临床肿瘤放射生物学.ppt

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1、第一节第一节 肿瘤放射治疗的生物学基础肿瘤放射治疗的生物学基础 放射杀伤细胞的直接和间接作用；细胞存活曲线 第二节第二节 氧效应氧效应 细胞放射敏感性和氧效应的关系；氧增强比；低氧放疗的原理第三节第三节 正常组织放射效应正常组织放射效应 早反应和晚反应组织第四节第四节 放射生物学中的放射生物学中的“4R”概念概念 Repair，Repopulation，Reoxygenation，Redistribution第五节第五节 低剂量和低剂量率照射低剂量和低剂量率照射 辐射耐受性；低剂量超敏反应；第六节第六节 放射化学修饰剂放射化学修饰剂 放射增敏剂；放射保护剂 第七节第七节 三维立体定三维立体定向

2、放射治疗中的放射生物学问题向放射治疗中的放射生物学问题第八节第八节 肿瘤放射治疗的基本原则肿瘤放射治疗的基本原则第九节第九节 提高肿瘤放射敏感性的措施提高肿瘤放射敏感性的措施第十节第十节 临床因素与肿瘤放射敏感性的关系临床因素与肿瘤放射敏感性的关系第十一节第十一节 肿瘤放射敏感性的实验室预测肿瘤放射敏感性的实验室预测第十二节第十二节 基因治疗联合放射治疗基因治疗联合放射治疗第一节第一节 细胞存活的测定方法细胞存活的测定方法 离体培养细胞的照射第二节第二节 实验肿瘤模型及其分析方法实验肿瘤模型及其分析方法 实体瘤乏氧照射，生长延缓，再生长延缓第三节第三节 肿瘤的离体模型肿瘤的离体模型 第五章 肿

3、瘤临床放射生物学概论第六章 临床放射生物学研究的主要方法第一节第一节 肿瘤放射治疗的生物学基础肿瘤放射治疗的生物学基础 一、一、电离辐射对细胞的作用电离辐射对细胞的作用1.直接作用直接作用电离辐射直接将能量传递给生物分子，引起电离和激发，导致分子结构的改变和生物活性的丧失。这个作用是随机的，生物分子的损伤局限于分子的一定部位或较弱的化学键上。2.间接作用间接作用射线通过与细胞中的非靶原子或分子（特别是水分子）作用，产生自由基，后者可以扩散一定距离达到一个关键的靶并造成靶分子损伤。第一节第一节 肿瘤放射治疗的生物学基础肿瘤放射治疗的生物学基础 二、机体受放射后的变化过程二、机体受放射后的变化过程

4、1.1.物理学过程物理学过程光电效应、康普顿效应和电子对效应，重复多次，产生大量正负离子 2.2.化学过程化学过程 形成自由基3.3.生物反应过程生物反应过程 不能依据机体吸收的能量来衡量 第一节第一节 肿瘤放射治疗的生物学基础肿瘤放射治疗的生物学基础 三、三、细胞的辐射效应细胞的辐射效应 1.细胞杀灭的随机性细胞杀灭的随机性 2.放射后细胞的结局放射后细胞的结局：凋亡，流产分裂，子代细胞畸变，形态上无任何变化，有限的分裂后死亡，生存。3.细胞死亡：细胞死亡：增殖性细胞死亡(reproductive cell death)：指细胞受照射后一段时间内,仍继续保持形态的完整,甚至还保持代谢的功能,

5、直至几个细胞周期以后才死亡。间期性细胞死亡(interphase deathapoptosis)其一般发生在照射后几小时内，在临床上，最典型的间期性死亡的细胞是淋巴细胞。大多数情况下，它以细胞凋亡的形式出现。第一节第一节 肿瘤放射治疗的生物学基础肿瘤放射治疗的生物学基础 四、四、细胞存活曲线细胞存活曲线1.细胞存活的定义细胞存活的定义细胞存活：细胞存活：细胞具有无限增殖的能力。死亡死亡”细胞：细胞：细胞失去增殖能力，即使照射后细胞的形态仍然保持完整，有能力制造蛋白质，有能力合成DNA，甚至还能再经过一次或两次有丝分裂，产生一些子细胞，但最后不能继续传代者称为“死亡”细胞。克隆（集落）：克隆（集

6、落）：在离体培养的细胞中，一个存活的细胞可分裂增殖成一个细胞群体。具有生成克隆能力的原始存活细胞，称为“克隆源性细胞”。第一节第一节 肿瘤放射治疗的生物学基础肿瘤放射治疗的生物学基础 四、四、细胞存活曲线细胞存活曲线2.2.细胞存活曲线的绘制细胞存活曲线的绘制第一节第一节 肿瘤放射治疗的生物学基础肿瘤放射治疗的生物学基础 四、四、细胞存活曲线细胞存活曲线3、指数性存活曲线、指数性存活曲线是指细胞存活率与照射剂量成指数性反比关系。以同一剂量照射放射敏感与放射抗拒的细胞，其存活率也不同。N/N0 =e-KD，将纵坐标存活率改为对数坐标 ln N/N0=-KD。其与剂量D及K值便成直线关系。按照靶学

7、说，指数性存活曲线是单靶单击的结果。第一节第一节 肿瘤放射治疗的生物学基础肿瘤放射治疗的生物学基础 四、四、细胞存活曲线细胞存活曲线4、非指数性存活曲线、非指数性存活曲线。照射后，细胞不是立即出现指数性死亡，而是在存活曲线上先出现一个“肩段”，对辐射表现一定的抗拒。以后随剂量增加，才呈指数性死亡。这种现象可用多靶单击说或单靶多击说解释。以多靶单击说为例，存活曲线中“肩段”的出现便是群体细胞对照射所表现出的效应。假定每一个细胞内有n个靶。只有击中n个靶时才能造成细胞死亡，但即使n1个靶被击中，也不会造成细胞死亡，剂量加大时，逐渐使n个靶均被击中的细胞跟着增多，使存活曲线肩段下降，当每一个未死亡细

8、胞均被击中n1个靶时，“肩段”结束，以后，每击中一个靶，便使一个细胞死亡，存活率即与剂量呈指数性关系，存活曲线肩段之后即为直线状下降 。第一节第一节 肿瘤放射治疗的生物学基础肿瘤放射治疗的生物学基础 四、四、细胞存活曲线细胞存活曲线5.放射损伤的修复放射损伤的修复亚致死损伤(sublethal damage，SLD)修复或称Elkind修复：照射后有的细胞失去无限增殖的能力而死亡，有的能从损伤中逐渐修复，并可保持无限增殖的能力。组织修复动力学研究表明SLD的修复与照射后的时间呈指数性关系，常用半修复时间T1/2(细胞损伤修复50%所需时间)来表示。一般来说，分割剂量增大，修复能力减弱。潜在致死

9、损伤(potential lethal damage，PLD)修复：指在正常状态下，应当在照射后死亡的细胞，若置于适当的条件下，由于损伤的修复，又可存活(保持无限增殖能力)的现象。实验证明与PLD修复有关的细胞几乎均为乏氧细胞，并主要存在于G0期及相当不活跃的G1期细胞内。第一节第一节 肿瘤放射治疗的生物学基础肿瘤放射治疗的生物学基础 6 6细胞存活曲线有关参数的含义细胞存活曲线有关参数的含义Do(平均致死剂量，mean lethal does)：为存活曲线直线部分斜率k的倒数(Do=1/k)，表示细胞的放射敏感性，即照射后余下37细胞所需的放射量。D0值越小，即杀灭63细胞所需的剂量就越小，

10、曲线下降迅速(斜率大)。N值(外推数，extrapolation number)：细胞内所含的放射敏感区域数，即靶数，表示细胞内固有的与放射敏感性相关的参数，是存活曲线直线部分的延长线与纵轴相交处的数值。Dq值(准阈剂量，quasithreshold dose)：代表存活曲线的肩段宽度，细胞表现为亚致死损伤的修复(全部细胞进入n-1状态之前)。Dq值越大，说明造成细胞指数性死亡的所需剂量越大。经存活率为100的点作与横轴平行的直线，再延长存活曲线直线部分与之相交即可得出Dq值。Ds：意义同Dq，更好地表示了肩段的宽度，即存活曲线呈直线下降前所受到的剂量，但在存活曲线上是肩段的实际宽度。D-2：

11、即细胞数下降到10-2时(S=0.01)所受到的剂量值。第一节第一节 肿瘤放射治疗的生物学基础肿瘤放射治疗的生物学基础 五、与放射生物效应有关的几个指标五、与放射生物效应有关的几个指标线性能量转换线性能量转换(linear energy thansfer,LET)：是指次级粒子径迹单位长度上的能量转换，表明物质对具有一定电荷和一定速度的带电粒子的阻止本领。即带电粒子传给其径迹上的能量。氧增强比氧增强比(oxygen enhancement ratio，OER)：是用来说明乏氧细胞对射线的敏感性，是在产生相同生物效应的基础上，细胞乏氧及富氧时所需的剂量之比。乏氧细胞辐射致死量/富氧细胞辐射致死量

12、。治疗比治疗比(therapeutic ratio，TR)：是指靶区内正常组织辐射耐受量与肿瘤组织辐射致死量的比值，TR1的肿瘤，用放疗有可能获得局部控制，TR1，则即使达到肿瘤消退，正常组织也要受到不可接受的损伤。剂量修饰因子剂量修饰因子(dose modifying factor,DMF)：在单纯照射时产生某一特定生物效应所需的照射剂量与照射并用修饰剂后产生相同生物效应所需的照射剂量的比值。保护系数保护系数(protection factor，PF)或剂量减少系数或剂量减少系数(dose reduction factor，DRF)：照射合并放射保护剂后达到单纯照射同样生物效应所需照射剂量/

13、单纯照射产生同样特定生物效应所需照射剂量。第一节第一节 肿瘤放射治疗的生物学基础肿瘤放射治疗的生物学基础五、与放射生物效应有关的几个指标五、与放射生物效应有关的几个指标相对生物效应相对生物效应(relative biological effectiveness，RBE)：产生某种生物效应所需标准射线剂量/产生同样生物效应所需的待测射线剂量增敏比增敏比(sensitizating enhancement ratio,SER)：单纯照射达到特定生物效应所需照射剂量/照射并用放射增敏剂后达到同样生物效应所需照射剂量。热增强比热增强比(thermal enhancement ratio,TER)：单纯

14、放疗所需照射剂量/照射加热疗时所需照射剂量。治疗增益因子治疗增益因子(therapeutic gain factor，TGR)：在用某种高LET射线(如负介子)时,由于其剂量曲线的生物学特性,对肿瘤组织和正常组织有不同的相对生物效应(RBE),有益于杀灭肿瘤,保护正常组织，则此时的TGF=肿瘤组织的RBE/正常组织的RBE；评价并用某一药物的增益效果时，TGR=肿瘤组织的SER/正常组织的SER；在用热疗时，TGR则表示热疗时肿瘤反应的TER/正常组织损伤的TER。第二节第二节 氧效应氧效应 在放射治疗过程中要设法使乏氧细胞变为富氧细胞或降低乏氧细胞的放射抗拒性，即改变乏氧细胞的氧张力，来获得

15、放射敏感性的最高效应，这就是所谓的“氧效应氧效应”。第二节第二节 氧效应氧效应 一、细胞辐射敏感性与氧效应的关系一、细胞辐射敏感性与氧效应的关系1 1肿瘤内乏氧细胞存在的原因肿瘤内乏氧细胞存在的原因肿瘤索肿瘤索(tumor cord)为肿瘤组织的最小单位，毛细血管不是向肿瘤内生长而是将瘤细胞团块(肿瘤索)包围，氧通过弥散达到肿瘤团块内的细胞，故越靠近中心的细胞含氧量较低，最终发生坏死，而越接近中心坏死区的细胞氧张力越低。2 2氧效应的作用原理氧效应的作用原理3 3乏氧细胞是肿瘤放疗后复发的主要原因乏氧细胞是肿瘤放疗后复发的主要原因4 4氧效应与细胞存活曲线：低氧效应与细胞存活曲线：低LETLE

16、T射线射线(X(X线，线，60Co60Co射线等射线等)时，在乏氧情况下要时，在乏氧情况下要用约用约3 3倍的剂量，才能达到照射富氧细胞倍的剂量，才能达到照射富氧细胞时的同等存活率。时的同等存活率。5 5利用氧效应的条件：必须在照射时有氧利用氧效应的条件：必须在照射时有氧存在，且对氧浓度的要求不是太高。存在，且对氧浓度的要求不是太高。第二节第二节 氧效应氧效应 二、氧增强比二、氧增强比衡量放射线对氧依赖性的指标是衡量放射线对氧依赖性的指标是“氧增强比氧增强比(OER)”。OER是在同一照射条件下，乏氧细胞和富氧细胞辐射致死量的比值。用低LET射线时，OER值约为2.5-3.0，而用15MeV快中子(属于高LET射线)时，其OER值为1.6。说明低低LET射线对氧的依赖性大，而高射线对氧的依赖性大，而高LET射线对氧的依赖性明显较小射线对氧的依赖性明显较小。三、肿瘤及其瘤床血管的意义三、肿瘤及其瘤床血管的意义肿瘤本身的生长与放射后消退有赖于血管；肿瘤本身的生长与放射后消退有赖于血管；肿瘤对放疗的敏感性取决于氧供情况肿瘤对放疗的敏感性取决于氧供情况(血运良好与否血运良好与否)。四、低氧放射