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细胞是复胞是复杂机体的功能机体的功能单元元，研究，研究电离离辐射射对细胞的作用持点，胞的作用持点，是了解是了解辐射整体效射整体效应的重要基的重要基础。但机体由各种性但机体由各种性质与功能不同的与功能不同的细胞胞组成，它成，它们对辐射的反射的反应存在很大差存在很大差别。因此，既要了解因此，既要了解电离离辐射引起射引起细胞效胞效应的共性，也要的共性，也要阐明各明各类细胞胞对电离离辐射反射反应的特点。的特点。主要内容细胞的放射敏感性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胞存活的剂量量-效效应关系关系细胞的放射胞的放射损伤Thank you！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体内的体内的细胞群体依据其更新速率不同可分胞群体依据其更新速率不同可分为三大三大类。第一第一类是是不断分裂、更新的不断分裂、更新的细胞群体胞群体，对电离离辐射的敏感性射的敏感性较高。高。第二第二类是是不分裂的不分裂的细胞群体胞群体，对电离离辐射有相射有相对的抗性的抗性(从从形形态损伤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第三第三类细胞在一般状胞在一般状态下基本不分裂或分裂的速率很低、因而下基本不分裂或分裂的速率很低、因而对辐射相射相对地不敏感，但在地不敏感，但在受到刺激后可以迅速分裂受到刺激后可以迅速分裂，其放射，其放射敏感性随之增高。（典型的例子是敏感性随之增高。（典型的例子是再生肝，再生肝，当肝当肝脏部分切除或部分切除或受化学受化学损伤而使残留肝而使残留肝细胞分裂活胞分裂活跃时，其放射敏感性高于正，其放射敏感性高于正常状常状态下的肝下的肝细胞。）胞。）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增殖增殖细胞在两次有胞在两次有丝分裂之分裂之间所所发生的一系列事件的生的一系列事件的总称，称，包括包括4个个时相。相。G1期期：表示有：表示有丝分裂分裂结束和束和S期开始之期开始之间的的时间。S期期（synthesis）：是）：是DNA复制的复制的时间。G2期期：表示：表示S期期结束到下一次有束到下一次有丝分裂之分裂之间的的时间。DNA含量是含量是G1期期细胞的胞的2倍。倍。M期期（mitosis）（有）（有丝分裂或分裂或细胞分裂）胞分裂）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 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细胞种胞种类不同，其周期不同，其周期时间(TC)可有很大差可有很大差别，由，由十数小十数小时到数百小到数百小时不等，而差不等，而差别的的发生主要是生主要是G1时相持相持续时间的不同。的不同。有有丝分裂相持分裂相持续时间(TM)一般很短，多数一般很短，多数细胞在胞在1h内即完成其分裂。内即完成其分裂。细胞合成胞合成DNA以后的以后的G2相持相持续时间(TG2)亦很短，多亦很短，多在在2h以内。以内。由此可以看出，在多数由此可以看出，在多数细胞的周期中，胞的周期中，对辐射最敏射最敏感的感的时相相(M和和G2相相)所占比例是所占比例是较短短暂的的。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离辐射引起射引起细胞死亡，是胞死亡，是辐射整体效射整体效应发生的重要基生的重要基础。在急性放射在急性放射综合征的合征的发生机制中，淋巴造血生机制中，淋巴造血细胞和小胞和小肠粘膜粘膜上皮上皮细胞的死亡分胞的死亡分别是造血型和胃是造血型和胃肠型急性放射病的重要型急性放射病的重要细胞学基胞学基础。电离离辐射射诱发的的不育症不育症取决于生殖取决于生殖细胞的胞的杀伤。电离离辐射引起的射引起的脱脱发起源于毛囊上皮起源于毛囊上皮细胞的破坏。胞的破坏。辐射引起细胞死亡的类型细胞受到胞受到电离离辐射作用后射作用后诱发DNA损伤、细胞周期胞周期调控紊乱及控紊乱及严重的重的细胞学后果胞学后果细胞死亡胞死亡。细胞因其种胞因其种类不同以及受照不同以及受照剂量的不同，量的不同，死亡死亡类型也不相同。型也不相同。辐射引起细胞死亡的类型传统上，根据照射后上，根据照射后细胞死亡胞死亡发生的生的时间和增殖与否将和增殖与否将辐射所致射所致细胞死亡分胞死亡分为两种两种类型：型：增殖死亡和增殖死亡和间期死亡期死亡。而从其形而从其形态学上特征性改学上特征性改变及及发生的分生的分子机理上看，子机理上看，则又可区分又可区分为细胞凋亡和胞凋亡和坏死坏死。增殖死亡（proliferative death）是指是指增殖增殖细胞胞受照受照丧失了持失了持续增殖增殖的能力，在的能力，在经过一个或几个有一个或几个有丝分分裂周期后裂周期后丧失代失代谢活活动和和细胞功能胞功能而死亡。而死亡。又称代又称代谢死亡或延死亡或延缓死亡、有死亡、有丝分裂死亡。分裂死亡。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（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（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（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 期 死 亡（interphase death）是指是指细胞受到大胞受到大剂量（量（100Gy或更大）照射未或更大）照射未经细胞分裂即胞分裂即在在间隙期死亡。隙期死亡。又称又称即刻死亡或非有即刻死亡或非有丝分裂死亡分裂死亡。但有些但有些细胞在中等或更低胞在中等或更低剂量照射后即可量照射后即可发生生间期死亡，期死亡，这类细胞包括胸腺胞包括胸腺细胞、淋巴胞、淋巴细胞、胞、A型精原型精原细胞和卵胞和卵细胞等。胞等。间 期 死 亡（interphase death）这些都属于放射敏感性些都属于放射敏感性较高的高的细胞，胞，1Gy以内的以内的剂量即足以量即足以引起引起50以上的以上的细胞死亡。胞死亡。细胞死亡的胞死亡的发展要展要经历一定一定时间，死亡数随照后，死亡数随照后时间推移逐推移逐渐增加，一般在照射后增加，一般在照射后24h内达到内达到顶点，点，剂量愈大，此量愈大，此发展展过程愈快。程愈快。间 期 死 亡（interphase death）间期死亡的期死亡的发生机制尚未完全生机制尚未完全阐明。明。以往的以往的资料中多从照射后能量供料中多从照射后能量供应(ATP合成合成)受抑、膜受抑、膜结构构损伤(通透性增高通透性增高)和和染色染色质裂解三个方面裂解三个方面进行分析。行分析。测定定增殖死亡增殖死亡采用体外采用体外细胞胞集落培养集落培养法，法，观察察单个个细胞在一次或数次分裂后不能胞在一次或数次分裂后不能形成一个克隆，形成一个克隆，则认为死亡。死亡。能能够生生长成克隆者成克隆者计为存活。存活。间期死亡期死亡辨辨认最常用的是最常用的是染色排斥法染色排斥法：伊伊红、台盼、台盼蓝或氨基黑等染料，活或氨基黑等染料，活细胞胞不着色，死不着色，死细胞可被染色。胞可被染色。细胞坏死（necrosis)突然及突然及严重重损伤所造成的所造成的细胞意外死胞意外死亡，亡，这种种损伤包括包括电离离辐射、射、严重的重的感染、感染、剧烈的炎症、烈的炎症、烧伤或其他形式或其他形式的的创伤以及化学以及化学损伤等。等。细胞坏死（necrosis)坏死坏死细胞的胞的损伤往往在往往在细胞膜表面，使得胞膜表面，使得细胞膜失去了胞膜失去了调节渗透渗透压的能力，造成的能力，造成细胞的胞的肿胀，其，其线粒体在粒体在损伤早期即出早期即出现病理改病理改变，功能受到，功能受到损伤，细胞的能量代胞的能量代谢出出现障碍。障碍。死亡的死亡的细胞破裂成碎片散布在周胞破裂成碎片散布在周围组织中，往往引起明中，往往引起明显的的炎症反炎症反应，损伤的器官或的器官或组织出出现功能障碍。功能障碍。细胞凋亡（apoptosis)细胞凋亡的概念由英国阿伯丁大学病理学教授胞凋亡的概念由英国阿伯丁大学病理学教授Kerr在在1972年前首先提出，他当年前首先提出，他当时主要根据形主要根据形态学持征如学持征如细胞体胞体积缩小、核固小、核固缩、染色、染色质凝集等来区分与坏死截然不同的凝集等来区分与坏死截然不同的另一另一类细胞死亡模式。胞死亡模式。细胞凋亡（apoptosis)随着研究的深入，人随着研究的深入，人们逐逐渐认同同细胞凋胞凋亡亡是指是指维持内持内环境境稳定，由基因控制的定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。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)诱发的的细胞自胞自杀(suicide)。细胞凋亡（apoptosis)细胞凋亡是一种主胞凋亡是一种主动的由基因的由基因导向的向的细胞消亡胞消亡过程，属于普程，属于普遍存在的生物学遍存在的生物学现象，在保持机体内象，在保持机体内稳态方面方面发挥积极作用。极作用。在胚胎在胚胎发生、器官生、器官发育与退化、免疫和造血育与退化、免疫和造血细胞的分化、胞的分化、选择以及正常和以及正常和肿瘤瘤细胞的更新等方面都有重要意胞的更新等方面都有重要意义。细胞凋亡（apoptosis)在机体的生理在机体的生理过程中，在一定的信号启程中，在一定的信号启动下，凋亡相关基因下，凋亡相关基因有序地表达，制有序地表达，制约着着对整体无用或有害整体无用或有害细胞的清除。胞的清除。细胞凋亡和胞凋亡和细胞增殖胞增殖为一一对矛盾，互相矛盾，互相协调，彼此消，彼此消长，维护着机体的正常生着机体的正常生长、发育与健康。育与健康。细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡不同于胞凋亡不同于细胞坏死，其形胞坏死，其形态特征是胞体特征是胞体缩小，染色小，染色质浓缩成成块状，并沿核膜聚状，并沿核膜聚积，形成，形成许多固多固缩的核碎片，而的核碎片，而细胞器与膜系保持完整，胞器与膜系保持完整，质膜出芽膜出芽(或或发疱疱)，形成膜包被染色，形成膜包被染色质碎片的凋亡小体。碎片的凋亡小体。可被周可被周围细胞吞噬清除或排出管腔胞吞噬清除或排出管腔(如如肠道道)。细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞坏死的特征胞坏死的特征则是是细胞器胞器肿胀，膜系破坏，整个，膜系破坏，整个细胞崩胞崩解。解。由于以上的特征性区由于以上的特征性区别，细胞凋亡不引胞凋亡不引发周周围组织的炎症的炎症反反应，而是静悄悄地死去，就地清除，保持，而是静悄悄地死去，就地清除，保持组织的完整性。的完整性。细胞存活的剂量-效应关系辐射射剂量与生物效量与生物效应的关系，的关系，简称称剂量量-效效应关系，是放射关系，是放射生物学研究的核心生物学研究的核心问题之一。之一。剂量量-效效应关系在放射生物学中是一个广关系在放射生物学中是一个广义的概念，指任何的概念，指任何一种生物效一种生物效应与与剂量的关系。量的关系。其中，其中，辐射射剂量与量与细胞效胞效应的关系，即的关系，即细胞存活的胞存活的剂量量-效效应关系研究最多，关系研究最多，积累累资料也料也较为丰富。丰富。细胞存活的剂量-效应关系对于有增殖能力的于有增殖能力的细胞（如造血胞（如造血细胞、离体培养胞、离体培养细胞、胞、肿瘤瘤细胞等）凡是保留其增殖能力，能无限胞等）凡是保留其增殖能力，能无限产生子代的生子代的细胞，称胞，称之之为存活存活细胞胞。凡失去增殖能力，不能凡失去增殖能力，不能产生大量子代的生大量子代的细胞，称胞，称为不存活不存活细胞，即胞，即死死细胞胞。在离体培养条件下，一个存活在离体培养条件下，一个存活细胞可繁殖成一个胞可繁殖成一个细胞群体，胞群体，称之称之为克隆或集落。克隆或集落。细胞存活的剂量-效应关系对于那些不再增殖的已分化于那些不再增殖的已分化细胞，如神胞，如神经细胞、肌胞、肌细胞、分泌胞、分泌细胞等，胞等，则以其是否以其是否丧失特殊功能来衡失特殊功能来衡量量细胞是否存活，保留机能者胞是否存活，保留机能者为存活存活细胞，失去功胞，失去功能者能者为死亡。死亡。细胞存活曲胞存活曲线，则是通是通过测量受不同量受不同辐射射剂量照射量照射后，有增殖能力的后，有增殖能力的细胞在体内、外克隆或集落形成胞在体内、外克隆或集落形成能力，即存活率的能力，即存活率的变化所化所绘制出的制出的剂量量-效效应曲曲线，也称之也称之为细胞存活曲胞存活曲线(cell survival curve)。细胞存活的剂量-效应关系细胞存活曲胞存活曲线主要用于研究以下主要用于研究以下诸方方面放射生物学面放射生物学问题：1)各种各种细胞与胞与辐射射剂量的定量关系。量的定量关系。2)比比较各种因素各种因素对细胞放射敏感性的胞放射敏感性的影响。影响。3)观察有氧与乏氧状察有氧与乏氧状态下下细胞放射敏胞放射敏感性的改感性的改变。细胞存活的剂量-效应关系4)观察各种察各种辐射增敏射增敏剂的效果，或放射治的效果，或放射治疗合并化学合并化学药物治物治疗肿瘤的作用，或放射合并增温治瘤的作用，或放射合并增温治疗的作用。的作用。5)比比较不同不同LET射射线效效应。6)研究研究细胞的各种放射胞的各种放射损伤(致死性致死性损伤，潜在致死性，潜在致死性损伤，亚致死性致死性损伤)以及以及损伤修复的放射生物学理修复的放射生物学理论问题。7)指指导临床分次放射治床分次放射治疗肿瘤。瘤。细胞存活的剂量-效应关系电离离辐射在射在细胞水平的效胞水平的效应已已经积累了大量累了大量资料，研究者料，研究者试图将将这些些资料系料系统化，概括化，概括为数学模型，以便于理解数学模型，以便于理解细胞反胞反应的的规律。律。指数指数“单击”曲曲线“多多击”或或“多靶多靶”曲曲线指数单击曲线在指数在指数单击曲曲线中，中，细胞（或生物大分子）的存活分数胞（或生物大分子）的存活分数为辐射射剂量的量的简单函数，函数，细胞存活率与照射胞存活率与照射剂量呈指数性反量呈指数性反比关系。比关系。这种情况种情况见于病毒或于病毒或酶的的灭活及少数哺乳活及少数哺乳动物物细胞的射胞的射线杀伤。S：某：某剂量下量下细胞的存活分数胞的存活分数D：所受：所受剂量量k：常数，与射：常数，与射线性性质及及细胞敏感性胞敏感性有关有关指数单击曲线根据靶学根据靶学说的解的解释，上述情况属于，上述情况属于单击单靶模型靶模型，即在，即在细胞或生物大分子胞或生物大分子内存在着一个敏感的靶区，靶区被内存在着一个敏感的靶区，靶区被辐射射击中一次即可引起死亡或中一次即可引起死亡或灭活。活。这种曲种曲线称称为单击曲曲线。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。指数单击曲线有人将有人将1/K（D0）称）称为平均致死平均致死剂量量，即每个，即每个细胞胞平均受到一次打平均受到一次打击的的剂量。量。按照靶学按照靶学说解解释属于属于单靶靶单击的的结果。果。细胞内只存胞内只存在一个敏感区，靶区被在一个敏感区，靶区被击中一次即可引起中一次即可引起细胞死亡。胞死亡。给予予D0后，似乎是后，似乎是细胞胞应该全部死亡，全部死亡，实际上只有上只有63%的的细胞死亡，胞死亡，37%的的细胞幸免，胞幸免，这是因是因为射射线杀伤是一个随机是一个随机过程，程，细胞被射胞被射线击中的概率分配中的概率分配符合泊松分布。符合泊松分布。指数单击曲线例如：当例如：当100个个细胞平均接受胞平均接受1次打次打击时，有，有37个个细胞未被胞未被击中，有中，有37个个细胞被胞被击中一次，中一次，18个被个被击中中2次，次，6个被个被击中中3次，偶有次，偶有1、2个个细胞被胞被击中中4-5次以上，次以上，总的的击中次数相中次数相加加还是是100次，因此只有次，因此只有37%未被未被击中的中的细胞存活。胞存活。指数单击曲线如果如果给予予2个个D0，死亡率也只是，死亡率也只是37%37%=13.7%。即使即使剂量很大，由于指数量很大，由于指数杀伤的关系，理的关系，理论上仍有少数上仍有少数细胞胞存活。存活。而在放射治而在放射治疗时由于正常由于正常组织耐受量的限制，耐受量的限制，剂量不会无限量不会无限高。高。多击或多靶曲线根据靶学根据靶学说的解的解释，这种情况属于多事件曲种情况属于多事件曲线，即，即细胞内胞内必必须一个靶区被一个靶区被击中多次，或是多个靶区各被中多次，或是多个靶区各被击中一次才中一次才引起效引起效应，前者称，前者称为多多击单靶靶模型，后者称模型，后者称为单击多靶多靶模模型。型。多击或多靶曲线多击或多靶曲线假定一个假定一个细胞内有多个靶（胞内有多个靶（n）全部被）全部被击中中时细胞胞才会死亡，即使只才会死亡，即使只击中中n-1个靶，个靶，细胞也不会死亡。胞也不会死亡。小小剂量照射量照射时，细胞内被胞内被击中的靶不中的靶不满n个，几乎个，几乎没有没有细胞死亡，胞死亡，细胞存活曲胞存活曲线表表现为肩区肩区。（当然。（当然此此时也有少数也有少数细胞被胞被击中全部靶，因此肩区不可能中全部靶，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）随着随着剂量逐量逐渐加大，加大，细胞内被胞内被击中的靶数也逐中的靶数也逐渐增增多，当达到多，当达到n-1个靶被个靶被击中中时，肩区，肩区结束，束，细胞存活胞存活曲曲线开始随开始随剂量呈指数性下降。量呈指数性下降。多击或多靶曲线剂量存活曲量存活曲线曲直曲直线部分斜率的倒数部分斜率的倒数为D0值，称之，称之为细胞的胞的平均致死平均致死剂量量(mean lethal dose)。D0值的大小代表的大小代表细胞放射敏感性的高低。胞放射敏感性的高低。D0愈小，斜率愈愈小，斜率愈大，曲大，曲线下降愈迅速，下降愈迅速，细胞胞对射射线愈敏感。愈敏感。实际上，上，细胞的放射敏感性通胞的放射敏感性通过D0这个参数表个参数表现出来，是各出来，是各种因素种因素综合的合的结果。果。多击或多靶曲线D0为直直线范范围内使存活率下降内使存活率下降63(即降即降至原存活率的至原存活率的37)所需所需剂量。量。由由纵坐坐标0.1和和0.037各作与横坐各作与横坐标相平相平行的行的线与存活曲与存活曲线直直线部分相交，两个部分相交，两个相交点在横坐相交点在横坐标上投影的两个上投影的两个剂量点之量点之差即差即为D0值，此，此图中中为1.0 Gy。多击或多靶曲线若将直若将直线部分外推与部分外推与纵坐坐标相交点的数相交点的数值称称为外推外推n值(extrapolation number，n值)，此，此图中中为3。多击或多靶曲线n值代表代表细胞内胞内靶的个数靶的个数或所需或所需击中靶的次数中靶的次数。虽然可以把然可以把n值认做做细胞内放射敏感区域的多少，但由于受照胞内放射敏感区域的多少，但由于受照射条件的多射条件的多样，也可以表，也可以表现出不同的放射敏感性，所以出不同的放射敏感性，所以n值是是细胞内固有的与放射敏感性相关的参数。胞内固有的与放射敏感性相关的参数。多击或多靶曲线单靶靶单击曲曲线的的n值为1，而，而带有肩区的多靶有肩区的多靶单击或或单靶多靶多击曲曲线的的n值为3。若前者若前者细胞存活率由胞存活率由100%开始下降，后者就由开始下降，后者就由300%开始下开始下降。降。但但实际上只有上只有100%的的细胞存在，那么后者消耗的胞存在，那么后者消耗的剂量一定量一定是在是在100%这些些细胞上起作用。胞上起作用。只好解只好解释为一个靶被一个靶被击中数次或中数次或细胞内含多个靶，胞内含多个靶，300/100=3，即，即细胞内含有胞内含有3个靶，或需打个靶，或需打击细胞胞3次。次。多击或多靶曲线由由纵坐坐标1.0处(即即细胞存活胞存活100)作一条与横坐作一条与横坐标的平的平行行线，与外推，与外推线的交点在横的交点在横坐坐标上投影点的数上投影点的数值即即为Dq值，此，此图中中为0.95Gy，为准准阈剂量量(quasithreshold dose，Dq)。Dq代表代表细胞胞积累累亚致死性致死性损伤的能力，的能力，为克服肩区所需克服肩区所需的的剂量。量。多击或多靶曲线哺乳哺乳动物物细胞的胞的D0值多在多在1-2Gy。n值多多为1-3。Dq通常通常较小，一般小，一般为0.5-2.5Gy。S：某：某剂量下的存活分数量下的存活分数n为外推外推值D为照射照射剂量量k为存活曲存活曲线直直线部分的斜率，其倒数部分的斜率，其倒数为D0。剂量量Dq时，细胞尚未出胞尚未出现死亡，死亡，S=1当当D37为引起引起63%的的细胞死亡（胞死亡（37%细胞存活）的胞存活）的剂量量时D37=D0+Dq如果存活曲如果存活曲线无肩区，无肩区，则Dq=0，D37=D0，这就是就是单靶靶单击模型。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这一一剂量存活曲量存活曲线模型被广泛模型被广泛应用，主要原因是比用，主要原因是比较简便：便：由存活曲由存活曲线容易容易获得得n和和D0值 若已知一种若已知一种细胞的胞的n和和D0值，即可，即可给出近似的出近似的剂量存活曲量存活曲线可通可通过对比不同比不同细胞的胞的n和和D0值，比，比较不同的存活曲不同的存活曲线n=1时，Dq=0时，此模型，此模型为单靶靶单击模型。模型。细胞放射损伤细胞放射胞放射损伤的分的分类细胞放射胞放射损伤的修复的修复1.亚致死性致死性损伤的修复的修复2.潜在致死性潜在致死性损伤的修复的修复影响影响细胞放射胞放射损伤及修复的主要因素及修复的主要因素细胞放射损伤的分类电离离辐射引起哺乳射引起哺乳类动物物细胞胞损伤可分可分为：1).致死性致死性损伤(Lethal Damage,LD)2).亚致死性致死性损伤(Sublethal Damage,SLD)3).潜在致死性潜在致死性损伤(Potentially Lethal Damage,PLD)致死性损伤用任何用任何办法都法都不能使不能使细胞修复的胞修复的损伤称称为致死性致死性损伤。损伤不可修复，不可逆，最不可修复，不可逆，最终无可无可挽回的走向死亡。挽回的走向死亡。亚致死性损伤照射后照射后经过一段充分一段充分时间能完全被能完全被细胞胞修复的修复的损伤称称为亚致死性致死性损伤。正常情况下于正常情况下于几小几小时之内之内修复。修复。若在未修复若在未修复时再再给予另一予另一亚致死性致死性损伤（如再次照射），可形成致死性（如再次照射），可形成致死性损伤。潜在致死性损伤这是一种受照射后是一种受照射后环境条件影响的境条件影响的损伤，在，在一定条件下一定条件下可以修复。可以修复。对于于这几种几种损伤的本的本质目前尚不完目前尚不完全清楚，它全清楚，它们是否涉及是否涉及细胞的同一胞的同一结构以及它构以及它们之之间的关系均待的关系均待进一一步研究。步研究。细胞损伤的修复组织损伤修复可修复可发生于三个水平：生于三个水平：组织水水平，平，细胞水平，胞水平，分子水平。分子水平。组织水平的修复是由于水平的修复是由于未受未受损伤的正常的正常细胞胞在在组织中再植，形成新的中再植，形成新的细胞群体以替胞群体以替代由于代由于辐射射损伤而而丧失了的失了的细胞群体。胞群体。细胞损伤的修复再植的正常再植的正常细胞胞可以来源可以来源于于受照射部位未受受照射部位未受损伤的的细胞，胞，也可来源于也可来源于远隔部隔部位的正常位的正常细胞。胞。细胞损伤的修复细胞水平的修复胞水平的修复发生于照射后第一次有生于照射后第一次有丝分裂之前，表分裂之前，表现为细胞存活率的增高。胞存活率的增高。细胞水平的修复可由两种方式胞水平的修复可由两种方式诱导：一是一是改改变照射后照射后细胞的胞的环境条件，二是分割照境条件，二是分割照射射剂量。量。细胞损伤的修复分子水平的修复分子水平的修复是通是通过细胞内胞内酶系的作系的作用使受用使受损伤的的DNA分子恢复完整性。分子恢复完整性。分子修复可通分子修复可通过细胞内恢复胞内恢复过程反映于程反映于细胞水平的修复。并可由于胞水平的修复。并可由于细胞存活的胞存活的提高最提高最终反映于反映于组织水平的修复。水平的修复。潜在致死性损伤的修复潜在致死性潜在致死性损伤之所以称之之所以称之为是潜在致死的，是由于是潜在致死的，是由于细胞所胞所受受损伤是致死性的，在通常情况下将引起是致死性的，在通常情况下将引起细胞死亡，但其表胞死亡，但其表现可通可通过适宜地控制照射后的适宜地控制照射后的环境条件境条件而被改而被改变。受潜在致死性受潜在致死性损伤的的细胞，如改胞，如改变其所其所处的的环境条件，使境条件，使细胞在特定胞在特定剂量照射后的存活分数增高，称之量照射后的存活分数增高，称之为潜在致死性潜在致死性损伤的修复。的修复。潜在致死性损伤的修复最大量的恢复，多数最大量的恢复，多数细胞胞发生在生在照后照后46小小时。高高LET照射，基本没有照射，基本没有PLD修复。修复。分次分次剂量大小量大小对PLD修复影响不大。修复影响不大。G2期、期、M期和活期和活跃的的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非增殖细胞群体胞群体，增加，增加对射射线的耐受的耐受剂量，减少靶量，减少靶细胞晚期胞晚期损伤。潜在致死性损伤的修复综合合现有的有的实验研究研究资料，可作如下概括：照射后当料，可作如下概括：照射后当细胞胞处于于次佳生次佳生长条件条件时，潜在致死性，潜在致死性损伤即被修复，即被修复，细胞存活分胞存活分数增高。数增高。因因为次佳生次佳生长条件可使有条件可使有丝分裂延分裂延迟，DNA损伤得以修复。得以修复。目前目前认为细胞潜在致死性胞潜在致死性损伤的修复与的修复与DNA双双链断裂的修复断裂的修复有关。有关。潜在致死性损伤的修复潜在致死性潜在致死性损伤的修复在的修复在临床放射治床放射治疗中有重要意中有重要意义。潜在致死性潜在致死性损伤修复在修复在动物移植物移植肿瘤中己得到瘤中己得到证实。有人推有人推测某些人某些人类肿瘤，如黑色素瘤瘤，如黑色素瘤对辐射的抗性可能与照射的抗性可能与照射后大量射后大量肿瘤瘤细胞潜在致死性胞潜在致死性损伤的修复有关。此假的修复有关。此假说有待有待进一步一步证实。亚致死性损伤的修复哺乳哺乳动物物细胞受胞受x射射线照射后的照射后的剂量量存活曲存活曲线的特点是在低的特点是在低剂量部分有量部分有肩区。肩区。这种反种反应特点表明，必特点表明，必须积累累损伤才能才能产生致死效生致死效应。亚致死性损伤的修复从靶学从靶学说的的观点分析，点分析，细胞胞丧失其增殖能失其增殖能力之前，必力之前，必须有多个靶被有多个靶被损伤(击中中)，多，多靶靶现象可解象可解释存活曲存活曲线起始部分的肩。起始部分的肩。若若细胞群体受到一定胞群体受到一定剂量照射，群体中的量照射，群体中的不同不同细胞可以胞可以发生下列三种情况之一。生下列三种情况之一。亚致死性损伤的修复1)细胞内没有任何关胞内没有任何关键靶区被靶区被击中，因此中，因此细胞末受胞末受损伤。2)细胞内的全部关胞内的全部关键靶区被靶区被击中，中，细胞将在下一代或以后的胞将在下一代或以后的有有丝分裂分裂过程中死亡。程中死亡。3)细胞内的某些而不是全部靶区被胞内的某些而不是全部靶区被击中，中，细胞受到胞受到亚致死性致死性损伤，但并不死亡，在供，但并不死亡，在供给能量和能量和营养的情况下，养的情况下，经过一定一定时间(大大约lh)，细胞所受胞所受损伤能被修复。如果在能被修复。如果在亚致死性致死性损伤修复之前再累修复之前再累积损伤，细胞胞则可能死亡。可能死亡。亚致死性损伤的修复修复修复进行得很快，在行得很快，在1小小时以内可以出以内可以出现修复，一般修复，一般48小小时可以完成。可以完成。高高LET射射线照射后没有（如照射后没有（如粒子照射）或有很小粒子照射）或有很小的的SLD修复（如修复（如15MeV中子照射）。中子照射）。高高剂量率在照射期量率在照射期间不存在不存在SLD修复。修复。在在细胞周期所有胞周期所有时相均有相均有SLD修复，放射最抗拒期修复，放射最抗拒期有有较大的修复大的修复SLD潜力。潜力。没有增殖的没有增殖的细胞几乎没有胞几乎没有SLD修复。修复。亚致死性损伤的修复亚致死性致死性损伤和修复的分子基和修复的分子基础尚不完全清楚。目前尚不完全清楚。目前认为损伤可能主要是可能主要是DNA单链断裂断裂。经过一定一定时间，细胞基因胞基因组中受中受损伤的部位被的部位被酶切除，以切除，以DNA的另一条的另一条单链为模板，模板，损伤部位因复制而被修复。部位因复制而被修复。亚致死性损伤的修复上述上述剂量分割以后量分割以后见到的到的细胞存活率增高被胞存活率增高被认为是是亚致死性致死性损伤修复的修复的结果。果。这种种现象又称象又称为分割分割剂量恢复。量恢复。如果在第一次照射之后没有如果在第一次照射之后没有损伤修复，第二次照射后所得的修复，第二次照射后所得的细胞存活分数胞存活分数应当与未分割照射的当与未分割照射的结果一果一样，而，而实际上两者上两者相差数倍。相差数倍。1：20Gy2：54Gy3：102Gy4：12Gy5：34Gy6：62Gy亚致死性损伤的修复将分割将分割剂量照射与量照射与单次急性照射相比，引起同等的次急性照射相比，引起同等的细胞存活胞存活率降低所需的率降低所需的总剂量量(即分割即分割剂量之和量之和)明明显大于大于单次急性照次急性照射射剂量。量。设D1和和D2为达到同等达到同等细胞存活率胞存活率时分分别由由单次照射和分次照次照射和分次照射所需的射所需的总剂量，量，则D2D1，且，且D2-D1等于等于Dq。Dq是重建肩区消耗的是重建肩区消耗的剂量，反映量，反映细胞的修复能力。胞的修复能力。影响细胞放射损伤及修复的主要因素1)辐射的种射的种类 2）剂量率；量率；3）氧效）氧效应；4）放射增敏）放射增敏剂与防与防护剂5）增温）增温细胞放射损伤随射线LET的增大而加大。辐射的种类高高LET辐射（如重离子、中子、射（如重离子、中子、粒子等）照射后基本上没粒子等）照射后基本上没有潜在致死性有潜在致死性损伤的修复。的修复。X射射线照射者肩区最照射者肩区最宽，粒子照射者完全没有肩区，中子粒子照射者完全没有肩区，中子照射者居于二者之照射者居于二者之间，肩区很小。，肩区很小。显示示亚致死性致死性损伤修复的分割修复的分割剂量量实验也得出也得出类似似结果。果。辐射的种类无无论从从辐射射对细胞的胞的损伤还是是损伤后的修复，都充分表后的修复，都充分表现出出中子照射作中子照射作为一种治一种治疗肿瘤的方法与瘤的方法与x射射线相比有很大的相比有很大的优越性。越性。其原因是中子其原因是中子对细胞的胞的损伤大于大于x射射线，且基本，且基本不存在不存在细胞胞潜在致死性潜在致死性损伤及及亚致死性致死性损伤的修复的修复。剂量率剂量率是决定低量率是决定低LET辐射生物效射生物效应的重要因家之一。的重要因家之一。总剂量一定量一定时，剂量率越低，照射量率越低，照射时间越越长，生物效，生物效应就越就越减减轻。其机制是在拖延照射的其机制是在拖延照射的过程中程中发生生亚致死性致死性损伤的修复和的修复和细胞增殖。胞增殖。氧效应在在诸多的多的辐射生物效射生物效应调节剂中，氧是最有效者之一。中，氧是最有效者之一。氧是最好的氧是最好的辐射敏化射敏化剂。哺乳哺乳动物物细胞照射胞照射时由于氧供由于氧供应程度的差异而程度的差异而对辐射反射反应不同，完全合氧的不同，完全合氧的细胞比低氧胞比低氧细胞胞对辐射更敏感。射更敏感。通常用氧增通常用氧增强比比(OER)描述氧效描述氧效应的大小。的大小。图为充氧和低氧条件下充氧和低氧条件下细胞的胞的剂量存活曲量存活曲线，其形状相，其形状相同，斜率不同。表明充氧同，斜率不同。表明充氧细胞比低氧胞比低氧细胞胞对x射射线更更为敏感。敏感。氧效应氧效氧效应在在肿瘤放射治瘤放射治疗中有重要意中有重要意义。迅速生迅速生长的的肿瘤，其周瘤，其周边部供氧部供氧较好，好，细胞迅速增殖，胞迅速增殖，而其中心部位有不同程度的低氧或缺氧，而其中心部位有不同程度的低氧或缺氧，细胞胞处于静于静止状止状态。放射治放射治疗时周周边部迅速增殖的癌部迅速增殖的癌细胞胞对辐射敏感而被射敏感而被杀死，但中心部的低氧死，但中心部的低氧细胞却有胞却有较高的高的辐射抗性。射抗性。放放疗后后肿瘤瘤缩小，中心部小，中心部细胞供氧改善，胞供氧改善，细胞开始增胞开始增殖，威殖，威协生命。生命。因此放射学家因此放射学家们采取很多想法和措施，增加乏氧采取很多想法和措施，增加乏氧细胞胞的放射敏感性。的放射敏感性。辐射增敏与辐射防护从本从本质上上讲都是用化学手段来修都是用化学手段来修饰某一生物系某一生物系统的放射敏感的放射敏感性。性。增加其放射敏感性或降低其增加其放射敏感性或降低其辐射耐受性属于射耐受性属于辐射增敏射增敏；反之，；反之，降低其放射敏感性或增加其降低其放射敏感性或增加其辐射耐受性属于射耐受性属于辐射防射防护。目前目前对于放射敏感性的生理特性及其本于放射敏感性的生理特性及其本质认识还不不够清楚，清楚，虽不能提出一个完整确切的定不能提出一个完整确切的定义，但可理解，但可理解为生物系生物系统对电离离辐射作用的反射作用的反应性。性。辐射增敏与辐射防护当一切照射条件完全当一切照射条件完全严格一致格一致时，机体、器官、，机体、器官、组织、细胞胞或分子或分子对辐射作用反射作用反应强弱或速度快慢不同，若反弱或速度快慢不同，若反应强，速，速度快，其敏感性就高，反之度快，其敏感性就高，反之则低。低。这里要里要强调的是判断放射敏感性的效的是判断放射敏感性的效应指指标的的选择十分重要，十分重要，因因为判断判断标准不同，得出的准不同，得出的结论不同，甚至可能得出相反的不同，甚至可能得出相反的结果，同一个果，同一个细胞可被胞可被认为是敏感的，也可以被是敏感的，也可以被认为是不敏是不敏感的。感的。辐射增敏剂辐射增敏射增敏剂(radiosensitizer)是指能是指能够增加机体或增加机体或细胞的放胞的放射敏感性，在与射射敏感性，在与射线合并合并应用用时能增加照射致死效能增加照射致死效应的化学的化学物物质。临床上用于增床上用于增强射射线对肿瘤的瘤的杀伤能力。能力。氧是最引入注目的和最氧是最引入