临床放射生物学基础

细胞的再增殖
1.复发时间:肿瘤大部分在12个月内复发 1个细胞→30次倍增→ 临床可发现复发灶 1万个细胞→15～17次倍增→
肿瘤体积倍增时间一般为27天至166天，头颈部鳞 癌时间平均为60天 倍增从60天→缩短→12天，反映了快速再增殖
细胞的再增殖
2.总疗程时间与肿瘤局控率的关系 头颈部鳞癌如在常规治疗及分程治疗中 用同样总剂量，对任何一期的肿瘤分程治 疗的控制率都比常规治疗低。 多种肿瘤放疗总疗程时间和肿瘤局控率 的关系。
原子处于激发态，这一过程为激发作用。
水的电离和激发
直接作用
直接作用
射线被生物物质 吸收时,直接和细胞 关键的靶起作用， 靶原子被电离或激 发启动一系列生物 事件导致生物改变 。
高LET射线，如中 子或α粒子
间接作用
自由基与活性氧

自由基对DNA这一细胞最重要靶点作用产生DNA损
伤

自由基对脂类过氧化作用与生物膜作用产生细胞 膜损伤
细胞存活曲线 线性二次模型

任何类型辐射效应造成的细胞杀灭都是单击致死性杀灭（ 型）与亚致死性损伤累积杀灭（型）之和。 总的生物效应为两者之和，即S＝S· S＝e-αD· e-βD2

＝e

-(αD＋βD2)
当一次照射引起的上述两种效应相等时，则D=D2，/ ＝D。因此，/代表的是这样一个剂量，在此剂量照射 时线性部分（D）对放射效应的贡献与平方部分（βD2） 的贡献相同，其单位是Gy。
细胞存活曲线 线性二次模型
细胞存活曲线 线性二次模型
分次剂量照射的细胞存活曲线

分次照射时，细胞存活曲线肩区的每次照 射重建。
细胞动力学的改变
细胞的放射敏感性

不同细胞群体的放射敏感性，不断分裂和更新 的细胞敏感，不分裂的细胞抗拒。


不同细胞周期时相的放射敏感性差异。
不同环境中的细胞敏感性特别是氧分压不同对 敏感性的影响。

物理阶段


化学阶段
生物反应阶段
电离和激发

电离作用是高能粒子和电磁辐射的能量被生物组织吸收后 ，引起生物效应的最重要的原初过程，生物组织中的原子 被粒子或光子撞击时，轨道电子被击出，产生自由电子和
带正电的离子，既形成离子对，这过程称为电离。

当电离辐射与组织原子相互作用，其能量不足以将原子的 轨道电子击出是，可使电子跃迁到较高能级的轨道上，使
细胞的再增殖

肿瘤再增殖 实验证明肿瘤内残存1％的存活克隆源 性细胞于肿瘤消退时已开始其初始的加速 再增殖。 一些临床观察证实了人体肿瘤的克隆源 性细胞也有再增殖反应
细胞的再增殖

加速再增殖(accelerated repopulation) 原因: 正常组织:① 受放射损伤后死亡的细胞分泌刺激 残存细胞分裂的因子，促使残存细胞分裂；② 由 于细胞的死亡使残存细胞间的接触抑制现象减弱 ，分裂加快。 肿瘤组织:肿瘤生长过程中细胞自然丢失率很高 ; 肿瘤存在异质性 。 依据
存活率=
种植细胞数空白组集落形成
(PE)
细胞存活曲线

高LET线细胞存活曲线----指数性曲线
曲线公式 S=e-kD 低LET线细胞存活曲线----非指数性曲线 肩部反映低剂量下损伤修复 直线部分反映高剂量下指数性杀灭

曲线公式为一次二元方程式
S=1-(1-e-kD )n ( K 为直线部分的斜率) D0=1/K (D0 为平均致死剂量)
临床放射生物学基础
赣南医学院第一附属医院 放疗科 郭海亮 252775074@qq.com
放射生物学的基本概念
临床放射生物学是放射生物基础理论研究的基
础上，探讨人类肿瘤及其正常组织在放射治疗过 程中放射生物学效应问题的一门学科。
研究领域

正常组织放射生物学
肿瘤放射生物学
放射生物学的基本概念
生物体受辐射后变化的三个阶段
S=1-(1-e-D/
D0
)n
曲线几个重要参数: D0 ,n值,Dq值
细胞存活曲线 单击单靶模型
细胞存活曲线 单击单靶模型
e-1 来自百度文库 0.37
e-2 = 0.14
e-3 = 0.05
细胞存活曲线 单击多靶模型
细胞存活曲线 线性二次模型

Thames和Bentzen于80年代提出 LQ模型以DNA双链断裂造成细胞死亡为理论依据 由一个辐射粒子在通过相互靠近的 DNA双链处一次将其 击断 , 这种方式产生的 DNA 断裂数直接与吸收剂量成正比 ,S= e-αD 两个辐射粒子途经 DNA 双链附近 , 各产生一个彼此很靠 近的单链断裂,这种方式产生的DNA断裂数直接与吸收剂量 的平方成正比, S=e-βD2
S
S
S
照射引起 G2
电离辐射对细胞周期的影响
G2
M
mitotic interphase
G1 G2
M G1
time
S S
细胞的再增殖

正常组织增殖 Hopewell(1991)的实验资料表明，10天内照 射猪皮肤，未见再增殖，如疗程延长到38天，则 要达到相同的生物效应，总剂量需要增加38％。 临床观察到正常组织再增殖的情况： 在一个总疗程为5周或更长时，在疗程后期 大部分早反应组织有一定程度的再增殖。 证据:1.口咽粘膜在治疗的5～6周时其反应 程度变轻 2.严重皮肤反应在治疗后期出现上皮克隆

自由基和抗氧化酶和其他抗氧化物质作用
放射治疗实现的可能性

B-T定律：
细胞的放射敏感性高低和细胞增长速率成正比 和细胞的分化程度成反比 恶性肿瘤细胞增长快，分化差和正常组织相比 ，放射敏感性更高
辐射的细胞生物学效应

细胞死亡
分裂几次后死亡，临床表现，肿瘤受照后，体积不立 即缩小，甚至出现临时性增大，以后，随着肿瘤细胞的不 断死亡，肿瘤才缩小
（1）增殖性死亡
（2）间期性细胞死亡
受照几小时内，肿瘤细胞死亡
细胞存活曲线
细胞存活曲线是定量描述辐射吸收剂量与细 胞存活之间关系的曲线。
细胞克隆
细胞存活曲线
细胞克隆实验法
细胞存活曲线
细胞剂量效应曲线(dose response curve)
细胞存活曲线(cell survival curve) 某剂量照射后形成克隆数
不同细胞群体的放射敏感性

不断分裂和更新的细胞群体，敏感性较高 不分裂的细胞群体，对放射性抗拒 细胞群体在一般状态下基本不分裂或分裂速率 很低，受刺激后迅速分裂，放射敏感性增高


细胞时项的放射敏感性
M 和G2期为放射
电离辐射对细胞周期的影响
M M M
细胞周期时相的再分
G1
G2 G1
G2
G2
G1