第十章放射生物学.docx

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第十章放射生物学

第十章 

放射肿瘤学基础

第一节：

肿瘤模型体系 

常见的肿瘤模型包括：

1、移植性实体瘤动物模型

2、人类肿瘤异种移植模型

3、多细胞球状体体外肿瘤模型

肿瘤的传代方式：

从一代动物移植到下一代。

实验动物：

兄妹交配近亲繁殖。

方法：

无菌分离肿瘤细胞，给同系受体动物每只皮下接种1×104～106个肿瘤细胞，数天或数周接种部位出现可触及的肿瘤。

一、移植性实体瘤动物模型

特点：

重复性、稳定性、定量性好

因常用小鼠故对人体缺乏反应性

实体瘤的评价参数：

1、肿瘤生长速率：

通过测量肿瘤大小（平均直径或体积）表示肿瘤生长速率的快慢。

样本量要大。

         实验中每天或每两天（由肿瘤生长速率而定）测量肿瘤大小，所得结果用时间（横坐标）与肿瘤大小（纵坐标）绘制肿瘤曲线。

当肿瘤长到一定大小时（大鼠：

8～10mm；小鼠2～4mm）则可进行多种方案处理，观察处理后肿瘤生长速率的变化。

一是从照射时算起，肿瘤再长到与照射当时同等大小所需的时间；

一是从照射时算起，肿瘤长到指定大小所需的时间（TX射线），与对照组肿瘤长到同等大小所需时间（T肿瘤）相比较。

2、TCD50   TCD50即50%肿瘤控制剂量（50%tumorcontrol dose）

评价某种放射治疗方案对肿瘤的抑制程度；

测定方法：

将有同等大小肿瘤的荷瘤动物分组→不同剂量局部照射肿瘤→定期观察→分析（以肿瘤局部控制率为纵坐标，照射剂量为横坐标制图）→TCD50。

3、稀释测定技术

方法：

荷瘤动物→照射→取瘤→制细胞悬液→计数→倍比浓度稀释→接种→观察肿瘤出现情况→计算50%动物发生肿瘤的肿瘤数（TD50）

将受0剂量照射的荷瘤动物的TD50与受不同剂量照射的荷瘤动物的TD50值相比，分别计算出各剂量的存活分数。

存活分数＝ 

TD50对照 

TD50照射

4、肺集落测定

方法：

荷瘤动物原位照射肿瘤后→取瘤制成单细胞悬液→将已知数量的单细胞悬液注入受体动物→3周后处死动物→计数肺集落形成数。

将受不同剂量原位照射的肿瘤细胞注入受体动物后所形成的肺集落数与0剂量照射形成的肺集落数相比，可求出各照射剂量下的存活分数，并绘制出肿瘤细胞经体内照射后的剂量存活曲线。

5、体内－体外测定技术  

采用体外集落形成方法，测定体内照射后肿瘤细胞存活率的方法。

方法：

将受不同剂量体内局部照射的肿瘤取出，分别制备单细胞悬液，将一定数量的细胞种入培养皿中，在离体条件下培养10～14天后，存活细胞可形成集落，计数集落，计算出存活的肿瘤细胞数，与0剂量下存活的肿瘤细胞数相比，得出某剂量下细胞的存活分数 。

二、人类肿瘤异种移植模型 

多种人类肿瘤细胞可以在免疫缺陷的动物中以异种移植生长。

通常用于异种移植的受体动物为裸鼠

优点：

保留人类的核型及各自的反应特性。

缺点：

①排斥反应；

②移植肿瘤细胞在小鼠体内发生动力学和细胞选择，出现乏氧细胞；

③移植肿瘤在小鼠体内维持人类肿瘤的组织学特性，而基质组织则来源于小鼠。

在对人类肿瘤细胞异种移植物的研究中，血管系统的供应起十分重要的作用，因此，所得结果的确切性则较鼠类肿瘤的研究差。

三、体外肿瘤模型系统－ 

多细胞球状体 

某些肿瘤细胞在培养中形成多细胞球状体，即每通过一次细胞分裂，子细胞粘在一起形成球形细胞团，随培养时间增加，细胞团逐渐增大，有时可成为由数百万细胞组成的一个大细胞团。

特点：

有一定组织学特性与体内肿瘤生长相似

中心为非周期性类G1期细胞－乏氧性细胞

更好的模拟了体内实体瘤，有利于增敏剂和化疗药物的研究。

 缺点：

必须是悬浮生长细胞，成团生长，不分离

 细胞群的组成

   1）非同步的周期细胞

   2）非周期性的类G1期细胞

   3）非周期性的类G1期乏氧细胞

第二节   低氧及再氧合 

一、乏氧细胞

氧含量非常低的细胞，对辐射不敏感

肿瘤由两部分细胞组成。

一部分是含氧细胞，对辐射敏感 ；另一部分是乏氧细胞（10~20%），对辐射不敏感

二、组织氧合

改变组织氧合状况，提高临床上对肿瘤放射治疗的治愈率

   1、高压氧舱

   2、照射同时，于常压下吸入含有95％氧气与5％二氧化碳的混合气体

   3、照射前给病人吸入10％氧气的方法

   4、采用传递修饰剂（如氟碳乳剂），由于它携带大量的氧，能进入组织的乏氧区后放出氧

三、乏氧细胞再氧合

分次照射后乏氧细胞变成为氧合细胞的现象

乏氧细胞再氧合是临床肿瘤放射治疗中，小剂量分次照射方案制定的重要细胞学基础。

第三节 肿瘤细胞动力学 

研究肿瘤细胞群的增殖动力学，是观察细胞的运动，以形容一个细胞群的生长来说明肿瘤细胞总数的变化，而不是个体细胞的循环；

由于正常细胞群和肿瘤细胞群增殖动力学的差异，射线对它们产生不同的影响和损伤，通过改变影响因素，扩大损伤差异，为提高肿瘤治疗疗效提供细胞学基础。

一、正常组织的增殖动力学 

人体的细胞群根据其功能，可以分为以下几组:

   1、休止细胞群：

没有细胞分裂或DNA成分改变

   2、增殖不稳定的细胞群：

在机体的生命期内不断增殖，但速度渐慢，增殖略大于丢失。

    3、更新或增殖稳定的细胞群

    4、肿瘤细胞群

1、正常组织的增殖动力学

  受自动稳定控制系统的控制：

到一定程度细胞增殖就会停止，主要有2种生长控制：

   1）直接作用于细胞群，由子代细胞产生的对细胞增殖的反馈作用；

   2）作用于细胞周围环境，可以同时对几种细胞群起作用

         此外，神经调节、营养、温度等也起一定的调节作用。

2、肿瘤细胞群的增殖动力学 

         肿瘤是生物体内按自身规律增殖的细胞群，它的增殖不受机体的正常稳定控制系统约束。

 1）肿瘤内的细胞群

分裂细胞：

处于周期中的细胞，有一定的细胞周期时间。

静止细胞：

G0期细胞，保持生长能力。

无增殖能力的细胞：

从肿瘤治疗角度看已死亡。

破碎细胞

2）确定肿瘤生长速率主要考虑以下因素

细胞周期时间：

不同类型肿瘤细胞的细胞周期时间不同；同一肿瘤在不同情况下也有细胞周期时间的不同。

在人类肿瘤中，许多研究指出，细胞周期时间在15h到＞100h，平均2.3d。

生长分数（growthfraction）：

细胞群体中有增殖能力的细胞数与细胞总数之比值：

细胞丢失   有以下几个途径：

营养不良性坏死  远离血管的细胞；

细胞增殖死亡

死于免疫打击

转移

脱落

结论  如果细胞周期时间短、生长比例较高、细胞丢失少，那么肿瘤生长较快。

肉瘤与癌：

肉瘤细胞丢失系数低于癌细胞丢失系数。

大剂量照射后，当癌细胞的新生暂时终止或减低时，原有的癌细胞则因其高丢失系数不断死亡并被清除，肿瘤缩小。

而肉瘤则不同，由于其丢失系数低，在同样的辐射剂量下，体积缩小慢。

尽管从长远看，两种肿瘤的治愈率可能是相同的，而近期内肉瘤则比癌对射线表现出相对的抗性。

第四节 

肿瘤细胞对辐射的反应

一、辐射对肿瘤细胞群的影响 

增殖活跃的细胞对射线敏感

照射后细胞群内细胞周期再分布可以改变细胞群的敏感性

正常细胞一般增殖比较缓慢，PLD明显；肿瘤细胞增殖比较活跃，PLD较少

生长慢的肿瘤，照射后体积退缩慢

肿瘤组织受照后，可有再生长加速现象

正常细胞受照后，细胞增殖周期恢复正常快，肿瘤较慢。

二、肿瘤的剂量－效应曲线 

正常组织和肿瘤组织均有一个S形的剂量效应曲线，即在较小剂量时无致死效应，随着剂量增高，致死效应迅速增大；

在肿瘤致死效应约80％～90％处的照射剂量能使肿瘤细胞全部被消灭。

而此剂量已超过正常组织的耐受量。

组织损伤％ 

肿瘤控制％ 

A 

B

百分比 

0 

50 

100 

百分比 

0 

50 

100 

局部肿瘤消除 

最适 

并发症 

无并发症

局部控制 

A 

B 

最适 

并发症 

无并发症 

无并发症

局部控制

三、肿瘤细胞体内照射的存活曲线 

体内肿瘤照射后肿瘤细胞的存活曲线是双相性。

第一相的存活率重要与肿瘤的有氧细胞有关；第二相的存活率主要与乏氧细胞有关。

四、肿瘤组织放射敏感性 

影响肿瘤放射敏感性的因素

器官起源

氧合作用

增殖程度

分化程度

细胞在细胞周期中的位置

各种肿瘤的放射敏感性 

高敏感性肿瘤 

白血病、淋巴瘤、何杰金氏病、骨髓瘤、髓母细胞瘤、精原细胞瘤、横纹肌肉瘤及其它未分化型肿瘤 

放射敏感性 

肿  瘤  种  类 

敏感性肿瘤 

基底细胞癌、鳞状上皮癌、子宫癌或乳腺的腺癌 

抗拒性肿瘤 

除子宫和乳腺以外其它部位的腺癌、畸胎瘤、间皮瘤、分化好的肿瘤

第五节 放射治疗中的分次照射 

一、分次照射中的生物因素,即四个“R”：

1、放射损伤的修复（Repair）；

      SLD:

      PLD:

正常组织在照射后出现反应的时间及其与剂量的关系决定于组织或器官内的干细胞、增殖性细胞和功能性增殖特点。

早反应组织是指放射反应常在放疗早期出现，轻至中度反应在治疗后很快恢复。

如粘膜红斑、溃疡等；

晚反应组织：

放射损伤常在放疗结束后一段时间出现，常难以恢复，如放射性肺炎，放射性脊髓损伤、放射性肌肉萎缩等。

放疗时应避免这种损伤。

原因：

主要与相关靶细胞的细胞增殖动力学有关，也就是与靶细胞更新的速度有关。

相关的靶细胞更新速度快，那么，辐射效应的出现较早，而更新速度慢，则辐射效应的出现较迟。

对于照射后出现的早期或急性反应的靶细胞基本上已明确，但对产生后期反应的靶细胞却不完全清楚。

2、细胞再增殖（Repopulation）

  对根治性放射治疗，肿瘤再增殖的临床意义在于：

   1）不必要的延长治疗时间对治疗不利

   2）如果由于急性反应严重，治疗期间必须有一个间隔，间隔时间应尽量短。

   3）如果不能缩短总的治疗时间，分段治疗不是最好的治疗设计

   4）由于非医疗原因治疗间断，有时需要追加治疗，根治性治疗病例可以一天内给予2次治疗。

   5）增殖快的肿瘤必须快速治疗。

3、细胞周期内的再分布（Redistribution）；

4、肿瘤内乏氧细胞再氧合（Reoxygenation）

第六节 

放疗与其它疗效的联合应用

一、放射治疗与手术联合应用 

1、术前放射治疗

2、术后放射治疗

3、术中放射治疗

二、与化学药物治疗联合应用 

1、细胞对化疗药物和电离辐射反应的比较

    敏感性不同

   细胞的SLD和PLD不同

   氧效应不同

   抗拒性不同

二、与化学药物治疗联合应用 

2、与化学药物联合应用的理论基础

   空间协作

三、与增温治疗联合应用 

1、增温并用放射治疗的理论基础

  增温对乏氧细胞、PH低、营养较差的细胞作用大

  增温与乏氧是相互增敏剂

  增温对S期细胞损伤大

  增温可以阻止射线引起的SLD、PLD

复习题 

一、解释下列术语

   乏氧细胞，乏氧细胞再氧合，有丝分裂指数，标记指数，标记有丝分裂百分数，生长分数，丢失系数

二、回答问题

  影响多次照射的生物因素“4R”

不管是急性或后期反应，其靶细胞是不相同的。

如皮肤，产生急性反应的靶细胞是基底细胞，而与后期反应相关的靶细胞是真皮细胞。

因而急性反应的严重程度，并不能预测后期反应的严重性。

换句话说，急性反应和后期反应是相互分离的。