1、安徽醫(yī)科大學(xué) 易啟毅2014-2-24第第3 3章章 電離輻射生物效應(yīng)與放射電離輻射生物效應(yīng)與放射衛(wèi)生防護衛(wèi)生防護 ( (第第1 1部分部分) )本章內(nèi)容本章內(nèi)容第一節(jié) 輻射防護常用量及其單位第二節(jié) 作用于人體的放射源第三節(jié) 放射生物學(xué)作用機理為什么要學(xué)為什么要學(xué)電離輻射生物效應(yīng)與放射衛(wèi)生防護電離輻射生物效應(yīng)與放射衛(wèi)生防護1. 放射線作用具有兩面性，需趨利避害1 在造福人類的在造福人類的同時，過量照射能同時，過量照射能對人體造成有害的對人體造成有害的影響影響2 輻射防護的目輻射防護的目的就是要把放射線的就是要把放射線對人的影響減少到對人的影響減少到最低限度最低限度3 只有掌握有關(guān)只有掌握有關(guān)射

2、線對人體影響的射線對人體影響的知識和防護措施，知識和防護措施，才能趨利避害，化才能趨利避害，化害為利害為利2.培養(yǎng)大家對放射性突發(fā)事件的應(yīng)急處理能力，在實驗過程中的防護;3.由于環(huán)保和醫(yī)療放射性管理的加強，醫(yī)生必須懂得防護的原則，措施，國家標準;4.放射生物學(xué)是生命科學(xué)研究的一個重要學(xué)科。 放射防護研究歷史放射防護研究歷史1911年，開始有輻射引起皮膚損傷和皮膚癌的報道；1920年，美國倫琴射線學(xué)會成立“輻射防護委員會”，同年英國也成立了“倫琴射線和鐳的防護委員會”，開始從事放射線對人體損害的研究；1928年，第一個國際性組織“X射線和鐳的防護委員會”成立，1950年正式命名為“國際輻射防護委

3、員會”(International Commission on Radiological Protection, ICRP)電磁輻射非電離輻射電離輻射日常所見的微波、無線電波、紫外線和可見光 帶電粒子（、電子和質(zhì)子等） 不帶電粒子（X、和中子等） 電磁輻射分類電磁輻射分類非電離輻射 vs. 電離輻射。 本課程基本只講述電離輻射及其防護第一節(jié) 輻射防護常用量及其單位照射量照射量 (exposure dose) 是直接度量X、射線對空氣電離能力的量值，可間接反映X、輻射場的強弱，以X表示。定義： X或射線在單位質(zhì)量為dm的空氣中與原子核相互作用，釋放出來的次級電子完全被阻止時，所產(chǎn)生的同一種符號的

4、離子總電荷的絕對值dQ與dm之比，即 X=dQ/dm國際單位為庫侖庫侖/千克千克(C/kg），簡寫為Ckg-1。傳統(tǒng)的單位是倫琴倫琴(roentgen, R)。1R=2.5810-4 Ckg-1照射量率：指單位時間內(nèi)的照射量。單位有庫侖千克-1秒-1(CKg-1S-1)或舊單位倫琴秒-1(RS-1)等。 ！注意！注意：照射量僅適用于能量在10keV3MeV范圍內(nèi)的X、射線照射空氣，不能用于其它射線和靶物質(zhì)。定義：單位質(zhì)量的受照物質(zhì)吸收射線的平均能量。以D表示，即D=dE/dm國際單位是戈瑞（戈瑞（gray，Gy） ，1 Gy表示1千克受射線照射物質(zhì)吸收射線能量為1焦耳，簡寫為Jkg-1。傳統(tǒng)單

5、位是拉德(rad)。 1 Gy100rad對于空氣輻射場中的X或射線，吸收劑量D與照射量X可通過下式換算：D=33.84X吸收劑量率：指單位時間內(nèi)的吸收劑量。用D表示。單位是GyS-1 適用范圍：適用于任何類型的電離輻射和任何被照射的物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于內(nèi)、外照射。吸收劑量吸收劑量 （absorbed dose）當量劑量當量劑量 (equivalent dose)是衡量各種輻射各種輻射對生物機體危害程度的物理量。定義：吸收劑量與輻射權(quán)重因數(shù)的乘積，用HTR表示，即HTR=WRDTRDTR：R類輻射在組織T中所致的平均吸收劑量；WR：某種射線的輻射權(quán)重因數(shù)，為一個無量綱的量國際單位也是Jkg-1，并

6、給其一個專有名稱是希沃特（希沃特（sievert，Sv）。舊制單位是雷姆(rem), 1 Sv=100 rem。當量劑量率：單位時間內(nèi)的劑量當量。單位是SvS-1適用范圍：劑量當量一般只限用于放射防護。 有效劑量有效劑量 （effective dose） WT0.010.050.120.2組織或器官骨表面膀胱、乳腺紅骨髓性腺皮膚肝、食管結(jié)腸甲狀腺、其余組織肺、胃總計權(quán)重0.020.30.480.2T 吸收劑量吸收劑量(D) (D) 1 1戈瑞戈瑞 = 1= 1焦耳焦耳/ /千克千克1 Gy = 1 J/kg1 Gy = 1 J/kg放射源放射源 活度活度(A)(A) 1 1貝克貝克=1=1次核

7、衰變次核衰變/ /秒秒 當量劑量當量劑量 (H)(H) 1 1希沃特希沃特 = 1= 1焦耳焦耳/ /千克千克任何物質(zhì)任何物質(zhì) 有機體有機體 三者意義和區(qū)別常用輻射量及單位換算常用輻射量及單位換算 名稱名稱國際制單位國際制單位SI舊專用舊專用單單 位位單位換算單位換算名稱名稱代號代號 名稱名稱 代號代號放射性活度放射性活度A貝可貝可Bq居里居里Ci1Bq=2.70310-11 Ci1Ci=3.71010 Bq照射量照射量X庫侖庫侖/千克千克CKg-1倫琴倫琴R1 CKg-1=3.877103 R1 R=2.5810-4CKg-1吸收劑量吸收劑量D戈瑞戈瑞Gy拉得拉得rad1 Gy=100 ra

8、d1rad=0.01 Gy當量劑量當量劑量 H希沃特希沃特Sv雷姆雷姆rem1 Sv=100 rem1rem=0.01 Sv第二節(jié) 作用于人體的放射源天然本底輻射天然本底輻射主要人工輻射源主要人工輻射源其他人工輻射源其他人工輻射源123輻射源來源 2.1 2.1 天然本底輻射天然本底輻射 nature background 在人類生存的環(huán)境中，自然存在的多種射線和放射性物質(zhì)。包括宇宙射線 cosmic radiation 、宇宙射線感生放射性核素 cosmogenic radionuclide 和地球輻射 earth radiation 。 1.宇宙射線初級宇宙射線初級宇宙射線：星球碰撞、爆炸

9、等形成的微粒在宇宙空間：星球碰撞、爆炸等形成的微粒在宇宙空間磁場的作用下形成的高能粒子流，其中主要是磁場的作用下形成的高能粒子流，其中主要是質(zhì)子，其次質(zhì)子，其次是是粒子和重離子等粒子和重離子等。次級宇宙射線次級宇宙射線：初級宇宙射線從宇宙空間進入大氣層后，：初級宇宙射線從宇宙空間進入大氣層后，與空氣分子發(fā)生核反應(yīng)形成與空氣分子發(fā)生核反應(yīng)形成光子、電子、質(zhì)子、中子、光子、電子、質(zhì)子、中子、介子等介子等射線射線2009年10月9日，法國天文臺向蒙帕納斯大樓（宇宙射線實驗室）屋頂發(fā)射激光束宇宙射線的輻射特點宇宙射線的輻射特點能量范圍寬，強度隨海拔能量范圍寬，強度隨海拔高度高度、緯度緯度的不同而變化。

10、對人體產(chǎn)生外照射。的不同而變化。對人體產(chǎn)生外照射。 初級宇宙射線進入大氣層后產(chǎn)生初級宇宙射線進入大氣層后產(chǎn)生次級宇宙射線的級聯(lián)反應(yīng)示意圖次級宇宙射線的級聯(lián)反應(yīng)示意圖 2.宇宙射線感生放射性核素初級宇宙射線從宇宙空間進入大氣層后，與空氣分子發(fā)生核反應(yīng)除放出射線外，還產(chǎn)生3H、14C、7Be、22Na、85Kr等放射性核素。主要產(chǎn)生外照射，如隨塵埃或雨水降落地面攝入人體內(nèi)，可產(chǎn)生內(nèi)照射。 3.地球輻射系列（series）衰變放射性核素 必須經(jīng)過2代或2代以上的衰變才能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定核素的天然放射性核素。 包括鈾系、釷系、錒系等三大系列；是地球輻射的主要來源。 共同特點： A.起始的母體放射性核素具有與

11、地球年齡相當?shù)陌胨テ冢荛L時間穩(wěn)定的形成系列衰變。 B.系列衰變元素的每一條衰變線都會產(chǎn)生222Rn2（氡氣）。 C.最后都形成穩(wěn)定核素-鉛（Pb） 40K、14C等單獨存在的天然放射性核素 （半衰期很長或可不斷產(chǎn)生而保持一定的量）Ionizing radiation is ubiquitous. Air, water, soil, plants, animals, people, food, paper, machinery and buildings are radioactive. 照射成分照射成分 年有效劑量年有效劑量( (毫希沃特毫希沃特,mSv) ,mSv) 正常本底地區(qū)正常本底地

12、區(qū) 照射量升高的地區(qū)照射量升高的地區(qū) 宇宙射線 0.38 2.0 宇生放射性核素 0.01 0.01 地球輻射：外照射 0.46 4.3 地球輻射：內(nèi)照射(氡除外) 0.23 0.6 地球輻射：氡及其衰變物的內(nèi)照射 吸入222Rn 1.2 10 吸入220Rn 0.07 0.1 食入222Rn 0.005 0.1 總計 2.4 天然本底輻射年有效劑量2.2 醫(yī)療照射醫(yī)療照射醫(yī)療照射是公眾受到的最主要的人工輻射源照射。遵循合理化和最優(yōu)化的原則。醫(yī)療照射的控制：1.減少醫(yī)學(xué)放射工作人員的職業(yè)照射；2.減少患者受到的醫(yī)療照射；3.降低可能發(fā)生的公眾輻射。醫(yī)療照射的趨勢：1.受檢人數(shù)逐年增加；2.由于

13、技術(shù)裝備改進，同樣項目檢查受照射逐年降低。公眾接受的醫(yī)療照射約為每年 0.54 mSv，為天然本底輻射的20%左右。2.3 其它人工輻射其它人工輻射1.火力發(fā)電站：釋放的主要放射性核素是釷和氡及其衰變子體。(一座火力發(fā)電廠所釋放出來的放射性物質(zhì)是同級核能發(fā)電廠的100倍。全世界每年因燃燒煤炭所釋放出的鈾和釷約37,000噸)2.核電站:開采，使用，乏燃料后處理3.核事故：核電站、醫(yī)療事故、丟源4.其它人工輻射：主要包括消費產(chǎn)品中的人工輻射，這些生活用品或摻入了放射性核素或能發(fā)射X射線。包括輻射發(fā)光產(chǎn)品、工業(yè)表盤和鐘表、電子或電器件、靜電消除器、煙霧探測器、含鈾和釷的制品等。（此類輻射引起的集體

14、有效劑量當量很小，但應(yīng)用廣泛，接觸人群廣，故其生產(chǎn)、銷售、使用和報廢都有嚴格規(guī)定限制。）人工輻射源輻射年有效劑量第三節(jié) 放射生物學(xué)作用機理電離輻射電離輻射電離輻射分為兩大類：1.其發(fā)射的粒子是帶電粒子的如電子、質(zhì)子、粒子等叫直接電離輻射，這些粒子與物質(zhì)作用時能直接使物質(zhì)電離或激發(fā)；2.發(fā)射的粒子是不帶電的如光子（X射線、射線）、中子等，它們與物質(zhì)作用時不能直接引起物質(zhì)電離，而是使靶物質(zhì)釋放直接電離粒子或引起核反應(yīng)。如光子與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生次級電子，而這些次級帶電粒子能再度使物質(zhì)發(fā)生電離。稱為間接電離輻射。電離輻射作用于靶物質(zhì)后原子或分子中的電子吸收射線能量，升到較高能級，但電子仍然沒有脫離原子

15、或分子，此種現(xiàn)象叫做原子或分子的激發(fā)；如果射線有足夠的能量使1個或多個軌道電子脫離原子或分子而射出，此種現(xiàn)象叫做原子或分子的電離。每個電離過程的能量損失約為33eV，該能量足以破壞很強的化學(xué)鍵。傳能線密度 與 相對生物效應(yīng) 一、傳能線密度一、傳能線密度 （linear energy transfer，LET）定義：定義：帶電粒子在其單位長度徑跡單位長度徑跡上消耗的平均能平均能量量（單位J/m）。LET概念也適用于雖不是直接電離粒子，但可產(chǎn)生次級帶電粒子的X、射線和中子。與生物效應(yīng)的關(guān)系：正相關(guān)。正相關(guān)。是衡量輻射生物效應(yīng)的重要量值。LET與帶電粒子的運動速度和所載電荷有關(guān)：1.與運動速度呈負相

16、關(guān)；2.與所載電荷呈正相關(guān)。輻射的生物損害與LET呈正相關(guān)，一般來說，高LET粒子在生物體給定體積內(nèi)產(chǎn)生變化的幾率較高，與物質(zhì)相互作用的空間分布較為密集。各種射線的各種射線的LETLET值值 二、二、 相對生物效應(yīng)相對生物效應(yīng) （ relative biological effect, RBE） RBE X或射線引起同等生物效應(yīng)所需劑量同等生物效應(yīng)所需劑量所觀察的電離輻射引起某一生物效應(yīng)引起某一生物效應(yīng)所需劑量所需劑量以250keV的X射線或60Co的射線為基準各種電離輻射的相對生物效應(yīng)各種電離輻射的相對生物效應(yīng)（一）（一） RBE的含義的含義 意義：意義：主要是為了比較在劑量相同時，不同種類

17、的電離輻射引起某一特定效應(yīng)的效率的差別。即：1.劑量相同、輻射種類不同，產(chǎn)生的效應(yīng)也不同；劑量相同、輻射種類不同，產(chǎn)生的效應(yīng)也不同；2.若要產(chǎn)生相同效應(yīng)，則不同種類的輻射所需的劑量若要產(chǎn)生相同效應(yīng)，則不同種類的輻射所需的劑量就不同就不同。 （二）（二）LET與與RBE的關(guān)系的關(guān)系 RBE的變化是的變化是LET的函數(shù)（正相關(guān)）的函數(shù)（正相關(guān)） LET：100kev/um時；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，反而被浪費了 原發(fā)作用 與與 繼發(fā)作用一、原發(fā)作用（primary effect） 指從照射之時起到在細胞學(xué)上觀察到可見損傷的這段時間內(nèi)，在細胞中進行著

18、輻射損傷的原初和強化過程原初和強化過程。 包括物理、物理化學(xué)和化學(xué)物理、物理化學(xué)和化學(xué)三個階段。 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不斷攻擊生命大分子，導(dǎo)致生物顯微結(jié)構(gòu)的破壞導(dǎo)致生物顯微結(jié)構(gòu)的破壞，繼而發(fā)生一系列生物學(xué)、生物化學(xué)的損傷效應(yīng)。 繼發(fā)反應(yīng)：繼發(fā)反應(yīng)：亞細胞亞細胞結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的破壞破壞細胞內(nèi)水解細胞內(nèi)水解酶的釋放酶的釋放信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的改變或破壞的改變或破壞代謝的方向性和代謝的方向性和協(xié)調(diào)性的紊亂

19、協(xié)調(diào)性的紊亂生物化學(xué)損傷生物化學(xué)損傷細胞、組織器官細胞、組織器官和系統(tǒng)的變化和系統(tǒng)的變化病理學(xué)病理學(xué)改變改變功能變化功能變化三、電離和激發(fā)Q 電離（作用）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，這一過程稱為電離（作用）。電離（作用）。 Q 激發(fā)作用激發(fā)作用（excitation） 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躍遷到較高能級軌道，分子處于激發(fā)態(tài)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：水的原初輻解產(chǎn)物： 電離輻射作用

20、于機體的水分子水分子，使水分子發(fā)生電離和激發(fā)，產(chǎn)生大量高活性自由基和活性離子。這種反應(yīng)稱水的輻解反應(yīng)，各種自由基和活性離子統(tǒng)稱水的原初輻解產(chǎn)物水的原初輻解產(chǎn)物 。H2O H, OH, ea-q, H2, H2O2，H3O+，OH- 輻射生物體7080%都是水分 直接作用 與 間接作用一、直接作用（direct effect）概念：概念：電離輻射的能量直接沉積于生物大分子能量直接沉積于生物大分子，引起生物大分子的電離、激發(fā)或化學(xué)鍵的斷裂等變化，造成其結(jié)構(gòu)改變，從而破壞機體的核酸、蛋白質(zhì)、酶等具有生命功能的物質(zhì)，這種直接由直接由射線造成的生物大分子損傷效應(yīng)射線造成的生物大分子損傷效應(yīng)稱為直接作用直

21、接作用。特點：特點：生物效應(yīng)與輻射能量沉積發(fā)生于同一同一生物 大分子上。電離輻射電離輻射對對DNA分分子損傷的子損傷的直接作用直接作用電離輻射對核酸大分子的直接作用，主要引起堿基的破壞或脫落、單鏈或雙鏈斷裂、氫鍵破壞、螺旋結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)交聯(lián)，或核酸之間、核酸與蛋白質(zhì)之間出現(xiàn)交聯(lián)。電離輻射對蛋白質(zhì)的直接作用可引起蛋白質(zhì)側(cè)鏈發(fā)生變化，氫鍵、二硫鍵斷裂，導(dǎo)致高度卷曲的肽鏈出現(xiàn)不同程度的伸展，空間結(jié)構(gòu)改變。二、間接作用（indirect effect）概念：概念：電離輻射首先作用于水首先作用于水，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再作用于生物大分

22、子引起后者的物理和化學(xué)變化。特點：特點：能量沉積和生物效應(yīng)發(fā)生在不同分子不同分子H2O H, OH, ea-q, H2, H2O2，H3O+，OH- 輻射電離輻射對電離輻射對DNA分子損傷的間接作用分子損傷的間接作用間接作用間接作用間接作用對組織或細胞的損害：1.破壞細胞膜，使膜脂質(zhì)過氧化，引起膜結(jié)構(gòu)的破壞；2.使細胞蛋白質(zhì)氧化、脫氫，造成蛋白質(zhì)的失活、結(jié)構(gòu)改變、化學(xué)鏈的斷裂，或使蛋白質(zhì)交聯(lián)和聚合，從而影響蛋白質(zhì)的正常功能；3.使糖鏈斷裂和失活；4.引起核酸的損傷，造成細胞死亡。電離輻射間接作用的四種效應(yīng)1. 稀釋效應(yīng)稀釋效應(yīng)（dilution effect）：指最大的相對效應(yīng)發(fā)生在最稀釋的溶

23、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，間接作用間接作用占主要地位2. 溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)（temperature effect）： 指在一定實驗條件下，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。 原理：因為溫度升高，增加了自由基接近酶的機會，使酶分子損傷加重，反之亦然。 對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. 防護效應(yīng)防護效

24、應(yīng)（protective effect）： 指向受照射的生物系統(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。 輻射防護劑輻射防護劑（radioprotectors）： 指有機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，促進其修 復(fù)的物質(zhì)。 劑量降低系數(shù)劑量降低系數(shù)（dose reduction factor，DRF） 有防護劑時，引起致死效應(yīng)所需輻照劑量 無防護劑時，引起致死效應(yīng)所需輻照劑量 DRF=4. 氧效應(yīng)氧效應(yīng)（ oxygen effect） 氧效應(yīng)氧效應(yīng)：是指受照射的生物組織、細胞或生物大分子的輻射效應(yīng)隨周圍介質(zhì)中氧濃度周圍介質(zhì)中氧濃度升高而增

25、加。 氧 + 自由基 過氧化物自由基 (R00) 在有氧條件下細胞放射敏感性增高，增高的幅度與氧濃度有關(guān)。 氧增強比氧增強比（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： 缺氧缺氧條件下產(chǎn)生一定效應(yīng)的劑量 有氧有氧條件下產(chǎn)生同樣效應(yīng)的劑量OER= 氧效應(yīng)的發(fā)生機制氧效應(yīng)的發(fā)生機制：氧具有雙重作用。 氧固定假說氧固定假說 ：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過氧化物基團 ROO。 輻射 O2 R R ROOl 氧濃度對氧

26、效應(yīng)的影響F有氧條件下細胞放射敏感性增高 F氧分壓從0上升至1，放射敏感性迅速增加 增至21或至100時，敏感性處于坪值l 照射時間對氧效應(yīng)的影響F照射前照射前引入氧，表現(xiàn)出氧效應(yīng) F照射后照射后引入氧，無效 氧效應(yīng)生物學(xué)意義氧效應(yīng)生物學(xué)意義： 許多實體瘤細胞是乏氧的，因而對放射治療有抗性，應(yīng)用高壓氧艙高壓氧艙可以提高腫瘤細胞的氧合量，或者放療前使用乏氧細胞增敏劑乏氧細胞增敏劑可以增加射線對腫瘤細胞的殺傷能力。自 由 基自由基自由基（free radical）：指含有一個或多個不配對電不配對電子子的原子、分子、離子或游離基團。形成方式形成方式均裂（homolytic fission) 自由基的

27、特性自由基的特性：l高反應(yīng)性：高反應(yīng)性： 帶有未配對電子，具有強烈的獲取或失去電子以成為配對 電子的趨勢，因此化學(xué)性質(zhì)活潑l不穩(wěn)定性：不穩(wěn)定性： 壽命短不穩(wěn)定 l順磁性：順磁性： 當電子成對存在于同一軌道時，由于兩個電子的自旋方向 相反，各自的相應(yīng)磁矩相互抵消，對外不顯示磁性。 活性氧活性氧 氧化應(yīng)激氧化應(yīng)激 氧自由基氧自由基1. 活性氧活性氧（reactive oxygen 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。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

28、. 氧化應(yīng)激氧化應(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. 氧自由基氧自由基（Oxygen free radical）：是指含有氧元素的自由基。氧自由基都是活性氧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。常常見見氧自由基氧自由基符號符號中文名中文名英文名英文名超氧陰離子Superoxide anion radicalHO2 氫過氧基Hydrogen peroxide radicalHO羥自由基Hydroxyl radicalRO

29、氧有機自由基Oxygen organic free radicalROO有機過氧基Organic peroxide radical1O2 單線態(tài)氧Singlet oxygenL脂自由基Lipid free radicalLOO脂過氧基Lipid peroxide radical2O自由基對生命大分子的作用 1 1）抽氫反應(yīng)：）抽氫反應(yīng)：自由基將有機分子中的H轉(zhuǎn)移至自身，形 成有機自由基。 HO + RH R + H2O H + RH R + H2 2) 2) 加成反應(yīng)：加成反應(yīng)：自由基加入至不飽和有機分子中雙鍵部位 的反應(yīng) H + RCH = CH2 RCH CH2 H 3) 3) 歧化反應(yīng)：

30、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 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) 鏈式反應(yīng)鏈式反應(yīng): 在生物系統(tǒng)中脂質(zhì)（RH）的過氫化就是 鏈式反應(yīng)與支鏈反應(yīng)。 5) 氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng): O-2在水溶液中主要起還原劑作用， 使細胞色素C還原；也可以使Vc氧化，產(chǎn) 生半脫氫抗壞血酸自由基。機體的抗氧化功能（一）抗氧化酶過氧化氫酶（catalase,CATCAT）硒谷胱甘肽過氧化物酶（selenium dependent glutathione pero

31、xidase, SeGSHPxSeGSHPx）、磷脂氫過氧化物谷胱甘肽過氧化物酶（phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase, PHGSHPxPHGSHPx） 谷胱甘肽轉(zhuǎn)硫酶（nonseG SHPXSHPX） 超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SODSOD）非特異性過氧化物酶：（二）脂溶性抗氧化劑（二）脂溶性抗氧化劑維生素E 類胡蘿卜素 泛醌 可消除1O2和2O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2O 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（三）水溶性小分

32、子抗氧化劑維生素C（抗壞血酸） 谷胱甘肽 2O2O與和HOH反應(yīng)生成抗壞血酸自由基供氫體，同時也是OH2O的清除劑 H2O2和1（四）蛋白性抗氧化劑（四）蛋白性抗氧化劑銅藍蛋白銅藍蛋白（ceruloplasmin）是人血漿的含銅蛋白，是細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和有機過氧化物的提氫體。21O2O 輻射生物效應(yīng)作用機制 影響電離輻射生物學(xué)作用的主要因素 （一）與（一）與輻射有關(guān)輻射有關(guān)的因素的因素1. 輻射的種類種類：電離密度和穿透能力2. 輻

33、射劑量劑量：一般情況存在正的劑量效應(yīng)關(guān)系（非線性）3. 輻射的劑量率劑量率 ：單位時間接受的照射劑量4. 分次分次照射：效應(yīng)低于一次照射 5. 照射部位部位：腹部盆腔頭頸胸部四肢 6. 照射面積面積：照射面積越大，效應(yīng)越顯著7. 照射方式方式：內(nèi)照射、外照射（單向或多向）、混合照射（二）與（二）與機體有關(guān)機體有關(guān)的因素的因素 1、種系的放射敏感性、種系的放射敏感性 種系演化越高，機體組織結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，放射敏感性越高 2、個體發(fā)育的放射敏感性、個體發(fā)育的放射敏感性 敏感性隨個體發(fā)育過程而逐漸降低 十日法規(guī)：十日法規(guī)：對育齡婦女下腹部的X射線檢查都應(yīng)當在月經(jīng)周 期第1天算起的10天內(nèi)進行，以避免對妊

34、娠子宮的照射 3、亞細胞和分子水平的放射敏感性、亞細胞和分子水平的放射敏感性 細胞核的敏感性高于胞漿 DNA mRNA rRNA tRNA 蛋白質(zhì) 4、不同器官、組織和細胞的放射敏感性、不同器官、組織和細胞的放射敏感性 Bergonie 和 Tribondeau 定律Bergonie和和Tribondeau定律定律： 一種組織的放射敏感性放射敏感性與其細胞的分裂活動成正比分裂活動成正比，而與其分化程度成反比分化程度成反比。 1. 高度敏感組織：高度敏感組織：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：中度敏感組織：感覺器官、內(nèi)皮細胞、皮膚上皮 3. 輕度敏感組織：輕

35、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：不敏感組織： 肌組織、軟骨和骨等特例：卵母細胞和淋巴細胞不能迅速分裂，但兩者都對電離輻射極為敏感。（三）（三）與與介質(zhì)有關(guān)介質(zhì)有關(guān)的因素的因素1. 溫度溫度：機體受照射時，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)溫度效應(yīng)。進行放射治療之前，先提高腫瘤組織局部溫度，其放療療效有明顯提高。 其原因：溫度造成動物體內(nèi)氧狀況的改變； 溫度引起體內(nèi)新陳代謝水平的改變； 在低溫或冰凍狀況下，溶液中自由基擴散受阻。2. 氧氧：受照組織、細胞或溶液系統(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)象稱為氧增強效應(yīng)氧增強效應(yīng)。目

36、前為提高腫瘤組織對輻射的敏感性，利用輻射“氧效應(yīng)”這一特性提高放射治療效果。 3. 化學(xué)物質(zhì)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溶質(zhì)的損傷效應(yīng)降低稱為防護效應(yīng)防護效應(yīng)。細胞的培養(yǎng)體系中或機體體液中在照前含有輻射防護劑輻射防護劑，可減輕自由基反應(yīng)，促進損傷生物分子修復(fù)，能減弱生物效應(yīng)。反之，如含有輻射增敏劑輻射增敏劑（radiosensitizer），可增強自由基化學(xué)反應(yīng)，阻止損傷分子和細胞修復(fù)，能提高輻射效應(yīng)。第四節(jié) 電離輻射的分子生物學(xué)效應(yīng)電離輻射的分子生物學(xué)效應(yīng)電離輻射的分子生物學(xué)效應(yīng)1.1.生物大分子的輻射效應(yīng)生物大分子的輻射效應(yīng)2.2.細胞的輻射效應(yīng)細胞的輻射

37、效應(yīng)3.3.染色體的輻射效應(yīng)染色體的輻射效應(yīng)生物大分子生物大分子生物大分子指的是作為生物體內(nèi)主要活性成分的各種分子量達到上萬或更多的有機分子。高相對分子量的生物有機化合物（生物大分子）主要是指核酸、蛋白質(zhì)以及高相對分子量的碳氫化合物（脂質(zhì)、糖類）。這個定義只是概念性的，與生物大分子對立的是小分子物質(zhì)（二氧化碳、甲烷等）和無機物質(zhì)。 生物分子損傷是一切輻射生物效應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。DNA是細胞增殖、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，是引起細胞生化、生理改變的關(guān)鍵性物質(zhì)。DNA是電離輻射作用的靶分子，在細胞輻射損傷中起重要作用。生物分子損傷與自由基生成密切相關(guān)。自由基（free radical）是指一些獨立存在的、帶有一

38、個或多個不成對電子的原子、分子、基團或離子。自由基是最大特性是化學(xué)不穩(wěn)定性和高反應(yīng)性，壽命很短，OH（氫氧自由基）的平均壽命為10-910-8s，生物分子自由基也多在10-610-4s之間。一、生物大分子的輻射效應(yīng)1.DNA結(jié)構(gòu)損傷結(jié)構(gòu)損傷2.DNA功能改變功能改變3.DNA輻射損傷的修復(fù)輻射損傷的修復(fù)4.DNA輻射損傷修復(fù)的主要途徑輻射損傷修復(fù)的主要途徑5.復(fù)制的過程和參與酶及因子復(fù)制的過程和參與酶及因子1、DNA結(jié)構(gòu)損傷1）DNA鏈斷裂鏈斷裂2）氫鍵斷裂和堿基損傷）氫鍵斷裂和堿基損傷3）分子交聯(lián)）分子交聯(lián)DNA分子是由兩條多核苷酸鏈, 按堿基互補配對原則，由氫鍵連結(jié)而成的雙股螺旋結(jié)構(gòu)每一種

39、脫氧核糖核苷酸脫氧核糖核苷酸由三個部分所組成：一分子含氮堿基+一分子五碳糖（脫氧核糖）+一分子磷酸根。鏈斷裂是電離輻射所致DNA損傷的主要形式。原因: a)磷酸二酯鍵的斷裂或脫氧戊糖的破壞;b)堿基破壞或脫落和形成鏈上的不穩(wěn)定位點特點：a)DNA雙鏈中一條鏈斷裂者稱為單鏈斷裂(Single Strand Break, SSB)b)兩條鏈在同一處或相鄰處斷裂者稱為雙鏈斷裂(Double Strand Break DSB)c)在許多細胞中單鏈斷裂比雙鏈斷裂高10-20倍d)射線種類不同發(fā)生DNA鏈斷裂的比例也不同e)氧效應(yīng)增加DNA鏈的斷裂1）DNA鏈斷裂鏈斷裂彗星實驗顯示DNA斷裂彗星實驗彗星實

40、驗(Comet assay) ，它是細胞經(jīng)裂解、解旋后在載玻片上用少量瓊脂糖凝膠包埋單個細胞樣品，電泳時， 斷裂的DNA在電場力作用下向陽極移動，經(jīng)熒光染料染色，在熒光顯微鏡下可觀察彗星樣圖像明亮的頭部和彌散的彗尾，之后進行圖形分析即可在單細胞水平判斷DNA損傷程度。-H2AX免疫熒光染色實驗顯示DNA斷裂外周血淋巴細胞在不同計量射線照射后，-H2AX免疫熒光染色（綠色）。綠色熒光點越多，顯示細胞DNA損傷位點越多，損傷越嚴重。2) 氫鍵斷裂和堿基損傷射線作用生成的HO自由基使DNA結(jié)構(gòu)上的氫原子脫下，從而使原來緊密結(jié)合的堿基呈現(xiàn)自由“裸露”狀態(tài)，造成堿基環(huán)的破壞和脫落等，使得DNA結(jié)構(gòu)從比較

41、堅實變得比較“疏松”；脫氧核糖上的每個碳原子和羥基上的氫都能與HO反應(yīng)，導(dǎo)致脫氧核糖分解，引起DNA鏈斷裂3) 分子交聯(lián)分子交聯(lián)（Cross-linking）是生物大分子與生物大分子發(fā)生互相連結(jié)，電離輻射作用后，可通過自由基的作用，產(chǎn)生DNA-DNA交聯(lián)、DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)，導(dǎo)致DNA正常分子結(jié)構(gòu)的破壞。2 、DNA功能改變功能改變1）DNA合成抑制合成抑制2）DNA分解代謝增強分解代謝增強(1)劑量-效應(yīng)關(guān)系：照射后，輻射敏感細胞DNA合成（如用3H-TdR摻入方法）明顯受抑制，其程度與所受劑量有依賴關(guān)系，隨照射后時間延長，受大劑量和小劑量照射產(chǎn)生兩種趨勢，大劑量照射者摻入進一步減少，而受小

42、量照射者可逐漸恢復(fù)。(2) DNA合成抑制的機制：各種三磷酸腺苷在合成的過程中，有些環(huán)節(jié)對射線是很敏感的，造成核苷酸合成障礙射線導(dǎo)致DNA模板損傷，引起錯誤的修復(fù)，影響正常復(fù)制；DNA聚合酶的損傷影響DNA的修復(fù)；射線對DNA復(fù)制過程的影響破壞了DNA復(fù)制的調(diào)控機制。DNA合成抑制是一個非常敏感的輻射生物效應(yīng)指標。1) DNA合成抑制2) DNA分解代謝增強在DNA合成抑制的同時，其分解代謝增強，表現(xiàn)為脫氧核糖核酸酶（DNase）活性增高。機制：射線破壞了溶酶體和細胞核等膜結(jié)構(gòu)，使脫氧核糖核酸酶釋放并與DNA接觸，導(dǎo)致DNA分解。DNA降解程度取決于照射劑量，照射劑量越大，降解程度越大，在較低

43、劑量范圍內(nèi)，DNA降解的程度隨照射劑量的增加而直線上升，在較高照射劑量范圍內(nèi)DNA趨于穩(wěn)定，達細胞DNA總量的40-70%。在DNA降解和細胞死亡之間可能存在著一定的聯(lián)系，大量的DNA降解可導(dǎo)致細胞死亡。所以說，電離輻射對核酸的功能和代謝的影響非常廣泛。3. DNA輻射損傷的修復(fù)1.DNA單鏈斷裂的修復(fù)；單鏈斷裂的修復(fù)；2.DNA雙鏈斷裂的修復(fù)；雙鏈斷裂的修復(fù)；3.堿基損傷的修復(fù)。堿基損傷的修復(fù)。1.DNA單鏈斷裂的修復(fù)。單鏈斷裂的修復(fù)。絕大多數(shù)正常細胞都能修復(fù)單鏈斷裂，而且修復(fù)的速度和效率很高，在照射后即刻開始修復(fù)，以后逐漸減慢,修復(fù)速率和時間呈負指數(shù)關(guān)系。一般在1h內(nèi)修復(fù)可達90%，半修復(fù)

44、時間約為1040分鐘。2.DNA雙鏈斷裂的修復(fù)。雙鏈斷裂的修復(fù)。哺乳動物細胞雙鏈斷裂的修復(fù)可分為快修復(fù)和慢修復(fù)兩個階段，快修復(fù)的半修復(fù)時間為10數(shù)分鐘；而慢修復(fù)的半修復(fù)以小時計算。不同細胞間修復(fù)水平差異很大。在體外細胞培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)，照射后保溫較長時間后仍有雙鏈不能完全修復(fù)，這是造成細胞畸變或死亡的重要原因。3.堿基損傷的修復(fù)。堿基損傷的修復(fù)。堿基的修復(fù)主要是紫外線引起的二聚體改變,受照射后經(jīng)過保溫56h后,可以使二聚體略有減少，到2430h明顯減少，降到照后即刻測量的60%水平。但損傷堿基只是部分修復(fù)。損傷修復(fù)的特點4. DNA輻射損傷修復(fù)的主要途徑1）回復(fù)修復(fù)）回復(fù)修復(fù)2）切除修復(fù)）切除修

45、復(fù)3）重組修復(fù)）重組修復(fù)4）SOS修復(fù)修復(fù)1) 回復(fù)修復(fù)回復(fù)修復(fù)指無需去除堿基或核苷酸，只需一種酶經(jīng)一步反應(yīng)修復(fù)DNA損傷的修復(fù)機制。是細胞對DNA某些損傷修復(fù)的一種簡單方式，一般都能將DNA修復(fù)到原樣。包括酶光修復(fù)(DNA光解酶)、單鏈斷裂的重接(DNA連接酶)和堿基的直接插入(DNA嘌呤插入酶)。光修復(fù)2) 切除修復(fù)切除修復(fù)需要多種酶(核酸酶、DNA聚合酶、DNA連接酶)參加,是修復(fù)DNA損傷最為普遍的方式，對多種DNA損傷起修復(fù)作用。主要有兩種切除修復(fù)方式：堿基切除修復(fù)和核苷酸切除修復(fù)?；静襟E是通過識別切除（堿基切除和核苷酸切除）修補再連接三個特點:準確、無誤、正確修復(fù)。3) 重組修復(fù)

46、當DNA雙鏈發(fā)生嚴重損傷時，即兩條鏈同時受到損傷，或單鏈損傷尚未修復(fù)就發(fā)生了復(fù)制，因修復(fù)機制是通過重組，故稱為重組修復(fù)。這種修復(fù)機制只修復(fù)復(fù)制后的新鏈，而母鏈上原有的損傷依然存在。 4) SOS修復(fù)SOS修復(fù)是指DNA受到嚴重損傷、細胞處于危急狀態(tài)時所誘導(dǎo)的一種DNA修復(fù)方式，修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細胞的生成率，但留下的錯誤較多，故又稱為錯誤傾向修復(fù)（error-prone repair），使細胞有較高的突變率。5.復(fù)制的過程和參與酶及因子1）拓撲異構(gòu)酶）拓撲異構(gòu)酶2）解鏈酶）解鏈酶3）單鏈結(jié)合蛋白）單鏈結(jié)合蛋白(SSB)復(fù)制的過程分四個階段。親代DNA分子超螺旋的構(gòu)象變化及雙

47、螺旋的解鏈，將復(fù)制的模板展現(xiàn)出來。復(fù)制的引發(fā)階段，有引物RNA進行53方向的合成DNA鏈的延長，在引物RNA合成基礎(chǔ)上，進行DNA鏈的53方向合成，前導(dǎo)鏈連續(xù)地合成出一條長鏈，隨從鏈合成出岡崎片段。去除RNA引物后，片段間形成了空隙，DNA聚合酶作用使各個片段靠近。在連接酶作用下，各片段連接成為一條長鏈。終止階段，復(fù)制叉行進到一定部位就停止前進，最后前導(dǎo)鏈與隨從鏈分別與各自的模板形成兩個子代DNA分子，到此復(fù)制過程就完成了。1) 拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶可改變DNA拓撲性質(zhì)。在DNA復(fù)制時，復(fù)制叉行進的前方DNA分子總是產(chǎn)生超螺旋，拓撲酶可松弛超螺旋，還可以引入負超螺旋，有利于復(fù)制叉的行進及DNA

48、的合成。在復(fù)制完成后，拓撲酶又可將DNA分子引入超螺旋，有利于DNA纏繞、折疊、壓縮以形成染色質(zhì)。2) 解鏈酶DNA復(fù)制進行時，首先要在復(fù)制起點處解開雙鏈，反應(yīng)是在一類解鏈酶的催化下進行的。解鏈酶要通過ATP的分解獲得能量，以解開雙鏈。大部分的解鏈酶在復(fù)制叉的進行中連續(xù)地解開DNA雙鏈，它們與隨從鏈的模板相結(jié)合，沿著模板的53方向沿復(fù)制叉的進行而移動。3) 單鏈結(jié)合蛋白(SSB)單鏈結(jié)合蛋白與解開的DNA單鏈相結(jié)合，可穩(wěn)定此單鏈以利于其發(fā)揮模板作用SSB也與復(fù)制新生的DNA單鏈相結(jié)合，以保護其免于被核酸酶水解。電離輻射導(dǎo)致蛋白結(jié)構(gòu)，功能發(fā)生變化，從而導(dǎo)致DNA復(fù)制出錯。二、細胞的輻射效應(yīng)二、細

49、胞的輻射效應(yīng)1 1、細胞存活曲線、細胞存活曲線2 2、細胞的輻射敏感性、細胞的輻射敏感性3 3、輻射誘導(dǎo)細胞死亡、輻射誘導(dǎo)細胞死亡4 4、細胞的輻射損傷、細胞的輻射損傷1 1）細胞周期各時期細胞的輻射效應(yīng)）細胞周期各時期細胞的輻射效應(yīng)2 2）細胞輻射損傷的修復(fù)）細胞輻射損傷的修復(fù)1.細胞存活曲線受輻照后的細胞接種在培養(yǎng)皿上，培養(yǎng)一段時間后觀察細胞集落形成率，以每一集落代表1個存活細胞。以集落形成率代表細胞存活率與照射劑量在半對數(shù)座標紙上作圖即構(gòu)成細胞的劑量存活曲線。細胞存活率（集落形成率）隨照射劑量增加而減少。細胞的劑量存活曲線（dose survival curve）反映了照射劑量與細胞死亡

50、率之間的關(guān)系，是分析受照射細胞群體輻射效應(yīng)的一種模式。劑量存活曲線的形狀有兩種：A線是簡單的指數(shù)曲線，B線是帶“肩”的指數(shù)曲線哺乳類細胞劑量存活曲線哺乳類細胞劑量存活曲線常用常用 D0、Dq、n等參數(shù)表示存活曲線等參數(shù)表示存活曲線的特征。的特征。根據(jù)D0，n和Dq等參數(shù)，可以比較不同細胞株的輻射敏感性和修復(fù)能力。劑量存活曲線反映了不同細胞的輻射敏感性和劑量依賴關(guān)系，對臨床放療和放射醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究都有重要指導(dǎo)意義。D0為平均致死劑量為平均致死劑量（mean lethal dose），從存活分數(shù)（survival fraction）對數(shù)座標的0.1和0.037兩點分別作平行線與直線相交，然后從這兩個

51、相交點分別作垂直線與劑量軸相交。劑量軸上兩個相交點劑量之差即為D0 。D0是該直線斜率的倒數(shù);D0值的大小反映了細胞的輻射敏感性。一些哺乳動物細胞的一些哺乳動物細胞的D0值（值（X射線，射線， 射線）射線）來 源細胞株或組織D0（Gy）人皮膚成纖維細胞1.26小鼠白血病細胞15178Y/S(敏感型)0.40人神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞 Vl18MO1.52.0人 Burkitt淋巴瘤0.62中國倉鼠 肺細胞 V79 1.76大鼠小鼠雜交細胞 肝癌成纖維細胞1.25小鼠 成纖維細胞 WHFIB1.10小鼠 淋巴肉瘤 0.62小鼠正常造血細胞 1.04n為外推值為外推值（extrapolation numbe

52、r）：）：是劑量存活曲線B的直線部分的延長線與縱座標的交點。對于大多數(shù)哺乳動物細胞，n一般在1-5，也有少數(shù)細胞n值大到10或20。Dq稱準閾劑量（quasithreshold dose），是在劑量存活曲線上存活率為1處劃一橫坐標的平行線，與B線直線部分延長相交，其所對應(yīng)的劑量即為Dq，在A線上Dq=0，故D37=D0。對于有氧條件下急性照射的細胞，Dq=0.52.5Gy。Dq是衡量“肩”大小的量值，n和Dq值的大小代表細胞耐受亞致死損傷的能力，與損傷的修復(fù)有關(guān)。 細胞的輻射效應(yīng)是放射生物學(xué)的核心內(nèi)容之一。電離輻射導(dǎo)致的損傷都是以細胞的損傷作用為基礎(chǔ)的。 自然界的各種生物對象在受到電離輻射作用

53、后都表現(xiàn)出一 定的損傷。但在同一劑量下引起損傷的程度有很大的不同，或者說，引起同一水平的效應(yīng)所需要的劑量的高低存在很大差異，即為輻射敏感性差異。1.細胞的種類2.細胞周期2、細胞的輻射敏感性、細胞的輻射敏感性I.I.不同類型細胞的輻射敏感性。不同類型細胞的輻射敏感性。a) 高度敏感細胞：淋巴細胞、造血細胞、生殖細胞、腸上皮細胞等。b) 敏感細胞：膀胱、食道等上皮。c) 中度敏感細胞：神經(jīng)節(jié)細胞、肌細胞。d) 不敏感細胞：軟骨及骨。IIII腫瘤細胞的輻射敏感性。腫瘤細胞的輻射敏感性。腫瘤對輻射的敏感性有明顯差異：a) 高度敏感的腫瘤：放射敏感的腫瘤常常是分化程度差，惡性度高的腫瘤，它們易轉(zhuǎn)移，放

54、射治療局部療效雖好，但由于遠處轉(zhuǎn)移而病人最終未能治愈。如惡性淋巴瘤、精原細胞瘤、腎母細胞瘤，小細胞肺癌等；b) 中度敏感腫瘤：具有一定敏感性且遠處轉(zhuǎn)移相對少，放射治療療效好。如宮頸癌、頭頸部鱗癌、鱗狀上皮癌、分化差的腺癌，腦膠質(zhì)瘤等；c) 輻射抗性腫瘤：高分化腺癌、惡性黑色素瘤、軟骨肉瘤等。難治愈。IIIIII不同細胞周期的輻射敏感性。不同細胞周期的輻射敏感性。M期具有很高的敏感性，而G0期細胞具有明顯的輻射抗性。 1) 死亡類型死亡類型 電離輻射引起細胞死亡是輻射整體效應(yīng)發(fā)生的重要基礎(chǔ)。 傳統(tǒng)的在放射醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中將細胞死亡分為間期死亡和增 殖死亡兩種類型: 間期死亡(interphase de

55、ath)是指受照射（劑量100Gy以上）細胞未經(jīng)細胞分裂即在間期發(fā)生死亡。 增殖死亡(reproductive death)是指受照射的細胞喪失了繼續(xù)增殖的能力，在經(jīng)過一個或幾個有絲分裂周期后喪失代謝活動和細胞功能而死亡。3.輻射誘導(dǎo)細胞死亡輻射誘導(dǎo)細胞死亡 2) 2) 發(fā)生機制發(fā)生機制 細胞增殖死亡的機制可能與染色體損傷有關(guān)。輻射誘發(fā)的染色體畸變可使分裂后的子細胞不能獲得一套完整的染色體，因而不能進入以后的分裂而死亡。 間期死亡的發(fā)生機制尚未完全闡明。依據(jù)文獻資料可能由于照射后能量供應(yīng)（ATP合成）受抑制、膜結(jié)構(gòu)損傷和染色質(zhì)裂解等原因。 A:細胞周期各時期細胞的輻射效應(yīng)細胞周期各時期細胞的輻

56、射效應(yīng) 細胞周期是由一次分裂到下一次分裂稱為有絲分裂周期或細胞周期所經(jīng)歷的時間稱為細胞周期時間。G0G1SG2M。 為了研究細胞周期不同時期細胞的放射敏感性需將細胞同步化，獲得同期的細胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)敏感性最高的是M和G2期，其劑量存活曲線的斜率較大, S后期的抗性最大。各時期的放射敏感性次序為：M 、G2 G1 S早期S后期。4. 細胞的輻射損傷細胞的輻射損傷 A:細胞周期各時期細胞的輻射效應(yīng)細胞周期各時期細胞的輻射效應(yīng) 1. 殺傷細胞。殺傷細胞。處于期的細胞對射線很敏感，小劑量照射可使細胞即刻死亡或染色體畸變，導(dǎo)致下一次分裂時子代細胞死亡。輻射對細胞的損傷表現(xiàn)為：(1)細胞核的改變：表現(xiàn)有細胞

57、核腫脹、固縮、 溶解、碎裂等。(2)染色體畸變：G1和S期DNA尚未合成，此時損傷表現(xiàn)為染體型畸變。(3)膜的改變：有核膜腫脹、核膜破裂、細胞膜、酶、蛋白質(zhì)、脂蛋白的改變，可能影響細胞膜的生物學(xué)功能。 2阻斷細胞周期活動。阻斷細胞周期活動。受照射后G2期細胞推遲進入M期，S期細胞推遲進入G2期，同樣G1期細胞推遲進入S期。雖然各個時期均推遲，但G2期細胞更敏感，小劑量照射可明顯推遲G2期細胞進入M期。 細胞輻射損傷可分為細胞輻射損傷可分為: 1) 致死性損傷(Lethal Damage, LD)：不可逆的和不可修復(fù)損傷，最終無可挽回地走向死亡； 2) 亞致死性損傷(Sublethal Dama

58、ge, SLD)：在正常情況下（沒有進一步地追加損傷），可在1小時以內(nèi)修復(fù)。 3) 潛在致死性損傷(Potentially Lethal Damage, PLD)：這部分損傷受照射后受環(huán)境的影響，或能修復(fù)，或走向死亡。B:細胞輻射損傷的修復(fù)細胞輻射損傷的修復(fù)細胞水平放射損傷修復(fù)的影響因素主要有：細胞水平放射損傷修復(fù)的影響因素主要有：(1)輻射種類: 高LET照射后基本上沒有潛在致死性損傷的修復(fù)，中子照射腫瘤的優(yōu)點之一。線照射后肩區(qū)最寬，在分割劑量照射后修復(fù)明顯增強。(2) 劑量率:劑量率是影響細胞放射損傷修復(fù)的主要因素，對低LET照射的細胞效應(yīng)影響很大，而對高LET效應(yīng)影響很小。(3) 氧效應(yīng)

59、與分次照射：完全氧合的細胞比低氧細胞對射線更敏感。哺乳動物細胞在氧張力為2.7-5.4 kPa(20-40mmHg)被認為是完全氧合，在細胞極度低氧時，才有放射敏感性的改變，常用氧增強比來表示。三、染色體的輻射效應(yīng)1.染色體結(jié)構(gòu)畸變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)畸變a)畸變畸變與細胞周期之間的關(guān)系與細胞周期之間的關(guān)系b)染色體型染色體型畸變畸變c)染色單體染色單體型型畸變畸變2.染色體數(shù)量畸變?nèi)旧w數(shù)量畸變3.染色體畸變形成的分子機理染色體畸變形成的分子機理4.染色體畸變的生物學(xué)意義染色體畸變的生物學(xué)意義1) 在某些條件下，細胞中的染色體組可以發(fā)生數(shù)量或結(jié)構(gòu)上的改變，這一類改變稱為染色體畸變?nèi)旧w畸變(chrom

60、osome aberration, CA)。2) 染色體畸變可以自發(fā)地產(chǎn)生，指細胞正常生活過程中產(chǎn)生的或受環(huán)境因素隨機發(fā)生的畸變，稱為自發(fā)畸變自發(fā)畸變(spontaneous aberration)。自發(fā)畸變率一般很低，無著絲粒斷片約占0.5，著絲粒體約占0.05，有時甚至低于0.01。3) 染色體畸變也可以通過物理的、化學(xué)的和生物的誘變劑作用人為地產(chǎn)生畸變，稱為稱為誘發(fā)畸變誘發(fā)畸變(induced aberration)。4) 染色體畸變分為染色體數(shù)量畸變數(shù)量畸變和和結(jié)構(gòu)畸變結(jié)構(gòu)畸變兩大類兩大類。 1.染色體結(jié)構(gòu)畸變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)畸變 許多物理的、化學(xué)的和生物因子可以引起染色體斷裂，這些因子稱為