放射生物学第四节

正常组织的放射反应,机体内的正常组织按/的大小分为早反应和晚反应正常组织。上皮、粘膜、骨髓、精原细胞等组织的为10Gy左右，放疗过程中，具有存活干细胞再增殖是损伤补偿的主要形式；而脊髓、肾、肺、肝、皮肤、骨、纤维脉管等，其小于3Gy，放疔中无明显的再增殖，它的损伤修复和细胞周期的再分布是重要的保护机制,第一节 细胞增殖周期与放射敏感性,、细胞增殖周期 周期指从母代细胞增殖过程某一时相到子代细胞增殖过程的同一时相的时间。细胞周期可分为4个主要时相。G1期，指DNA合成前期，有RNA迅速合成并指导大量多种蛋白质和其他分子合成，准备合成DNA，该期大约为数小时乃至数年。S期，指DNA合成期，此期间DNA量增加一倍，持续时间约830小时。G2：期，DNA合成后期，为分裂做准备，合成分裂期所需的DNA和蛋白质，人约持续115小时。M期，有丝分裂期，无生化合成。分裂由核开始，继而细胞质分裂，两个子细胞形成。整个有丝分裂过程分为前期、中期、后期和末期四个时期。,整个有丝分裂过程分为前期、中期、后期和末期四个时期。此外，G0期细胞，指那些处于休眠状态不参加周期分裂活动的细胞。一旦机体需要或接到某种信号后，这些细胞就能开始准备DNA的合成而变成G1期细胞。,二、细胞周期与放射敏感性 细胞处于不同时期，它的敏感性各不相同。M期细胞对射线最敏感，其次为G2期细胞、G1期细胞、早S期细胞，晚S期细胞最不敏感。,三、放射线对细胞周期多阶段的影响 (1)影响G1期进程，在1Gy以内，随剂量加大，对G1期阻滞愈来愈明显，而当剂量达到3Gy以上时，G1期被完全阻滞。 (2)放射线对细胞通过S期过程的影响，当细胞接受10Gy左右剂量放射线照射时，该细胞在S期的进程比正常慢30。(3)影响细胞从S期进入G2期。当放射线剂量达到10Gy时，会影响细胞从S期进入G2期。 (4)影响细胞从G2期进人M期。照射剂量从1Gy-10Gy使G2进入M期的进程延缓。延缓时间长短和剂量有关，并且G2期的阻断是可逆的。,(5)分裂延缓，在分次照射时，逐渐把增殖慢的细胞阻滞在G1期，而增殖快的细则可顺利通过整个周期。该差异结果使S期组织逐渐减少，最终减慢了组织的生长。对于肿瘤而言，增殖快的瘤细胞部分被阻断于G2期，而增殖慢的部分被阻断于G1期，故照射后有一个短暂的没有分裂的时间，谓之“分裂延缓”。该“分裂延缓”的时间随剂量的增加而增加，在多个不同期及不同类型的细胞，“分裂延缓”时间多有不同。,第二节 正常组织的增殖动力学 将正常组织按增殖快慢分为快更新组织和慢更新组织两大类。快更新组织的特点是以积极的增殖维持细胞数在一定的稳定水平，而慢更新组织的特点是标记指数低，更新时间较长。,一、快更新组织 包括造血细胞、小肠上皮、表皮、输精管上皮和淋巴生成细胞等。表皮增殖单位的中心细胞是未分化干细胞(undifferentiated stem cell，USC)。由USC产生的几个其他的基细胞是定向干细胞(committed stem cell，CSC) 造血组织 肠上皮 精、卵细胞的生成,二、慢更新和非更新细胞 慢更新细胞主要有内皮细胞、机械细胞包括纤维细胞、骨细胞、软骨细胞和网状细胞；偶尔情况下分裂细胞有肝细胞、肾细胞、肺泡型细胞、成肌细胞、视网膜细胞和甲状腺细胞。非更新细胞主要是神经细胞。机械细胞：纤维细胞、骨细胞等属于这类细胞，标记指数非常低，更新时间大约是100天，一些因素如外伤愈合和修复等都可刺激上述细胞进入增殖状态。特异性分化器官：肝脏、肾脏、肺泡型上皮细胞等细胞仅在偶尔情况下分裂，标记指数值也很低，但在受到刺激、损伤后或器官的本身体积变小时，还发生再增殖。如部分肝脏和一侧肾脏被切除后，残留细胞可发生再增殖，使肝脏增大，肾脏肥大。非更新细胞：神经细胞在出生后，基本上处于Go期状态，没有明显的更新现象。,第三节 正常组织对放射线的不同反应 人体组织对放射线的敏感性与其增殖能力成正比，与其分化程度成反比。同等剂量下，放射反应性与照射野面积有关，身体受照面积越大，反应越大。近年来，根据对增殖动力学的认识及靶细胞存活公式对比值的推算等新概念将正常组织分成早反应组织和晚反应组织，一般认为更新快的组织在放疗中是早反应组织，而更新慢的组织属于晚反应组织，肿瘤基本属于早反应组织。,一、早反应组织受照射后的表现 皮肤、粘膜、骨髓、精原细胞等早反应正常组织在放疗过程中其存活干细胞的再增殖是主要现象，在照射期间或照射后几天即会发生克隆源细胞的补偿性增殖。在常规分割照射条件下，正常组织的早反应一般可以被接受，而每周少于5次，每次剂量2Cy的大分割照射，早反应可被接受，但常常引起较严重的远期反应。故大分割照射时，须降低总剂量，才能避免严重的远期反应。,(一)皮肤反应和损伤 1急性反应 一般将急性反应分为三度： (1)I度：发生红斑，表现充血、潮红，有烧灼和刺痒的感觉。最后可逐渐变成暗红，表皮脱屑，称干性皮炎。 (2)度：充血、水肿、水泡形成、发生糜烂、有渗出液，称为湿性皮炎。 (3)度：放射性溃疡，表现为灰白色坏死组织覆盖，边界清楚，底部较光滑，呈火山口型凹陷成痂伴溃疡，有剧痛。,2，慢性反应 放疗后数月、数年出现的反应。表皮萎缩变薄，浅表毛细血管扩张，有时有色素沉着，脱屑，皮肤瘙痒，易受损溃破。高能射线可致皮下组织纤维化，有时呈板样坚硬，纤维化的程度于早期皮肤反应的严重性无关。有皮下组织纤维化的病人常可合并感染，发生放射性蜂窝组织炎有高热、局部红肿热痛，可用抗生素治疗但易复发。晚期慢性放射性皮炎，其溃疡可向深部组织发展，甚至累及骨组织，并发坏死性骨髓炎。,(二)造血系统 造血系统受照射后引起急性反应的靶细胞是各种前体细胞，而不是与长期修复有关的靶细胞一一干细胞。 造血系统受照射后，干细胞减少，使其对扩增部分的前体细胞的供应减少，同时前体细胞的本身也受到了照射的损伤。血小板、白细胞和红细胞三种前体细胞的再生很快，它们的放射敏感性是一样的，只不过前二种细胞的生命期限很短，故常常表现为外周血的白细胞和血小板下降。红细胞寿命较长，故贫血出现较慢。当WBC数量低于30xJ09L，血小板低于80x109L时，要考虑暂停放疗。放疗中要注意病人的营养，对已有下降者可用中西药治疗， 有条什者可使用细胞生长刺激因子等生物制剂，白细胞过低者谨防感染。,(三)小肠、结肠和直肠(四)睾九、卵巢对年轻、需生育的妇女患者应尽可能注意保护卵巢。,二、晚反应组织受照射后的表现 无再增殖能力，仅有修复功能的一类组织如脊髓、肾、肺、肝、皮肤、骨、纤维脉管系统等均属晚反应组织。以上组织器官受照射后的损伤往往由邻近组织的功能细胞进入分裂周期来代偿，而不是干细胞分裂分化成终末细胞的结果。每次照射量2Gy的超分割及加速超分割照射能减轻其远期反应，但早反应加重。故采用超分割及加速超分割照射时，总剂量应限于正常延迟反应组织的耐受量之内，在急性反应可耐受的情况下，适当提高分次照射量，以提高肿瘤控制率。而在照射区内有重要的晚发反应性正常组织时，一般不宜用大分割放疗，每次量必须小于2Gy。按线性二次方程LQ公式选择适当的分次照射量和总剂量，以避免产生严重的放射并发症。,肺 照射后肺损伤的早期反应是渗出，大约发生在1个月左右，其损伤分炎症阶段和纤维化阶段。放射性肺炎的病理特征是肺泡毛细血管壁界面失去平衡，造成肺泡膨胀固定，血液进入肺泡腔内造成出血，这是肺泡表面活性物质减少和屏障活性丧失的结果，主要的靶细胞是肺型细胞和内皮细胞。肺纤维化的特点是肺泡壁的损伤产生反应性的炎性变化，出现纤维素及其他血清蛋白漏入肺泡腔中，形成网状纤维素的“增生”，在肺组织内数量增多并变厚，肺的病理改变可以从局限性的实变进一步形成肺组织的融合性实变。全身照射时发生放射性肺炎的阈值大约为75Gy，发生5放射性肺炎的剂量约为95Gy。全肺照射20Gy即可产生肺损害，肺癌放疗时，肺局部放射反应是不可避免的，若范围局限则无明显症状。,(二)脊髓、脑 在放疗后数月到数年内可发生放射性脊髓炎。该并发症的发生主要是由于血管的损伤及继发白质的损伤。晚期的脊髓功能损伤不是由于对神经直接作用，其主要靶细胞群是少突胶质细胞群和内皮细胞群，少突胶质细胞群受损后白质易发生节段性的脱髓鞘。外周神经的靶细胞是雪旺细胞，其放射耐受性高于少突胶质细胞。 一般在常规分割照射时很少发生放射性脊髓炎，但若剂量过高或每次剂量偏大，多次放疗，则容易发生。其早期症状可在放疗后数月出现一侧或双侧肢体的感觉异常，低头时脊髓有触电样感觉即Lhermitte征，多数可自愈，少数以后可发展为典列的脊髓半切综合征，一侧痛、温觉障碍和对侧运动障碍，双侧痛温觉障碍，单侧运动障碍。也可发展为脊髓横贯性损伤或梗死，表现为截瘫。,肝肾(四)血管系统,三、常规分割时正常组织的放射耐变量TD55为最小耐受量，指在标准治疗条件下治疗后5年内，小于或等5的病例发生严重并发症的剂量。TD505指最大耐受量，含意是标准治疗条件下治疗后5年内，50的病例发生严重并发症的剂量，此标准治疗条什指13MeVX线，10Gy周，每日1次，每周治疗5次，休息2天，整个治疗根据治疗总剂量，在28周内完成。,肿瘤组织的放射效应,肿瘤组织的基本特点肿瘤是机体细胞在不同致瘤因素作用下，发生过度增生及分化异常而形成的新生物，其基本生物特点有以下几点。 (1)肿瘤由多种因素导致机体某种或数种组织过度生长而形成，它与正常组织在形态、生理功能和物质代谢等方面均有所不同。 (2)呈过度的不协调生长，当致癌、诱癌、促癌等作用因素停止作用后，肿瘤仍能继续生长。但某些肿瘤可自行缩小，如子宫肌瘤在停经后可缩小或自行消退，如绒毛膜上皮癌切除后，其转移灶可自行消失。 (3)肿瘤细胞不能达到其起源组织的分化成熟程度。 (4)肿瘤能从原发部位转移到其他部位并形成转移灶。 (5)肿瘤细胞能把上述特点传给子代细胞。,肿瘤增殖动力学,一、潜在倍增时间(potential doubling time Tpot) 肿瘤倍增时间指肿瘤细胞在存在丢失因子情况下，其体积增加一倍的时间，而潜在倍增时间则指在假定丢失因子不存在的情况下，肿瘤体积增加倍的时间。 用Tpot表示肿瘤的增殖能力，可用流式细胞计数仪测定。Tpot=(Ts)/LI 。 式中Ts为S期持续时间，为所测周期分布的修正因素，其值约0812；LI为标记指数，指给病人一定剂量溴脱氧尿苷数小时后取标本，S期细胞被溴脱氧尿苷标记后，可被荧光色素偶合的单抗选择性染色(发绿