群體化出一個(gè)腫瘤 3）分化終末期細(xì)胞 不再具有分裂能力 4）死亡和正在死亡的細(xì)胞 腫瘤的生長(zhǎng)速度決定于生長(zhǎng)分?jǐn)?shù)和腫瘤細(xì)胞的生成與丟失之比，而與倍增時(shí)間關(guān)系不大。 影響腫瘤的生長(zhǎng)速度的因素：1）腫瘤細(xì)胞倍增時(shí)間：腫瘤群體的細(xì)胞周期也分為G0、G1、S、G2和M期。多數(shù)惡性腫瘤細(xì)胞的倍增時(shí)間并不比正常細(xì)胞更快，而是與正常細(xì)胞相似或比正常細(xì)胞更慢。 2）生長(zhǎng)分?jǐn)?shù)：指腫瘤細(xì)胞群體中處于增殖階生長(zhǎng)分?jǐn)?shù)：指腫瘤細(xì)胞群體中處于增殖階段（段（S期期+G2期）的細(xì)胞的比例。期）的細(xì)

43、胞的比例。惡性轉(zhuǎn)化初期，生長(zhǎng)分?jǐn)?shù)較高，但是隨著腫瘤的持續(xù)增長(zhǎng)，多數(shù)腫瘤細(xì)胞處于G0期，即使是生長(zhǎng)迅速的腫瘤生長(zhǎng)分?jǐn)?shù)也只有20%。3）瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)與丟失：營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足、壞死脫落、機(jī)體抗腫瘤反應(yīng)等因素會(huì)使腫瘤細(xì)胞丟失，腫瘤細(xì)胞的生成與丟失共同影響著腫瘤能否進(jìn)行性長(zhǎng)大及其長(zhǎng)大速度。 腫瘤生長(zhǎng)的一些參數(shù)腫瘤生長(zhǎng)的一些參數(shù) 1）腫瘤體積倍增時(shí)間（tumor volume doubling time, Td）：指腫瘤體積增加一倍的時(shí)間，表示腫瘤生長(zhǎng)速度的參數(shù)；在腫瘤生長(zhǎng)的初期，Td值是固定的；但隨著腫瘤的增長(zhǎng)，Td值也延長(zhǎng)。Td與Tc比較，增殖初期時(shí)Td=Tc，后來(lái)則TdTc。其原因可能與腫瘤增殖有關(guān)的細(xì)

44、胞群的部分和細(xì)胞不再分裂的靜止部分的比例有關(guān)。 Td的決定因素：細(xì)胞周期時(shí)間、生長(zhǎng)比例和細(xì)胞丟失率。 2）潛在倍增時(shí)間（potential doubling time，Tpot：是一個(gè)理論值，假設(shè)在沒(méi)有細(xì)胞丟失的情況假設(shè)在沒(méi)有細(xì)胞丟失的情況下腫瘤細(xì)胞群體增加一倍所需要的時(shí)間。下腫瘤細(xì)胞群體增加一倍所需要的時(shí)間。 Tpot的決定因素：細(xì)胞周期時(shí)間和生長(zhǎng)比例。 3）細(xì)胞丟失因子（cell lose factor）： 細(xì)胞丟失因子或系數(shù)=1-（Tpot/Td） 如果丟失系數(shù)為零，那么Tpot就等于Td。平均Tc小于Tpot，因?yàn)殪o止期細(xì)胞的存在導(dǎo)致生長(zhǎng)分?jǐn)?shù)小于100 。這些因數(shù)的關(guān)系可由方程式： T

45、pot=0.693TC/ln （1+GF）得出。 對(duì)于實(shí)體腫瘤，其Tpot小于Td，因?yàn)榧?xì)胞丟失系數(shù)通常是相當(dāng)高的。在確定Tpot時(shí)已經(jīng)考慮到GF，所以不會(huì)影響Tpot和Td間的關(guān)系。Tpot可以由標(biāo)記指數(shù)（LI）和S期的持續(xù)時(shí)間（Ts），用方程式Tpot=Ts /LI計(jì)算出。已有提示，雖然臨床試驗(yàn)不支持，但治療前Tpot短的腫瘤，（提示存在快速增殖細(xì)胞和高增長(zhǎng)分?jǐn)?shù)），最有可能得益于加速放射治療。 在放射治療開(kāi)始后幾周，細(xì)胞丟失系數(shù)（）減小，其具有減緩腫瘤消退（縮?。┑膬粜?yīng)。生長(zhǎng)分?jǐn)?shù)是增殖細(xì)胞數(shù)與增殖細(xì)胞數(shù)和靜止期細(xì)胞數(shù)的總和之比。如果腫瘤倍增時(shí)間（Td），即觀察的腫瘤體積倍增時(shí)間是60天，

46、以及由細(xì)胞周期時(shí)間和生長(zhǎng)分?jǐn)?shù)計(jì)算的潛在倍增時(shí)間（Tpot）是3天，那么細(xì)胞丟失系數(shù)是95 。 雖然Tpot還未被證明是一個(gè)加速放射治療后遠(yuǎn)期效果的強(qiáng)有力的預(yù)測(cè)因素，但它對(duì)預(yù)選最有可能受益于加速治療的病人仍是有用的。至少對(duì)于腫瘤來(lái)說(shuō)，細(xì)胞丟失系數(shù)通常是腫瘤潛在倍增時(shí)間和總體積倍增時(shí)間之間差異的主要決定性因素。人類腫瘤典型的動(dòng)力學(xué)參數(shù) 細(xì)胞周期： 約2天 生長(zhǎng)因數(shù)： 約40% 丟失率： 約90% 癌細(xì)胞潛在倍增時(shí)間： 約5天 體積倍增時(shí)間： 約60天乏氧細(xì)胞與腫瘤組織乏氧細(xì)胞與腫瘤組織 腫瘤組織中有處于各種狀態(tài)的腫瘤細(xì)胞。從氧分壓高低來(lái)考慮時(shí)，可以分為有氧細(xì)胞（Oxic cell）和乏氧細(xì)胞（Hy

47、poxic cell）。 人類腫瘤中乏氧細(xì)胞的比例大約為人類腫瘤中乏氧細(xì)胞的比例大約為30%-40%。 有氧細(xì)胞和乏氧細(xì)胞在腫瘤中的分布，是通過(guò)測(cè)量腫瘤內(nèi)毛細(xì)血管到壞死部位的距離，一般為150-170m，最遠(yuǎn)不超過(guò)180 m。 腫瘤結(jié)構(gòu)模式圖：毛細(xì)血管毛細(xì)血管壞死層壞死層有氧細(xì)胞層有氧細(xì)胞層145-150mm15-20mm乏氧細(xì)胞層乏氧細(xì)胞層 腫瘤細(xì)胞以血管為中心作同心圓排列，距離毛細(xì)血管一定部位變?yōu)榉ρ跫?xì)胞層，再向外則為壞死層。Thomlinson把這種排列稱為腫瘤索（TumorCord），并認(rèn)為腫瘤索是構(gòu)成腫瘤組織的最小單位，腫瘤索大量聚集形成腫瘤組織。 當(dāng)腫瘤越增大時(shí)，未出現(xiàn)損害的細(xì)胞的

48、比例會(huì)越少。壞死的部位是距毛細(xì)血管遠(yuǎn)的部位，可以說(shuō)大部分是氧分壓為0的部位。 放射敏感性沿毛細(xì)血管到壞死層的徑線逐漸改變，細(xì)胞的增生能力也自中心沿直徑向外逐漸減弱。 腫瘤對(duì)放射的反應(yīng)腫瘤對(duì)放射的反應(yīng) 電離輻射作用的必然結(jié)果是受照射區(qū)域的生命物質(zhì)的破壞。在腫瘤放射治療中，腫瘤照射劑量受到多方面的限制： 1）正常組織的立即反應(yīng)；）正常組織的立即反應(yīng)； 2）某一組織的早期反應(yīng)；）某一組織的早期反應(yīng)； 3）很大體積被照射；）很大體積被照射； 4）產(chǎn)生遠(yuǎn)期損傷的危險(xiǎn)。）產(chǎn)生遠(yuǎn)期損傷的危險(xiǎn)。 但是，控制腫瘤是放射治療的主要目標(biāo)控制腫瘤是放射治療的主要目標(biāo)。腫瘤的劑量腫瘤的劑量效應(yīng)關(guān)系效應(yīng)關(guān)系 臨床上腫瘤的

49、治療成功，是指射線徹底破壞的腫瘤組織中腫瘤細(xì)胞一個(gè)也不殘存，或者腫瘤細(xì)胞即使殘存下來(lái)，但受到抑制而不能再發(fā)揮其機(jī)能。然而，臨床上所謂獲得基本治愈的局部是否就不復(fù)發(fā)呢？ TCD50是指受照射的腫瘤中是指受照射的腫瘤中50%的腫瘤治愈時(shí)的腫瘤治愈時(shí)所需要的放射劑量。所需要的放射劑量。TCD是腫瘤控制劑量（是腫瘤控制劑量（TumorControl Dose）的縮寫。）的縮寫。 把接種腫瘤的動(dòng)物分為若干組，各組給予不同劑量照射后觀察90-120天，分析各組的治愈率，由此求出使50%的腫瘤獲得治愈所必需的照射劑量。 照射時(shí)腫瘤體積與TCD50之間的關(guān)系：一般而言，腫瘤體積增大時(shí)， TCD50也隨之增大。

50、 影響放射效應(yīng)的生物學(xué)因素影響放射效應(yīng)的生物學(xué)因素 目前，腫瘤的放射治療還未完全與腫瘤放射生物學(xué)的研究相結(jié)合，幾乎所有的放射治療的臨床醫(yī)師都按過(guò)去的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行眼前的治療。 腫瘤的放射生物學(xué)剛剛開(kāi)始作為腫瘤放射治療的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的一部分。 目前還沒(méi)有一個(gè)客觀指標(biāo)來(lái)說(shuō)明腫瘤的照射劑量-效應(yīng)關(guān)系。 腫瘤接受照射后會(huì)出現(xiàn)各種反應(yīng)和現(xiàn)象。如果能更深入地理解并利用這些現(xiàn)象，就有可能進(jìn)一步提高放射治療的效果。仔細(xì)分析放射治療中出現(xiàn)的現(xiàn)象，主要有4個(gè)方面： 1）腫瘤細(xì)胞放射損傷的修復(fù)）腫瘤細(xì)胞放射損傷的修復(fù)（recovery）；）； 2）腫瘤組織的再生和再增殖）腫瘤組織的再生和再增殖（regeneration

51、 orrepopulation）；）； 3）腫瘤組織中乏氧細(xì)胞的再氧合）腫瘤組織中乏氧細(xì)胞的再氧合（reoxygenation） 4）照射后腫瘤細(xì)胞的同步化）照射后腫瘤細(xì)胞的同步化（redistribution of cellsThrough the division cycle）。）。 Withers把這4個(gè)方面稱為放射生物的“4R”。 對(duì)于放射生物的“4R”，有人認(rèn)為它分別是： 1）亞致死損傷修復(fù)亞致死損傷修復(fù)（repair）； 2）再氧合再氧合（reoxygenation），用于由一次輻射劑量引起紊亂后，腫瘤乏氧細(xì)胞比例往往恢復(fù)到它原有數(shù)量的過(guò)程； 3）再增殖再增殖（repopulati

52、on），指放射治療后細(xì)胞的分裂和再生； 4）細(xì)胞周期內(nèi)的細(xì)胞再分布細(xì)胞周期內(nèi)的細(xì)胞再分布（redistribution）。亞致死損傷修復(fù)亞致死損傷修復(fù) 亞致死損傷（SLD），指能被細(xì)胞正常修復(fù)的損傷，往往在照射后2-6h完成。SLD不是直接導(dǎo)致細(xì)胞死亡，而是能使細(xì)胞對(duì)再次照射敏感性提高。 如果繼繼1個(gè)輻射劑量照射之后，相隔一段時(shí)間，個(gè)輻射劑量照射之后，相隔一段時(shí)間，再受到第二個(gè)劑量的照射，由于再受到第二個(gè)劑量的照射，由于SLD尚未來(lái)得及恢尚未來(lái)得及恢復(fù)，這種損傷就可能成為致死性的，即一個(gè)復(fù)，這種損傷就可能成為致死性的，即一個(gè)SLD能能與另一個(gè)與另一個(gè)SLD相互作用或累積在一起而成為致死性相互作

53、用或累積在一起而成為致死性損傷。損傷。存活曲線的肩部就是反映SLD的累積過(guò)程和細(xì)胞SLD修復(fù)的能力。 X射線照射的細(xì)胞存活曲線是一種閾值型的反應(yīng)， 提示在致死效應(yīng)能反映出來(lái)以前有一個(gè)損傷積累的過(guò)程。它表現(xiàn)為在細(xì)胞喪失增殖能力以前必須有一定數(shù)量的損傷關(guān)鍵點(diǎn)。 假設(shè)考慮一個(gè)受小劑量照射的細(xì)胞群，在這群體內(nèi)的細(xì)胞將進(jìn)入下列三個(gè)方面之一： （1）任何一個(gè)關(guān)鍵靶點(diǎn)都沒(méi)有發(fā)生電離事件，因此細(xì)胞沒(méi)有受到損傷； （2）細(xì)胞內(nèi)所有的關(guān)鍵靶點(diǎn)都發(fā)生了電離事件。細(xì)胞喪失了完整的再繁殖能力，即細(xì)胞死亡或致死損傷； （3）一個(gè)細(xì)胞的有些而不是所有的關(guān)鍵靶點(diǎn)可能發(fā)生電離事件。這一細(xì)胞被認(rèn)為受到SLD，即細(xì)胞受到損傷但沒(méi)有

54、被殺死，只要給細(xì)胞足夠的時(shí)間它就有能力修復(fù)SLD而完全恢復(fù)。 SLD是在分次劑量實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的。這種修復(fù)現(xiàn)象在臨床放射治療中，通常采用的多次照射方案讓正常組織起到保護(hù)作用。 大部分情況下，SLDR的程度和存活曲線肩段的大小有相當(dāng)好的相互關(guān)系。 Dq作為衡量修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)作為衡量修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)：通過(guò)比較產(chǎn)生相同生物損傷的一次及分次劑量而測(cè)得Dq，如兩次劑量間隔足夠的時(shí)間進(jìn)行SLDR，則需要總劑量D2才能與一次劑量D1產(chǎn)生一樣的生物損傷；而D2- D1的量等于Dq，也就意味著由于分次照射而“丟失”或“浪費(fèi)”的劑量。這個(gè)定量在整體內(nèi)的許多腫瘤及正常組織中可以測(cè)得。 劑量率效應(yīng)劑量率效應(yīng)： 象X射線或射線這樣電

55、離密度低的射線，劑量率是決定特定吸收劑量的生物學(xué)后果的主要因素之一。 劑量率是指某種放射源在單位時(shí)間內(nèi)使組織吸收的劑量.分三類：低劑量率治療042Gyh.中劑量率治療212Gyh.高劑量率治療12Gyh 一般當(dāng)劑量率低而延長(zhǎng)照射時(shí)間時(shí)，一個(gè)特定的生物效應(yīng)就減少。其中包括兩個(gè)相當(dāng)不同的過(guò)程：（1）在照射期間有SLDR；（2）在一個(gè)延長(zhǎng)時(shí)間的照射中，由于細(xì)胞分裂而出現(xiàn)再增殖。 隨著劑量率的降低，存活曲線的斜率變得較平及外推值趨向于1，反映出照射期進(jìn)行了SLDR。 放射治療中很重要的、典型的劑量率效應(yīng)產(chǎn)生于延長(zhǎng)的照射過(guò)程中出現(xiàn)的SLDR。如果將一次急性照射的劑量用一系列小分次劑量照射，且分次間的時(shí)間

56、又足以讓SLD進(jìn)行修復(fù)，那么，許多小分次照射近似于連續(xù)低劑量率照射。在每個(gè)分次劑量間生物體有足夠的時(shí)間完成SLD修復(fù)，即每個(gè)分次照射都有存活曲線中的肩段再現(xiàn)。如將連續(xù)低劑量率照射作為無(wú)窮數(shù)量的小劑量分次，那么是沒(méi)有肩段的，其斜率比一次急性照射的小。細(xì)胞周期內(nèi)的細(xì)胞再分布細(xì)胞周期內(nèi)的細(xì)胞再分布 原先成為細(xì)胞的同步化，在最新的術(shù)語(yǔ)中，這種細(xì)胞的部分同步化被稱為細(xì)胞周期內(nèi)細(xì)胞的再分布，所以細(xì)胞同步化與細(xì)胞再分布完全是一回事。 細(xì)胞群體同步化程度數(shù)量的定義規(guī)定，從處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)的細(xì)胞群體為0%到完全同步化為100%。 對(duì)于非同步化細(xì)胞群體，即細(xì)胞分布在周期的各個(gè)時(shí)相中的群體進(jìn)行一次照射，不同時(shí)相的細(xì)胞對(duì)這次照射的反應(yīng)也不相同，周期中放射敏感時(shí)相的細(xì)胞會(huì)被殺死并占較大部分。 照射后的總效應(yīng)在一定程度上使細(xì)胞群體同步化。如果在第一次照射之后，細(xì)胞群體立即便進(jìn)入細(xì)胞增殖周期，那么就完全有理由認(rèn)為，第二次照射的效果確定于首次照射的時(shí)間間隔。 放射治療的主要方式是分次照射。那么預(yù)期治療方案的成效完全取決于分次照射的時(shí)間間隔，因?yàn)檎丈鋾?huì)引起細(xì)胞同步化，而這個(gè)同步化作用在多大程度上影響放射治療效果，目前尚不清楚。 已經(jīng)研究許多分次