肿瘤放射治疗策略--放射生物学基础篇

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1、肿瘤放射治疗策略——放射生物学基础篇戴宇虹湖南省邵阳市中医医院肿瘤内科概述重要性：放射肿瘤学的三大基本支柱：肿瘤学、放射物理学、临床放射生物学。目的：提高肿瘤放射治疗疗效，减少正常组织损伤，延长患者生命和改善生活质量。意义：是放射肿瘤学家了解放射线治疗肿瘤的生物学机制，以及从事有关研究的思想库和试验基地。放射生物学在放射治疗中的作用1.提供理论基础：确认放射线对肿瘤和正常组织的作用机制及受照射后生物体内的反应过程。（如DNA损伤修复、肿瘤乏氧细胞、再氧和及肿瘤干细胞的再群体化等生物效应的发生、发展过程

2、和机制）2.治疗策略及验证：临床放射生物学研究的主要着眼点事研究和测定物理吸收量与生物效应的关系，配合临床研究发展新的、特异性的放射治疗方法（如超分割、加速分割等放疗模式，乏氧细胞增敏剂等）3.个体化放射治疗方案的研究和设计：如放射抗拒的肿瘤可以通过加大分次剂量等措施使患者获益。电离辐射对生物体的作用《电离辐射的直接和间接作用》辐射的种类：电离辐射、非电离辐射电离辐射对生物体的作用《生物效应》辐射生物效应的时间尺标（三个过程）1.物理吸收过程：在10-15秒内结束。2.化学过程：时间为10-3到1

3、0-5秒。3.生物学影响：细胞死亡的时间需要数天到数月，辐射致癌作用需要数年，可遗传的损伤需要数代才能观察到。电离辐射对生物体的作用《生物效应》《辐射生物效应的时间尺标图》电离辐射对生物体的作用《生物效应》电离辐射对任何生物体的照射都将启动一系列的变化过程，大致可以分为三个阶段：1.物理阶段（带电粒子和构成组织细胞的原子之间的相互作用）2.化学阶段（受损的原子和分子与其他细胞成分发生快速化学反应的时期）3.生物阶段（所有的继发过程）电离辐射对生物体的作用《生物效应》1.物理阶段概念：带电粒子和构

4、成组织细胞的原子之间的相互作用时期。作用方式：高速电子穿过DNA分子，与DNA分子的轨道电子相互作用，将其原子中的一些电子逐出（电离），并使其原子或分子内其他的电子进入更高的能量水平（激发），当能量足够时导致级联电离事件。能量包：χ射线是由光子构成，当χ射线被生物物质所吸收，则能量就会在组织和细胞中沉积下来，这种能量的沉积是以分散、不连续的能量包形式，非均匀性地被沉淀下来。电离辐射对生物体的作用《生物效应》能量包的意义：例如：对一名70Kg的成人而言：4Gy=67卡，这个能量如果以不同的方式作用于人

5、体将会产生什么作用呢？1.转化成热量：代表体温上升0.002°C2.以热量的形式吸收：相当于和一口热咖啡3.转化成机械能做功：相当于把人从地面举起40cm所做的功。4.转换成χ射线：单次4Gy的χ射线全身照射，在许多情况下将是致死的。电离辐射对生物体的作用《生物效应》χ射线的潜力是它的作用不在于所吸收的总能量的大小，而是在于单个能量包的大小。热能或机械能能量的吸收是均匀的，需要很大的能量才能使生物体产生损伤。一束χ射线中的能量可被量子化为多个大的能量包，每个能量包的能量大到足以打断化学键而最终引起一

6、系列的生物学事件。在光子的生物效应中，如果光子能量超过124eV，就会使生物物质发生电离。电离辐射对生物体的作用《生物效应》2.化学阶段概念：受损的原子和分子与其他细胞成分发生快速化学反应的时期作用方式：电离和激发导致化学键的断裂和自由基的形成（即破损的分子）。此阶段的特点：清除反应之间的竞争，如灭活自由基的巯基化合物，以及导致生物学上重要分子稳定化学变化的固定反应。自由基反应在生物体受到照射后月1ms内全部完成。电离辐射对生物体的作用《生物效应》3.生物阶段概念：所有的继发过程。1.初始阶段：开

7、始是于残存化学损伤作用的酶反应，大量的损伤，如DNA损伤都会被成功的修复，极小部分不能修复的损伤最终将会导致细胞死亡。（细胞死亡是需要一定的时间的，实际情况是小剂量的照射后细胞在死亡之前可以进行几次有丝分裂）2.后继阶段：①早期反应：由于干细胞被杀灭，使得正常组织在受照射后几周或几个月出现损伤表现（如皮肤黏膜破损、造血系统损伤等）电离辐射对生物体的作用《生物效应》②.晚期反应：受照射的毛细血管扩张、各类软组织或脏器纤维化等。③.继发肿瘤：更晚的放射损伤表现是出现继发肿瘤。电离辐射对生物体的作用《电

8、离辐射的直接和间接作用》关键靶：DNA电离辐射（χ射线/γ射线）对生物体的效应，是通过其本身直接作用于细胞的关键靶DNA，或通过与细胞内的其他原子或分子（特别是水）相互作用产生“自由基”，通过自由基的扩散到达细胞并损伤关键靶DNA（间接作用）。自由基：是一种游离的原子或分子，外层携带不成对轨道电子。这种状态的原子或分子具有高度的化学活性。（在原子或分子中，轨道电子数平衡则自旋配对的，从而可以使其化学性质保持高度稳定）电离辐射对生物体的作用《电离辐射的直