放射治疗技术-第三章放射生物

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,内容复习：,1,、放疗是利用的,X,射线怎样的物理特性？,2,、高能电子线的主要用途？,3,、简述临床剂量学四原则？,4,、对于高能,X,射线和,60,钴,射线的影响因素分别是什么？,5,、选择电子线能量大小的根据及计算方法？,第三章 临床放射生物学基础,学习要点,掌握内容,：放射生物学的概念,熟悉内容,：临床放射生物学效应、“,4R”,了解内容,：剂量分割、提高生物学效应的方法、加温治疗,一、放射生物学的基本概念,二、临床放射生物学效应,三、放射治疗的时间、剂量分割模式,四、提高放射生物学效应的方法,五、加温治疗的原理及应用,射线为什么能够杀死肿瘤细胞？,放射生物学概念,放射生物学是,研究电离辐射在集体、个体、组织、细胞、分子等各种水平上对生物作用的科学。,涉及范围：原初反应（光能的吸收与传递）、物理、化学和生物学方面的改变,电离：将电子从基态激发到脱离原子。,电离辐射：是指波长短、频率高、能量高的射线（粒子或波的双重形式），是一切能引起物质电离的辐射总称,带,电的粒子通过物质时，和物质中原子壳层的,电子碰撞，由于静电作用，使壳层电子产生加速运,动，因而获得足够的能量而变成游离电子，它与正,离子构成一个离子对。,这就是电离作用。,离子对是负离子（包括电子,e,）与正离子的合,称。,离子对是电离作用的结果。,电离辐射来源,天然辐射 ：太阳、宇宙射线、地壳的放射性核素,人造辐射：医用设备、核反应堆,手机辐射？,“,非电离辐射,”,：能量低，不会引起物质电离。,射线对,DNA,造成损害，而使细胞分裂受到阻碍，导致细胞分裂失败或细胞损伤。,传能线密度,电离辐射贯穿物质时，因碰撞而发生的能量转移，直接电离粒子在其单位长度径迹上消耗的平均能量。,百分深度剂量是描述射线中心轴不同深度处相对剂量分布的物理量。,传能线密度是描写射线质的一种物理量。,相对生物效能,引起某一生物效应所需剂量与所观察的辐射引起引起同一生物效应所需剂量的比值,自由基与活性氧,自由基：机体氧化反应中产生的,有害化合物,，具有强氧化性，可损害机体的组织和细胞，进而引起慢性疾病及衰老效应。,活性氧是指氧的某些代谢产物和一些反应 的含氧产物。,O,2,、,H,2,O,2,、,-OH,是体内活性氧的主要形式。,自由基与活性氧,自由基对,DNA,的损伤,自由基对生物膜的损伤,自由基与活性氧,氧效应：受照射的组织、细胞或生物大分子的辐射效应随周围介质中氧浓度的升高而增加。,氧增强比,OER=,缺氧条件下产生一定效应所需剂量,有氧条件下产生一定效应所需剂量,氧效应与氧增强比,氧效应与氧增强比,氧 效果 剂量,靶学说,靶学说,单击模型,多击模型,单靶与多靶,靶分子,电离辐射作用的三个阶段,（,1,）,物理阶段,:10,-18,10,-12,s,射线照射路径上的能,量释放、激发和电离,（,2,）,化学阶段：,激发电离，化学键断裂、自由基,形成，分子结构破坏和修复正常,（,3,）,生物阶段：,分子结构破坏,酶反应,修复 基因变异,/,癌变,DNA,不能复制,/,细胞死亡,有丝分裂停止,影响辐射生物效应的主要因素,辐射有关因素,辐射种类：电离密度、穿透能力,辐射剂量：半致死剂量，与敏感性成反比,辐射剂量率：频率，与生物效应成正比,分次照射：分次越多，生物效应越小,照射部位：腹部盆腔头颈胸部四肢,照射面积：受照面积与生物效应成正比,照射方式：内、外、混合，多向单向,影响辐射生物效应的主要因素,机体有关因素,种系：演化越高，结构越复杂，越敏感,个体发育：发育完善程度与敏感性成反比（致死、致畸）,一、放射生物学的基本概念,二、临床放射生物学效应,三、放射治疗的时间、剂量分割模式,四、提高放射生物学效应的方法,五、加温治疗的原理及应用,有丝分裂期,M,期,G1,期,DNA,合成,S,期,分列前期,G2,期,正常组织的放射生物学效应,细胞周期放射敏感性为,M,G2,G1,S,期,细胞存活曲线：通过测量受不同辐射剂量照射后，有增殖能力的细胞在体内、外形成克隆或集落的能力，即根据其存活率的变化所绘制出的剂量,-,效应曲线。（临床意义,P,57,）,正常组织的放射生物学效应,细胞存活曲线是用来描述,辐射吸收剂量与存活,细胞数量之间的关系,。,细胞存活（,Cell survival,）和细胞死亡（,Cell,Death,）的放射生物学定义：,电离辐射后，细胞有两种主要的效应，即功能,丧失和生殖能力丧失。,对于已分化不再增殖的细胞，如神经细胞、肌,肉细胞或分泌细胞，丧失其特殊功能便可认为是死,亡；,而,对于增生细胞，如造血干细胞或离体培养生,长的细胞，丧失维持增生的能力，也就是失去完整,的增殖能力，便称为死亡，即增殖性死亡,（,reproductive death,）。,辐射所致细胞的损伤和修复,放射性损伤：致死性损伤（不可修复）、亚致死性损伤（可完全修复）、潜在致死性损伤（一定条件下可修复）,正常组织的放射生物学效应,正常组织的放射耐受性,耐受剂量,产生临床可接受的综合征的剂量,可分为最小的损伤剂量（,TD55,）和最大损伤剂量（,TD505,）,TD55,（,TD505,）：在所有用标准治疗条件的肿瘤患者中治疗后,5,年内因放射治疗造成严重放射损伤的患者不超过,5%,（,50%,）时的照射剂量。,早反应组织,的特点是：组织细胞更新快，照射后损伤表现快，一般照射后,2-3,周表现出来，少数增殖快的组织照射后,1-2,天后就开始增殖。如,小肠、皮肤、黏膜、生殖细胞,等。,晚反应组织,的特点是：细胞群体增殖很慢，增殖层的细胞在数周甚至,1,年或更长的时间内不进行增殖更新。如,脑组织、脊髓、肾、肺、肝,等。,肿瘤细胞,大多数处于增殖期，其对射线反应,类似于早反应组织,。,L-Q,模型（线性二次模型）,是将,DNA,双链断裂与细胞存活曲线联系起来的数学模型。,BED,（,biologically effective dose,）生物效应剂量。,基本数学公式,E=d+d2,或,E=nd(+d),BED=nd1+d/(/),其中,n,代表分次数，,d,代表单次剂量（单位：,Gy,）,肿瘤细胞对辐射的反应,肿瘤细胞与正常细胞具有不同的反应系统,肿瘤的存活与有氧细胞和乏氧细胞有关,放射敏感性与组织分化程度相关,肿瘤的增殖不受机体正常调控的约束,一般肿瘤内有,4,种细胞。分裂细胞、静止细胞、无增殖能力的细胞、破碎细胞,肿瘤细胞对辐射的反应（,-,）,肿瘤的生长速度决定于生长分数和肿瘤细胞的,生成与丢失之比，而与倍增时间关系不大。,影响肿瘤的生长速度的因素：,1,）肿瘤细胞倍增时间：肿瘤群体的细胞周期,也分为,G0,、,G1,、,S,、,G2,和,M,期。多数恶性肿瘤细胞,的倍增时间并不比正常细胞更快，而是与正常细胞,相似或比正常细胞更慢。,2,）,生长分数：指肿瘤细胞群体中处于增殖阶,段（,S,期,+G2,期）的细胞的比例。,恶性转化初期，生,长分数较高，但是随着肿瘤的持续增长，多数肿瘤,细胞处于,G0,期，即使是生长迅速的肿瘤生长分数也,只有,20%,。,3,）肿瘤细胞的生长与丢失：营养供应不足、坏死脱落、机体抗肿瘤反应等因素会使肿瘤细胞丢失，肿瘤细胞的生成与丢失共同影响着肿瘤能否进行性长大及其长大速度。,人类肿瘤典型的动力学参数,细胞周期： 约,2,天,生长因数： 约,40%,丢失率： 约,90%,癌细胞潜在倍增时间： 约,5,天,体积倍增时间： 约,60,天,有氧情况下对辐射敏感,肿瘤组织分化程度越高，对放射敏感性越差。,肿瘤细胞对辐射的反应（二）,肿瘤的剂量,效应关系,临床上肿瘤的治疗成功，是指射线彻底破坏的,肿瘤组织中肿瘤细胞一个也不残存，或者肿瘤细胞,即使残存下来，但受到抑制而不能再发挥其机能。,然而，临床上所谓获得基本治愈的局部是否就不复,发呢？,TCD,50,是指受照射的肿瘤中,50%,的肿瘤治愈时,所需要的放射剂量。,TCD,是肿瘤控制剂量（,Tumor,Control Dose,）的缩写。,把接种肿瘤的动物分为若干组，各组给予不同,剂量照射后观察,90-120,天，分析各组的治愈率，由,此求出使,50%,的肿瘤获得治愈所必需的照射剂量。,照射时肿瘤体积与,TCD,50,之间的关系：一般而,言，肿瘤体积增大时，,TCD,50,也随之增大。,一、放射生物学的基本概念,二、临床放射生物学效应,三、放射治疗的时间、剂量分割模式,四、提高放射生物学效应的方法,五、加温治疗的原理及应用,常规分割照射的生物学基础,“,4R,”,损伤的再修复、再分布、再氧合、再增殖,放疗期间存活的克隆源性细胞的再增殖是造成早反应组织、晚反应组织及肿瘤组织之间效应差别的重要因素之一,常规分割照射时采用,2Gy/,次,避免治疗的中断，如果中断治疗则需提高总的治疗剂量,常规分割照射的生物学基础,生物剂量：生物体辐射响应程度的测量,生物剂量等效换算,/,比值原理及意义,/,比值表示引起细胞杀伤中单击和双击成分相等时的剂量，以吸收剂量单位,Gy,表示。,意义在于,反映了组织生物效应受分次剂量改变的影响程度,。,/,值可以作为衡量修复效应的一个重要指标，,/,值越大，表明该细胞的修复能力越弱,。,实例,例：头颈部肿瘤，原计划方案是,70Gy/35,次，由于头,6,次发生错误给成了,4Gy/,次，而不是,2Gy/,次，实际给了,24Gy/6,次，接下来的治疗将继续用,2Gy/,次治疗。问保持与原方案相等的晚期损伤应用多次照射？,设纤维化的,/=3.5 Gy,则：,BED=70(1+2/3.5)=110,PE1=24(1+4/3.5)=51.4,PE2=BED,PE1=110,51.4 = 58.6,PE2=D2(1+2/3.5)= 58.6,D2=58.6/1.57=37.3,所以,N2=37.3/2=18,或,=19,次,一、放射生物学的基本概念,二、临床放射生物学效应,三、放射治疗的时间、剂量分割模式,四、提高放射生物学效应的方法,五、加温治疗的原理及应用,放射增敏剂,与放射防护剂,放射防护剂：降低细胞放射反应的化学因子，它们一般通过清除自由基产物而影响辐射的间接作用。,放射增敏剂：增加细胞放射反应的化学因子，一般对辐射的直接和间接效应均有促进作用。如：卤素化的嘧啶，它们插入,DNA,链之间抑制修复，而乏氧细胞增敏剂的作用类似于氧。,放射增敏剂,与放射防护剂,一、放射生物学的基本概念,二、临床放射生物学效应,三、放射治疗的时间、剂量分割模式,四、提高放射生物学效应的方法,五、加温治疗的原理及应用,局部加热方法：短波透热、射频诱导、微波、超声,影响因素,1,、,PH,：酸性敏感,2,、营养：缺乏时敏感,3,、氧：慢性缺氧时敏感,温度：,43,加热无论是单用还是与放射线合用，对肿瘤组织的损伤均大于对相应正常组织的损伤。,放射生物学的概念,研究电离辐射在集体、个体、组织、细胞、分子等各种水平上对生物作用的科学,细胞周期放射敏感性高低顺序,M,G2,G1,S,期,放射治疗常规分割方式,2Gy/,次,/,比值的意义,反映了组织生物效应受分次剂量改变的影响程度,复习第三章，预习第四章,补充：放疗期间若有治疗中断，则恢复治疗时应如何计算补充剂量？,作业,