放射治疗技术第三章生物精选课件.ppt
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1、关于放射治疗技术第关于放射治疗技术第三章生物三章生物第一页,本课件共有48页第第一一节节 放射生物学的基本概念放射生物学的基本概念放射生物学放射生物学(radiobiology)(radiobiology):是研究放射线(电离辐射)对生物体作用的学科。(观察不同质射线照射后的各种生物效应,以及不同内、外因素对生物效应的影响)临床放射生物学临床放射生物学(clinical radiobiology)(clinical radiobiology):是研究放射线对肿瘤和正常组织的作用机制及其照射后的反应过程。第二页,本课件共有48页一、放射生物效应的时间顺序一、放射生物效应的时间顺序(电离辐射生物电
2、离辐射生物 效应的基本过程效应的基本过程)n n各种不同质的电离辐射在生物体内能产生次级电子,引起电各种不同质的电离辐射在生物体内能产生次级电子,引起电离,从电离辐射被吸收至观察到细胞微细结构损伤和破坏等离,从电离辐射被吸收至观察到细胞微细结构损伤和破坏等生物效应的这段过程,称为原初作用过程。生物效应的这段过程,称为原初作用过程。n n在此过程中放射能量的吸收和传递、原子的激发和电离在此过程中放射能量的吸收和传递、原子的激发和电离(物物理阶段理阶段)、自由基的产生、化学键的断裂等分子水平、自由基的产生、化学键的断裂等分子水平(化学阶化学阶段段)的变化又引起细胞、组织器官和系统的变化又引起细胞、
3、组织器官和系统(生物阶段生物阶段)的变化,最的变化,最终引起整体功能变化。终引起整体功能变化。第三页,本课件共有48页二、放射生物学的靶学说二、放射生物学的靶学说(细胞致死机制细胞致死机制)第四页,本课件共有48页(一)靶学说定义(一)靶学说定义n n生物结构内存在对放射敏感的部分,称之生物结构内存在对放射敏感的部分,称之 为为 “靶”,其损伤将引发某种生物效应;n n电离辐射以离子簇的形式撞击靶区,击中概率遵循泊松(Poisson)分布;n n单次或多次击中靶区可产生某种放射生物效应,如大单次或多次击中靶区可产生某种放射生物效应,如大分子的失活或断裂等。分子的失活或断裂等。第五页,本课件共有
4、48页(二)靶分子:基因组DNA、生物膜(三)靶学说模型n n单击模型n n多击模型n n单靶与多靶模型(四)靶学说局限性第六页,本课件共有48页三、影响生物效应的主要因素三、影响生物效应的主要因素(一)与辐射相关的因素1.辐射种类2.辐射剂量3.辐射剂量率4.分次照射5.照射体积6.照射方式第七页,本课件共有48页(二)与机体有关的因素(二)与机体有关的因素 1 1 1 1、种系的放射敏感性、种系的放射敏感性、种系的放射敏感性、种系的放射敏感性 种系演化越高,机体组织结构越复杂,放射敏感性越高种系演化越高,机体组织结构越复杂,放射敏感性越高 2 2 2 2、个体发育的放射敏感性、个体发育的放
5、射敏感性、个体发育的放射敏感性、个体发育的放射敏感性 敏感性随个体发育过程而逐渐降低敏感性随个体发育过程而逐渐降低 3 3 3 3、不同器官、组织和细胞的放射敏感性、不同器官、组织和细胞的放射敏感性、不同器官、组织和细胞的放射敏感性、不同器官、组织和细胞的放射敏感性4 4 4 4、亚细胞和分子水平的放射敏感性、亚细胞和分子水平的放射敏感性、亚细胞和分子水平的放射敏感性、亚细胞和分子水平的放射敏感性 第八页,本课件共有48页四、放射生物学相关概念四、放射生物学相关概念自由基:自由基:指含有一个或多个指含有一个或多个不配对电子不配对电子的原子、分子、离子或游离基团。活性氧:活性氧:是指含有氧的活性
6、物质,可能是氧的某些代谢产物和一些经过生化反应而产生的含氧基团。主要有以氧的单电子还原产物、氧的双电子还原产物、烷烃过氧化物ROOHROOH、均裂产物、均裂产物RORO,ROOROO、处于激发态的氧。第九页,本课件共有48页传能线密度:带电电离粒子在其单位长度径迹单位长度径迹单位长度径迹单位长度径迹上消耗的平均能量(平均能量(平均能量(平均能量(单位单位J/m)。)。相对生物效能:X或射线引起某一生物效应所需剂量引起某一生物效应所需剂量引起某一生物效应所需剂量引起某一生物效应所需剂量 所观察的电离辐射引起相同生物效应引起相同生物效应所需剂量所需剂量所需剂量所需剂量 RBE 第十页,本课件共有4
7、8页意义:意义:意义:意义:主要是为了比较在剂量相同时,不同种类的主要是为了比较在剂量相同时,不同种类的电离辐射引起某一特定效应的效率的差别。即:电离辐射引起某一特定效应的效率的差别。即:剂量相同、辐射种类不同,产生的效应也不同;剂量相同、辐射种类不同,产生的效应也不同;若要产生相同效应,则不同种类的辐射所需的若要产生相同效应,则不同种类的辐射所需的剂量就不同剂量就不同。第十一页,本课件共有48页LETLET与与RBERBE的关系的关系 RBERBE的变化是的变化是的变化是的变化是LETLET的函数(正相关)的函数(正相关)LET:100kev/um100kev/um时;时;LETLET继续增
8、加,继续增加,RBERBE反而下 降,表明更多的射线并不能用于引起生物效应上,反而被浪费了第十二页,本课件共有48页氧效应:氧效应:氧效应:氧效应:是指受照射的生物组织、细胞或生物大分子的辐射是指受照射的生物组织、细胞或生物大分子的辐射效应随效应随周围介质中氧浓度周围介质中氧浓度周围介质中氧浓度周围介质中氧浓度升高而增加。升高而增加。氧氧+自由基自由基 过氧化物自由基过氧化物自由基(R00(R00)在有氧条件下细胞放射敏感性增高,增高的幅度与在有氧条件下细胞放射敏感性增高,增高的幅度与氧浓度有关。氧浓度有关。氧增强比:氧增强比:氧增强比:氧增强比:是指缺氧条件下引起一定效应所需辐射剂量与有氧条
9、是指缺氧条件下引起一定效应所需辐射剂量与有氧条件下引起同样效应所需辐射剂量的比值。其公式是:件下引起同样效应所需辐射剂量的比值。其公式是:缺氧缺氧缺氧缺氧条件下产生一定效应的剂量条件下产生一定效应的剂量 有氧有氧有氧有氧条件下产生同样效应的剂量条件下产生同样效应的剂量 OER=第十三页,本课件共有48页 线性二次模式与线性二次模式与/值值S=e-n(d+d2)n n描述了组织生物效应与分次照射及剂量之间的关系n n预测不同剂量分割方式的生物效应n n进行不同剂量分割方式的等效转换第十四页,本课件共有48页n n不同组织射线照射后反应不同。根据细胞增殖动力学和不同组织射线照射后反应不同。根据细胞
10、增殖动力学和/比值将正常组织分成早反应组织和晚反应组织。比值将正常组织分成早反应组织和晚反应组织。n n早反应组织:早反应组织:早反应组织:早反应组织:指机体内分裂、增殖活跃并对放射线早期反应强烈指机体内分裂、增殖活跃并对放射线早期反应强烈的组织,如上皮、黏膜、造血组织、精原细胞等;的组织,如上皮、黏膜、造血组织、精原细胞等;(包括大多数肿包括大多数肿瘤组织瘤组织)n n晚反应组织:晚反应组织:晚反应组织:晚反应组织:指机体内无再增殖能力,损伤后仅以修复代偿其指机体内无再增殖能力,损伤后仅以修复代偿其功能的细胞组织,如脊髓、肾、肺、肝、结缔组织等。功能的细胞组织,如脊髓、肾、肺、肝、结缔组织等
11、。第十五页,本课件共有48页n n早反应组织和大多数肿瘤的早反应组织和大多数肿瘤的/值大(10Gy左右);晚反应组织的的/值小值小(约约23Gy)23Gy)。n n早、晚反应组织对不同分次照射的反应不同。早、晚反应组织对不同分次照射的反应不同。n n晚反应组织比早反应组织有较大的修复能力,分次剂量晚反应组织比早反应组织有较大的修复能力,分次剂量对晚反应组织的影响比早反应组织大,因此,大分次剂对晚反应组织的影响比早反应组织大,因此,大分次剂量对晚反应组织更为有害。量对晚反应组织更为有害。第十六页,本课件共有48页第二节第二节 临床放射生物学效应临床放射生物学效应一、一、正常组织正常组织细胞细胞的
12、放射的放射生物学效应生物学效应(一)细胞的放射敏感性n n不同群体细胞的放射敏感性 细胞和组织的放射敏感性与其分裂活动成正比,与其分化程度成反比。第十七页,本课件共有48页细胞周期与放射敏感性细胞周期与放射敏感性n n周周期期指指从从母母代代细细胞胞增增殖殖过过程程某某一一时时相相到到子子代代细细胞胞增增殖殖过过程程的同一时相的时间。的同一时相的时间。n n细胞周期可分为细胞周期可分为4 4个主要时相。个主要时相。n nG G1 1期期,指指DNADNA合合成成前前期期,有有RNARNA迅迅速速合合成成并并指指导导大大量量多多种种蛋蛋白白质质和和其其他他分分子子合合成成,准准备备合合成成DNA
13、DNA,该该期期大大约约为为数数小小时时乃乃至至数年。数年。n nS S期期,指指DNADNA合合成成期期,此此期期间间DNADNA量量增增加加一一倍倍,持持续续时时间间约约8 83030小时。小时。第十八页,本课件共有48页n nG G2 2:期期,DNADNA合合成成后后期期,为为分分裂裂做做准准备备,合合成成分分裂裂期期所所需需的的DNADNA和蛋白质,人约持续和蛋白质,人约持续1 11 15 5小时。小时。n nM M期期,有有丝丝分分裂裂期期,无无生生化化合合成成。分分裂裂由由核核开开始始,继继而而细细胞胞质质分分裂裂,两两个个子子细细胞胞形形成成。整整个个有有丝丝分分裂裂过过程程分
14、分为为前前期、中期、后期和末期四个时期。期、中期、后期和末期四个时期。n n细胞处于不同时期,它的敏感性各不相同。细胞处于不同时期,它的敏感性各不相同。M M期细胞对射线期细胞对射线最敏感,其次为最敏感,其次为G G2 2期细胞、期细胞、G G1 1期细胞、早期细胞、早S S期细胞,晚期细胞,晚S S期细期细胞最不敏感。胞最不敏感。第十九页,本课件共有48页影响细胞放射敏感性的因素影响细胞放射敏感性的因素1.环境因素2.内在因素第二十页,本课件共有48页(二)电离辐射对细胞周期的影响(二)电离辐射对细胞周期的影响(1)G1期阻滞(2)G2期阻滞(3)S相延迟(4)S/M解偶联第二十一页,本课件
15、共有48页(三)(三)细胞存活曲线细胞存活曲线概念:概念:细胞存活细胞存活细胞具有细胞具有 无限增殖的能力。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,有能力合成力制造蛋白质,有能力合成DNADNA,甚至还能再经过一次或两次,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有丝分裂,产生一些子细胞,但最后不能继续传代者称为“死死亡亡”细胞。细胞。第二十二页,本课件共有48页 克隆(集落)克隆(集落)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在
16、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。胞群体。细胞存活细胞存活细胞存活细胞存活的意义的意义的意义的意义第二十三页,本课件共有48页细胞存活曲线细胞存活曲线1 1、细胞存活曲线的绘制离体细胞培养 不同剂量照射 单细胞接种单细胞接种 细胞细胞培养培养 2周左右计算集落形成数目 计算存活率计算存活率 绘制存活曲线绘制存活曲线第二十四页,本课件共有48页第二十五页,本课件共有48页2 2、细胞存活曲线细胞存活曲线的形状的形状1)指数性存活曲线2)非指数性存活曲线第二十六页,本课件共有48页3 3、细胞存活曲线细胞存活曲线有关参数的含义有关参数的含义n nD D D D0 0 0 0
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