放射生物学--电离辐射的细胞效应ppt课件.ppt

电离辐射的细胞效应电离辐射的细胞效应电离辐射的细胞效应电离辐射的细胞效应细胞是复杂机体的功能单元细胞是复杂机体的功能单元，研究电离辐射对，研究电离辐射对细胞的作用持点，是了解辐射整体效应的重要细胞的作用持点，是了解辐射整体效应的重要基础。基础。但机体由各种性质与功能不同的细胞组成，它但机体由各种性质与功能不同的细胞组成，它们对辐射的反应存在很大差别。们对辐射的反应存在很大差别。因此，既要了解电离辐射引起细胞效应的共性，因此，既要了解电离辐射引起细胞效应的共性，也要阐明各类细胞对电离辐射反应的特点。也要阐明各类细胞对电离辐射反应的特点。主要内容主要内容细胞的放射敏感性细胞的放射敏感性电离辐射引起的电离辐射引起的细胞死亡细胞死亡细胞存活的剂量细胞存活的剂量-效应关系效应关系细胞的放射损伤细胞的放射损伤Thank you！细胞的放射敏感性细胞的放射敏感性自然界的各种生物对象在受到电离辐射作用后都表现出一定的损伤。但在同一剂量下引起损伤的程度有很大的不同，或者说，引起同一水平的效应所需要的剂量高低存在很大差异，即为辐射敏感性差异。细胞的放射敏感性细胞的放射敏感性哺乳动物细胞辐射敏感性的差异（一）不同类型细胞的辐射敏感性（二）二）肿瘤细胞的辐射敏感性不同细胞周期时相的放射敏感性不同细胞周期时相的放射敏感性不同类型细胞的辐射敏感性不同类型细胞的辐射敏感性体内的细胞群体依据其更新速率不同可分为三体内的细胞群体依据其更新速率不同可分为三大类。大类。第一类是第一类是不断分裂、更新的细胞群体不断分裂、更新的细胞群体，对电离，对电离辐射的敏感性较高。辐射的敏感性较高。第二类是第二类是不分裂的细胞群体不分裂的细胞群体，对电离辐射有相，对电离辐射有相对的抗性对的抗性(从从形态损伤形态损伤的角度衡量的角度衡量)。不同类型细胞的辐射敏感性不同类型细胞的辐射敏感性第三类细胞在一般状态下基本不分裂或分裂的第三类细胞在一般状态下基本不分裂或分裂的速率很低、因而对辐射相对地不敏感，但在速率很低、因而对辐射相对地不敏感，但在受受到刺激后可以迅速分裂到刺激后可以迅速分裂，其放射敏感性随之增，其放射敏感性随之增高。（典型的例子是高。（典型的例子是再生肝，再生肝，当肝脏部分切除当肝脏部分切除或受化学损伤而使残留肝细胞分裂活跃时，其或受化学损伤而使残留肝细胞分裂活跃时，其放射敏感性高于正常状态下的肝细胞。）放射敏感性高于正常状态下的肝细胞。）不同类型细胞的辐射敏感性不同类型细胞的辐射敏感性高度敏感细胞：淋巴细胞（属于高度分化和不增殖的细胞）、造血细胞、生殖上皮细胞、胃肠粘膜上皮细胞等敏感细胞：膀胱、食道等上皮。中度敏感细胞：神经节细胞、肌肉细胞不敏感细胞：软骨及骨肿瘤细胞的辐射敏感性肿瘤细胞的辐射敏感性各种肿瘤对辐射的敏感性有明显差异。对射线高度敏感的肿瘤：恶性淋巴瘤、精原细胞瘤、肾母细胞瘤等；中度敏感：鳞状上皮癌、分化差的腺癌，脑胶质瘤等；辐射抗性肿瘤：恶性黑色素瘤、软骨肉瘤等细胞周期细胞周期增殖细胞在两次有丝分裂之间所发生的一系列增殖细胞在两次有丝分裂之间所发生的一系列事件的总称，包括事件的总称，包括4个时相。个时相。G1期期：表示有丝分裂结束和：表示有丝分裂结束和S期开始之间的期开始之间的时间。时间。S期期（synthesis）：是）：是DNA复制的时间。复制的时间。G2期期：表示：表示S期结束到下一次有丝分裂之间期结束到下一次有丝分裂之间的时间。的时间。DNA含量是含量是G1期细胞的期细胞的2倍。倍。M期期（mitosis）（有丝分裂或细胞分裂）（有丝分裂或细胞分裂）不同细胞周期时相的放射敏感性不同细胞周期时相的放射敏感性细胞处于周期不同时相的辐射敏感性 对于大多数细胞来说在G1期有一定的抵抗，G1/S 边界上敏感性较高。进入S 期后抗性又逐渐升高，到G2期与M期细胞又较敏感，甚至达到高峰。不同细胞周期的放射敏感性差异不同细胞周期的放射敏感性差异 细胞在接近和处于有丝分裂期时最敏感；常是在S后期放射最抗拒；G2期常是敏感的。可能和M期一样敏感；如G1期有一定长度，则可见在G1期的早期是放射抗拒的，然而G1期的末尾又有一个敏感时期。不同细胞周期的放射敏感性差异不同细胞周期的放射敏感性差异细胞种类不同，其周期时间细胞种类不同，其周期时间细胞种类不同，其周期时间细胞种类不同，其周期时间(T(TC C)可有很大差别，由可有很大差别，由可有很大差别，由可有很大差别，由十数小时到数百小时不等，而差别的发生主要是十数小时到数百小时不等，而差别的发生主要是十数小时到数百小时不等，而差别的发生主要是十数小时到数百小时不等，而差别的发生主要是GG1 1时相持续时间的不同。时相持续时间的不同。时相持续时间的不同。时相持续时间的不同。有丝分裂相持续时间有丝分裂相持续时间有丝分裂相持续时间有丝分裂相持续时间(T(TMM)一般很短，多数细胞在一般很短，多数细胞在一般很短，多数细胞在一般很短，多数细胞在1h1h内即完成其分裂。内即完成其分裂。内即完成其分裂。内即完成其分裂。细胞合成细胞合成细胞合成细胞合成DNADNA以后的以后的以后的以后的GG2 2相持续时间相持续时间相持续时间相持续时间(T(TG2G2)亦很短，多亦很短，多亦很短，多亦很短，多在在在在2h2h以内。以内。以内。以内。由此可以看出，在多数细胞的周期中，由此可以看出，在多数细胞的周期中，由此可以看出，在多数细胞的周期中，由此可以看出，在多数细胞的周期中，对辐射最敏对辐射最敏对辐射最敏对辐射最敏感的时相感的时相感的时相感的时相(M(M和和和和GG2 2相相相相)所占比例是较短暂的所占比例是较短暂的所占比例是较短暂的所占比例是较短暂的。与敏感性有关的其它问题与敏感性有关的其它问题（一）辐射能否引起细胞抗性增强？实验表明：长时间照射可增加细胞的辐射抗性。（二）低剂量照射下的细胞辐射敏感性？实验结果发现：在低剂量区域内具有高敏感性，接着出现抗性。电离辐射引起细胞死亡电离辐射引起细胞死亡电离辐射引起细胞死亡，是辐射整体效应发生电离辐射引起细胞死亡，是辐射整体效应发生的重要基础。的重要基础。在急性放射综合征的发生机制中，淋巴造血细在急性放射综合征的发生机制中，淋巴造血细胞和小肠粘膜上皮细胞的死亡分别是造血型和胞和小肠粘膜上皮细胞的死亡分别是造血型和胃肠型急性放射病的重要细胞学基础。胃肠型急性放射病的重要细胞学基础。电离辐射诱发的电离辐射诱发的不育症不育症取决于生殖细胞的杀伤。取决于生殖细胞的杀伤。电离辐射引起的电离辐射引起的脱发脱发起源于毛囊上皮细胞的破起源于毛囊上皮细胞的破坏。坏。辐射引起细胞死亡的类型辐射引起细胞死亡的类型细胞受到电离辐射作用后诱发细胞受到电离辐射作用后诱发DNA损损伤、细胞周期调控紊乱及严重的细胞伤、细胞周期调控紊乱及严重的细胞学后果学后果细胞死亡细胞死亡。细胞因其种类不同以及受照剂量的不同，细胞因其种类不同以及受照剂量的不同，死亡类型也不相同。死亡类型也不相同。辐射引起细胞死亡的类型辐射引起细胞死亡的类型传统上，根据照射后细胞死亡发生的时传统上，根据照射后细胞死亡发生的时间和增殖与否将辐射所致细胞死亡分为间和增殖与否将辐射所致细胞死亡分为两种类型：两种类型：增殖死亡和间期死亡增殖死亡和间期死亡。而从其形态学上特征性改变及发生的分而从其形态学上特征性改变及发生的分子机理上看，则又可区分为子机理上看，则又可区分为细胞凋亡和细胞凋亡和坏死坏死。增殖死亡（增殖死亡（proliferative death）是指是指增殖细胞增殖细胞受照丧失了持续增殖受照丧失了持续增殖的能力，在经过一个或几个有丝分的能力，在经过一个或几个有丝分裂周期后丧失代谢活动和细胞功能裂周期后丧失代谢活动和细胞功能而死亡。而死亡。又称代谢死亡或延缓死亡、有又称代谢死亡或延缓死亡、有丝分裂死亡。丝分裂死亡。增殖死亡（增殖死亡（proliferative death）大多数分裂较快的哺乳类细胞受中等剂量（10Gy以内）照射后发生增殖死亡。照射后发生有丝分裂的次数与辐射剂量有关，如接受1Gy照射细胞可分裂5次，接受10Gy者平均分裂1次或不到1次。增殖死亡（增殖死亡（proliferative death）在此期间细胞的显微结构和功能可能完全正常，接着在1次异常分裂当中或以后发生变性。有许多细胞并不立即变性，也不进一步分裂，而是逐渐增大形成巨细胞。增殖死亡（增殖死亡（proliferative death）这种巨细胞的DNA、RNA和蛋白质含量与细胞大小相称，其密度与正常细胞相似，可以继续合成DNA、核酸和蛋白质。如用50Gy照射后形成的巨细胞可以存活2个月突然变性，在此期间细胞仍有积极代谢活动，直径可增大到25-50倍。增殖死亡（增殖死亡（proliferative death）细胞增殖死亡的机制可能与染色体损伤有关。辐射诱导的染色体畸变可使分裂后的子细胞不能获得一套完整的染色体，因而不能进入以后的分裂而死亡。间间 期期 死死 亡（亡（interphase death）是指细胞受到大剂量（是指细胞受到大剂量（100Gy或更大）照射或更大）照射未经细胞分裂即在间隙期死亡。未经细胞分裂即在间隙期死亡。又称又称即刻死亡或非有丝分裂死亡即刻死亡或非有丝分裂死亡。但有些细胞在中等或更低剂量照射后即可发但有些细胞在中等或更低剂量照射后即可发生间期死亡，这类细胞包括胸腺细胞、淋巴生间期死亡，这类细胞包括胸腺细胞、淋巴细胞、细胞、A型精原细胞和卵细胞等。型精原细胞和卵细胞等。间间 期期 死死 亡（亡（interphase death）这些都属于放射敏感性较高的细胞，这些都属于放射敏感性较高的细胞，1Gy以以内的剂量即足以引起内的剂量即足以引起50以上的细胞死亡。以上的细胞死亡。细胞死亡的发展要经历一定时间，死亡数随细胞死亡的发展要经历一定时间，死亡数随照后时间推移逐渐增加，一般在照射后照后时间推移逐渐增加，一般在照射后24h内达到顶点，剂量愈大，此发展过程愈快。内达到顶点，剂量愈大，此发展过程愈快。间间 期期 死死 亡（亡（interphase death）间期死亡的发生机制尚未完全阐明。间期死亡的发生机制尚未完全阐明。以往的资料中多从照射后能量供应以往的资料中多从照射后能量供应(ATP合成合成)受抑、膜结构损伤受抑、膜结构损伤(通透性增高通透性增高)和和染色质裂解三个方面进行分析。染色质裂解三个方面进行分析。测定测定增殖死亡增殖死亡采用体外细胞采用体外细胞集落培养集落培养法，法，观察单个细胞在一次或数次分裂后不能观察单个细胞在一次或数次分裂后不能形成一个克隆，则认为死亡。形成一个克隆，则认为死亡。能够生长成克隆者计为存活。能够生长成克隆者计为存活。间期死亡间期死亡辨认最常用的是辨认最常用的是染色排斥法染色排斥法：伊红、台盼蓝或氨基黑等染料，活细胞伊红、台盼蓝或氨基黑等染料，活细胞不着色，死细胞可被染色。不着色，死细胞可被染色。细胞坏死（细胞坏死（necrosis)突然及严重损伤所造成的细胞意外死突然及严重损伤所造成的细胞意外死亡，这种损伤包括电离辐射、严重的亡，这种损伤包括电离辐射、严重的感染、剧烈的炎症、烧伤或其他形式感染、剧烈的炎症、烧伤或其他形式的创伤以及化学损伤等。的创伤以及化学损伤等。细胞坏死（细胞坏死（necrosis)坏死细胞的损伤往往在细胞膜表面，使得细胞坏死细胞的损伤往往在细胞膜表面，使得细胞膜失去了调节渗透压的能力，造成细胞的肿胀，膜失去了调节渗透压的能力，造成细胞的肿胀，其线粒体在损伤早期即出现病理改变，功能受其线粒体在损伤早期即出现病理改变，功能受到损伤，细胞的能量代谢出现障碍。到损伤，细胞的能量代谢出现障碍。死亡的细胞破裂成碎片散布在周围组织中，往死亡的细胞破裂成碎片散布在周围组织中，往往引起明显的炎症反应，损伤的器官或组织出往引起明显的炎症反应，损伤的器官或组织出现功能障碍。现功能障碍。细胞凋亡（细胞凋亡（apoptosis)细胞凋亡的概念由英国阿伯丁大学病理学细胞凋亡的概念由英国阿伯丁大学病理学教授教授Kerr在在1972年前首先提出，他当时主年前首先提出，他当时主要根据形态学持征如细胞体积缩小、核固要根据形态学持征如细胞体积缩小、核固缩、染色质凝集等来区分与坏死截然不同缩、染色质凝集等来区分与坏死截然不同的另一类细胞死亡模式。的另一类细胞死亡模式。细胞凋亡（细胞凋亡（apoptosis)随着研究的深入，人们逐渐认同随着研究的深入，人们逐渐认同细胞凋细胞凋亡亡是指维持内环境稳定，由基因控制的是指维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。细胞自主的有序的死亡。既包括生理性的程序性死亡既包括生理性的程序性死亡(programm cell dealh)，又指由外来因素，又指由外来因素(生理性或生理性或非生理性非生理性)诱发的细胞自杀诱发的细胞自杀(suicide)。细胞凋亡（细胞凋亡（apoptosis)细胞凋亡是一种主动的由基因导向的细胞消细胞凋亡是一种主动的由基因导向的细胞消亡过程，属于普遍存在的生物学现象，在保亡过程，属于普遍存在的生物学现象，在保持机体内稳态方面发挥积极作用。持机体内稳态方面发挥积极作用。在胚胎发生、器官发育与退化、免疫和造血在胚胎发生、器官发育与退化、免疫和造血细胞的分化、选择以及正常和肿瘤细胞的更细胞的分化、选择以及正常和肿瘤细胞的更新等方面都有重要意义。新等方面都有重要意义。细胞凋亡（细胞凋亡（apoptosis)在机体的生理过程中，在一定的信号启动下，在机体的生理过程中，在一定的信号启动下，凋亡相关基因有序地表达，制约着对整体无凋亡相关基因有序地表达，制约着对整体无用或有害细胞的清除。用或有害细胞的清除。细胞凋亡和细胞增殖为一对矛盾，互相协调，细胞凋亡和细胞增殖为一对矛盾，互相协调，彼此消长，维护着机体的正常生长、发育与彼此消长，维护着机体的正常生长、发育与健康。健康。细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡不同于细胞坏死，其形态特征是胞细胞凋亡不同于细胞坏死，其形态特征是胞体缩小，染色质浓缩成块状，并沿核膜聚积，体缩小，染色质浓缩成块状，并沿核膜聚积，形成许多固缩的核碎片，而细胞器与膜系保形成许多固缩的核碎片，而细胞器与膜系保持完整，质膜出芽持完整，质膜出芽(或发疱或发疱)，形成膜包被染色，形成膜包被染色质碎片的凋亡小体。质碎片的凋亡小体。可被周围细胞吞噬清除或排出管腔可被周围细胞吞噬清除或排出管腔(如肠道如肠道)。细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞坏死的特征则是细胞器肿胀，膜系破细胞坏死的特征则是细胞器肿胀，膜系破坏，整个细胞崩解。坏，整个细胞崩解。由于以上的特征性区别，细胞凋亡不引发由于以上的特征性区别，细胞凋亡不引发周围组织的炎症反应，而是静悄悄地死去，周围组织的炎症反应，而是静悄悄地死去，就地清除，保持组织的完整性。就地清除，保持组织的完整性。细胞存活的剂量细胞存活的剂量-效应关系效应关系辐射剂量与生物效应的关系，简称剂量辐射剂量与生物效应的关系，简称剂量-效应效应关系，是放射生物学研究的核心问题之一。关系，是放射生物学研究的核心问题之一。剂量剂量-效应关系在放射生物学中是一个广义的效应关系在放射生物学中是一个广义的概念，指任何一种生物效应与剂量的关系。概念，指任何一种生物效应与剂量的关系。其中，辐射剂量与细胞效应的关系，即细胞其中，辐射剂量与细胞效应的关系，即细胞存活的剂量存活的剂量-效应关系研究最多，积累资料也效应关系研究最多，积累资料也较为丰富。较为丰富。细胞存活的剂量细胞存活的剂量-效应关系效应关系对于有增殖能力的细胞（如造血细胞、离体对于有增殖能力的细胞（如造血细胞、离体培养细胞、肿瘤细胞等）凡是保留其增殖能培养细胞、肿瘤细胞等）凡是保留其增殖能力，能无限产生子代的细胞，称之为力，能无限产生子代的细胞，称之为存活细存活细胞胞。凡失去增殖能力，不能产生大量子代的细胞，凡失去增殖能力，不能产生大量子代的细胞，称为不存活细胞，即称为不存活细胞，即死细胞死细胞。在离体培养条件下，一个存活细胞可繁殖成在离体培养条件下，一个存活细胞可繁殖成一个细胞群体，称之为克隆或集落。一个细胞群体，称之为克隆或集落。细胞存活的剂量细胞存活的剂量-效应关系效应关系对于那些不再增殖的已分化细胞，如神经细胞、肌对于那些不再增殖的已分化细胞，如神经细胞、肌对于那些不再增殖的已分化细胞，如神经细胞、肌对于那些不再增殖的已分化细胞，如神经细胞、肌细胞、分泌细胞等，则以其是否丧失特殊功能来衡细胞、分泌细胞等，则以其是否丧失特殊功能来衡细胞、分泌细胞等，则以其是否丧失特殊功能来衡细胞、分泌细胞等，则以其是否丧失特殊功能来衡量细胞是否存活，保留机能者为存活细胞，失去功量细胞是否存活，保留机能者为存活细胞，失去功量细胞是否存活，保留机能者为存活细胞，失去功量细胞是否存活，保留机能者为存活细胞，失去功能者为死亡。能者为死亡。能者为死亡。能者为死亡。细胞存活曲线，则是通过测量受不同辐射剂量照射细胞存活曲线，则是通过测量受不同辐射剂量照射细胞存活曲线，则是通过测量受不同辐射剂量照射细胞存活曲线，则是通过测量受不同辐射剂量照射后，有增殖能力的细胞在体内、外克隆或集落形成后，有增殖能力的细胞在体内、外克隆或集落形成后，有增殖能力的细胞在体内、外克隆或集落形成后，有增殖能力的细胞在体内、外克隆或集落形成能力，即存活率的变化所绘制出的剂量能力，即存活率的变化所绘制出的剂量能力，即存活率的变化所绘制出的剂量能力，即存活率的变化所绘制出的剂量-效应曲线，效应曲线，效应曲线，效应曲线，也称之为细胞存活曲线也称之为细胞存活曲线也称之为细胞存活曲线也称之为细胞存活曲线(cell survival curve)(cell survival curve)。细胞存活的剂量细胞存活的剂量-效应关系效应关系细胞存活曲线主要用于研究以下诸方细胞存活曲线主要用于研究以下诸方面放射生物学问题：面放射生物学问题：1)各种细胞与辐射剂量的定量关系。各种细胞与辐射剂量的定量关系。2)比较各种因素对细胞放射敏感性的比较各种因素对细胞放射敏感性的影响。影响。3)观察有氧与乏氧状态下细胞放射敏观察有氧与乏氧状态下细胞放射敏感性的改变。感性的改变。细胞存活的剂量细胞存活的剂量-效应关系效应关系4)观察各种辐射增敏剂的效果，或放射治疗合观察各种辐射增敏剂的效果，或放射治疗合并化学药物治疗肿瘤的作用，或放射合并增并化学药物治疗肿瘤的作用，或放射合并增温治疗的作用。温治疗的作用。5)比较不同比较不同LET射线效应。射线效应。6)研究细胞的各种放射损伤研究细胞的各种放射损伤(致死性损伤，潜在致死性损伤，潜在致死性损伤，亚致死性损伤致死性损伤，亚致死性损伤)以及损伤修复的以及损伤修复的放射生物学理论问题。放射生物学理论问题。7)指导临床分次放射治疗肿瘤。指导临床分次放射治疗肿瘤。细胞存活的剂量细胞存活的剂量-效应关系效应关系电离辐射在细胞水平的效应已经积累了大电离辐射在细胞水平的效应已经积累了大量资料，研究者试图将这些资料系统化，量资料，研究者试图将这些资料系统化，概括为数学模型，以便于理解细胞反应的概括为数学模型，以便于理解细胞反应的规律。规律。指数指数“单击单击”曲线曲线“多击多击”或或“多靶多靶”曲线曲线指数单击曲线指数单击曲线在指数单击曲线中，细胞（或生物大分子）在指数单击曲线中，细胞（或生物大分子）的存活分数为辐射剂量的简单函数，细胞的存活分数为辐射剂量的简单函数，细胞存活率与照射剂量呈指数性反比关系。存活率与照射剂量呈指数性反比关系。这种情况见于病毒或酶的灭活及少数哺乳这种情况见于病毒或酶的灭活及少数哺乳动物细胞的射线杀伤。动物细胞的射线杀伤。S：某剂量下细胞的存活分数：某剂量下细胞的存活分数D：所受剂量：所受剂量k：常数，与射线性质及细胞敏感性：常数，与射线性质及细胞敏感性有关有关指数单击曲线指数单击曲线根据靶学说的解释，上述情况属于根据靶学说的解释，上述情况属于单单击单靶模型击单靶模型，即在细胞或生物大分子，即在细胞或生物大分子内存在着一个敏感的靶区，靶区被辐内存在着一个敏感的靶区，靶区被辐射击中一次即可引起死亡或灭活。射击中一次即可引起死亡或灭活。这种曲线称为单击曲线。这种曲线称为单击曲线。D=0时，S=1，100%存活D趋向于无穷大时，S=0D=1/k时，S=e-1=0.37，即引起细胞（或酶分子）63%死亡（或灭活）的照射剂量为D37。存活曲线的斜率为1/D37。指数单击曲线指数单击曲线有人将有人将有人将有人将1/K1/K（D D0 0）称为）称为）称为）称为平均致死剂量平均致死剂量平均致死剂量平均致死剂量，即每个细胞，即每个细胞，即每个细胞，即每个细胞平均受到一次打击的剂量。平均受到一次打击的剂量。平均受到一次打击的剂量。平均受到一次打击的剂量。按照靶学说解释属于单靶单击的结果。细胞内只存按照靶学说解释属于单靶单击的结果。细胞内只存按照靶学说解释属于单靶单击的结果。细胞内只存按照靶学说解释属于单靶单击的结果。细胞内只存在一个敏感区，靶区被击中一次即可引起细胞死亡。在一个敏感区，靶区被击中一次即可引起细胞死亡。在一个敏感区，靶区被击中一次即可引起细胞死亡。在一个敏感区，靶区被击中一次即可引起细胞死亡。给予给予给予给予D D0 0后，似乎是细胞应该全部死亡，实际上只有后，似乎是细胞应该全部死亡，实际上只有后，似乎是细胞应该全部死亡，实际上只有后，似乎是细胞应该全部死亡，实际上只有63%63%的细胞死亡，的细胞死亡，的细胞死亡，的细胞死亡，37%37%的细胞幸免，这是因为射线的细胞幸免，这是因为射线的细胞幸免，这是因为射线的细胞幸免，这是因为射线杀伤是一个随机过程，细胞被射线击中的概率分配杀伤是一个随机过程，细胞被射线击中的概率分配杀伤是一个随机过程，细胞被射线击中的概率分配杀伤是一个随机过程，细胞被射线击中的概率分配符合泊松分布。符合泊松分布。符合泊松分布。符合泊松分布。指数单击曲线指数单击曲线例如：当例如：当100个细胞平均接受个细胞平均接受1次打击时，有次打击时，有37个细胞未被击中，有个细胞未被击中，有37个细胞被击中一次，个细胞被击中一次，18个被击中个被击中2次，次，6个被击中个被击中3次，偶有次，偶有1、2个细胞被击中个细胞被击中4-5次以上，总的击中次数相加次以上，总的击中次数相加还是还是100次，因此只有次，因此只有37%未被击中的细胞存未被击中的细胞存活。活。指数单击曲线指数单击曲线如果给予如果给予2个个D0，死亡率也只是，死亡率也只是37%37%=13.7%。即使剂量很大，由于指数杀伤的关系，理论即使剂量很大，由于指数杀伤的关系，理论上仍有少数细胞存活。上仍有少数细胞存活。而在放射治疗时由于正常组织耐受量的限制，而在放射治疗时由于正常组织耐受量的限制，剂量不会无限高。剂量不会无限高。多击或多靶曲线多击或多靶曲线根据靶学说的解释，这种情况属于多事件根据靶学说的解释，这种情况属于多事件曲线，即细胞内必须一个靶区被击中多次，曲线，即细胞内必须一个靶区被击中多次，或是多个靶区各被击中一次才引起效应，或是多个靶区各被击中一次才引起效应，前者称为前者称为多击单靶多击单靶模型，后者称为模型，后者称为单击多单击多靶靶模型。模型。多击或多击或多靶多靶曲线曲线多击或多靶曲线多击或多靶曲线假定一个细胞内有多个靶（假定一个细胞内有多个靶（假定一个细胞内有多个靶（假定一个细胞内有多个靶（n n）全部被击中时细胞）全部被击中时细胞）全部被击中时细胞）全部被击中时细胞才会死亡，即使只击中才会死亡，即使只击中才会死亡，即使只击中才会死亡，即使只击中n-1n-1个靶，细胞也不会死亡。个靶，细胞也不会死亡。个靶，细胞也不会死亡。个靶，细胞也不会死亡。小剂量照射时，细胞内被击中的靶不满小剂量照射时，细胞内被击中的靶不满小剂量照射时，细胞内被击中的靶不满小剂量照射时，细胞内被击中的靶不满n n个，几乎个，几乎个，几乎个，几乎没有细胞死亡，细胞存活曲线表现为没有细胞死亡，细胞存活曲线表现为没有细胞死亡，细胞存活曲线表现为没有细胞死亡，细胞存活曲线表现为肩区肩区肩区肩区。（当然。（当然。（当然。（当然此时也有少数细胞被击中全部靶，因此肩区不可能此时也有少数细胞被击中全部靶，因此肩区不可能此时也有少数细胞被击中全部靶，因此肩区不可能此时也有少数细胞被击中全部靶，因此肩区不可能是平直的，也是有一定弯度的）是平直的，也是有一定弯度的）是平直的，也是有一定弯度的）是平直的，也是有一定弯度的）随着剂量逐渐加大，细胞内被击中的靶数也逐渐增随着剂量逐渐加大，细胞内被击中的靶数也逐渐增随着剂量逐渐加大，细胞内被击中的靶数也逐渐增随着剂量逐渐加大，细胞内被击中的靶数也逐渐增多，当达到多，当达到多，当达到多，当达到n-1n-1个靶被击中时，肩区结束，细胞存活个靶被击中时，肩区结束，细胞存活个靶被击中时，肩区结束，细胞存活个靶被击中时，肩区结束，细胞存活曲线开始随剂量呈指数性下降。曲线开始随剂量呈指数性下降。曲线开始随剂量呈指数性下降。曲线开始随剂量呈指数性下降。多击或多靶曲线多击或多靶曲线剂量存活曲线曲直线部分斜率的倒数为剂量存活曲线曲直线部分斜率的倒数为D0值，值，称之为细胞的平均致死剂量称之为细胞的平均致死剂量(mean lethal dose)。D0值的大小代表细胞放射敏感性的高低。值的大小代表细胞放射敏感性的高低。D0愈小，斜率愈大，曲线下降愈迅速，细胞对愈小，斜率愈大，曲线下降愈迅速，细胞对射线愈敏感。射线愈敏感。实际上，细胞的放射敏感性通过实际上，细胞的放射敏感性通过D0这个参数这个参数表现出来，是各种因素综合的结果。表现出来，是各种因素综合的结果。多击或多靶曲线多击或多靶曲线D0为直线范围内使存活率下降为直线范围内使存活率下降63(即降至原存活率的即降至原存活率的37)所需剂量。所需剂量。由纵坐标由纵坐标0.1和和0.037各作与横各作与横坐标相平行的线与存活曲线直坐标相平行的线与存活曲线直线部分相交，两个相交点在横线部分相交，两个相交点在横坐标上投影的两个剂量点之差坐标上投影的两个剂量点之差即为即为D0值，此图中为值，此图中为1.0 Gy。多击或多靶曲线多击或多靶曲线若将直线部分外推与若将直线部分外推与纵坐标相交点的数值纵坐标相交点的数值称为外推称为外推n值值(extrapolation number，n值值)，此，此图中为图中为3。多击或多靶曲线多击或多靶曲线n值代表细胞内值代表细胞内靶的个数靶的个数或所需或所需击中靶的次数击中靶的次数。虽然可以把虽然可以把n值认做细胞内放射敏感区域的多值认做细胞内放射敏感区域的多少，但由于受照射条件的多样，也可以表现出少，但由于受照射条件的多样，也可以表现出不同的放射敏感性，所以不同的放射敏感性，所以n值是细胞内固有的值是细胞内固有的与放射敏感性相关的参数。与放射敏感性相关的参数。多击或多靶曲线多击或多靶曲线单靶单击曲线的单靶单击曲线的n值为值为1，而带有肩区的多靶，而带有肩区的多靶单击或单靶多击曲线的单击或单靶多击曲线的n值为值为3。若前者细胞存活率由若前者细胞存活率由100%开始下降，后者就开始下降，后者就由由300%开始下降。开始下降。但实际上只有但实际上只有100%的细胞存在，那么后者消的细胞存在，那么后者消耗的剂量一定是在耗的剂量一定是在100%这些细胞上起作用。这些细胞上起作用。只好解释为一个靶被击中数次或细胞内含多只好解释为一个靶被击中数次或细胞内含多个靶，个靶，300/100=3，即细胞内含有，即细胞内含有3个靶，或个靶，或需打击细胞需打击细胞3次。次。多击或多靶曲线多击或多靶曲线由纵坐标由纵坐标由纵坐标由纵坐标1.01.0处处处处(即细胞存活即细胞存活即细胞存活即细胞存活100100)作一条与横坐标的平作一条与横坐标的平作一条与横坐标的平作一条与横坐标的平行线，与外推线的交点在横行线，与外推线的交点在横行线，与外推线的交点在横行线，与外推线的交点在横坐标上投影点的数值即为坐标上投影点的数值即为坐标上投影点的数值即为坐标上投影点的数值即为D Dq q值，此图中为值，此图中为值，此图中为值，此图中为0.95Gy0.95Gy，为，为，为，为准阈剂量准阈剂量准阈剂量准阈剂量(quasithreshold(quasithreshold dosedose，D Dq q)。D Dq q代表细胞积累亚致死性损代表细胞积累亚致死性损代表细胞积累亚致死性损代表细胞积累亚致死性损伤的能力，为克服肩区所需伤的能力，为克服肩区所需伤的能力，为克服肩区所需伤的能力，为克服肩区所需的剂量。的剂量。的剂量。的剂量。多击或多靶曲线多击或多靶曲线哺乳动物细胞的哺乳动物细胞的D0值多在值多在1-2Gy。n值多为值多为1-3。Dq通常较小，一般为通常较小，一般为0.5-2.5Gy。S：某剂量下的存活分数：某剂量下的存活分数n为外推值为外推值D为照射剂量为照射剂量k为存活曲线直线部分的斜率，其倒数为为存活曲线直线部分的斜率，其倒数为D0。剂量剂量Dq时，细胞尚未出现死亡，时，细胞尚未出现死亡，S=1当当D37为引起为引起63%的细胞死亡（的细胞死亡（37%细胞存活）细胞存活）的剂量时的剂量时D37=D0+Dq如果存活曲线无肩区，则如果存活曲线无肩区，则Dq=0，D37=D0，这，这就是单靶单击模型。就是单靶单击模型。D0一定n一定Dq一定细胞内靶愈多浪费剂量愈大靶不变的情况下，肩区越大，细胞对射线愈抗拒靶数愈多的细胞对射线愈敏感多击或多靶曲线多击或多靶曲线这一剂量存活曲线模型被广泛应用，主要原这一剂量存活曲线模型被广泛应用，主要原因是比较简便：因是比较简便：由存活曲线容易获得由存活曲线容易获得n和和D0值值 若已知一种细胞的若已知一种细胞的n和和D0值，即可给出近似的值，即可给出近似的剂量存活曲线剂量存活曲线可通过对比不同细胞的可通过对比不同细胞的n和和D0值，比较不同的值，比较不同的存活曲线存活曲线n=1时，时，Dq=0时，此模型为单靶单击模型。时，此模型为单靶单击模型。细胞放射损伤细胞放射损伤细胞放射损伤的分类细胞放射损伤的分类细胞放射损伤的修复细胞放射损伤的修复1.亚致死性损伤的修复亚致死性损伤的修复2.潜在致死性损伤的修复潜在致死性损伤的修复影响细胞放射损伤及修复的主要因素影响细胞放射损伤及修复的主要因素细胞放射损伤的分类细胞放射损伤的分类电离辐射引起哺乳类动物细胞损伤可分为：电离辐射引起哺乳类动物细胞损伤可分为：1).致死性损伤致死性损伤(Lethal Damage,LD)2).亚致死性损伤亚致死性损伤(Sublethal Damage,SLD)3).潜在致死性损伤潜在致死性损伤(Potentially Lethal Damage,PLD)致死性损伤致死性损伤用任何办法都用任何办法都不能使不能使细胞修复的损细胞修复的损伤称为致死性损伤。伤称为致死性损伤。损伤不可修复，不可逆，最终无可损伤不可修复，不可逆，最终无可挽回的走向死亡。挽回的走向死亡。亚致死性损伤亚致死性损伤照射后经过照射后经过一段充分时间一段充分时间能完全被细胞能完全被细胞修复的损伤称为亚致死性损伤。修复的损伤称为亚致死性损伤。正常情况下于正常情况下于几小时之内几小时之内修复。修复。若在未修复时再给予另一亚致死性损伤若在未修复时再给予另一亚致死性损伤（如再次照射），可形成致死性损伤。（如再次照射），可形成致死性损伤。潜在致死性损伤潜在致死性损伤这是一种受照射后环境条件影响的这是一种受照射后环境条件影响的损伤，在损伤，在一定条件下一定条件下可以修复。可以修复。对于这几种损伤的本质目前尚不完对于这几种损伤的本质目前尚不完全清楚，它们是否涉及细胞的同一全清楚，它们是否涉及细胞的同一结构以及它们之间的关系均待进一结构以及它们之间的关系均待进一步研究。步研究。细胞损伤的修复细胞损伤的修复组织损伤修复可发生于三个水平：组织损伤修复可发生于三个水平：组织水组织水平，平，细胞水平，细胞水平，分子水平。分子水平。组织水平的修复是由于组织水平的修复是由于未受损伤的正常细未受损伤的正常细胞胞在组织中再植，形成新的细胞群体以替在组织中再植，形成新的细胞群体以替代由于辐射损伤而丧失了的细胞群体。代由于辐射损伤而丧失了的细胞群体。细胞损伤的修复细胞损伤的修复再植的正常细胞再植的正常细胞可以来源可以来源于于受照射部位未受损伤的受照射部位未受损伤的细胞，细胞，也可来源于也可来源于远隔部远隔部位的正常细胞。位的正常细胞。细胞损伤的修复细胞损伤的修复细胞水平的修复发生于照射后第一次有丝细胞水平的修复发生于照射后第一次有丝分裂之前，表现为细胞存活率的增高。分裂之前，表现为细胞存活率的增高。细胞水平的修复可由两种方式诱导：细胞水平的修复可由两种方式诱导：一是一是改变照射后细胞的环境条件，二是分割照改变照射后细胞的环境条件，二是分割照射剂量。射剂量。细胞损伤的修复细胞损伤的修复分子水平的修复分子水平的修复是通过细胞内酶系的作是通过细胞内酶系的作用使受损伤的用使受损伤的DNA分子恢复完整性。分子恢复完整性。分子修复可通过细胞内恢复过程反映于分子修复可通过细胞内恢复过程反映于细胞水平的修复。并可由于细胞存活的细胞水平的修复。并可由于细胞存活的提高最终反映于组织水平的修复。提高最终反映于组织水平的修复。潜在致死性损伤的修复潜在致死性损伤的修复潜在致死性损伤之所以称之为是潜在致死的，潜在致死性损伤之所以称之为是潜在致死的，是由于细胞所受损伤是致死性的，在通常情况是由于细胞所受损伤是致死性的，在通常情况下将引起细胞死亡，但其表现可通过下将引起细胞死亡，但其表现可通过适宜地控适宜地控制照射后的环境条件制照射后的环境条件而被改变。而被改变。受潜在致死性损伤的细胞，如改变其所处的环受潜在致死性损伤的细胞，如改变其所处的环境条件，使细胞在特定剂量照射后的存活分数境条件，使细胞在特定剂量照射后的存活分数增高，称之为潜在致死性损伤的修复。增高，称之为潜在致死性损伤的修复。潜在致死性损伤的修复潜在致死性损伤的修复最大量的恢复，多数细胞发生在最大量的恢复，多数细胞发生在照后照后46小时小时。高高LET照射，基本没有照射，基本没有PLD修复。修复。分次剂量大小对分次剂量大小对PLD修复影响不大。修复影响不大。G2期、期、M期和活跃的期和活跃的G1期都没有期都没有PLD修复。修复。主要作用于主要作用于非增殖细胞群体非增殖细胞群体，增加对射线的耐受，增加对射线的耐受剂量，减少靶细胞晚期损伤。剂量，减少靶细胞晚期损伤。潜在致死性损伤的修复潜在致死性损伤的修复综合现有的实验研究资料，可作如下概括：综合现有的实验研究资料，可作如下概括：照射后当细胞处于照射后当细胞处于次佳生长条件次佳生长条件时，潜在致时，潜在致死性损伤即被修复，细胞存活分数增高。死性损伤即被修复，细胞存活分数增高。因为次佳生长条件可使有丝分裂延迟，因为次佳生长条件可使有丝分裂延迟，DNA损伤得以修复。损伤得以修复。目前认为细胞潜在致死性损伤的修复与目前认为细胞潜在致死性损伤的修复与DNA双链断裂的修复双链断裂的修复有关。有关。潜在致死性损伤的修复潜在致死性损伤的修复潜在致死性损伤的修复在临床放射治疗中有潜在致死性损伤的修复在临床放射治疗中有重要意义。重要意义。潜在致死性损伤修复在动物移植肿瘤中己得潜在致死性损伤修复在动物移植肿瘤中己得到证实。到证实。有人推测某些人类肿瘤，如黑色素瘤对辐射有人推测某些人类肿瘤，如黑色素瘤对辐射的抗性可能与照射后大量肿瘤细胞潜在致死的抗性可能与照射后大量肿瘤细胞潜在致死性损伤的修复有关。此假说有待进一步证实。性损伤的修复有关。此假说有待进一步证实。亚致死性损伤的修复亚致死性损伤的修复哺乳动物细胞受哺乳动物细胞受x射线照射后的剂量射线照射后的剂量存活曲线的特点是在低剂量部分有存活曲线的特点是在低剂量部分有肩区。肩区。这种反应特点表明，必须积累损伤这种反应特点表明，必须积累损伤才能产生致死效应。才能产生致死效应。亚致死性损伤的修复亚致死性损伤的修复从靶学说的观点分析，细胞丧失其增殖能从靶学说的观点分析，细胞丧失其增殖能力之前，必须有多个靶被损伤力之前，必须有多个靶被损伤