一、輻射生物效應原理△
(一）電離輻射的種類
⒈電磁輻射：x射線、γ射線
⒉粒子輻射
⑴α粒子：質量大，運動慢，短距離引起較多電離。
⑵β粒子或電子：質量小，易偏轉，深部組織電離作用。
⑶中子：不帶電荷的粒子，高傳能線密度射線。
⑷負π介子：大小介於電子和質子之間，可以帶＋、－或不帶電。
⑸重離子：某些原子被剝去外圍電子後，形成帶正電荷的原子核。
（二）直接作用和間接作用
1.直接作用（P52）
當X射線、γ射線、帶電粒子或不帶電粒子在生物介質中被吸收時，射線有可能直接與細胞中的靶分子作用，使靶分子的原子電離或激發，導致一系列的後果，引起生物學變化。
2.間接作用（P52）
射線通過與細胞中的非靶原子或分子（特別是水分子）作用，產生自由基，後者可以擴散一定距離達到一個關鍵的靶並造成靶分子損傷。
(三）輻射對生物作用的機制（P53）
(四）不同類型細胞的放射敏感性（P53）
⒈B-T定律：∝繁殖能力/分化程度
⒉cAMP：∝1/cAMP（淋巴細胞、卵細胞）
⒊間期染色體體積：∝體積
⒋線粒體數量：∝1/線粒體數量
(五)傳能線密度與相對生物效應
⒈傳能線密度（linearenergytransfer，LET）
傳能線密度是指次級粒子徑跡單位長度上的能量轉換，表明物質對具有一定電荷核一定速度的帶電粒子的阻止本領，也就是帶電粒子傳給其徑跡物質上的能量。常用用千電子伏特/微米表示（keV/μm)表示，也可用焦耳/米表示。單位換算為：
1keV/μm＝1.602×10-10J/m
⒉輻射生物效應與傳能線密度的關係
⑴射線的LET值愈大，在相同的吸收劑量下其生物效應愈大；
⑵LET與電離密度成正比，高LET射線的電離密度較大，低LET射線的電離密度較小。其中，電離密度是單位長度徑跡上形成的離子數；
⑶根據LET，射線可分為高LET射線和低LET射線。
低LET射線：X射線、γ射線、電子線等；
高LET射線：中子、質子、α粒子、碳離子等。
⒊劑量分佈與傳能線密度的關係
⒋相對生物效應（relativebiologicaleffect，RBE）
⑴定義:X射線(250kv)引起某一生物效應所需要劑量與所觀察的輻射引起同一生物效應所需要劑量的比值。
⑵LET與RBE的關係
RBE的變化是LET的函數。
①LET<10keV/μm，當LET增加時，RBE緩慢增加。
②LET>10keV/μm，當LET增加時，RBE上升加快。
③LET＝100keV/μm，RBE達到最大值。④LET>100keV/μm，RBE反而下降。
二、細胞存活曲線△
㈠概念（P54）
⒈細胞存活
細胞具有無限增殖的能力。
⒉“死亡”細胞
細胞失去增殖能力，即使照射後細胞的形態仍然保持完整，有能力製造蛋白質，有能力合成DNA，甚至還能再經過一次或兩次有絲分裂，產生一些子細胞，但最後不能繼續傳代者稱為“死亡”細胞。
⒊克隆（集落）
在離體培養的細胞中，一個存活的細胞可分裂增殖成一個細胞羣體。
㈡細胞存活曲線的繪製
㈢細胞存活曲線的參數及臨牀意義
⒈指數存活曲線
對高LET射線如α粒子、中子等，細胞存活曲線在半對數座標上是一條直線。其特點是：只有一個生物學參數，即斜率或D0值。（一次照射能殺滅63％的細胞的劑量，即斜率的倒數），公式表示為：
SF＝e－αD
在劑量D0作用下，細胞存活率SF=e-1=63％,即細胞羣受劑量D0照射後，其中63％的靶細胞受到致死劑量的擊中，而有37％的細胞倖免死亡，在此情況下，可將D0寫成D37,通常成為失活劑量或平均致死劑量。
⒉帶肩的細胞存活曲線的參數：
D0:平均致死劑量，表示直線部分的斜率K的倒數。代表細胞羣體的放射敏感性，即照射後餘37％細胞所需要的放射線劑量。
N值：細胞內所含的放射敏感區域數，即靶數，也是表示放射敏感性相關的參數，是存活曲線直線部分的延長線與縱軸相交處的數值。
Dq值：準閾劑量，代表存活的肩段寬度，也稱浪費的放射劑量。肩寬表示從開始照射到細胞呈指數性死亡所“浪費”的劑量。在此劑量範圍內，細胞表現為非致死損傷的修復，Dq值越大，説明造成細胞指數性死亡所需的劑量越大。
⒊細胞存活曲線的臨牀意義（P56－57）
⑴各種細胞與放射劑量的定量研究；
⑵比較各種因素對細胞放射敏感性的影像；
⑶觀察有氧與乏氧狀態下細胞放射敏感性的變化；
⑷比較不同分割照射方案的放射生物學效應，併為其提供理論依據；
⑸考察各種放射增敏劑的效果；
⑹比較單純放療或放療加化療或/和加温療法的作用；
⑺比較不同能量射線的生物學效應；
⑻研究細胞的各種放射損傷以及損傷修復的放射生物學理論問題。
㈢.線性二次方程（L-Q）公式（P56）
1.L-Q公式的定義：
S=e—(αD+βD2)
S：存活比例
e：自然對數
D：分次照射的劑量
α、β：係數
上述公式表明，某一劑量造成的細胞殺傷可由直接致死效應和間接致死效應組成，即α型和β型細胞殺傷。
①公式中e—αD產生的生物效應與劑量成反比，表示DNA單擊雙鍵斷裂，在細胞存活曲線上與劑量表現為線性關係。α表示單擊生物效應係數。
②公式中e—βD2產生的生物效應與劑量平方成正比，表示DNA多擊單鍵斷裂，與可修復的損傷累積有關，存活曲線表現為連續彎曲，β表示多擊生物效應係數。
當單次照射引起上述兩種效應相等時，α/β值即為兩種效應相等時的劑量。
e—αD=e—βD2
α/β=D
正常早期反應組織具有較高的α/β值(10Gy左右)，説明直接座標效應相對明顯，存活曲線表現的彎曲程度較小。
正常晚期反應組織的α/β值較低（約3Gy），表明直接殺傷要比早反應組織少，可修復損傷累積引起的殺傷相對較多。
早期反應組織是機體內分裂、增殖活躍並對放射線早期反應強烈的組織，如上皮、粘膜、骨髓、精原細胞等。
相對而言，機體內那些無再增殖能力，損傷後僅以修復代償其正常功能的細胞組織，稱為晚反應組織，如脊髓、腎、肺、肝、骨和脈管系統等。
2.L-Q公式設計最佳分次照射方案的一般原則
⑴為使正常組織的晚期損傷相對低於對腫瘤的殺滅，每次量應低於1.8～2.0Gy；⑵每天照射的分次總劑量應小於4.8～5.0Gy；
⑶每分次的間隔時間應大於6小時；
⑷在不致引起嚴重急性反應的前提下，儘量縮短總治療時間；
⑸最高總劑量應確定不會引起照射野內正常組織的晚期反應。兩週內給予的總劑量不能超過55Gy。
第三章臨牀放射生物學基礎（2）
一、細胞存活與修復△
㈠放射損傷的分類★
⒈致死損傷（lethaldamage,LD）
⒉亞致死損傷(sublethaldamage,SLD)
⒊潛在致死損傷（potentialdamage,PLD）
這部分損傷受照射後受環境的影響，或能修復，或走向死亡。
㈡潛在致死損傷與修復
按正常情況細胞將死亡，但一旦照射後環境有所變化，而且存活率又有提高，則考慮是由於潛在致死損傷的修復。
㈢亞致死損傷與修復
當一個特定的照射分為間隔一定時間段的兩次給予後，能觀察到細胞存活率的增加。兩次照射之間分別在室温、正常温度：
⒈室温下培養
室温培養，可防止細胞在照射間隙的細胞週期內改變時相，證實未受細胞週期時相變化影響的亞致死損傷修復現象。
⒉正常的温度下培養
在前幾個小時可見快速的亞致死損傷修復，但當兩次分割的間隔更長時，細胞存活率再次下降。解釋如下：
①放射敏感時相細胞被殺滅，存活細胞羣趨於集中於放射抗拒週期內。
②6小時後第二次照射。細胞羣在週期內行進，達到G2或M時相。放射敏感程度超過亞致死損傷效應修復的效應，細胞存活率下降。三種過程同步存在的綜合。
①亞致死放射損傷的快速修復；(Repair)②在分次照射期間細胞在週期內的行進，稱之為細胞的
再分佈；(Redistribution)
③如兩個分次照射的間隔是10～12h，超過了這些快速生長細胞的.細胞週期時間，由於細胞分裂或再羣體化，又出現細胞存活率增加。(Regeneration)
再氧合（Reoxygenation)
㈣影響細胞放射損傷與修復的因素
⒈射線種類
⑴細胞放射損傷隨射線LET的增大而加大；
⑵重離子、中子、粒子照射後，細胞基本不存在潛在致死損傷的修復；
⑶輻射種類對亞致死損傷修復的影響可以從照射後劑量存活曲線曲線的肩區大小反應出來。X線照射者肩區最寬，粒子照射沒有肩區，中子照射肩區極小。
⒉劑量率
總劑量一定時，劑量率越低，照射時間越長，生物效應就越輕。
⒊氧效應
⑴完全氧合的細胞比低氧細胞對輻射更加敏感；
⑵低LET的X射線或γ射線，其OER值約為2.5～3.5，
重粒子的OER為1，中子的OER值為1.6；
⑶氧效應
⒋輻射增敏劑和防護劑
⑴增敏劑：氧、滷代嘧啶類化合物、親電子性化合物、中藥、乏氧細胞毒性化合物等。主要作用是降低細胞積累亞致死性損傷的能力，細胞存活曲線上表現為肩區和斜率的明顯改變。
⑵防護劑:作用機制涉及自由基清除與氧有關的修復反應以及對細胞的防護保護作用等。要求對腫瘤細胞無保護作用，而對大多數正常組織均有防護作用。
⒌加熱
⑴方法：包括熱水浴、短波透熱、超聲和射頻等；
⑵效應特點：41.5℃～46.5℃，温度升高，持續越久，細胞殺傷作用越顯著；
⑶細胞存活曲線：開始出現“肩區”，隨後出現指數殺滅部分；
⑷機理：熱對膜的損傷增加了細胞死亡的機率；
⑸影響因素：PH值、細胞營養條件和氧、細胞週期等。
二、分次放療中的4“R”原則△
㈠放射損傷的修復(Repair)
以上提到的亞致死性損傷的修復和潛在致死性損傷的修復。
㈡週期內細胞的再分佈(Redistribution)
細胞的放射敏感性因所處的時相不同而不同。總的傾向是處於S期的細胞是最耐受的，處於G2期和M期的細胞是最具放射敏感性。
研究發現，分次放射治療中存在着處於相對放射抗拒時相的細胞向放射敏感時相移動的再分佈現象。這有助於提高放射線對腫瘤的殺傷效應。但如果未能進行有效的細胞週期時相再分
布，則可能成為放射抗拒的機制之一。
在分次照射期間細胞在週期內的行進，稱之為細胞的再分佈。
㈢氧效應和乏氧細胞的再氧合（Reoxygenation)
⒈氧效應
在有氧的情況下，氧能與自由基（R）作用形成有機過氧基（RO2），它是靶物質的不可逆形式，於是損傷被化學固定下來，因此認為氧對照射的損傷起了“固定”作用，稱之為“氧固定學説”。氧效應就是氧在放射線和生物體相互作用中所起的影響。
⒉乏氧細胞的再氧合
實驗表明，直徑<1cm的腫瘤是充分氧合的，超過這個大小就會出現乏氧。如果用大劑量單次照射，腫瘤內大多數放射敏感的氧合好的細胞將被殺死，剩下的那些活細胞是乏氧的。因此，照射後即刻的乏氧分數將會接近100％，然後逐漸下降並接近初始值，這種現象稱為再氧合。
⒊氧效應對細胞存活曲線的影響
大劑量分次照射氧合好的細胞和乏氧細胞的效應。如果沒有再氧合的發生，則每分次劑量照射後只能期望殺死極小數量的乏氧細胞。存活曲線區域平坦。在療程後期，乏氧細胞羣體的效應將佔主要地位。如果分次間有氧合發生，則放射對初始乏氧細胞的殺滅作用會增大，從而使乏氧細胞的負面效應減少。
⒋氧增強比（oxygenenhancementratio，OER）
⑴定義：在缺氧條件下，引起一定效應所需放射劑量與有氧條件下引起同樣效應所需放射劑量的比值，常用來衡量氧效應的大小。
⑵不同射線的OER值
低LET射線：有氧條件下放射損傷嚴重，反之則損傷較輕。如：X射線、γ射線的OER值一般為2.5～3。
高LET射線：放射敏感性對細胞中含氧狀態的依賴性較小。
如：α粒子OER為1，即沒有氧效應。
㈣再增殖或再羣體化(Regeneration)
1.正常組織
損傷之後，組織的幹細胞及子代細胞在機體調節機制作用下，增殖、分化、恢復組織原來形態的過程稱做再羣體化。
⒉腫瘤組織
照射後可啟動腫瘤內存活的克隆源細胞，使之比照射或用藥以前分裂更快，稱為加速再羣體化。換言之，臨牀進行分次照射時，每次照射劑量不可能達到破壞全部腫瘤細胞的目的，在此期間，腫瘤細胞的再生或再羣體化是不可避免的。
㈤內在敏感性(intrinsicRadio-sensitivity)
不同細胞照射後細胞存活比例不同，尤其在低劑量率時更加明顯。這些反映出其內在的敏感性有差異。
三、放射增敏△
㈠放射源的選擇
理想的劑量分別應該是放射線能在腫瘤深度達到高劑量，而在腫瘤前後的正常組織劑量較低，旁向散射較少。
γ射線、X射線：合理射野後腫瘤前後組織仍受到較大劑量的照射。
醫用加速器電子束：治療表現部位的腫瘤而保護腫瘤後面的正常組織。
高LET射線：腫瘤前後的正常組織受量均相對較低。
㈡選擇合適的劑量
