腫瘤放射生物學(xué)基礎(chǔ)

腫瘤放射生物學(xué)基礎(chǔ)1放射腫瘤學(xué)

Radiationoncology放射腫瘤學(xué)的基礎(chǔ):放射物理學(xué)放射生物學(xué)臨床腫瘤學(xué)

放射生物學(xué)

Radiobiology放射生物學(xué)研究的是輻射對生物體作用及其效應(yīng)規(guī)律的一門科學(xué)

Todescribethenatureoftheinteractionsandtheconsequenceswhenmacromolecules,cells,tissuesandwholebodiesaresubjecttoionizingradiation

輻射生物學(xué)效應(yīng)基本概念輻射生物效應(yīng)

（biologicaleffectofionizingradiation）

電離輻射作用于機(jī)體后，其能量傳遞給機(jī)體的分子、細(xì)胞、組織和器官等基本生命物質(zhì)和分子后，引起一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物學(xué)變化，由此所造成生物體組織細(xì)胞和生命各系統(tǒng)功能、調(diào)節(jié)和代謝的改變，產(chǎn)生各種生物學(xué)效應(yīng)。電離輻射生物效應(yīng)的種類ICRP第60號建議書(1991)中，區(qū)分以下四個(gè)述語:①變化:由輻射引起的某種生物學(xué)改變，可能有害，也可能無害;②損傷:表示某種程度的有害變化，這種損傷是指對細(xì)胞有害，不一定是對受照射的人體有害;③損害:指臨床上可觀察到的有害效應(yīng)，表現(xiàn)于受照射的個(gè)體(軀體效應(yīng))或其后代（遺傳效應(yīng)）;④危害:是一個(gè)復(fù)雜的概念，它將損害的概率、嚴(yán)重程度和顯現(xiàn)時(shí)間結(jié)合起來加以考慮。

輻射種類按與物質(zhì)作用分類：

電離輻射（IonizingRadiation）非電離輻射（Non-IonizingRadiation）按本質(zhì)和性質(zhì)分類：

電磁輻射(ElectromagneticRadiation)

粒子輻射(ParticleRadiation)電離輻射與非電離輻射

電離輻射是指一切能引起物質(zhì)電離的輻射總稱。電磁輻射（無形）

以相互垂直的電場和磁場，隨時(shí)間變化而交變振蕩，形成向前運(yùn)動(dòng)的電磁波電離輻射(如X射線和γ射線)

非電離輻射(如無線電波、微波等)粒子輻射（有形）

高能粒子通過消耗自身的動(dòng)能把能量傳遞給其它物質(zhì)高速粒子、帶電粒子電磁輻射電離輻射粒子輻射X,γ射線α、β、中子質(zhì)子、負(fù)π電磁輻射--波譜傳能線密度與

相對生物效應(yīng)

一、傳能線密度

（linearenergytransfer，LET）定義：帶電電離粒子在其單位長度徑跡上消耗的平均能量（單位J/m）。LET概念也適用于雖不是直接電離粒子，但通過次級帶電粒子的X、γ射線和中子。與生物效應(yīng)的關(guān)系：正相關(guān)

二、相對生物效能

（elativebiologicaleffectiveness,RBE）

RBE

＝X或γ射線引起某一生物效應(yīng)所需劑量所觀察的電離輻射引起相同生物效應(yīng)所需劑量（一）RBE的含義

RBE的大小隨所比較的劑量不同而有些差別，最好在平均滅活劑量或平均致死劑量下比較。

意義：主要是為了比較在劑量相同時(shí)，不同種類的電離輻射引起某一特定效應(yīng)的效率的差別。即：劑量相同、輻射種類不同，產(chǎn)生的效應(yīng)也不同；若要產(chǎn)生相同效應(yīng)，則不同種類的輻射所需的劑量就不同。（二）LET與RBE的關(guān)系

RBE的變化是LET的函數(shù)（正相關(guān)）

LET：<10kev/um時(shí)；LET∝RBE(緩慢）

LET：10～100kev/um時(shí)；LET∝RBE（迅速）

LET：>100kev/um時(shí)；LET繼續(xù)增加，RBE反而下降，表明更多的射線并不能用于引起生物效應(yīng)上，反而被浪費(fèi)了

原發(fā)作用與

繼發(fā)作用一、原初作用（primaryeffect）

指從照射之時(shí)起到在細(xì)胞學(xué)上觀察到可見損傷的這段時(shí)間內(nèi)，在細(xì)胞中進(jìn)行著輻射損傷的原初和強(qiáng)化過程。包括物理、物理化學(xué)和化學(xué)三個(gè)階段。此過程中輻射能量的吸收和傳遞、分子的激發(fā)和電離、自由基的產(chǎn)生、化學(xué)鍵的斷裂等，都是在生物體內(nèi)進(jìn)行的。二、繼發(fā)作用（secondaryeffect）：

是指在原發(fā)作用發(fā)生的基礎(chǔ)上，因原發(fā)作用形成的各種活性基團(tuán)不斷攻擊生命大分子，導(dǎo)致生物顯微結(jié)構(gòu)的破壞，繼而發(fā)生一系列生物學(xué)、生物化學(xué)的損傷效應(yīng)。

繼發(fā)反應(yīng)：亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞細(xì)胞內(nèi)水解酶的釋放信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的改變或破壞代謝的方向性和協(xié)調(diào)性的紊亂生物化學(xué)損傷細(xì)胞、組織器官和系統(tǒng)的變化病理學(xué)改變功能變化三、電離和激發(fā)

電離（作用）（ionization）生物組織分子被粒子或光子流撞擊，軌道電子擊出，產(chǎn)生自由電子和帶正電荷的離子，即形成離子對，這一過程稱為電離（作用）。

激發(fā)作用（excitation）電離輻射與組織分子相互作用，能量不足以擊出電子，而使軌道電子從低能級躍遷到較高能級軌道，分子處于激發(fā)態(tài)。激發(fā)分子很不穩(wěn)定，容易向鄰近分子或原子釋放能量。四、水的電離和激發(fā)

水的原初輻解產(chǎn)物：

電離輻射作用于機(jī)體的水分子，使水分子發(fā)生電離和激發(fā)，產(chǎn)生自由基和分子。這種反應(yīng)稱水的輻解反應(yīng)，各種自由基和分子統(tǒng)稱水的原初輻解產(chǎn)物。水合電子

游離的電子在碰撞過程中喪失其大部分能量，當(dāng)其能量水平降至100eV以下而未被捕獲時(shí)，可吸收若干水分子而形成水合電子。

刺團(tuán)

水的原初輻射反應(yīng)并非平均分布于空間，一般是在小的體積內(nèi)成簇發(fā)生的，這種小的反應(yīng)體積稱為刺團(tuán)，平均半徑為1.5nm，每個(gè)刺團(tuán)內(nèi)含有6個(gè)自由基。

直接作用與

間接作用一、直接作用（directeffect）概念：電離輻射的能量直接沉積于生物大分子，引起生物大分子的電離和激發(fā)，破壞機(jī)體的核酸、蛋白質(zhì)、酶等具有生命功能的物質(zhì)，這種直接由射線造成的生物大分子損傷效應(yīng)稱為直接作用。特點(diǎn)：生物效應(yīng)與輻射能量沉積發(fā)生于同一生物大分子上。電離輻射對DNA分子損傷的直接作用直接作用二、間接作用（indirecteffect）概念：電離輻射首先作用于水，使水分子產(chǎn)生一系列原初輻射分解產(chǎn)物（H·，OH·，水合電子等），再作用于生物大分子引起后者的物理和化學(xué)變化。特點(diǎn)：能量沉積和生物效應(yīng)發(fā)生在不同分子電離輻射對DNA分子損傷的間接作用間接作用電離輻射間接作用的四種效應(yīng)1.稀釋效應(yīng)（dilutioneffect）：指最大的相對效應(yīng)發(fā)生在最稀釋的溶液中。一定劑量的電離輻射在溶液中產(chǎn)生固定數(shù)量自由基，如果作用是間接的，那么失活的溶質(zhì)分子數(shù)目就與溶液濃度無關(guān)，只與產(chǎn)生的自由基數(shù)量一致；若作用為直接的，則失活的溶質(zhì)分子數(shù)將取決于受照溶液的溶質(zhì)分子數(shù)，并與溶液濃度成正比。在稀釋溶液系統(tǒng)中，間接作用占主要地位2.溫度效應(yīng)（temperatureeffect）：

指在一定實(shí)驗(yàn)條件下，受照射系統(tǒng)（如酶濃度）的輻射效應(yīng)，隨著周圍溫度升高而加重。

因?yàn)闇囟壬撸黾恿俗杂苫咏傅臋C(jī)會(huì)，使酶分子損傷加重，反之亦然。

對于恒溫生物表面來講（包括人體），通常條件下的照射所產(chǎn)生的輻射效應(yīng)不受環(huán)境溫度變化的影響。3.防護(hù)效應(yīng)（protectiveeffect）：

指向受照射的生物系統(tǒng)中引入某種或某幾種物質(zhì)具有能降低該系統(tǒng)的損傷程度的作用。

①輻射防護(hù)劑（radioprotectors）：

指有機(jī)體或某一種生物系統(tǒng)受輻照前或輻照后立即給予某種物質(zhì)，能減輕其輻射損傷，促進(jìn)其修復(fù)的物質(zhì)。

②劑量降低系數(shù)（dosereductionfactor，DRF）

DRF=

有防護(hù)劑時(shí)，引起致死效應(yīng)輻照劑量

無防護(hù)劑時(shí)，引起致死效應(yīng)輻照劑量

表4.5WR2721對正常組織的防護(hù)作用

被防護(hù)的組織

未被防護(hù)的組織

骨髓

（2.4—3）

腦

免疫系統(tǒng)（1.8—3.4）

脊髓

皮膚

（2—2.4）

小腸

（1.8—2）

結(jié)腸

（1.2—1.8）

食道

（1.4）

腎

（1.5）

肝

（2.7）

唾液腺

（2.0）

睪丸

（2.1）

4.氧效應(yīng)（

oxygeneffect）①

氧效應(yīng)：是指受照射的生物組織、細(xì)胞或生物大分子的輻射效應(yīng)隨周圍介質(zhì)中氧濃度升高而增加。

氧

+自由基

→

過氧化物自由基

(R00?)

在有氧條件下細(xì)胞放射敏感性增高，增高的幅度與氧濃度有關(guān)。②

氧增強(qiáng)比（oxygenenhancementradio,OER）是指缺氧條件下引起一定效應(yīng)所需輻射劑量與有氧條件下引起同樣效應(yīng)所需輻射劑量的比值。其公式是：

OER=

缺氧條件下產(chǎn)生一定效應(yīng)的劑量

有氧條件下產(chǎn)生同樣效應(yīng)的劑量③

氧效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制：氧具有雙重作用。

氧固定假說：電離輻射在靶分子中誘發(fā)自由基，如果有氧存在，輻射產(chǎn)生的自由基迅速與氧分子結(jié)合，形成一種妨礙靶分子生物功能的集團(tuán)

ROO?。輻射

O2RR?ROO?電子轉(zhuǎn)移假說：輻射→靶分子→游離電子（兩種可能）回到靶分子原位→自愈轉(zhuǎn)移到一個(gè)電子陷阱部位→靶分子損傷

氧濃度對氧效應(yīng)的影響有氧條件下細(xì)胞放射敏感性增高氧分壓從0上升至1％，放射敏感性迅速增加，增至21％或至100％時(shí)，敏感性處于坪值

照射時(shí)間對氧效應(yīng)的影響照射前引入氧，表現(xiàn)出氧效應(yīng)照射后引入氧，無效氧效應(yīng)生物學(xué)意義：

許多實(shí)體瘤細(xì)胞是乏氧的，因而對放射治療有抗性，應(yīng)用高壓氧艙可以提高腫瘤細(xì)胞的氧合量，或者放療前使用乏氧細(xì)胞增敏劑可以增加射線對腫瘤細(xì)胞的殺傷能力。自由基自由基（freeradical）：指含有一個(gè)或多個(gè)不配對電子的原子、分子、離子或游離基團(tuán)。形成方式——均裂（homolyticfission)自由基的特性：高反應(yīng)性：帶有未配對電子，具有強(qiáng)烈的獲取或失去電子以成為配對電子的趨勢，因此化學(xué)性質(zhì)活潑不穩(wěn)定性：壽命短不穩(wěn)定順磁性：當(dāng)電子成對存在于同一軌道時(shí)，由于兩個(gè)電子的自旋方向相反，各自的相應(yīng)磁矩相互抵消，對外不顯示磁性?；钚匝?/p>

氧化應(yīng)激

氧自由基1.活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）：是指含有氧的活性物質(zhì)，可能是氧的某些代謝產(chǎn)物和一些經(jīng)過生化反應(yīng)而產(chǎn)生的含氧基團(tuán)。主要有以氧的單電子還原產(chǎn)物、氧的雙電子還原產(chǎn)物、烷烴過氧化物ROOH、均裂產(chǎn)物RO·，ROO·、處于激發(fā)態(tài)的氧。2.氧化應(yīng)激（OxidativeStress）：是指具有活性的氧化中間產(chǎn)物（ROI）所引起的生物學(xué)反應(yīng)稱為氧化應(yīng)激。3.氧自由基（Oxygenfreeradical）：是指含有氧元素的自由基。氧自由基都是活性氧，但活性氧不一定就是氧自由基。如處于單線激發(fā)狀態(tài)的氧（1O2）雖不是自由基，但其活性很高，從生物學(xué)意義上來講屬于活性氧。常用氧自由基符號中文名英文名超氧陰離子SuperoxideanionradicalHO·2

氫過氧基HydrogenperoxideradicalHO·羥自由基HydroxylradicalRO·氧有機(jī)自由基OxygenorganicfreeradicalROO·有機(jī)過氧基Organicperoxideradical1O2

單線態(tài)氧SingletoxygenL·脂自由基LipidfreeradicalLOO·脂過氧基Lipidperoxideradical自由基對生命大分子的作用

1）抽氫反應(yīng)：自由基將有機(jī)分子中的H轉(zhuǎn)移至自身，形成有機(jī)自由基。

HO·+RH→R·+H2OH·+RH→R·+H2

2)加成反應(yīng)：自由基加入至不飽和有機(jī)分子中雙鍵部位的反應(yīng)

H·

+R―CH=CH2→R―CH―

CH2·H

3)歧化反應(yīng)：既有氧化作用又有還原作用的自由基，易于發(fā)生。發(fā)生在自由基或自由基與有機(jī)分子之間的單電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。

O2-·+O2-·+2H+→H2O2+O2

O2-·+H2O2→O2+·OH+OH-

4)鏈?zhǔn)椒磻?yīng):

在生物系統(tǒng)中脂質(zhì)（RH）的過氫化就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與支鏈反應(yīng)。

5)氧化還原反應(yīng):O-2在水溶液中主要起還原劑作用，使細(xì)胞色素C還原；也可以使Vc氧化，產(chǎn)生半脫氫抗壞血酸自由基。機(jī)體的抗氧化功能（一）抗氧化酶過氧化氫酶（catalase,CAT）硒谷胱甘肽過氧化物酶（seleniumdependentglutathioneperoxidase,SeGSHPx）、磷脂氫過氧化物谷胱甘肽過氧化物酶（phospholipidhydroperoxideglutathioneperoxidase,PHGSHPx）谷胱甘肽轉(zhuǎn)硫酶（nonseGSHPX）

超氧化物歧化酶（superoxidedismutase,SOD）非特異性過氧化物酶：（二）脂溶性抗氧化劑維生素E類胡蘿卜素泛醌可消除1O2和阻斷脂質(zhì)過氧化作用直接與活性氧起反應(yīng)抑制脂質(zhì)過氧化可清除

可與脂自由基（L·）或脂過氧基（LOO·）反應(yīng)（三）水溶性小分子抗氧化劑維生素C（抗壞血酸）谷胱甘肽與和H·OH反應(yīng)生成抗壞血酸自由基供氫體，同時(shí)也是·OH的清除劑H2O2和1（四）蛋白性抗氧化劑銅藍(lán)蛋白（ceruloplasmin）是人血漿的含銅蛋白，是細(xì)胞液的重要抗氧化劑之一，其作用主要在于防止過渡金屬Fe2+和Cu2+催化H2O2形成·OH。清蛋白結(jié)合的膽紅素有效地清除、和過氧基，還可以作為過氧化物酶還原H2O2和有機(jī)過氧化物的提氫體。

輻射生物學(xué)效應(yīng)的分類確定性效應(yīng)與

隨機(jī)性效應(yīng)1.確定性效應(yīng)（deterministiceffect）：指發(fā)生生物效應(yīng)的嚴(yán)重程度隨著電離輻射劑量的增加而增加的生物效應(yīng)。這種生物效應(yīng)存在劑量閾值，只要照射劑量達(dá)到或超過劑量閾值效應(yīng)肯定發(fā)生。

如照射后的白細(xì)胞減少、白內(nèi)障、皮膚紅斑脫毛等輻射皮膚損傷均屬于確定性效應(yīng)。2.隨機(jī)性效應(yīng)（stochasticeffect）：指生物效應(yīng)的發(fā)生概率（而不是其嚴(yán)重程度）與照射劑量的大小有關(guān)的生物效應(yīng)。這種效應(yīng)在個(gè)別細(xì)胞損傷（主要是突變）時(shí)即可出現(xiàn)，不存在劑量閾值。

如輻射致癌、遺傳效應(yīng)。外照射、內(nèi)照射效應(yīng)

局部照射、全身照射效應(yīng)1.外照射（externalirradiation）：

輻射源從體外對機(jī)體進(jìn)行的照射。γ射線、中子、X射線等穿透力強(qiáng)，外照射的生物學(xué)效應(yīng)強(qiáng)。2.內(nèi)照射（internalirradiation）：

放射性核素通過各種途徑進(jìn)入機(jī)體，在機(jī)體內(nèi)發(fā)射出射線產(chǎn)生的生物效應(yīng)。

內(nèi)照射效應(yīng)主要發(fā)生在放射性核素通過的途徑和沉積部位的組織器官，但其效應(yīng)可波及全身。內(nèi)照射效應(yīng)一般以射程短、電離強(qiáng)的

α、β

射線為主。3.局部照射（localirradiation）：當(dāng)外照射的射線照射身體某一部位，引起局部組織的反應(yīng)者稱局部照射。當(dāng)照射劑量和劑量率相同時(shí)，身體各部位的輻射敏感性依次為

腹部>盆腔>胸部>頭部>四肢。4.全身照射（totalbodyirradiation）：當(dāng)全身均勻地或非均勻地受到照射而產(chǎn)生全身效應(yīng)時(shí)稱全身照射。如照射劑量較小者為小劑量效應(yīng)，如照射劑量較大者

(>1Gy)則發(fā)展為急性放射病。根據(jù)照射劑量大小和不同敏感組織的反應(yīng)程度，輻射所致全身損傷分為骨髓型、腸型、腦型三種類型。軀體和遺傳效應(yīng)

近期與遠(yuǎn)期效應(yīng)1.軀體效應(yīng)（somaticeffect）：受照射個(gè)體體細(xì)胞損傷而致本身發(fā)生的各種效應(yīng)稱為軀體效應(yīng)。又可區(qū)分為全身效應(yīng)（totalbodyeffect）和局部效應(yīng)（localeffect）。如輻射所致的骨髓造血障礙、白內(nèi)障等。2．遺傳效應(yīng)（geneticeffect）：受照射個(gè)體生殖細(xì)胞突變,而在子代身上表現(xiàn)出的效應(yīng)稱遺傳效應(yīng)。這是由于電離輻射造成受照者生殖細(xì)胞遺傳物質(zhì)的損傷，引起基因突變和染色體畸變，導(dǎo)致后代先天畸形、流產(chǎn)、死胎和某些遺傳性疾病。1.近期效應(yīng)（earlyeffect）或者早期效應(yīng)：指電離輻射作用于生物機(jī)體后，輻射損傷效應(yīng)在照射后短期(數(shù)周內(nèi))就出現(xiàn)的那些效應(yīng)。

如急性放射病，急性皮膚損傷等。2.遠(yuǎn)期效應(yīng)（lateeffect）或者遠(yuǎn)后效應(yīng)：指電離輻射作用于生物機(jī)體后，輻射損傷效應(yīng)在照射后數(shù)月至數(shù)年才出現(xiàn)的那些效應(yīng)（一般6個(gè)月以上）。

如慢性放射病、致癌效應(yīng)、放射性白內(nèi)障、輻射遺傳效應(yīng)等。

輻射旁效應(yīng)電離輻射引起受照細(xì)胞損傷或功能激活，產(chǎn)生的損傷或激活信號可導(dǎo)致其共同培養(yǎng)的未受照射細(xì)胞產(chǎn)生同樣的損傷或激活效應(yīng)，稱輻射旁效應(yīng)。機(jī)制盡管不清楚，但與受照細(xì)胞產(chǎn)生的活性氧、細(xì)胞因子和細(xì)胞間縫隙連接通信（GJIC）關(guān)系密切。輻射旁效應(yīng)傳統(tǒng)輻射效應(yīng)：只有被照射的細(xì)胞才會(huì)有變化…？未直接受照射的細(xì)胞表現(xiàn)出與直接受照射細(xì)胞相類似的生物學(xué)終點(diǎn)變化輻射誘導(dǎo)的旁效應(yīng)因照射劑量和其它條件不同，可以是損傷性效應(yīng)，也可以是保護(hù)性效應(yīng)。IR旁效應(yīng)細(xì)胞間隙連接抑制劑可減弱或消除某些輻射旁效應(yīng)轉(zhuǎn)化的細(xì)胞與鄰近的正常細(xì)胞可通過細(xì)胞間通訊而引起前者凋亡組織細(xì)胞共培養(yǎng)體系的研究表明，受照射細(xì)胞與未受照射細(xì)胞共培養(yǎng)時(shí)，因受照射劑量不同，未受照射細(xì)胞可出現(xiàn)不同的改變。用共培養(yǎng)的上清培養(yǎng)液處理未照射的細(xì)胞，也發(fā)生同樣的旁效應(yīng)增殖反應(yīng)

EL-4（T淋巴細(xì)胞株）IRJ774A.1（巨噬細(xì)胞株）EL-4

影響電離輻射生物效應(yīng)的主要因素

（一）與輻射有關(guān)的因素1.輻射的種類：電離密度和穿透能力2.輻射劑量：一般情況存在劑量效應(yīng)關(guān)系（非線性）3.輻射的劑量率：單位時(shí)間接受的照射劑量4.分次照射：效應(yīng)低于一次照射5.照射部位：腹部>盆腔>頭頸>胸部>四肢6.照射面積：照射面積越大，效應(yīng)越顯著7.照射方式：內(nèi)照射、外照射（單向或多向）、混合照射（二）與機(jī)體有關(guān)的因素

1、種系的放射敏感性種系演化越高，機(jī)體組織結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，放射敏感性越高2、個(gè)體發(fā)育的放射敏感性敏感性隨個(gè)體發(fā)育過程而逐漸降低

十日法規(guī)：對育齡婦女下腹部的X射線檢查都應(yīng)當(dāng)在月經(jīng)周期第1天算起的10天內(nèi)進(jìn)行，以避免對妊娠子宮的照射3、不同器官、組織和細(xì)胞的放射敏感性

Bergonie和Tribondeau定律4、亞細(xì)胞和分子水平的放射敏感性細(xì)胞核的敏感性高于胞漿

DNA>mRNA>rRNA>tRNA>蛋白質(zhì)放射敏感性生物系統(tǒng)對輻射作用的反應(yīng)性或靈敏性。當(dāng)一切照射條件嚴(yán)格一致時(shí)，機(jī)體組織、器官、細(xì)胞和分子對輻射作用反應(yīng)強(qiáng)弱或速度快慢不同，若反應(yīng)強(qiáng)、速度快，則敏感性高。反之亦然

Bergonie和Tribondeau定律：

一種組織的放射敏感性與其細(xì)胞的分裂活動(dòng)成正比，而與其分化程度成反比。1.高度敏感組織：淋巴組織、胸腺、骨髓、胃腸上皮、性腺、胚胎組織。2.中度敏感組織：感覺器官、內(nèi)皮細(xì)胞、皮膚上皮3.輕度敏感組織：中樞神經(jīng)系統(tǒng)；內(nèi)分泌腺、心臟4.不敏感組織：肌組織、軟骨和骨等（三）與介質(zhì)有關(guān)的因素1.溫度：機(jī)體受照射時(shí)，其內(nèi)外環(huán)境溫度的改變，可直接影響輻射生物學(xué)效應(yīng)，稱其為溫度效應(yīng)。進(jìn)行放射治療之前，先提高腫瘤組織局部溫度，其放療療效有明顯提高。其原因：①溫度造成動(dòng)物體內(nèi)氧狀況的改變；

②溫度引起體內(nèi)新陳代謝水平的改變；

③在低溫或冰凍狀況下，溶液中自由基擴(kuò)散受阻。2.氧：受照組織、細(xì)胞或溶液系統(tǒng)的輻射效應(yīng)隨周圍介質(zhì)中氧濃度的增加而增加，這種現(xiàn)象稱為氧增強(qiáng)效應(yīng)。目前為提高腫瘤組織對輻射的敏感性，利用輻射“氧效應(yīng)”這一特性提高放射治療效果。3.化學(xué)物質(zhì)

在溶液體系中，由于其它物質(zhì)的存在而使一定劑量的輻射對溶質(zhì)的損傷效應(yīng)降低稱為防護(hù)效應(yīng)。細(xì)胞的培養(yǎng)體系中或機(jī)體體液中在照前含有輻射防護(hù)劑，可減輕自由基反應(yīng)，促進(jìn)損傷生物分子修復(fù)，能減弱生物效應(yīng)。反之，如含有輻射增敏劑（radiosensitizer），可增強(qiáng)自由基化學(xué)反應(yīng)，阻止損傷分子和細(xì)胞修復(fù)，能提高輻射效應(yīng)。放射生物學(xué)

Radiobiology電離輻射對生物體的作用電離輻射的細(xì)胞效應(yīng)電離輻射對腫瘤組織的作用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)

放射生物學(xué)

Radiobiology電離輻射對生物體的作用電離輻射的細(xì)胞效應(yīng)電離輻射對腫瘤組織的作用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)

放射生物學(xué)

Radiobiology電離輻射對生物體的作用物理階段化學(xué)階段生物階段物理階段10-18—10-12s射線照射路徑上的能量釋放激發(fā)電離化學(xué)階段激發(fā)電離化學(xué)鍵斷裂自由基形成修復(fù)正常分子結(jié)構(gòu)破壞生物階段分子結(jié)構(gòu)破壞修復(fù)酶反應(yīng)基因變異/癌變DNA不能復(fù)制/有絲分裂停止細(xì)胞死亡放射生物學(xué)

Radiobiology電離輻射對生物體的作用電離輻射的細(xì)胞效應(yīng)電離輻射對腫瘤組織的作用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)

電離輻射的直接作用和間接作用輻射導(dǎo)致的DNA分子斷裂分為兩類：直接作用是指射線直接作用于DNA分子，使DNA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，自由基作用于DNA分子并使之?dāng)嗔袲NA是放射線對細(xì)胞作用最關(guān)鍵的靶微輻射研究顯示：用放射線殺死細(xì)胞時(shí)，單獨(dú)照射細(xì)胞漿所需的照射劑量要比單獨(dú)照射細(xì)胞核大得多。放射性同位素（如3H,125I）摻入核DNA可有效地造成DNA損傷并殺死細(xì)胞。受放射線照射后染色體畸變率與細(xì)胞死亡密切相關(guān)。當(dāng)特異地把胸腺嘧啶類似物，如碘脫氧尿核苷或溴脫氧尿核苷摻入染色體時(shí)可修飾細(xì)胞的放射敏感性。DNA單鏈斷裂單鏈斷裂的修復(fù)過程是受酶控制的TTCDNA雙鏈斷裂染色體斷裂一般認(rèn)為，引起DNA損傷并最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡的主要是DNA的雙鏈斷裂。這主要是由于在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)輻射引起的單鏈斷裂可以大部分得到修復(fù)，而雙鏈斷裂不易修復(fù)，且修復(fù)的過程中有可能發(fā)生的修復(fù)差錯(cuò)TCA

近年的一些實(shí)驗(yàn)表明DNA雙鏈斷裂在基因的調(diào)控下也可修復(fù)，而只有未修復(fù)或修復(fù)不當(dāng)才可能造成細(xì)胞死亡。誘發(fā)DNA雙鏈斷裂的劑量與雙鏈斷裂數(shù)的關(guān)系并不像單鏈斷裂那樣呈線性，而是與周圍環(huán)境有關(guān)，涉及到劑量的大小以及DNA的濃度等，在臨床放射生物的劑量范圍內(nèi)，二者的關(guān)系呈線性二次方程。實(shí)際上，在一個(gè)獨(dú)立的輻射事件中，DNA的反應(yīng)物中應(yīng)該既有單鏈斷裂也有雙鏈斷裂。公式應(yīng)該是：N=αD+βD2

（α、β都是系數(shù)）

DNA雙鏈斷裂與細(xì)胞存活率之間有著某種內(nèi)在聯(lián)系，一些學(xué)者在這方面進(jìn)行了卓成效的工作，建立了許多數(shù)學(xué)模型，提供了一種從數(shù)學(xué)角度分析細(xì)胞存活與劑量之間的損傷效應(yīng)關(guān)系細(xì)胞存活曲線判斷一個(gè)細(xì)胞“死”或“活”，與我們熟悉的生理學(xué)上的死活是不一樣的。要把一個(gè)細(xì)胞完全殺死，需要的放射劑量是很大的。而對臨床放射生物學(xué)而言，一個(gè)細(xì)胞保持完整的增殖能力，產(chǎn)生大量的克隆，我們認(rèn)為這樣的細(xì)胞為活細(xì)胞，稱為“克隆源性細(xì)胞”。反之，一個(gè)細(xì)胞，形態(tài)完整，具有細(xì)胞的許多生理功能，如制造蛋白質(zhì)或合成各種酶和激素的功能等，但只要喪失了無限分裂的能力，我們就把這個(gè)細(xì)胞看成死細(xì)胞。對細(xì)胞“活”與“死”的這種理解，在臨床放射生物學(xué)的范圍內(nèi)是很有必要的，對于一個(gè)腫瘤，只要它喪失了無限增殖能力，我們就認(rèn)為已將其徹底根治了。靶的概念

所謂“靶”指的是細(xì)胞內(nèi)對放射線敏感的位點(diǎn)。Lee1946年在他的“輻射對活細(xì)胞作用”一書中，創(chuàng)立了靶的概念，認(rèn)為輻射的生物效應(yīng)是由于放射線擊中了生物大分子或細(xì)胞內(nèi)對射線敏感的特定區(qū)域并使之電離的結(jié)果，并將這個(gè)敏感區(qū)域形象的稱為“靶”。哺乳動(dòng)物細(xì)胞存活曲線橫坐標(biāo)表示劑量，按線性標(biāo)度繪制，縱坐標(biāo)表示存活率，按對數(shù)標(biāo)度繪制哺乳動(dòng)物細(xì)胞存活曲線

高LET射線，存活率趨近于一條直線，對它的描述用一個(gè)參數(shù)即可，即直線的斜率。這個(gè)斜率用使存活細(xì)胞數(shù)下降到37%所需的劑量來表示，稱為37%劑量斜率，即D0

。對于D0

可以理解為在劑量—效應(yīng)曲線的直線部分，使細(xì)胞的存活率下降到原來的37%處所需的照射劑量。哺乳動(dòng)物細(xì)胞存活曲線低LET射線，如X射線，存活曲線常有一初始肩段，隨后的部分才成為直線,表示這個(gè)曲線用以下幾個(gè)參數(shù)來描述。直線部分用直線的斜率來表示，以D0來表示。曲線部分用外推值n來表示，是存活曲線的直線部分外推，與存活率縱軸相交處。曲線的肩段小，外推值很小，若曲線的肩段很大，則外推值很大。這是一個(gè)劑量值，當(dāng)存活曲線外推，與存活率為“1”處畫出的劑量橫軸相交處的劑量值即為Dq。

哺乳動(dòng)物細(xì)胞存活曲線

最初的細(xì)胞存活曲線是由離體細(xì)胞通過在體外進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)獲得的,這引起了一些人的懷疑,他們認(rèn)為培養(yǎng)瓶中生長的細(xì)胞與細(xì)胞在體內(nèi)生長的環(huán)境不一樣,因此,所獲得的結(jié)論是否適用于臨床放射治療?哺乳動(dòng)物細(xì)胞存活曲線1959年Hewitt和Wilson報(bào)道了第一條體內(nèi)存活曲線.用一定劑量照射帶有腫瘤的動(dòng)物,然后,將這些腫瘤細(xì)胞取出并以不同的數(shù)目接種到一組正常動(dòng)物體內(nèi),然后進(jìn)行觀察和計(jì)算,測定出需要多少經(jīng)照射的細(xì)胞,才能使被接種的動(dòng)物中有一半的動(dòng)物發(fā)生了腫瘤,這稱之為TD50

即:使50%的動(dòng)物染病所需的細(xì)胞數(shù).假如經(jīng)10Gy照射后有10個(gè)細(xì)胞使動(dòng)物染病,而對照組是2個(gè)細(xì)胞即可使動(dòng)物染病,則在此劑量下的動(dòng)物存活是2/10,即0.2,重復(fù)不同劑量點(diǎn)的上述操作過程,即可得出對應(yīng)的細(xì)胞存活率,繪制的曲線就是被照射動(dòng)物的體內(nèi)細(xì)胞的存活曲線.這與體外進(jìn)行的細(xì)胞培養(yǎng)所得的曲線是相同的.因此,用體外細(xì)胞培養(yǎng)可真實(shí)地表達(dá)細(xì)胞在體內(nèi)的繁殖狀況。細(xì)胞周期時(shí)相與放射敏感性細(xì)胞周期時(shí)間（cell-cycletime）,也稱為有絲分裂周期時(shí)間,是兩次有效的有絲分裂之間的時(shí)間M有絲分裂期G1G2SDNA合成期細(xì)胞周期時(shí)相與放射敏感性有絲分裂期細(xì)胞或接近有絲分裂期細(xì)胞是放射最敏感細(xì)胞晚S期細(xì)胞通常具有較大的放射抗拒性若G1期相對較長,G1早期細(xì)胞表現(xiàn)相對輻射抗拒,其后逐漸敏感,G1末期相對更敏感G2期細(xì)胞通常較敏感,敏感性與M期相似放射生物學(xué)

Radiobiology電離輻射對生物體的作用電離輻射的細(xì)胞效應(yīng)電離輻射對腫瘤組織的作用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)

腫瘤的增殖動(dòng)力學(xué)惡性腫瘤細(xì)胞構(gòu)成P細(xì)胞/增殖細(xì)胞腫瘤體積增長的主要來源,占整個(gè)腫瘤細(xì)胞群體的比例稱為生長比例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)腫瘤分化終末期細(xì)胞不再具有分裂能力死亡和正在死亡的細(xì)胞腫瘤的增殖動(dòng)力學(xué)描述腫瘤生長的一些參數(shù)腫瘤體積倍增時(shí)間（tumorvolumedoublingtime,Td）決定因素:細(xì)胞周期時(shí)間生長比例細(xì)胞丟失率腫瘤的增殖動(dòng)力學(xué)描述腫瘤生長的一些參數(shù)潛在倍增時(shí)間（potentialdoublingtime,Tpot）是一個(gè)理論值,假設(shè)在沒有細(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)間決定因素:細(xì)胞周期時(shí)間生長比例腫瘤的增殖動(dòng)力學(xué)描述腫瘤生長的一些參數(shù)細(xì)胞丟失因子（celllosefactor）細(xì)胞丟失因子=1-Tpot/Td腫瘤的增殖動(dòng)力學(xué)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天放射生物學(xué)

Radiobiology電離輻射對生物體的作用電離輻射的細(xì)胞效應(yīng)電離輻射對腫瘤組織的作用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)

早反應(yīng)組織和晚反應(yīng)組織根據(jù)正常組織的不同特性和對電離輻射的不同反應(yīng),將正常組織分為早反應(yīng)組織和晚反應(yīng)組織兩大類早反應(yīng)組織細(xì)胞更新快,放射后的損傷很快會(huì)表現(xiàn)出來,這類組織α/β比值較高,損傷后以活躍的增殖來維持組織中的細(xì)胞數(shù)量.如:粘膜上皮、骨髓早反應(yīng)組織和晚反應(yīng)組織晚反應(yīng)組織細(xì)胞更新慢,數(shù)周甚至一年或更長時(shí)間也不進(jìn)行自我更新,如神經(jīng)細(xì)胞,放射后的損傷很晚才表現(xiàn)出來,這類組織α/β比值較小.在臨床上應(yīng)根據(jù)早晚反應(yīng)組織的特點(diǎn),安排合適的總劑量、總治療時(shí)間和分次劑量,特別保護(hù)晚反應(yīng)組織早晚反應(yīng)組織的差別組織類型生存曲線的α/β比值對分次量大小的敏感性對治療總時(shí)間的敏感性早反應(yīng)組織高+++晚反應(yīng)組織低++++0腫瘤與正常組織的放射敏感性相對敏感正常組織

腫瘤控制劑量高度敏感淋巴組織、胸腺、造血組織、性腺、胃腸上皮、胚胎組織淋巴網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的腫瘤、胚胎性腫瘤30-40Gy/3-4W中度敏感感覺器官（角膜、晶狀體、結(jié)膜）皮膚上皮（毛囊、皮脂腺）、口咽復(fù)層上皮、小血管和淋巴管、唾液腺、腎、肝、肺等上皮各種組織器官的鱗狀細(xì)胞癌60-70Gy/6-7W低度敏感中樞神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌腺（包括性腺內(nèi)分泌細(xì)胞）、心臟各種組織器官的一般腺癌等70-80Gy/7-8W不敏感肌肉組織、骨與軟骨組織、結(jié)締組織各種肉瘤及神經(jīng)節(jié)膠質(zhì)細(xì)胞瘤等≧80Gy正常組織的早、中、晚期放射性反應(yīng)器官早期一過性反應(yīng)中期放射性損傷晚期放射性損傷小腸腹瀉、絞痛、吸收不良6-12個(gè)月梗阻1-11年梗阻，可能需手術(shù)結(jié)腸、直腸腹瀉、絞痛6-12個(gè)月腹瀉、壞死2-3年慢性梗阻、纖維化胃厭食、惡心、酸度降低1-2個(gè)月表淺潰瘍慢性萎縮性胃炎食管吞咽困難、疼痛無1-5年狹窄口腔黏膜炎、濕性脫皮2-3個(gè)月萎縮6個(gè)月-1年纖維化、1-5年潰瘍、壞死皮膚紅斑、脫皮6-8周脫皮、色素沉著6個(gè)月-5年萎縮、潰瘍、纖維化肝肝功異常無6個(gè)月-1年肝功損傷正常組織的早、中、晚期放射性反應(yīng)器官早期一過性反應(yīng)中期放射性損傷晚期放射性損傷肺肺炎1～3個(gè)月肺炎6個(gè)月～2年纖維化腎無6～12個(gè)月腎硬化1.5～3年慢性放射性腎炎輸尿管無無1～2年纖維化及硬化膀胱膀胱炎無7～8個(gè)月攣縮，一年后萎縮性潰瘍腦水腫6～12月可逆反應(yīng)1～2年壞死心臟無心肌炎1～2年心包炎血管無動(dòng)脈纖維化少見眼無無2年以后白內(nèi)障脊髓無水腫橫斷性脊髓炎，6～12個(gè)月以內(nèi)可逆，1～2年截癱放射生物學(xué)

Radiobiology電離輻射對生物體的作用電離輻射的細(xì)胞效應(yīng)電離輻射對腫瘤組織的作用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)

著名放射生物學(xué)家Withers指出：

臨床放射治療醫(yī)生在設(shè)計(jì)分次治療方案時(shí)，應(yīng)注意把握兩個(gè)要點(diǎn)

生物學(xué)的合理性和處方劑量設(shè)定的科學(xué)性。必須了解影響分次放射治療的生物學(xué)因素?！?Rs”概念是重要環(huán)節(jié)。4Rs

細(xì)胞放射損傷的修復(fù)(Repairofradiationdamage)：周期內(nèi)細(xì)胞時(shí)相的再分布（Redistributionwithinthecellcycle）氧效應(yīng)及乏氧細(xì)胞的再氧合（Theoxygeneffectandreoxygenation）再群體化(Repopulation)細(xì)胞放射損傷的類型亞致死損傷(sublethaldamage)，潛在致死損傷(potentiallethaldamage)致死損傷(lethaldamage)。一.細(xì)胞放射損傷的修復(fù)

(Repairofradiationdamage)

亞致死損傷是指受照射以后，細(xì)胞的部分靶而不是所有靶內(nèi)所累積的電離事件，通常指DNA的單鏈斷裂。亞致死損傷是一種可修復(fù)的放射損傷，對細(xì)胞死亡影響不大,但亞致死損傷的修復(fù)會(huì)增加細(xì)胞存活率。一.細(xì)胞放射損傷的修復(fù)

(Repairofradiationdamage)

潛在致死損傷

正常狀態(tài)下應(yīng)當(dāng)在照射后死亡的細(xì)胞，若在照射后置于適當(dāng)條件下由于損傷的修復(fù)又可存活的現(xiàn)象。但若得不到適宜的環(huán)境和條件則將轉(zhuǎn)化為不可逆的損傷使細(xì)胞最終喪失分裂能力。一.細(xì)胞放射損傷的修復(fù)

(Repairofradiationdamage)

致死損傷受照射后細(xì)胞完全喪失了分裂繁殖能力，是一種不可修復(fù)的，不可逆和不能彌補(bǔ)的損傷。一.細(xì)胞放射損傷的修復(fù)

(Repairofradiationdamage)

2.細(xì)胞放射損傷的修復(fù)

（1）亞致死損傷的修復(fù)是一專業(yè)術(shù)語，指假如將某一即定單次照射劑量分成間隔一定時(shí)間的兩次時(shí)所觀察到的存活細(xì)胞增加的現(xiàn)象。1959年Elkind發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞受照射產(chǎn)生亞致死損傷而保持修復(fù)能力時(shí)，細(xì)胞能在3小時(shí)內(nèi)完成這種修復(fù)，將其稱之為亞致死損傷修復(fù)。中國倉鼠細(xì)胞受2分次X射線照射后的細(xì)胞存活影響亞致死損傷的修復(fù)的因素放射線的性質(zhì)低LET射線照射后細(xì)胞有亞致死損傷和亞致死損傷的修復(fù)，高LET射線照射后細(xì)胞沒有亞致死損傷因此也沒有亞致死損傷的修復(fù)。細(xì)胞的氧合狀態(tài)

處于慢性乏氧環(huán)境的細(xì)胞比氧合狀態(tài)好的細(xì)胞對亞致死損傷的修復(fù)能力差。細(xì)胞群的增殖狀態(tài)未增殖的細(xì)胞幾乎沒有亞致死損傷的修復(fù)等。細(xì)胞亞致死損傷的修復(fù)速率一般為30分鐘到數(shù)小時(shí)。常用亞致死損傷半修復(fù)時(shí)間（T1/2）來表示不同組織亞致死損傷的修復(fù)特性。小腸T1/2為0.5小時(shí)，脊髓1.5小時(shí)或更長嚙齒動(dòng)物皮膚濕性脫皮的T1/2為1.3小時(shí)是早反應(yīng)組織中最長的。從臨床資料來看，Oliver和Hall提出的半修復(fù)時(shí)間T1/2=1.5小時(shí)已被用于低劑量率照射的生物等效換算。在臨床非常規(guī)分割照射過程中，兩次照射之間間隔時(shí)間應(yīng)大于6小時(shí)，以利于亞致死損傷完全修復(fù)。（2）潛在致死損傷的修復(fù)

指照射以后改變細(xì)胞的環(huán)境條件，因潛在致死損傷的修復(fù)或表達(dá)而影響即定劑量照射后細(xì)胞存活比例的現(xiàn)象。Little及其同事用密度抑制的平臺期細(xì)胞培養(yǎng)研究潛在致死損傷，如果照射后在進(jìn)行克隆形成分析實(shí)驗(yàn)前把細(xì)胞保持在密度抑制狀態(tài)6-12小時(shí)細(xì)胞存活率同步增加。當(dāng)存在潛在致死損傷修復(fù)時(shí)，潛在致死損傷與放射治療的關(guān)系變得更加明顯。密度抑制的平臺期細(xì)胞的X射線細(xì)胞存活曲線影響潛在致死損傷修復(fù)的因素高LET照射沒有潛在致死損傷的修復(fù)。細(xì)胞所處的周期時(shí)相，如果照射后6小時(shí)或更長時(shí)間細(xì)胞沒有分裂則會(huì)發(fā)生潛在致死損傷的修復(fù)，這表現(xiàn)為細(xì)胞存活增高。這種修復(fù)現(xiàn)象在離體實(shí)驗(yàn)可用照射后6小時(shí)的平臺期來證實(shí)，在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，可用動(dòng)物腫瘤或正常組織細(xì)胞的分析以及移動(dòng)延緩來證實(shí)。潛在致死損傷修復(fù)對臨床放射治療是重要的，研究提示，某些放射耐受的腫瘤可能與它們的潛在致死損傷修復(fù)能力有關(guān)。即放射敏感的腫瘤潛在致死損傷修復(fù)不充分而放射耐受腫瘤具有較為充分的潛在致死損傷修復(fù)機(jī)制。

二.周期內(nèi)細(xì)胞時(shí)相的再分布（RedistributionWithintheCellCycle）離體培養(yǎng)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，處于不同周期時(shí)相的細(xì)胞放射敏感性是不同的，總的傾向是

S期的細(xì)胞（特別是晚S期）是最耐受的

G2和M期的細(xì)胞是最放射敏感的?？赡艿脑蚴?，G2期細(xì)胞在分裂前沒有充足的時(shí)間修復(fù)放射損傷。細(xì)胞周期再分布的意義一般認(rèn)為，分次放射治療中存在著處于相對放射抗拒時(shí)相的細(xì)胞向放射敏感時(shí)相移動(dòng)的再分布現(xiàn)象，這有助于提高放射線對腫瘤細(xì)胞的殺傷效果。如果未能進(jìn)行有效的細(xì)胞周期內(nèi)時(shí)相的再分布，則也可能成為放射抗拒的機(jī)制之一。三.氧效應(yīng)及乏氧細(xì)胞的再氧合（Theoxygeneffectandreoxygenation）氧的重要性早期的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞對電離輻射的效應(yīng)強(qiáng)烈地依賴于氧的存在（Gray1953,WrightandHoward-Flanders1957）。氧效應(yīng)人們把氧在放射線和生物體相互作用中所起的影響，稱為氧效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，氧效應(yīng)只發(fā)生在照射期間或照射后數(shù)毫秒內(nèi)。隨著氧水平的增高放射敏感性有一個(gè)梯度性增高，最大變化發(fā)生在0-20mmHg氧增強(qiáng)比把在乏氧及空氣情況下達(dá)到相等生物效應(yīng)所需的照射劑量之比叫做氧增強(qiáng)比（OxygenEnhancementRatioOER），通常用OER來衡量不同射線氧效應(yīng)的大小。

氧增強(qiáng)比

（OxygenEnhancementRatio.OER）

OER=D0乏氧細(xì)胞D0有氧細(xì)胞氧效應(yīng)的機(jī)制

比較公認(rèn)的理論是“氧固定假說（OxygenFixationHypothesis）即當(dāng)帶電粒子穿過生物物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生許多電子對，這些電子對壽命極短，約為10–10秒，當(dāng)生物物質(zhì)吸收了放射線以后形成自由基。這些自由基是高活度分子，能擊斷化學(xué)鍵造成靶分子的損傷（通常是DNA），從而啟動(dòng)一系列事件并最終以損傷的形式表達(dá)出來。在有氧存在的情況下，氧與自由基R作用形成有機(jī)過氧基（RO2），它是靶物質(zhì)的不可逆形式，于是損傷被化學(xué)固定下來，因此認(rèn)為氧對照射的損傷起了“固定”作用稱之為“氧固定假說”。2.腫瘤乏氧和乏氧細(xì)胞首先指出實(shí)體瘤內(nèi)有乏氧細(xì)胞存在是在1955年，由Thomlinson和Gray根據(jù)他們對人支氣管癌組織切片的觀察提出的。有活力組織的厚度為100-180um，當(dāng)腫瘤細(xì)胞層的厚度超過氧的有效擴(kuò)散距離時(shí)，細(xì)胞將不能存活。那些處于即將壞死邊緣部位的細(xì)胞但仍有一定活力的細(xì)胞稱為乏氧細(xì)胞。測定腫瘤乏氧水平的方法

存活曲線的分析夾持腫瘤血管。測定人腫瘤乏氧的方法：--間接的方法，測量血管間距、血管密度、測定腫瘤代謝活性；采用特異的放射活性物質(zhì)或熒光標(biāo)記的化合物結(jié)合到乏氧細(xì)胞等。直接測定人腫瘤乏氧細(xì)胞的方法是采用氧電極以決定氧分壓。用這些方法進(jìn)行的幾個(gè)臨床實(shí)驗(yàn)已間接地證明了人實(shí)體腫瘤內(nèi)有乏氧細(xì)胞存在，并能影響放射效應(yīng)。3.乏氧細(xì)胞的再氧合直徑<1mm的腫瘤是充分氧合的

超過這個(gè)大小會(huì)出現(xiàn)乏氧。再氧合

如果用大劑量單次照射腫瘤，腫瘤內(nèi)大多數(shù)放射敏感的氧合好的細(xì)胞將被殺死，剩下的那些活細(xì)胞是乏氧的。因此，照射后即刻的乏氧分?jǐn)?shù)將會(huì)接近100%，然后逐漸下降并接近初始值，這種現(xiàn)象稱為再氧合。計(jì)算所得的放療分次照射腫瘤細(xì)胞再氧合的存活曲線四.再群體化（Repopulation）損傷之后，組織的干細(xì)胞在機(jī)體調(diào)節(jié)機(jī)制的作用下，增殖、分化、恢復(fù)組織原來形態(tài)的過程稱做再群體化。這一概念早先用于描述正常組織損傷之后的恢復(fù)過程。再群體化效應(yīng)可以被增殖層次細(xì)胞的缺失或非增殖性功能細(xì)胞層的缺失所啟動(dòng)。再群體化的概念也用于腫瘤，但涵義有所不同。照射或使用細(xì)胞毒性藥物以后，可啟動(dòng)腫瘤內(nèi)存活的克隆源細(xì)胞，使之比照射或用藥以前分裂得更快，這稱之為加速再群體化（acceleratedrepopulation）。加速再群體化。大鼠橫紋肌肉瘤的生長曲線，A.曲線1是未照射的對照組的生長曲線；曲線2是照射后即刻的腫瘤生長曲線；B.照射以后不同時(shí)間克隆源細(xì)胞的比例變化。單次20GyX射線照射后大鼠移植瘤腫瘤消退和