临床放射生物学基础

1、临床放射生物学基础 医院放疗科 前言基本概念电离辐射的细胞和组织效应电离辐射的分子和细胞效应临床放射生物测定剂量效应关系的核心思想细胞周期时相与放射敏感性肿瘤的增殖动力学分次放射治疗的生物学基础细胞放射损伤的修复 周期内细胞的再分布 氧效应及乏氧细胞的再氧合 再群体化正常组织放射损伤正常组织结构特点及动力学早反应组织和晚反应组织的概念及放射反应的差异正常组织的体积效应 LQ公式及在放射生物和临床研究的应用LQ公式LQ公式在放射生物和临床研究的应用前言As pharmacology is to the internist so is radiation biology to the radiot

2、herapist H.R.Withers & L.J.Peters Textbook of Radiotherapy by G.H.Fletcher实验学科临床放射生物学临床放射治疗中肿瘤和正常组织剂量效应关系及机制Translational Res辐射生物效应的时间标尺(The time-scale of effects in radiation biology) 物理吸收过程（10-15秒内结束）化学过程（DNA残基的存在时间10-3 到10-5秒）生物学过程（细胞死亡需数天到数月，辐射致癌作用需数年，可遗传的损伤需经数代才能观察到 )不同水平生物效应的发生时间、顺序、过程辐射生物效应的时

3、间标尺(GG Steel)电离辐射的直接作用和间接作用电离辐射的直接作用电离辐射的间接作用任何形式的辐射(X （）射线，带电或不带电粒子)被生物物质吸收后都可能与细胞的关键靶DNA直接发生作用， DNA本身的原子可以被电离或激发从而导致一系列生物变化的事件，这被称为辐射的直接作用。高LET射线（如中子、粒子）主要是直接作用辐射也可与细胞内的其它原子或分子（特别是水）相互作用，产生自由基，这些自由基可以扩散到足够远，达到并损伤关键靶DNA，这被称为电离辐射的间接作用。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。射线质与相对生物效应线性能量传递 (Linear energy transf

4、er,LET)LET是指单位长度径迹上能量的传递，单位是，每微米单位密度物质的千电子伏（keV/m)高LET辐射低LET辐射相对生物效应（relative biologic effectiveness, RBE)用RBE比较不同射线的生物效应RBE = D250/Dr式中D250和Dr分别是产生相等生物效应所需的250KV X射线剂量和被测试射线剂量之比电离辐射的细胞和组织效应分子水平的辐射效应辐射诱导的细胞死亡辐射引起细胞死亡的关键靶在细胞核的实验证据存活细胞的定义细胞存活的表达-细胞存活曲线细胞周期时相与放射敏感性电离辐射的细胞效应分子水平的辐射效应DNA损伤研究显示：DNA损伤是引起一系

5、列生物效应的关键靶。DNA链断裂的主要形式单链断裂 双链断裂DNA损伤的修复DNA单链断裂的修复以对侧链为模板，是一种可完全修复的分子损伤DNA双链断裂的修复可修复的双链断裂（彼此分开间隔一段距离）不可修复的双链断裂（发生在对侧互补碱基或仅间隔几个碱基对-染色体折成两段）辐射诱导的细胞死亡有丝分裂死亡 (增殖性死亡）指由于染色体的损伤，细胞在试图分裂时发生死亡。死亡可发生在照射后的第一次或以后的几次分裂,是电离辐射引起细胞死亡的最常见形式。间期死亡（细胞在进行下一次分裂前死亡）凋亡（apoptosis）：Trott所指出:至少96%的凋亡事件是发生在有丝分裂之后。在许多情况下，凋亡是一种正常的

6、生理过程，包括胚胎发育，免疫系统以及保持组织自我平衡。作为辐射所引起的细胞死亡形式之一，它是高度细胞类型依赖性的。淋巴细胞更易于通过凋亡途径发生照射后的快速细胞死亡自嗜(autophagy)：是指细胞消化自己的部分胞浆从而形成巨大分子和能量的过程。自嗜的分子基础及其与细胞死亡/存活的关系是现代研究的活跃领域坏死（necrosis）：有一种观点认为，凋亡代表的是细胞自杀性死亡而坏死则是由损伤所致。在组织学上认为坏死是一种在极端不利情况下（如pH值的极端变化、能量缺失以及离子不平衡等）突发的细胞死亡衰老（senescence）：是指正常细胞永久性尚失了分裂能力，这些细胞仍保有代谢能力，可有或无功能

7、的变化。与凋亡一样，不同类肿瘤及细胞倾向于不同的衰老过程，照射以后的纤维细胞经常发生成熟前的衰老（premature senescence）,有可能导致放射性纤维化。两种主要形式放射生物学规定鉴别“细胞存活”的唯一标准是照射后细胞是否保持再繁殖的完整性，即所分析的是克隆源细胞的繁殖活性而不是受照射群体中任意细胞的功能活性MTT法、染料除外等方法均不被认可存活细胞的定义细胞存活的表达-细胞存活曲线原理放射生物学用细胞存活曲线描述放射线照射剂量和细胞存活比之间的关系细胞形成克隆的能力被称为“细胞存活”关注的是：一定剂量照射以后对克隆源细胞而不是细胞群任意细胞的杀灭辐射所致的细胞杀灭是指数性的，指数

8、关系的特点：增加一定剂量就有一定比例的细胞而不是数量的细胞被杀死指具有生成“克隆”能力的原始存活细胞在离体培养细胞： 这种无限增殖能力体现为形成一个完整的50个细胞的克隆在体内： 体现为肿瘤体积的不断增大、复发、转移克隆源细胞（clonogenic cell)在这个“细胞存活”的严格定义下，提示临床必须重视这种存活细胞，这种具有无限增殖能力的细胞是在治疗中必须根除的细胞细胞克隆形成分析实验方法和步骤细胞培养指数生长期或相对密度生长期（平台期）测定细胞系的克隆形成率（Plating efficiency, PE)测定照射后细胞的存活分数(surviving fraction, SF)根据各照射剂

9、量点的存活分数作图绘制细胞存活曲线.计算曲线参数(TC/LQ模型）实验设计原则及注意事项实验所采用的细胞系应具有一定的克隆形成率应设6-8个照射剂量点，肩区点要够（应包括0,1Gy,2Gy)，以保证低剂量区效应的准确性实验设计原则及注意事项根据细胞类型，高剂量区的终末剂量点应够大，是细胞杀灭达到一定数量级根据细胞周期时间确定合适的培养时间（9-14天），培养时间过长细胞会因营养不良而脱落实验设计原则及注意事项克隆培养用容器不应太小(不赞成使用孔板和扩散盒等)，以60-100mm平皿最常用，容器太小所能容纳的细胞数不足以达到上述标准，且难以分散均匀。克隆形成期间不能换液，以保证克隆形成的准确性实

10、验设计原则及注意事项应计数大于50个细胞以上的克隆选择合适的数学模型进行曲线拟合，应注意不同模型间的参数不能互用实验结果的分析只能采用存活曲线参数间的比较，不能用单剂量点存活分数直接比较因放射生物分析的是产生相等效应所需的照射剂量，不是相同剂量产生的效应差别细胞存活曲线的形状指数存活曲线对于致密电离辐射（如中子、粒子），照射后细胞存活曲线用单靶单击数学模型拟合后，在半对数坐标上是一条直线，呈指数型。非指数存活曲线对稀疏电离辐射（射线、射线等），照射后细胞存活曲线的起始部（低剂量段）在半对数坐标上有一个有限的初斜率，在肩段存活曲线出现弯曲，在高剂量段存活曲线又趋于直线。指数存活曲线的数学模型数学

11、表达式：SF=e-D单靶单击模型（single-hit single-target model)e为自然对数的底； 为与射线的质及放射敏感性有关的常数曲线参数： D0 平均致死剂量非指数存活曲线的数学模型多靶单击模型（single-hit multi-target model)数学表达式：SF=1-(1-e-kD)N曲线参数：D0 平均致死剂量Dq 准阈剂量N 外推数非指数存活曲线的数学模型线性二次模型（ linear-quadratic model)数学表达式：S = e-D-D2S是照射剂量为D时的细胞存活， 和是常数。放射线照射细胞死亡有丝分裂死亡凋亡自噬坏死衰老存活细胞干细胞子代细胞体

12、积退缩损伤近期效应肿瘤正常组织复发、转移损伤修复正常组织肿瘤远期疗效临床放射生物测定剂量效应关系的核心思想细胞周期时相与放射敏感性两次有效的有丝分裂之间的时间，称为细胞周期。研究细胞增殖动力学（周期、时相）的方法显微镜观察（早期） -有丝分裂期细胞 分裂间期细胞放射自显影术（1953）- 细胞周期时相细胞光度术（1948）流式细胞术 - 细胞周期时相细胞周期时相与放射敏感性Sinclair和Morton（1965） 肿瘤 肿瘤增殖动力学 肿瘤的生长速度正常组织 正常组织的结构及组织更新 正常组织和器官的放射反应和损伤电离辐射的组织效应肿瘤的增殖动力学第一层次由活跃分裂的细胞组成(也称“P”细胞

13、）所有细胞都将通过细胞周期可用细胞标记技术进行辨认该层次细胞在整个肿瘤细胞群体中所占的比重成为生长分数（growth fraction, GF)第二层次 由静止（G0)细胞组成非增殖细胞的层次(Q细胞或静止细胞）,G0细胞可再进入细胞周期有些G0细胞是克隆源细胞（可再群体化出一个肿瘤）第三层次由分化的终末细胞组成终末细胞不再具有分裂能力第四层次 由死亡和正在死亡的细胞组成细胞从一个层次向另一个层次的转化是连续发生的,Q层次向P层次的移动成为再补充（recruitment)异质性的肿瘤细胞群体根据动力学特性分4个层次肿瘤的生长速度描述肿瘤生长速度的2个参数：1.肿瘤的体积倍增时间（tumor v

14、olume doubling time,Td )由3个主要因素决定：细胞周期时间（the cell cycle time)生长比例 (the growth fraction)细胞丢失率（the rate of cell lose)2.潜在倍增时间（potential doubling time,Tpot)指假设在没有细胞丢失情况下肿瘤细胞群体增加一倍所需的时间（Steel ,1977)。 Ts LI Ts：s期持续时间，LI：标记指数， ：校正系数（0.7-1.0）Tpot =肿瘤的生长速度细胞丢失因子（cell loss factor) 细胞丢失因子 = 1 - Td有些肿瘤生长较慢，主要是

15、因为细胞丢失率高。细胞丢失的主要机制- 坏死 分化Tpot肿瘤的生长速度肿瘤的生长速度人肿瘤典型的动力学参数(引自AC Begg) -细胞周期时间（-2天）生长比例 （-40%） 潜在倍增时间（-5天）细胞丢失 （-90%） 体积倍增时间 （-60天）-分次放射治疗的生物学基础临床放射治疗医生在设计分次治疗方案时，应注意把握两个要点生物学的合理性和处方剂量设定的科学性。了解影响分次放射治疗的生物学因素 “4Rs”概念是重要环节。著名放射生物学家Withers指出4Rs （1975由Withers提出）细胞放射损伤的修复 (Repair of radiation damage )乏氧细胞的再氧合

16、(reoxygenation)再群体化(Repopulation)周期内细胞的再分布(Redistribution within the cell cycle)细胞的放射损伤细胞放射损伤的类型亚致死损伤 (sublethal damage)指受照射以后，细胞的部分靶内所累积的电离事件，通常指DNA单链断裂。亚致死损伤是一种可修复的放射损伤潜在致死损伤 (potential lethal damage)正常状态下应当在照射后死亡的细胞，在照射后置于适当条件下由于损伤的修复又可存活的现象。若得不到适宜的环境和条件则将转变为不可逆的损伤使细胞最终丧失分裂能力致死损伤 (lethal damage)受

17、照射后细胞完全丧失了分裂繁殖能力，是一种不可修复的，不可逆和不能弥补的损伤细胞放射损伤的修复 亚致死损伤的修复指假如将某一给定单次照射剂量分成间隔一定时间的两次时所观察到的存活细胞增加的现象。1959年Elkind发现，当细胞受照射产生亚致死损伤而保持修复能力时，细胞能在3小时内完成这种修复，将其称之为亚致死损伤修复。中国仓鼠细胞受2分次X射线照射后的细胞存活(引自EJ HALL Radiobiology for the radiologist)影响亚致死损伤的修复的因素放射线的质低LET辐射细胞有亚致死损伤和亚致死损伤的修复，高LET辐射细胞没有亚致死损伤因此也没有亚致死损伤的修复细胞的氧合

18、状态处于慢性乏氧环境的细胞比氧合状态好的细胞对亚致死损伤的修复能力差细胞群的增殖状态未增殖的细胞几乎没有亚致死损伤的修复临床意义细胞亚致死损伤的修复速率一般为数分钟到数小时。常用亚致死损伤半修复时间（T1/2）来 表示不同组织亚致死损伤的修复特性（小肠T1/2为0.5小时，脊髓1.5小时或更长，啮齿动物皮肤湿性脱皮的T1/2为1.3小时是早反应组织中最长的）。从临床资料来看，Oliver和Hall提出的半修复时间T1/2 =1.5小时已被用于低剂量率照射的生物等效换算。在临床非常规分割照射过程中，两次照射之间间隔时间应大于6小时，以利于亚致死损伤完全修复。细胞放射损伤的修复 潜在致死损伤修复指

19、照射以后改变细胞的环境条件， 因潜在致死损伤的修复或表达而影响给定剂量照射后细胞存活比例的现象。Little及其同事用密度抑制的平台期细胞培养研究潜在致死损伤，如果照射后在进行克隆形成分析实验前把细胞保持在密度抑制状态6-12小时细胞存活率同步增加。当存在潜在致死损伤修复时，潜在致死损伤与放射治疗的关系变得更加明显。密度抑制的平台期细胞的X射线细胞存活曲线(引自EJ HALL Radiobiology for the radiologist)影响潜在致死损伤的修复的因素放射线的质高LET辐射照射没有潜在致死损伤的修复细胞所处的周期时相如果照射后6小时或更长时间细胞没有分裂则会发生潜在致死损伤的

20、修复，这种修复现象在离体实验可用照射后6小时的平台期来证实周期内细胞的再分布（Redistribution Within the Cell Cycle）离体培养细胞实验表明，处于不同周期时相的细胞放射敏感性是不同的，总的倾向是：S期细胞（特别是晚S期）是最耐受的G2和M期的细胞是最放射敏感的可能的原因是，G2期细胞在分裂前没有充足的时间修复放射损伤。细胞周期再分布的意义分次放射治疗中存在着处于相对放射抗拒时相的细胞向放射敏感时相移动的再分布现象，这有助于提高放射线对肿瘤细胞的杀伤效果。如果未能进行有效的细胞周期再分布，则也可能成为放射抗拒的机制之一。乏氧细胞的再氧合（reoxygenation

21、）氧的重要性 早期的研究发现，细胞对电离辐射的效应强烈地依赖于氧的存在氧效应氧在放射线和生物体相互作用中所起的影响，称为氧效应。氧增强比乏氧及空气情况下达到相等生物效应所需的照射剂量之比叫做氧增强比（Oxygen Enhancement Ratio OER），通常用OER来衡量不同射线氧效应的大小。 肿瘤微环境和乏氧细胞实体瘤的生长需要不断地诱导血供，这个过程称为血管生成。1955年，由Thomlinson 和Gray根据他们对人支气管癌组织切片的观察提出：有活力组织的厚度为100-180um，当肿瘤细胞层的厚度超过氧的有效扩散距离时，细胞将不能存活。那些处于即将坏死边缘部位的细胞但仍有一定活

22、力的细胞称为乏氧细胞。乏氧细胞的再氧合如果用大剂量单次照射肿瘤，肿瘤内大多数放射敏感的氧合好的细胞将被杀死，剩下的那些活细胞是乏氧的，这时的乏氧分数将会接近100%，然后逐渐下降并接近初始值，这种现象称为再氧合。计算所得的分次照射肿瘤细胞再氧合的存活曲线(引自EJ HALL Radiobiology for the radiologist)再群体化（Repopulation）肿瘤干细胞概念肿瘤干细胞对放射线的反应性再群体化肿瘤干细胞概念在等级结构系统中，干细胞处于关键位置具有两个主要功能自我更新（self renewal ）通过不对称分裂进行自我复制。克隆膨胀 (clonal expansio

23、n)启动细胞的初次分裂及其子代细胞群的分化过程称为克隆膨胀。经典干细胞概念是一个功能性的概念经典放射生物学已经意识到，疗程结束时肿瘤干细胞是否得到有效杀灭是决定肿瘤长期控制的关键。再群体化损伤之后，组织的干细胞在机体调节机制的作用下，增殖、分化、恢复组织原来形态的过程称做 再群体化。再群体化效应可以被增殖层次细胞的缺失或非增殖性功能细胞层的缺失所启动。大鼠横纹肌肉瘤的生长曲线，A.曲线1是未照射对照组的生长曲线；曲线2是照射后即刻的肿瘤生长曲线；B. 照射以后不同时间克隆源细胞的比例变化。单次20Gy X射线照射后大鼠移植瘤肿瘤消退和再生长的总生长曲线(1969，Hermens 和Barend

24、sen)加速再群体化（accelerated repopulation ）照射或使用细胞毒性药物以后，可启动肿瘤内存活的克隆源细胞，使之比照射或用药以前分裂得更快，这称之为加速再群体化.Withers及其同事总结了头颈部肿瘤的文献，分析了达到50%控制剂量(TCD50)与分次治疗总时间的关系，结果提示:人肿瘤干细胞的再群体化在开始治疗后的28天左右开始加速。因此每天增加0.6Gy是需要的，以补偿加速再群体化所损失的效益。头颈部鳞癌总治疗时间和TCD50剂量的关系再群体化临床意义受照射组织的再群体化反应的启动时间在不同组织之间有所不同。 放射治疗期间存活肿瘤干细胞的再群体化是造成早反应组织、晚反

25、应组织及肿瘤之间效应差别的重要因素之一。在常规分割放疗期间，肿瘤及大部分早反应组织有一定程度的快速再群体化。而晚反应组织一般认为疗程中不发生再群体化。如果疗程太长，疗程后期的分次剂量效应将由于肿瘤内存活干细胞已被启动进入快速再群体化而受到损害。不同分割模式设计的基本原理分次剂量之间细胞亚致死损伤的修复总治疗时间与干细胞的再群体化分次照射之间肿瘤的再氧合和再分布而对 肿瘤有敏化作用。 足够总剂量（正常组织能够耐受）正常组织放射反应和损伤基本概念正常组织的结构组分正常组织的放射反应模式早反应组织和晚反应组织早、晚期放射反应的发生机制正常组织的体积效应正常组织和器官的放射反应和损伤基本概念正常组织细

26、胞与细胞之间不是孤立存在的，它们形成复杂的结构。在正常情况下细胞的生、死之间维持着精确的平衡，它使机体的组织结构及构成组织的细胞数量保持在稳定状态。细胞损伤时不仅要考虑死亡细胞本身，而且要考虑由死亡细胞带来的连锁反应。必须弄懂组织的结构及动力学。正常组织的结构类型等级结构组织（hierarchical tissue)在这种组织中干细胞、扩增细胞与功能细胞层之间具有清楚的可识别的界限。灵活组织 (flexible tissue)细胞层次间没有明显的界限。等级结构组织等级结构组织有三种不同分化层次的细胞干细胞（stem cells）自我复制和更新，可以分裂很多次并形成一系列分化特征的分化细胞。能避

27、开细胞分裂和分化之间的联系，即其他细胞在每次有丝分裂后就会失去部分分化潜能而最终分化成不分裂的功能性细胞。正常情况下大部分干细胞都处于Go期，但刺激以后可很快进入细胞周期 。功能细胞（functional cells）通常没有分裂能力最后因衰老而死亡（如血循环中的粒细胞和小肠黏膜绒毛细胞）。某一既定类型的所有细胞都具有相似的寿命，但不同类型的细胞之间寿命差别很大，如红细胞的寿命为120天而粒细胞则不到1天 。正在成熟的细胞(maturating cells)在这个层次中，分化的干细胞后代在分化进程中倍增（如骨髓中的幼红细胞(erythroblats)和成粒细胞(granuloblats)就是中

28、间层次的细胞）。灵活组织 (flexible tissue)特点干细胞与功能细胞间没有明显的界限细胞转化很慢正常组织放射敏感性正常组织放射敏感性取决于细胞的类型和分化程度。放射主要影响干细胞而对分化细胞的寿命无太大修饰作用，当更新转换时间长时放射损伤表达的就晚给不同组织放射敏感性相同的干细胞以相同剂量的照射，损伤的表达和修复时间却不相同，这是由子代细胞的固有特性决定的。如小肠和睾丸组织的干细胞具有相似的放射敏感性，小肠的损伤在几天内便表现出来并在两周内修复。而睾丸精子生成的减少可持续几个月。正常组织的放射反应模式等级结构模式（hierarchical model)灵活模式（flexible m

29、odel）等级结构模式是大多数上皮性早反应组织所经历的放射反应模式。 等级制约组织中至少存在着两个层次的细胞（干细胞和成熟细胞）。损伤的表现时间与细胞的更新转化时间成比例。更新转换时间是一个与功能细胞衰老所致的死亡有关的时间过程，与照射剂量无关。损伤的进一步发展只取决于功能性细胞的寿命，照射通常不影响这个进程。灵活模式灵活组织没有明确的细胞分化层次和严格的细胞等级结构（如肝、肾等）。这些组织的更新慢，被诸如外科、化学或物理因素损伤后，所有细胞都进入增殖。在这种组织中，一个细胞衰老死亡后其位置由另一个细胞的分裂所取代。图解A等级结构系统B 灵活组织系统早反应组织晚反应组织细胞更新很快，照射以后损

30、伤很快便会表现出来。这类组织的/比值通常较高。这些组织中细胞群体的更新很慢，损伤很晚才会表现出来。晚反应组织的/比值通常较低。早反应和晚反应组织为便于理解和进行生物剂量的等效换算正常组织分成早反应和晚反应组织。临床医生在设计治疗方案时应特别注意早反应和晚反应组织在生物效应之间的重要差别。早反应、晚反应组织与分次剂量1978年Withers用等效总剂量和分次剂量作图显示晚反应组织的曲线比早反应组织陡晚反应组织 比早反应组织对分次剂量的变化更敏感。加大分次剂量，晚反应组织损伤加重。与晚反应组织相比早反应组织对分次剂量的变化 不太敏感。早反应组织、晚反应组织与总治疗时间晚反应组织更新很慢，在放射治疗

31、期间一般不发生代偿性增殖，因此对总治疗时间的变化不敏感。缩短总治疗时间会增加对肿瘤的杀灭。早反应 组织损伤也加重。在用LQ公式进行生物剂量换算时把肿瘤类似于早反应组织看待，因此在不致引起严重急性反应的情况下，为保证肿瘤控制应尽量缩短总治疗时间。早期放射反应的发生机制主要由对干细胞的杀灭所致。等级结构组织器官与灵活组织器官的早期放射反应发生及持续时间不同。在等级结构组织早期反应发生的时间取决于分化了的功能细胞的寿命而灵活组织则主要表现为级联效应。反应的严重程度反映了生、死干细胞之间的平衡。有些器官同时存在早期和晚期效应的发生机制。（如皮肤，除了早期的上皮反应还会发生严重的晚期损伤-纤维化、萎缩和

32、毛细血管扩张）。在同一器官，可以顺序地发生不同类型的损伤，其发生机制和靶细胞均不相同。晚期放射反应的发生机制经典概念新认识假设正常组织中的靶细胞（Target cell）决定事件（如照射）的 临床过程。主要强调特异性靶细胞的存在，修复和再群体化能力。最初的放射效应是由实质细胞或血管内皮细胞结缔组织产生的。Travis对“晚期反应”的定义是：晚期反应是指实质细胞耗竭后 无力再生而最终导致的纤维化。放射诱发的长久性细胞因子级联效应(cascades of cytokine)。照射后即刻 -细胞成分（如膜、胞浆体和DNA等）的损伤-启动 细胞间的对话-基因表达发生改变。反应的过程是：立即释放mRNA

33、 -立即到达各自相邻细胞的受体， -通过信号传导受体细胞被激活-导致少量的或一系列细胞因子的 表达-最终导致细胞增殖或细胞外基质蛋白的产生，最终导致纤维化 的产生。正常组织的体积效应器官的组织结构体积效应的分类组织结构vs体积效应器官的组织结构平行组织结构(parallel organization)串联组织结构(serially organized structure)功能性亚单位（functional subunits,FSU)1988由Withers提出，指来自克隆源细胞的能使组织再生的最大组织体积或细胞单位体积效应的分类结构性组织耐受（structural tissue toleran

34、ce)取决于细胞的放射敏感性以及在限定体积内使成熟细胞群保持在临界水平以上的干细胞活力。功能性耐受(functional tolerance)取决于作为一个整体的器官是否能继续行使功能。组织结构vs体积效应平行组织结构如肺、肾，功能性损伤的出现取决于受照射以后FSU数的临界水平（发生并发症的风险取决于受照射体积的大小，而不是小的热点存在）。串联组织结构一个亚单位的失活（如脊髓）会导致整个器官功能的丧失（发生并发症的风险强烈地受非均匀性热点剂量的影响）。正常组织和器官的放射损伤小肠干细胞位于隐窝中心部，绒毛细胞位于隐窝的上1/3。分化细胞不断向隐窝上部移动，在绒毛顶部成熟并最后脱落。人小肠绒毛细

35、胞的更新时间为3-4天。当照射剂量较高时，4-5天后黏膜出现溃疡、腹泻等症状(这是小肠黏膜被覆细胞不断耗减的结果)。晚期反应：人小肠晚期反应通常在放疗结束后12-24月之间。小肠壁增厚、纤维化。正常组织和器官的放射损伤皮肤、粘膜组织学提示皮肤由表皮和真皮构成。人表皮增殖单位里，从细胞离开基底层进行分化到最后脱落的总转化时间约14天左右（7-21天，取决于身体的部位）。急性反应晚期反应早期红斑：单次大于5Gy的照射后几小时，由于血管的扩张、水肿出现类似于晒伤的早期红斑，可持续几天。干性和湿性脱皮：这是与细胞死亡有关的继发反应。单次10Gy以后出现干性脱皮，15 Gy以后出现湿性脱皮。真皮最突出的

36、反应是发生延迟反应。这些反应比早期反应严重，因它是不可逆的。皮肤变薄、变脆、轻微损伤即可造成难以愈合的溃疡。正常组织和器官的放射损伤睾丸组织学提示足细胞(sertoli cells)，对微环境起作用，帮助生发细胞增殖分化生发细胞(germinal cells),这些细胞的分化是有严格规律的（干细胞、又称未分化型精原细胞A，-A1-A2-A3-精原细胞B-精母细胞-精细胞-精子。在人，从生精管内干细胞到成熟精子的转化时间是74天。间细胞(leydig cells),分泌睾丸酮，受垂体促性腺激素、催乳素和黄体激素的调节。正常组织和器官的放射损伤睾丸睾丸放射效应相当低的照射剂量便会影响精子的生成（在

37、人，0.08 Gy的照射就可造成暂时性的精子数量下降，2 Gy照射可发生持续1-2年的精子缺乏）。间细胞对照射很耐受，大剂量照射也很少影响间细胞。因此睾丸受照射可引起不育但不影响第二性征和性欲。在动物，极低剂量率的慢性照射（1 Gy/天），就足以打乱精子的生成过程。分次照射与单次照射效果一样。正常组织和器官的放射损伤神经系统组织学提示神经元（不分裂）星型胶质细胞少突胶质细胞（参与髓鞘形成）脊髓早期脊髓病变晚期反应50-60 Gy/照射结束后几周，早期可出现可逆性的髓鞘病变，特征是弥漫性脱髓鞘。约2月后可观察到再髓鞘化4-6月可出现明显的坏死截瘫，一般出现在照射后的6个月-4年，可以是突发的，也

38、可以是逐渐发生的。是一种不可逆的损伤。脑脱髓鞘（通常发生于照射后的6个月内）脑坏死（多发生照射后6个月-3年）。儿童急性白血病预防照射，剂量应限制在30 Gy/3周，增高剂量会使智力发育受损害。周围神经神经丛和神经根的损伤比脊髓和脑更常见。乳癌病人对腋窝和锁骨上淋巴结的照射时常会涉及臂神经丛。神经丛损伤的主要表现是混合性的感觉和运动缺失（潜伏期6个月至数年）。病因是渐进性血管再生障碍、纤维化。正常组织和器官的放射损伤肺组织学提示早期损伤：放射性肺炎晚期损伤：放射性纤维化（肺泡壁增厚-弥漫性纤维化）LQ公式及在放射生物和临床研究的应用LQ公式模型的基本原理电离辐射所致的DNA双链断裂有两种主要形式，双链断裂数与吸收剂量成正比（D）或双链断裂数与吸收剂量的平方成正比（D2），系数和取决于DNA的细胞环境中初始能量沉积后所发生的各种事件过程。LQ公式（linear-quadratic form