肿瘤放射生物学讲稿.ppt
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1、关于肿瘤放射生物学关于肿瘤放射生物学第一页,讲稿共四十页哦肿瘤放射生物学肿瘤放射生物学n n放射生物学中辐射的类型放射生物学中辐射的类型n n细胞周期和细胞死亡n n射线对细胞周期的影响射线对细胞周期的影响n n辐射损伤的类型辐射损伤的类型n n辐射诱导的辐射诱导的DNADNA损伤和修复损伤和修复n n早、晚反应组织和分次剂量及总治疗时间的关系早、晚反应组织和分次剂量及总治疗时间的关系n n受照射细胞的受照射细胞的9 9种命运种命运n n分次放射治疗的生物学基础分次放射治疗的生物学基础n n细胞存活曲线细胞存活曲线n n临床放射治疗中的非常规分割治疗临床放射治疗中的非常规分割治疗n n病案实例
2、病案实例n n放射防护剂和放射增敏剂放射防护剂和放射增敏剂第二页,讲稿共四十页哦引言引言n n放射生物学是一门关注电离辐射对生物组织和生命组织及生命有机体作用的分支科学,涉及两个范畴:放射物理学和生物学。n n体细胞的分类:体细胞的分类:干细胞,能自我更新并产生分化细胞群(如造血系统、表皮和小肠被覆粘膜)转化细胞,这些细胞动态的进入另一个细胞群(如网织细转化细胞,这些细胞动态的进入另一个细胞群(如网织细胞分化为红细胞)胞分化为红细胞)成熟细胞,是完全分化了的失去有丝分裂活力的细胞。成熟细胞,是完全分化了的失去有丝分裂活力的细胞。第三页,讲稿共四十页哦一、放射生物学中辐射的类型一、放射生物学中辐
3、射的类型n n线性能量传递(线性能量传递(LETLET):运动的带电粒子穿过介质时能量的丢失。在介质中带电粒子的LETLET是是dE/dLdE/dL的商。在的商。在此此dEdE是特定能量的带电是特定能量的带电粒子在粒子在dLdL的传递距离的传递距离中所给予介质的局部中所给予介质的局部平均能量。单位:平均能量。单位:KeV/umKeV/um。第四页,讲稿共四十页哦二、细胞周期和细胞死亡二、细胞周期和细胞死亡有丝分裂期(有丝分裂期(MM)的细胞或接近)的细胞或接近有丝分裂期的细胞是放射最敏有丝分裂期的细胞是放射最敏感的细胞;感的细胞;DNADNA合成期(合成期(S S),晚),晚S S期细胞通期细
4、胞通常具有较大的放射耐受性;常具有较大的放射耐受性;若若GG1 1期相对较长,期相对较长,GG1 1早期细胞早期细胞表现相对更耐受,其后渐渐敏表现相对更耐受,其后渐渐敏感,感,GG1 1末期相对更敏感;末期相对更敏感;GG2 2期细胞通常较敏感,其敏感性与期细胞通常较敏感,其敏感性与MM期的细胞相似;期的细胞相似;第五页,讲稿共四十页哦射线对细胞周期的影响射线对细胞周期的影响 n n G1 G1期抑制:一般来说,在快速分裂的细胞中,照射并不影响G1G1到S S,在缓慢分裂的,在缓慢分裂的 细胞中,照射可使细胞中,照射可使G1G1到到S减慢。减慢。G1G1抑制与细胞内的P53有关。n n S期延
5、长:期延长:辐射可引起细胞缓慢通过辐射可引起细胞缓慢通过S期,主要是由于期,主要是由于DNADNA合成受到抑制的缘故。合成受到抑制的缘故。n n G2期阻滞:细胞受照后有丝分裂指数立即下降,因为细期阻滞:细胞受照后有丝分裂指数立即下降,因为细胞进入胞进入G2G2期后受到完全而短暂的阻滞。期后受到完全而短暂的阻滞。n n不同细胞周期的放射敏感性:不同细胞周期的放射敏感性:G2/MG2/M最敏感,最敏感,G1G1早期早期相对抗拒,相对抗拒,G1G1末期相对敏感,末期相对敏感,S S期最抗拒。期最抗拒。第六页,讲稿共四十页哦三、细胞的照射三、细胞的照射电离辐射的直接作用和间接作用电离辐射的直接作用和
6、间接作用n n直接作用是指辐射直接与细胞的关键靶相互作用。靶原子本身通过库伦相互作用被电离或激发,导致物理和化学的连锁事件,最后发生生物损伤。第七页,讲稿共四十页哦n n间接作用是指辐射与细胞内的其他分子或原子(主要是水,细胞成分的85%为水)相互作用,产生自由基,在细胞里自由基通过扩散损伤细胞内的关键靶。在辐射与水的相互过程中产生寿命极短的活化自由基,自由基可顺序引起细胞内关键靶的损伤。第八页,讲稿共四十页哦辐射诱导的辐射诱导的DNA损伤和修复损伤和修复n nDNADNA是引起一系列放射生物学效应(包括细胞死亡、突变和致癌是引起一系列放射生物学效应(包括细胞死亡、突变和致癌作用)的关键靶。射
7、线对作用)的关键靶。射线对DNADNA的损伤包括单链断裂和双链断裂。的损伤包括单链断裂和双链断裂。细胞受细胞受X X射线照射后会发生许多单链断裂。然而在完整的射线照射后会发生许多单链断裂。然而在完整的DNADNA,单链断裂对细胞杀灭几乎没有什么作用,因为它们很容易以,单链断裂对细胞杀灭几乎没有什么作用,因为它们很容易以对侧的互补链为模板而使损伤得到修复,但如果是错误的修复则可能对侧的互补链为模板而使损伤得到修复,但如果是错误的修复则可能产生突变。产生突变。n nDNADNA的两条链都发生断裂,但彼此的分开的(间隔一段距离)的两条链都发生断裂,但彼此的分开的(间隔一段距离),也很容易发生修复,因
8、两处断裂的修复是分别进行的。相,也很容易发生修复,因两处断裂的修复是分别进行的。相反,如果两条链的断裂发生在对侧互补碱基位置上,或间隔反,如果两条链的断裂发生在对侧互补碱基位置上,或间隔几个碱基对,这时可能会发生双链断裂,从而导致染色体折几个碱基对,这时可能会发生双链断裂,从而导致染色体折成两段。双链断裂被认为是电离辐射在染色体上所致的最关成两段。双链断裂被认为是电离辐射在染色体上所致的最关键的损伤,两个双链断裂的相互作用可以导致细胞的死亡、键的损伤,两个双链断裂的相互作用可以导致细胞的死亡、突变致癌作用。突变致癌作用。第九页,讲稿共四十页哦n n直接作用是高直接作用是高LETLET粒子与生物
9、物质相互作用的主要过程。粒子与生物物质相互作用的主要过程。n n低低LETLET辐射(稀疏电离辐射),如辐射(稀疏电离辐射),如X X射线或电子线约射线或电子线约2/32/3的生物损伤是由间接作用所致。间接作用可被化学增敏剂或辐射防护剂修饰。n n间接作用过程:间接作用过程:1.1.初级光子相互作用(光电效应,康普顿效应和电子对效初级光子相互作用(光电效应,康普顿效应和电子对效应)产生高能电子;应)产生高能电子;2.2.运动的高能电子穿过组织与水产生自由基运动的高能电子穿过组织与水产生自由基3.3.自由基可造成自由基可造成DNADNA因化学键断裂所引起的变化;4.4.化学键变化导致生物效应;第
10、十页,讲稿共四十页哦/值/值值:代表了修复的能力。型损伤是致死性损伤,型损伤是亚致死性,可修复的。/值越大,说明发生的亚致死性损伤越少,即发生修复的机会和能力越小。早反应组织修复能力低,/高,晚反应组织修复能力强,/低。第十一页,讲稿共四十页哦早反应组织和晚反应组织早反应组织和晚反应组织n n早反应组织:细胞更新快,因此照射后损伤很快会表现早反应组织:细胞更新快,因此照射后损伤很快会表现出来。这类组织出来。这类组织/值通常比较高。损伤之后是以活跃增殖来维持组织中的细胞数量的稳定并使损伤得到修复。早期反应组织是机体内分裂、增殖活跃并对放射线早期反应强烈的组织,如上皮、粘膜、骨髓、精原细胞等n n
11、晚反应组织:细胞更新慢,照射后损伤出现慢。晚反应组织:细胞更新慢,照射后损伤出现慢。/值比较低。晚反应组织指机体内那些无再增殖能力,损伤后仅以修复代偿其正常功能的细胞组织,如脊髓、肾、肺、肝、骨和脉管系统等。第十二页,讲稿共四十页哦早、晚反应组织与分次剂量早、晚反应组织与分次剂量n n晚反应组织的损伤程度与分次剂量密切相关,分次剂量越大,损伤越严重。后期并发症越严重。降低分次剂量会增加组织的放射耐受性。第十三页,讲稿共四十页哦早、晚反应组织与总治疗时间早、晚反应组织与总治疗时间n n晚反应组织更新慢,在照射期间一般不发生代偿性增殖,因此对总治疗时间不敏感。总治疗时间与肿瘤的控制率密切相关,因为
12、肿瘤存在照射后的再增殖即在群体化。缩短照射时间,克服肿瘤在增殖,可以提高肿瘤的控制率。早反应组织类似于肿瘤组织,亦存在再增殖,且在增殖有利于正常组织的修复。缩短治疗时间会加重早反应组织的损伤。第十四页,讲稿共四十页哦受照射细胞的受照射细胞的9种命运种命运1.1.没有效应;没有效应;2.2.分裂延缓:细胞的分裂进程延缓;分裂延缓:细胞的分裂进程延缓;3.3.凋亡:细胞在分裂前死亡或破碎后形成小体被邻近细胞所吞噬;凋亡:细胞在分裂前死亡或破碎后形成小体被邻近细胞所吞噬;4.4.再繁殖失败:细胞在试图进行第一次或后续有丝分裂时死亡;再繁殖失败:细胞在试图进行第一次或后续有丝分裂时死亡;5.5.基因组
13、的不稳定:辐射诱导的基因组不稳定会导致延后的再基因组的不稳定:辐射诱导的基因组不稳定会导致延后的再繁殖失败;繁殖失败;6.6.突变:细胞活着,但保留着突变;突变:细胞活着,但保留着突变;7.7.变异:细胞活着,但突变所致的变异显形可能致癌;变异:细胞活着,但突变所致的变异显形可能致癌;8.8.旁观者效应:受照射细胞可传送信号给邻近的未照射细胞,诱旁观者效应:受照射细胞可传送信号给邻近的未照射细胞,诱导这些细胞发生遗传学上的损伤;导这些细胞发生遗传学上的损伤;9.9.适应性反应:受刺激的受照射细胞对后续照射的再次作用变适应性反应:受刺激的受照射细胞对后续照射的再次作用变德更耐受;德更耐受;第十五
14、页,讲稿共四十页哦分次放射治疗的生物学基础分次放射治疗的生物学基础n n4Rs:细胞损伤的修复(repair of radiation damage)、细胞周期重新分布(redistribution with the cell cycle)、氧效应及乏氧细胞再氧化(the oxygen dffect and reoxygenation)、再群体化即再增殖(repopulation,reproliferation)第十六页,讲稿共四十页哦辐射损伤的时间标尺辐射损伤的时间标尺第十七页,讲稿共四十页哦一、细胞放射治疗的修复一、细胞放射治疗的修复n n辐射损伤的类型辐射损伤的类型1.1.致死性损伤:受
15、照射后细胞完全丧失了分裂增殖的能致死性损伤:受照射后细胞完全丧失了分裂增殖的能力,是一种不可能修复不可逆的损伤力,是一种不可能修复不可逆的损伤2.2.亚致死性损伤:细胞受照射后,细胞的部分靶而不是亚致死性损伤:细胞受照射后,细胞的部分靶而不是全部靶被击中,通常指单链断裂。可以修复。全部靶被击中,通常指单链断裂。可以修复。3.潜在致死性损伤:指在正常状态下应当在照射后死亡的潜在致死性损伤:指在正常状态下应当在照射后死亡的细胞,若在照射后置于适当的条件下由于损伤修复而细胞,若在照射后置于适当的条件下由于损伤修复而又可以存活的现象。但若得不到适宜的环境和条件则又可以存活的现象。但若得不到适宜的环境和
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