電離輻射生物學(xué)效應(yīng)基礎(chǔ)

1、第四章 電離輻射生物學(xué)效應(yīng)基礎(chǔ),,金順子 教授/博導(dǎo)吉林大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院放射生物學(xué)教研室,Ionizing radiation is ubiquitous. Air, water, soil, plants, animals, people, food, paper, machinery and buildings are radioactive.,醫(yī)學(xué)放射生物學(xué) 研究電離輻射對(duì)機(jī)體（特別是人體）的各種細(xì)胞、組織、器官

2、和系統(tǒng)的作用規(guī)律和機(jī)理的一門科學(xué)。 為保障機(jī)體安全和健康，探索有效防護(hù)措施和提高臨床放射治療水平提供理論基礎(chǔ)，使射線和核技術(shù)更好地為人類服務(wù)。,第一節(jié)輻射生物學(xué)效應(yīng)基本概念,輻射生物效應(yīng) （biological effect of ionizing radiation）電離輻射作用于機(jī)體后，其能量傳遞給機(jī)體的分子、細(xì)胞、組織和器官等基本生命物質(zhì)和分子后，引起一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物學(xué)變化，由此所造成生物體組

3、織細(xì)胞和生命各系統(tǒng)功能、調(diào)節(jié)和代謝的改變，產(chǎn)生各種生物學(xué)效應(yīng)。,電離輻射生物效應(yīng)的種類,ICRP第60號(hào)建議書(1991)中，區(qū)分以下四個(gè)述語: ①變化: 由輻射引起的某種生物學(xué)改變，可能有害， 也可能無害; ②損傷: 表示某種程度的有害變化，這種損

4、傷是指對(duì)細(xì)胞 有害，不一定是對(duì)受照射的人體有害; ③損害: 指臨床上可觀察到的有害效應(yīng)，表現(xiàn)于 受照射的個(gè)體(軀體效應(yīng))或其后代（遺傳效應(yīng)）; ④危害: 是一個(gè)復(fù)雜的概念，它將損害的概率、嚴(yán)重程度 和顯現(xiàn)時(shí)間結(jié)合起來加以考慮。,輻射種類,按與物質(zhì)作用分類： 電離輻射（Ionizing Radiation）

5、 非電離輻射（Non- Ionizing Radiation ）按本質(zhì)和性質(zhì)分類： 電磁輻射(Electromagnetic Radiation) 粒子輻射(Particle Radiation),電離輻射與非電離輻射 電離輻射是指一切能引起物質(zhì)電離的輻射總稱。電磁輻射（無形） 以相互垂直的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，隨時(shí)間變化而交變振蕩，

6、 形成向前運(yùn)動(dòng)的電磁波 電離輻射 (如X射線和 γ射線) 非電離輻射 (如無線電波、微波等)粒子輻射（有形） 高能粒子通過消耗自身的動(dòng)能把能量傳遞給其它物質(zhì) 高速粒子、帶電粒子,,,,,電磁輻射,電離輻射,粒子輻射,X,γ射線,α、β、中子質(zhì)子、負(fù)π,電磁輻射--波譜,傳能線密度 與 相對(duì)

7、生物效應(yīng),,重 點(diǎn),一、傳能線密度 （linear energy transfer，LET）定義：帶電電離粒子在其單位長度徑跡上消耗的平均能量（單位J/m）。LET概念也適用于雖不是直接電離粒子，但通過次級(jí)帶電粒子的X、γ射線和中子。與生物效應(yīng)的關(guān)系：正相關(guān),二、 相對(duì)生物效能 （ elative biological effectiveness, RBE）,RBE ＝,X或γ射線引起

8、某一生物效應(yīng)所需劑量,,所觀察的電離輻射引起相同生物效應(yīng)所需劑量,（一） RBE的含義,RBE的大小隨所比較的劑量不同而有些差別，最好在平均滅活劑量或平均致死劑量下比較。 意義：主要是為了比較在劑量相同時(shí)，不同種類的電離輻射引起某一特定效應(yīng)的效率的差別。即：劑量相同、輻射種類不同，產(chǎn)生的效應(yīng)也不同；若要產(chǎn)生相同效應(yīng)，則不同種類的輻射所需的劑量就不同。,（二）LET與RBE的關(guān)系 RBE的變化是L

9、ET的函數(shù)（正相關(guān)） LET：100kev/um時(shí)；LET繼續(xù)增加，RBE反而下 降，表明更多的射線并不能用于 引起生物效應(yīng)上，反而被浪費(fèi)了,原發(fā)作用 與 繼發(fā)作用,一、原初作用（

10、primary effect）,指從照射之時(shí)起到在細(xì)胞學(xué)上觀察到可見損傷的這段時(shí)間內(nèi)，在細(xì)胞中進(jìn)行著輻射損傷的原初和強(qiáng)化過程。 包括物理、物理化學(xué)和化學(xué)三個(gè)階段。 此過程中輻射能量的吸收和傳遞、分子的激發(fā)和電離、自由基的產(chǎn)生、化學(xué)鍵的斷裂等，都是在生物體內(nèi)進(jìn)行的。,二、繼發(fā)作用（secondary effect）：是指在原發(fā)作用發(fā)生的基礎(chǔ)上，因原發(fā)作用形成的各種活性基團(tuán)不斷攻擊生命大分子，導(dǎo)致生物顯微結(jié)構(gòu)的破壞，繼而發(fā)生一系

11、列生物學(xué)、生物化學(xué)的損傷效應(yīng)。,繼發(fā)反應(yīng)：,亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞,細(xì)胞內(nèi)水解酶的釋放,信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的改變或破壞,代謝的方向性和協(xié)調(diào)性的紊亂,生物化學(xué)損傷,細(xì)胞、組織器官和系統(tǒng)的變化,病理學(xué)改變,功能變化,,,,,,,,三、電離和激發(fā),電離（作用）（ionization） 生物組織分子被粒子或光子流撞擊，軌道電子擊出，產(chǎn)生自由電子和帶正電荷的離子，即形成離子對(duì)，這一過程稱為電離（作用）。 激發(fā)作用（excitation

12、） 電離輻射與組織分子相互作用，能量不足以擊出電子，而使軌道電子從低能級(jí)躍遷到較高能級(jí)軌道，分子處于激發(fā)態(tài)。激發(fā)分子很不穩(wěn)定，容易向鄰近分子或原子釋放能量。,四、水的電離和激發(fā),水的原初輻解產(chǎn)物： 電離輻射作用于機(jī)體的水分子，使水分子發(fā)生電離和激發(fā)，產(chǎn)生自由基和分子。這種反應(yīng)稱水的輻解反應(yīng)，各種自由基和分子統(tǒng)稱水的原初輻解產(chǎn)物 。,水合電子 游離的電子在碰撞過程中喪失其大部分能量，當(dāng)其能量水平降至100eV以下而未

13、被捕獲時(shí)，可吸收若干水分子而形成水合電子。 刺團(tuán) 水的原初輻射反應(yīng)并非平均分布于空間，一般是在小的體積內(nèi)成簇發(fā)生的，這種小的反應(yīng)體積稱為刺團(tuán)，平均半徑為1.5nm，每個(gè)刺團(tuán)內(nèi)含有6個(gè)自由基。,直接作用 與 間接作用,,重 點(diǎn),一、直接作用（direct effect）概念：電離輻射的能量直接沉積于生物大分子，引起生物大分子的電離和激發(fā)，破壞機(jī)體的核酸、蛋白質(zhì)、酶等

14、具有生命功能的物質(zhì)，這種直接由射線造成的生物大分子損傷效應(yīng)稱為直接作用。特點(diǎn)：生物效應(yīng)與輻射能量沉積發(fā)生于同一生物 大分子上。,電離輻射對(duì)DNA分子損傷的直接作用,直接作用,二、間接作用（indirect effect）概念：電離輻射首先作用于水，使水分子產(chǎn)生一系列原初輻射分解產(chǎn)物（H·，OH·，水合電子等），再作用于生物大分子引起后者的物理和化學(xué)變化。特點(diǎn)：能量沉積和生物效應(yīng)發(fā)生在不同分子,

15、電離輻射對(duì)DNA分子損傷的間接作用,間接作用,電離輻射間接作用的四種效應(yīng)1. 稀釋效應(yīng)（dilution effect）：指最大的相對(duì)效應(yīng)發(fā)生在最稀釋的溶液中。 一定劑量的電離輻射在溶液中產(chǎn)生固定數(shù)量自由基，如果作用是間接的，那么失活的溶質(zhì)分子數(shù)目就與溶液濃度無關(guān)，只與產(chǎn)生的自由基數(shù)量一致；若作用為直接的，則失活的溶質(zhì)分子數(shù)將取決于受照溶液的溶質(zhì)分子數(shù)，并與溶液濃度成正比。 在稀釋溶液系統(tǒng)中，間接作用占

16、主要地位,2. 溫度效應(yīng)（temperature effect）： 指在一定實(shí)驗(yàn)條件下，受照射系統(tǒng)（如酶濃度）的輻射效應(yīng)，隨著周圍溫度升高而加重。 因?yàn)闇囟壬?，增加了自由基接近酶的機(jī)會(huì)，使酶分子損傷加重，反之亦然。 對(duì)于恒溫生物表面來講（包括人體），通常條件下的照射所產(chǎn)生的輻射效應(yīng)不受環(huán)境溫度變化的影響。,3. 防護(hù)效應(yīng)（protective effect）： 指向受照

17、射的生物系統(tǒng)中引入某種或某幾種物質(zhì)具有能降低該系統(tǒng)的損傷程度的作用。 ①輻射防護(hù)劑（radioprotectors）： 指有機(jī)體或某一種生物系統(tǒng)受輻照前或輻照后立 即給予某種物質(zhì)，能減輕其輻射損傷，促進(jìn)其修 復(fù)的物質(zhì)。 ②劑量降低系數(shù)（dose reduction factor，DRF） DRF=

18、 有防護(hù)劑時(shí)，引起致死效應(yīng)所需輻照劑量 無防護(hù)劑時(shí)，引起致死效應(yīng)所需輻照劑量,表4.5 WR2721對(duì)正常組織的防護(hù)作用 被防護(hù)的組織 未被防護(hù)的組織 骨髓 （2.4—3） 腦 免疫系統(tǒng)（1.8—3.4）

19、 脊髓 皮膚 （2—2.4） 小腸 （1.8—2） 結(jié)腸 （1.2—1.8） 食道 （1.4） 腎 （1.5） 肝 （2.7） 唾液腺 （2.0） 睪丸 （2.1）,4. 氧效應(yīng)（ oxygen effect）① 氧效應(yīng)：是指受照射的生物組織、細(xì)胞或生物大分子的

20、輻射效應(yīng)隨周圍介質(zhì)中氧濃度升高而增加。 氧 + 自由基 → 過氧化物自由基 (R00?) 在有氧條件下細(xì)胞放射敏感性增高，增高的幅度與氧濃度有關(guān)。② 氧增強(qiáng)比（oxygen enhancement radio,OER）是指缺氧條件下引起一定效應(yīng)所需輻射劑量與有氧條件下引起同樣效應(yīng)所需輻射劑量的比值。其公式是： OER= 缺氧條件下產(chǎn)生

21、一定效應(yīng)的劑量 有氧條件下產(chǎn)生同樣效應(yīng)的劑量,③ 氧效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制：氧具有雙重作用。 氧固定假說 ：電離輻射在靶分子中誘發(fā)自由基，如果有氧存在，輻射產(chǎn)生的自由基迅速與氧分子結(jié)合，形成一種妨礙靶分子生物功能的集團(tuán) ROO?。

22、 輻射 O2 R R? ROO?電子轉(zhuǎn)移假說： 輻射→靶分子→游離電子（兩種可能） 回到靶分子原位→自愈 轉(zhuǎn)移到一個(gè)電子陷阱部位→靶分子損傷,氧濃度對(duì)氧效應(yīng)的影響,有氧條件下細(xì)胞放射敏感性增高 氧分壓從0上升至1％，放射敏感性迅速

23、增加 增至21％或至100％時(shí)，敏感性處于坪值,照射時(shí)間對(duì)氧效應(yīng)的影響,照射前引入氧，表現(xiàn)出氧效應(yīng) 照射后引入氧，無效,氧效應(yīng)生物學(xué)意義： 許多實(shí)體瘤細(xì)胞是乏氧的，因而對(duì)放射治療有抗性，應(yīng)用高壓氧艙可以提高腫瘤細(xì)胞的氧合量，或者放療前使用乏氧細(xì)胞增敏劑可以增加射線對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷能力。,自 由 基,自由基（free radical）：指含有一個(gè)或多個(gè)不配對(duì)電子的原子、分子、離子或游離基團(tuán)。形成方式——均裂（homolytic

24、 fission) 自由基的特性：,高反應(yīng)性： 帶有未配對(duì)電子，具有強(qiáng)烈的獲取或失去電子以成為配對(duì) 電子的趨勢(shì)，因此化學(xué)性質(zhì)活潑不穩(wěn)定性： 壽命短不穩(wěn)定 順磁性： 當(dāng)電子成對(duì)存在于同一軌道時(shí)，由于兩個(gè)電子的自旋方向 相反，各自的相應(yīng)磁矩相互抵消，對(duì)外不顯示磁性。,活性氧 氧化應(yīng)激 氧自由基,1. 活性氧（reactive oxy

25、gen species,ROS）：是指含有氧的活性物質(zhì)，可能是氧的某些代謝產(chǎn)物和一些經(jīng)過生化反應(yīng)而產(chǎn)生的含氧基團(tuán)。主要有以氧的單電子還原產(chǎn)物、氧的雙電子還原產(chǎn)物、烷烴過氧化物ROOH、均裂產(chǎn)物RO·，ROO·、處于激發(fā)態(tài)的氧。2. 氧化應(yīng)激（Oxidative Stress）：是指具有活性的氧化中間產(chǎn)物（ROI）所引起的生物學(xué)反應(yīng)稱為氧化應(yīng)激。3. 氧自由基（Oxygen free radical）：是指含有氧元

26、素的自由基。氧自由基都是活性氧，但活性氧不一定就是氧自由基。如處于單線激發(fā)狀態(tài)的氧（1O2）雖不是自由基，但其活性很高，從生物學(xué)意義上來講屬于活性氧。,常用氧自由基,自由基對(duì)生命大分子的作用,1）抽氫反應(yīng)：自由基將有機(jī)分子中的H轉(zhuǎn)移至自身，形 成有機(jī)自由基。 HO· + RH → R· + H2O

27、 H· + RH → R· + H2 2) 加成反應(yīng)：自由基加入至不飽和有機(jī)分子中雙鍵部位 的反應(yīng) H· + R―CH = CH2 → R―CH― CH2 ·

28、H,,3) 歧化反應(yīng)：既有氧化作用又有還原作用的自由基， 易于發(fā)生。發(fā)生在自由基或自由基與有機(jī) 分子之間的單電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。 O2-· + O2- · + 2H+ → H2O2 + O2 O2- · + H2O2 → O2 + · OH + OH- 4) 鏈?zhǔn)椒?/p>

29、應(yīng): 在生物系統(tǒng)中脂質(zhì)（RH）的過氫化就是 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與支鏈反應(yīng)。 5) 氧化還原反應(yīng): O-2在水溶液中主要起還原劑作用， 使細(xì)胞色素C還原；也可以使Vc氧化，產(chǎn) 生半脫氫抗壞血酸自由基。,機(jī)體的抗氧化功能,（一）抗氧化酶,過氧化氫酶（catalase,CAT）,硒谷胱甘肽過氧化

30、物酶（selenium dependent glutathione peroxidase, SeGSHPx）、,磷脂氫過氧化物谷胱甘肽過氧化物酶（phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase, PHGSHPx）,谷胱甘肽轉(zhuǎn)硫酶（nonseG SHPX）,超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SO

31、D）,,非特異性過氧化物酶：,（二）脂溶性抗氧化劑,維生素E 類胡蘿卜素 泛醌,可消除1O2和,阻斷脂質(zhì)過氧化作用,直接與活性氧起反應(yīng)抑制脂質(zhì)過氧化,可清除,可與脂自由基（L·） 或脂過氧基（LOO·）反應(yīng),,,,（三）水溶性小分子抗氧化劑,維生素C（抗壞血酸） 谷胱甘肽,與,和H,·OH反應(yīng),生成抗壞血酸自由基,供氫體，同時(shí)也是·OH,的清除劑,H2O2和1,,,,

32、（四）蛋白性抗氧化劑,銅藍(lán)蛋白（ceruloplasmin）是人血漿的含銅蛋白，是細(xì)胞液的重要抗氧化劑之一，其作用主要在于防止過渡金屬Fe 2+和Cu 2+催化H2O2形成·OH。清蛋白 結(jié)合的膽紅素有效地清除 、 和過氧基，還可以作為過氧化物酶還原H2O2和有機(jī)過氧化物的提氫體。,,,第二節(jié)輻射生物學(xué)效應(yīng)的分類,確定性效應(yīng) 與 隨機(jī)性效應(yīng),,重 點(diǎn),1. 確定性效應(yīng)（determinist

33、ic effect）：指發(fā)生生物效應(yīng)的嚴(yán)重程度隨著電離輻射劑量的增加而增加的生物效應(yīng)。這種生物效應(yīng)存在劑量閾值，只要照射劑量達(dá)到或超過劑量閾值效應(yīng)肯定發(fā)生。 如照射后的白細(xì)胞減少、白內(nèi)障、皮膚紅斑脫毛等輻射皮膚損傷均屬于確定性效應(yīng)。2. 隨機(jī)性效應(yīng)（stochastic effect）：指生物效應(yīng)的發(fā)生概率（而不是其嚴(yán)重程度）與照射劑量的大小有關(guān)的生物效應(yīng)。這種效應(yīng)在個(gè)別細(xì)胞損傷（主要是突變）時(shí)即可出現(xiàn)，不存在劑量閾值。

34、 如輻射致癌、遺傳效應(yīng)。,外照射、內(nèi)照射效應(yīng) 局部照射、全身照射效應(yīng),1. 外照射（external irradiation）： 輻射源從體外對(duì)機(jī)體進(jìn)行的照射。γ 射線、中子、X射線等穿透力強(qiáng)，外照射的生物學(xué)效應(yīng)強(qiáng)。2. 內(nèi)照射（internal irradiation）： 放射性核素通過各種途徑進(jìn)入機(jī)體，在機(jī)體內(nèi)發(fā)射出射線產(chǎn)生的生物效應(yīng)。 內(nèi)照射

35、效應(yīng)主要發(fā)生在放射性核素通過的途徑和沉積部位的組織器官，但其效應(yīng)可波及全身。內(nèi)照射效應(yīng)一般以射程短、電離強(qiáng)的 α、β 射線為主。,3. 局部照射（local irradiation）：當(dāng)外照射的射線照射身體某一部位，引起局部組織的反應(yīng)者稱局部照射。當(dāng)照射劑量和劑量率相同時(shí)，身體各部位的輻射敏感性依次為 腹部>盆腔>胸部>頭部>四肢。4. 全身照射（total body irradiation）：當(dāng)全身

36、均勻地或非均勻地受到照射而產(chǎn)生全身效應(yīng)時(shí)稱全身照射。如照射劑量較小者為小劑量效應(yīng)，如照射劑量較大者 ( >1Gy) 則發(fā)展為急性放射病。根據(jù)照射劑量大小和不同敏感組織的反應(yīng)程度，輻射所致全身損傷分為骨髓型、腸型、腦型三種類型。,軀體和遺傳效應(yīng) 近期與遠(yuǎn)期效應(yīng),1. 軀體效應(yīng)（somatic effect）：受照射個(gè)體體細(xì)胞損傷而致本身發(fā)生的各種效應(yīng)稱為軀體效應(yīng)。又可區(qū)分為全身效應(yīng)（total body effec

37、t）和局部效應(yīng)（local effect）。如輻射所致的骨髓造血障礙、白內(nèi)障等。2．遺傳效應(yīng)（genetic effect）：受照射個(gè)體生殖細(xì)胞突變,而在子代身上表現(xiàn)出的效應(yīng)稱遺傳效應(yīng)。這是由于電離輻射造成受照者生殖細(xì)胞遺傳物質(zhì)的損傷，引起基因突變和染色體畸變，導(dǎo)致后代先天畸形、流產(chǎn)、死胎和某些遺傳性疾病。,1. 近期效應(yīng)（early effect）或者早期效應(yīng)：指電離輻射作用于生物機(jī)體后，輻射損傷效應(yīng)在照射后短期(數(shù)周內(nèi))就出現(xiàn)的那

38、些效應(yīng)。 如急性放射病，急性皮膚損傷等。2. 遠(yuǎn)期效應(yīng)（late effect）或者遠(yuǎn)后效應(yīng)：指電離輻射作用于生物機(jī)體后，輻射損傷效應(yīng)在照射后數(shù)月至數(shù)年才出現(xiàn)的那些效應(yīng)（一般6個(gè)月以上）。 如慢性放射病、致癌效應(yīng)、放射性白內(nèi)障、輻射遺傳效應(yīng)等。,輻射旁效應(yīng)電離輻射引起受照細(xì)胞損傷或功能激活，產(chǎn)生的損傷或激活信號(hào)可導(dǎo)致其共同培養(yǎng)的未受照射細(xì)胞產(chǎn)生同樣的損傷或激活效應(yīng)，稱輻射旁效應(yīng)。機(jī)制盡管不清楚，

39、但與受照細(xì)胞產(chǎn)生的活性氧、細(xì)胞因子和細(xì)胞間縫隙連接通信（GJIC）關(guān)系密切。,輻射旁效應(yīng),傳統(tǒng)輻射效應(yīng)：只有被照射的細(xì)胞才會(huì)有變化…？未直接受照射的細(xì)胞表現(xiàn)出與直接受照射細(xì)胞相類似的生物學(xué)終點(diǎn)變化,,輻射誘導(dǎo)的旁效應(yīng)因照射劑量和其它條件不同，可以是損傷性效應(yīng)，也可以是保護(hù)性效應(yīng)。,IR,旁效應(yīng),,,,細(xì)胞間隙連接抑制劑可減弱或消除某些輻射旁效應(yīng),轉(zhuǎn)化的細(xì)胞與鄰近的正常細(xì)胞可通過細(xì)胞間通訊而引起前者凋亡組織,細(xì)胞共培養(yǎng)體系的研究表明，

40、受照射細(xì)胞與未受照射細(xì)胞共培養(yǎng)時(shí)，因受照射劑量不同，未受照射細(xì)胞可出現(xiàn)不同的改變。,用共培養(yǎng)的上清培養(yǎng)液處理未照射的細(xì)胞， 也發(fā)生同樣的旁效應(yīng)增殖反應(yīng),EL-4（T淋巴細(xì)胞株）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,IR,J774A.1（巨噬細(xì)胞株）,,,,EL-4,第三節(jié)影響電離輻射生物效應(yīng)的主要因素,,重 點(diǎn),（一）與輻射有關(guān)的因素1. 輻射的種類：電離密度和穿透能力2. 輻射劑量：一般情況存在

41、劑量效應(yīng)關(guān)系（非線性）3. 輻射的劑量率 ：單位時(shí)間接受的照射劑量4. 分次照射：效應(yīng)低于一次照射 5. 照射部位：腹部>盆腔>頭頸>胸部>四肢 6. 照射面積：照射面積越大，效應(yīng)越顯著7. 照射方式：內(nèi)照射、外照射（單向或多向）、混合照射,（二）與機(jī)體有關(guān)的因素 1、種系的放射敏感性 種系演化越高，機(jī)體組織結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，放射敏感性越高 2、個(gè)體發(fā)育的放射

42、敏感性 敏感性隨個(gè)體發(fā)育過程而逐漸降低 十日法規(guī)：對(duì)育齡婦女下腹部的X射線檢查都應(yīng)當(dāng)在月經(jīng)周 期第1天算起的10天內(nèi)進(jìn)行，以避免對(duì)妊娠子宮的照射 3、不同器官、組織和細(xì)胞的放射敏感性 Bergonie 和 Tribondeau 定律4、亞細(xì)胞和分子水平的放射敏感性 細(xì)胞核的敏感性高于胞漿

43、 DNA > mRNA > rRNA > tRNA >蛋白質(zhì),放射敏感性生物系統(tǒng)對(duì)輻射作用的反應(yīng)性或靈敏性。當(dāng)一切照射條件嚴(yán)格一致時(shí)，機(jī)體組織、器官、細(xì)胞和分子對(duì)輻射作用反應(yīng)強(qiáng)弱或速度快慢不同，若反應(yīng)強(qiáng)、速度快，則敏感性高。反之亦然,Bergonie和Tribondeau定律： 一種組織的放射敏感性與其細(xì)胞的分裂活動(dòng)成正比，而與其分化程度成反比。 1. 高度敏感組

44、織：淋巴組織、胸腺、骨髓、胃腸上皮、 性腺、胚胎組織。 2. 中度敏感組織：感覺器官、內(nèi)皮細(xì)胞、皮膚上皮 3. 輕度敏感組織：中樞神經(jīng)系統(tǒng)；內(nèi)分泌腺、心臟 4. 不敏感組織： 肌組織、軟骨和骨等,（三）與介質(zhì)有關(guān)的因素,1. 溫度：機(jī)體受照射時(shí)，其內(nèi)外環(huán)境溫度的改變，可直接影響輻射生物學(xué)效應(yīng)，稱其為溫度效應(yīng)

45、。進(jìn)行放射治療之前，先提高腫瘤組織局部溫度，其放療療效有明顯提高。 其原因：①溫度造成動(dòng)物體內(nèi)氧狀況的改變； ②溫度引起體內(nèi)新陳代謝水平的改變； ③在低溫或冰凍狀況下，溶液中自由基擴(kuò)散受阻。2. 氧：受照組織、細(xì)胞或溶液系統(tǒng)的輻射效應(yīng)隨周圍介質(zhì)中氧濃度的增加而增加，這種現(xiàn)象稱為氧增強(qiáng)效應(yīng)。目前為提高腫瘤組織對(duì)輻射的敏感性，利用輻射“氧效應(yīng)”

46、這一特性提高放射治療效果。,3. 化學(xué)物質(zhì) 在溶液體系中，由于其它物質(zhì)的存在而使一定劑量的輻射對(duì)溶質(zhì)的損傷效應(yīng)降低稱為防護(hù)效應(yīng)。細(xì)胞的培養(yǎng)體系中或機(jī)體體液中在照前含有輻射防護(hù)劑，可減輕自由基反應(yīng)，促進(jìn)損傷生物分子修復(fù)，能減弱生物效應(yīng)。反之，如含有輻射增敏劑（radiosensitizer），可增強(qiáng)自由基化學(xué)反應(yīng)，阻止損傷分子和細(xì)胞修復(fù)，能提高輻射效應(yīng)。,應(yīng)掌握的內(nèi)容,概念： 水的原初輻解產(chǎn)物、直接作用、間接作用、輻射旁效

47、應(yīng)、確定性效應(yīng)、隨機(jī)性效應(yīng)、 Bergonie和Tribondeau定律名詞解釋及英文縮寫：LET, RBE, ROI, OERLET與RBE的關(guān)系影響輻射生物效應(yīng)的因素,70,低水平輻射生物效應(yīng)及其研究進(jìn)展,71,72,低水平輻射： 指0.2 Gy以內(nèi)的低 LET 輻射或0.05 Gy以內(nèi)的高LET 輻射 (劑量率在0.05 mGy/min以內(nèi)的各種輻射) 。,低水平輻射與癌癥發(fā)生（致癌）低水平輻射與癌癥治療（治癌）

48、,73,低水平輻射與癌癥發(fā)生,不同觀點(diǎn)的爭論美國能源部10年研究計(jì)劃流行病學(xué)調(diào)查資料,74,一、不同觀點(diǎn)的爭論焦點(diǎn),輻射效應(yīng)是否線性無域還是線性有域？這一問題在學(xué)術(shù)團(tuán)體間和一般媒體上進(jìn)行了不斷的討論，迄今尚無一致的結(jié)論。主要的爭論焦點(diǎn)是輻射致癌是否存在劑量閾值。這一問題的切實(shí)解決，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類健康生活和科學(xué)技術(shù)應(yīng)用都將產(chǎn)生重要的影響。,75,線性無閾學(xué)說（Linear No-Threshold Hypothesis，LN

49、T）,輻射的健康危險(xiǎn)性與劑量成線性關(guān)系，效應(yīng)無劑量閾值,任何劑量無論多低，均會(huì)帶來一定的健康危險(xiǎn)性 每單位劑量的危險(xiǎn)度是衡定的 危險(xiǎn)性是隨劑量增加而提高,,右側(cè)取自NCRP 136號(hào)報(bào)告對(duì)同一資料的分析，X軸高度壓縮，以致閾值和興奮效應(yīng)被掩蓋。左側(cè)取自UNSCEAR 1994報(bào)告,在200 mSv以下可見明顯的興奮效應(yīng)；該報(bào)告認(rèn)為，“在0~3 Sv范圍內(nèi)出現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的上升性曲線”。,對(duì)日本原爆幸存者白血病資料的兩種分析,放射生

50、物學(xué)研究的核心問題之一是輻射劑量與生物效應(yīng)的關(guān)系,,,,77,美國核學(xué)會(huì)立場(chǎng)聲明(1999年4月于波士頓),無足夠的依據(jù)支持以 LNT 假說估計(jì)低水平輻射對(duì)健康的影響需要對(duì)以往的研究作全面分析，并進(jìn)行新的研究，以駁斥LNT假說應(yīng)啟動(dòng)跨越多學(xué)科的探討低水平輻射健康效應(yīng)的新研究項(xiàng)目,78,二、美國能源部10年研究計(jì)劃,未來百年人類面臨的照射主要來自醫(yī)學(xué)檢查、廢物處理、恐怖事件以及與核武器、核能生產(chǎn)相關(guān)的環(huán)境因素，均為低劑量、低劑量率

51、、低 LET 輻射。因此， 該計(jì)劃集中于以上三方面 輻射效應(yīng)的研究，可以采用以往50年所沒有的研究手段和技術(shù)，更加深入地探討問題的本質(zhì)。,----US DOE 10-year LDR Research Program, 1998,79,計(jì)劃的資助預(yù)算,第1~ 3年：每年2.24千萬，共計(jì)6.72千萬第4~ 6年：每年2.56千萬，共計(jì)7.68千萬第7~10年：每年1.86千萬，共計(jì)7.44千萬總計(jì) 2億 1千 8百 40萬 （

52、＄）（進(jìn)行中項(xiàng)目106個(gè)，結(jié)題54個(gè)）,80,三、輻射流行病學(xué)調(diào)查,切爾諾貝利事故高空飛行人員（ 3項(xiàng)調(diào)查，68,061人）英國核工業(yè)職工（1946~1997年 51,367人） 居室氡與肺癌(EU 13項(xiàng)調(diào)查） 高本底地區(qū)健康調(diào)查,81,地 點(diǎn)：前蘇聯(lián)切爾諾貝利 原 因：核電站泄漏及爆炸輻射源：131I、134Cs、137Cs當(dāng)場(chǎng)死亡人數(shù)：31人2006年報(bào)告：累計(jì)死亡人數(shù) 56人劑量：相當(dāng)于廣島、長崎

53、兩枚原子彈輻射量的 100倍后果：47名工人、9名兒童患甲狀腺癌,切爾諾貝利事故（1986.4.26）：,82,切爾諾貝利事故的評(píng)價(jià),2006年切爾諾貝利論壇的結(jié)論是該地區(qū)居民無須顧忌不良健康效應(yīng)。事故發(fā)生之初，T.D. Luckey曾預(yù)言“這將是一次對(duì)輻射興奮效應(yīng)學(xué)說的天然實(shí)驗(yàn)” 。,雷帕喬利博士說：切爾諾貝利事故對(duì)健康 最主要的副作用不是輻射，而是恐懼。,83,高本底地區(qū)健康調(diào)查,陽江高本底輻射地區(qū)是兩

54、塊分開的區(qū)域，總面積約為500km2，放射性來源于附近山上的花崗巖，經(jīng)過長期雨水沖刷，獨(dú)居石微粒不斷地沉積在附近兩片洼地，使這兩塊地區(qū)的放射性本底升高。,84,長期居住人口： 8萬多人 高本底程度： 約為鄰近的恩平縣的 3 倍 適應(yīng)性反應(yīng)指標(biāo)：外周血淋巴細(xì)胞受大劑量 UV射線作用后其UDS增高，

55、 受大劑量X射線作用后其染色 體畸變率降低。 最近的報(bào)告：該地區(qū)人群中40-70歲的癌癥高發(fā)年齡 段的居民癌癥死亡率顯著低于相應(yīng)對(duì)照地區(qū)。,調(diào)查結(jié)果：,85,低水平輻射免疫效應(yīng)與癌癥治療,86,重要概念,適應(yīng)性反應(yīng)：先給予機(jī)體（細(xì)胞）低劑量輻射，隨后給予大劑量輻射時(shí)，其有害作用減輕。 保護(hù)劑量：D1

56、 攻擊劑量：D2 表現(xiàn)形式： 整體水平、細(xì)胞水平、分子水平,一、低劑量輻射免疫效應(yīng),低水平輻射誘導(dǎo)精母細(xì)胞適應(yīng)性反應(yīng),小鼠受低劑量率（20 µGy/min）慢性照射，累積劑量 1.1 Gy（D1），照射結(jié)束后 40日，給予 1.5 Gy X射線 （ D2 ），檢查精母細(xì)胞染色單體斷裂， 低劑量率慢性照射誘導(dǎo)明顯的細(xì)胞遺傳學(xué)適應(yīng)性反應(yīng). (Cai L, et al. 199

57、5).,C57BL/6小鼠低劑量輻射抑癌實(shí)驗(yàn)（照射結(jié)束后6個(gè)月觀察結(jié)果）,HDR=1.75 Gy x 4,(李修義等，1998),低劑量輻射抑癌效應(yīng)機(jī)制照射結(jié)束后1個(gè)月檢查,對(duì)照 75mGy×4 1.75Gy×4 (75mGy+1.5Gy)×4 NK 100 116.5 63.7 (1)

58、 93.2 (2) IL-2 100 119.1 56.2 (1) 77.9 (2) IFNγ 100 101.6 75.0 (1) 94.5 (2) Mφ

59、 100 162.8 (1) 97.2 147.9 (1,2) (1)與對(duì)照組比較P<0.01~0.001； (2)與1.75Gy × 4組比較P<0.05~0.01

60、 李秀娟等，1999,細(xì)胞免疫和體液免疫殺傷腫瘤細(xì)胞的協(xié)調(diào)作用,91,,電離輻射照射后免疫細(xì)胞信號(hào)通路的變化,,93,94,JIN shunzi，2003,95,IL-12B7-1/2CD28IL-10IL-12B7-1/2CTLA4IL-10,APCTLC APCTLC,LDR

61、HDR,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Up-regulationof T cell activity,Down-regulationof T cell activity,96,二、低水平輻射與癌癥治療 （動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究）,項(xiàng)目名稱：低劑量X 射線在優(yōu)化腫瘤 放射-基因治療方案中的作用,97,提取重組質(zhì)粒及鑒定,建立荷瘤動(dòng)物模型,

62、,,向移植腫瘤內(nèi)引入重組質(zhì)粒,,結(jié)合低劑量X射線全身照射優(yōu)化放療方案,,篩選最佳治療方案,,抑瘤機(jī)制的探討,技術(shù)路線,98,材料與方法,重組質(zhì)粒：pEgr-IL18-B7.1細(xì) 胞 株：小鼠Lewis 肺癌細(xì)胞實(shí)驗(yàn)動(dòng)物：C57BL/6J近交系小鼠 健康，雌性 體重18～21g,,LDR,HDR,,,平均生存時(shí)間,,,

63、實(shí)驗(yàn)結(jié)果,100,腫瘤體積變化(mm3),,,,,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,101,Growth of Lewis lung carcinoma in C57BL/6J mice with transfer of pEgr-IL18-B7.1 before implantation,A,B,A,B,A：pEgr-IL18-B7.1 B：pEgr-IL18-B7.1+2Gy,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,Control

64、 2 Gy × 6 2 × ( 2 Gy + 0.075 Gy × 2 ),2 × ( E18B + 2 Gy × 3 ) 2 × ( E18B + 2 Gy + 0.075 Gy × 2 ),各組微血管密度(MVD)的變化,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,103,微脈管變化,,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,104

65、,IFN-γ 活性,,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,105,TNF-α 活性,,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,106,1. 低劑量輻射結(jié)合基因-放療可以抑制荷瘤小鼠 腫瘤的生長，并延長其平均生存時(shí)間； 2. 低劑量輻射結(jié)合E18B 基因-放療可以抑制腫 瘤局部血管發(fā)生，減少腫瘤部位血液供應(yīng)， 延緩腫瘤生長；3. 低劑量輻射提高基因-放療療效的機(jī)制可能 與IFN-γ、 TNF-α的變化有關(guān)。,結(jié) 論,107,結(jié) 束 語,低水平輻