核醫(yī)學(xué)第3章電離輻射生物效應(yīng)與放射衛(wèi)生防護(hù)1匯總

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(hù)衛(wèi)生防護(hù) ( (第第1 1部分部分) )本章內(nèi)容本章內(nèi)容為什么要學(xué)為什么要學(xué)電離輻射生物效應(yīng)與放射衛(wèi)生防護(hù)電離輻射生物效應(yīng)與放射衛(wèi)生防護(hù)1. 放射線(xiàn)作用具有兩面性，需趨利避害1 在造福人類(lèi)的在造福人類(lèi)的同時(shí)，過(guò)量照射能同時(shí)，過(guò)量照射能對(duì)人體造成有害的對(duì)人體造成有害的影響影響2 輻射防護(hù)的目輻射防護(hù)的目的就是要把放射線(xiàn)的就是要把放射線(xiàn)對(duì)人的影響減少到對(duì)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)射線(xiàn)對(duì)人體影響的射線(xiàn)對(duì)人體影響的知識(shí)和防護(hù)措施，知識(shí)和防護(hù)措施，才能趨利避害，化才能

2、趨利避害，化害為利害為利2.培養(yǎng)大家對(duì)放射性突發(fā)事件的應(yīng)急處理能力，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的防護(hù);3.由于環(huán)保和醫(yī)療放射性管理的加強(qiáng)，醫(yī)生必須懂得防護(hù)的原則，措施，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);4.放射生物學(xué)是生命科學(xué)研究的一個(gè)重要學(xué)科。 放射防護(hù)研究歷史放射防護(hù)研究歷史1911年，開(kāi)始有輻射引起皮膚損傷和皮膚癌的報(bào)道；1920年，美國(guó)倫琴射線(xiàn)學(xué)會(huì)成立“輻射防護(hù)委員會(huì)”，同年英國(guó)也成立了“倫琴射線(xiàn)和鐳的防護(hù)委員會(huì)”，開(kāi)始從事放射線(xiàn)對(duì)人體損害的研究；1928年，第一個(gè)國(guó)際性組織“X射線(xiàn)和鐳的防護(hù)委員會(huì)”成立，1950年正式命名為“國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)”(International Commission on Radiologi

3、cal Protection, ICRP)電磁輻射非電離輻射電離輻射日常所見(jiàn)的微波、無(wú)線(xiàn)電波、紫外線(xiàn)和可見(jiàn)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(lèi)電磁輻射分類(lèi)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(hù)照射量照射量 (exposure dose) 是直接度量X、射線(xiàn)對(duì)空氣電離能力的量值，可間接反映X、輻射場(chǎng)的強(qiáng)弱，以X表示。定義： X或射線(xiàn)在單位質(zhì)量為dm的空氣中與原子核相互作用，釋放出來(lái)的次級(jí)電子完全被阻止時(shí)，所產(chǎn)生的同一種符號(hào)的離子總電荷的絕對(duì)值dQ與dm之比，即 X=dQ/dm國(guó)際單位為庫(kù)侖庫(kù)侖/千克千克(C/kg），簡(jiǎn)寫(xiě)為Ckg-1。

4、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(shí)間內(nèi)的照射量。單位有庫(kù)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?jī)H適用于能量在10keV3MeV范圍內(nèi)的X、射線(xiàn)照射空氣，不能用于其它射線(xiàn)和靶物質(zhì)。定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的受照物質(zhì)吸收射線(xiàn)的平均能量。以D表示，即D=dE/dm國(guó)際單位是戈瑞（戈瑞（gray，Gy） ，1 Gy表示1千克受射線(xiàn)照射物質(zhì)吸收射線(xiàn)能量為1焦耳，簡(jiǎn)寫(xiě)為Jkg-1。傳統(tǒng)單位是拉德(rad)。 1 Gy100rad對(duì)于空氣輻射場(chǎng)中的X或射線(xiàn)，吸收劑量D與照射量X可通過(guò)下式換算：D=3

5、3.84X吸收劑量率：指單位時(shí)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(lèi)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(dāng)量劑量當(dāng)量劑量 (equivalent dose)是衡量各種輻射各種輻射對(duì)生物機(jī)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(lèi)輻射在組織T中所致的平均吸收劑量；WR：某種射線(xiàn)的輻射權(quán)重因數(shù)，為一個(gè)無(wú)量綱的量國(guó)際單位也是Jkg-1，并給其一個(gè)專(zhuān)有名稱(chēng)是希沃特（希沃特（sievert，Sv）。舊制單位是雷姆(rem), 1 Sv=100 rem。

6、當(dāng)量劑量率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的劑量當(dāng)量。單位是SvS-1適用范圍：劑量當(dāng)量一般只限用于放射防護(hù)。 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(jì)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次核衰變次核衰變/ /秒秒 當(dāng)量劑量當(dāng)量劑量 (H)(H) 1 1希沃特希沃特 = 1= 1焦耳焦耳/ /千克千克任

7、何物質(zhì)任何物質(zhì) 有機(jī)體有機(jī)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(chēng)名稱(chēng)國(guó)際制單位國(guó)際制單位SI舊專(zhuān)用舊專(zhuān)用單單 位位單位換算單位換算名稱(chēng)名稱(chēng)代號(hào)代號(hào) 名稱(chēng)名稱(chēng) 代號(hào)代號(hào)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(kù)侖庫(kù)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 rad1rad=0.01 Gy當(dāng)量劑量當(dāng)量劑量 H希沃特希沃特Sv雷姆雷姆rem1 Sv=100 rem1rem=0

8、.01 Sv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(lái)源 2.1 2.1 天然本底輻射天然本底輻射 nature background 在人類(lèi)生存的環(huán)境中，自然存在的多種射線(xiàn)和放射性物質(zhì)。包括宇宙射線(xiàn) cosmic radiation 、宇宙射線(xiàn)感生放射性核素 cosmogenic radionuclide 和地球輻射 earth radiation 。 1.宇宙射線(xiàn)初級(jí)宇宙射線(xiàn)初級(jí)宇宙射線(xiàn)：星球碰撞、爆炸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(chǎng)的作用下形成的高能粒子流，其中主要是磁場(chǎng)的作用下形成的高能粒子流，其中主要

9、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(jí)宇宙射線(xiàn)次級(jí)宇宙射線(xiàn)：初級(jí)宇宙射線(xiàn)從宇宙空間進(jìn)入大氣層后，：初級(jí)宇宙射線(xiàn)從宇宙空間進(jìn)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(xiàn)射線(xiàn)2009年10月9日，法國(guó)天文臺(tái)向蒙帕納斯大樓（宇宙射線(xiàn)實(shí)驗(yàn)室）屋頂發(fā)射激光束宇宙射線(xiàn)的輻射特點(diǎn)宇宙射線(xiàn)的輻射特點(diǎn)能量范圍寬，強(qiáng)度隨海拔能量范圍寬，強(qiáng)度隨海拔高度高度、緯度緯度的不同而變化。對(duì)人體產(chǎn)生外照射。的不同而變化。對(duì)人體產(chǎn)生外照射。 初級(jí)宇宙射線(xiàn)進(jìn)入大氣層后產(chǎn)生初級(jí)宇宙射線(xiàn)進(jìn)入大氣層后產(chǎn)生次級(jí)宇宙射線(xiàn)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)示意圖次

10、級(jí)宇宙射線(xiàn)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)示意圖 2.宇宙射線(xiàn)感生放射性核素初級(jí)宇宙射線(xiàn)從宇宙空間進(jìn)入大氣層后，與空氣分子發(fā)生核反應(yīng)除放出射線(xiàn)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?；蛴晁德涞孛鏀z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(guò)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(lái)源。 共同特點(diǎn)： A.起始的母體放射性核素具有與地球年齡相當(dāng)?shù)陌胨テ?，能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的形成系列衰變。 B.系列衰變?cè)氐拿恳粭l衰變線(xiàn)都會(huì)產(chǎn)生222Rn2（氡氣）。 C.最后都形成穩(wěn)定核素-

11、鉛（Pb） 40K、14C等單獨(dú)存在的天然放射性核素 （半衰期很長(zhǎng)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)正常本底地區(qū) 照射量升高的地區(qū)照射量升高的地區(qū) 宇宙射線(xiàn) 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

12、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(jì) 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：減少醫(yī)學(xué)放射工作人員的職業(yè)照射；減少患者受到的醫(yī)療照射；降低可能發(fā)生的公眾輻射。醫(yī)療照射的趨勢(shì)：受檢人數(shù)逐年增加；由于技術(shù)裝備改進(jìn)，同樣項(xiàng)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火力發(fā)電站

13、：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(chǎng)所釋放出來(lái)的放射性物質(zhì)是同級(jí)核能發(fā)電廠(chǎng)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)核電站:開(kāi)采，使用，乏燃料后處理核事故：核電站、醫(yī)療事故、丟源其它人工輻射：主要包括消費(fèi)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(xiàn)。包括輻射發(fā)光產(chǎn)品、工業(yè)表盤(pán)和鐘表、電子或電器件、靜電消除器、煙霧探測(cè)器、含鈾和釷的制品等。（此類(lèi)輻射引起的集體有效劑量當(dāng)量很小，但應(yīng)用廣泛，接觸人群廣，故其生產(chǎn)、銷(xiāo)售、使用和報(bào)廢都有嚴(yán)格規(guī)定限制。）人工輻射源輻射年有效劑量電離輻射電離輻射電離輻射分為兩大類(lèi)：其發(fā)射的粒子是帶電粒子的如

14、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(shí)能直接使物質(zhì)電離或激發(fā)；1.發(fā)射的粒子是不帶電的如光子（X射線(xiàn)、射線(xiàn)）、中子等，它們與物質(zhì)作用時(shí)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(jí)電子，而這些次級(jí)帶電粒子能再度使物質(zhì)發(fā)生電離。稱(chēng)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(xiàn)能量，升到較高能級(jí)，但電子仍然沒(méi)有脫離原子或分子，此種現(xiàn)象叫做原子或分子的激發(fā)；如果射線(xiàn)有足夠的能量使1個(gè)或多個(gè)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(gè)電離過(guò)程的能量損失約為33eV，該能量足以破壞很強(qiáng)的化學(xué)鍵。傳能線(xiàn)密度

15、 與 相對(duì)生物效應(yīng) 一、傳能線(xiàn)密度一、傳能線(xiàn)密度 （linear energy transfer，LET）定義：定義：帶電粒子在其單位長(zhǎng)度徑跡單位長(zhǎng)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(jí)帶電粒子的X、射線(xiàn)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(yùn)動(dòng)速度和所載電荷有關(guān)：與運(yùn)動(dòng)速度呈負(fù)相關(guān)；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(lái)說(shuō)，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(xiàn)的各種射線(xiàn)的LETLET值值 二、二、 相對(duì)生物效

16、應(yīng)相對(duì)生物效應(yīng) （ relative biological effect, RBE） RBE X或射線(xiàn)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(guān)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(xiàn)或60Co的射線(xiàn)為基準(zhǔn)各種電離輻射的相對(duì)生物效應(yīng)各種電離輻射的相對(duì)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(shí)，不同種類(lèi)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(lèi)不同，產(chǎn)生的效應(yīng)也不同；劑量相同、輻射種類(lèi)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(lèi)的輻射所需的劑量就若要產(chǎn)生相同效應(yīng)，則不同種類(lèi)的輻射所需

17、的劑量就不同不同。 （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(shí)；LET繼續(xù)增加，RBE反而下 降，表明更多的射線(xiàn)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 與與 繼發(fā)作用一、原發(fā)作用（primary effect） 指從照射之時(shí)起到在細(xì)胞學(xué)上觀(guān)察到可見(jiàn)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(guò)程原初和強(qiáng)化過(guò)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(gè)階段。 此過(guò)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(jìn)行的。二、繼發(fā)作用

18、（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(xì)胞亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的破壞破壞細(xì)胞內(nèi)水解細(xì)胞內(nèi)水解酶的釋放酶的釋放信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)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)性的紊亂協(xié)調(diào)性的紊亂生物化學(xué)損傷生物化學(xué)損傷細(xì)胞、組織器官細(xì)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

19、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(guò)程稱(chēng)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(jí)躍遷到較高能級(jí)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： 電離輻射作用于機(jī)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(chēng)水的輻解反應(yīng)，各種自由基和活性離子統(tǒng)稱(chēng)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

20、+，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(jī)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(xiàn)造成的生物大分子損傷效應(yīng)射線(xiàn)造成的生物大分子損傷效應(yīng)稱(chēng)為直接作用直接作用。特點(diǎn)：特點(diǎn)：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(duì)對(duì)DNA分分子損傷的子損傷的直接作用直接作用電離輻射對(duì)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

21、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(duì)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子引起后者的物理和化學(xué)變化。特點(diǎn)：特點(diǎn)：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(duì)電離輻射對(duì)DNA分子損傷的間接作用分子損傷的間接作用間接

22、作用間接作用間接作用對(duì)組織或細(xì)胞的損害：破壞細(xì)胞膜，使膜脂質(zhì)過(guò)氧化，引起膜結(jié)構(gòu)的破壞；使細(xì)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；使糖鏈斷裂和失活；1.引起核酸的損傷，造成細(xì)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(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(wú)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

23、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(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?chē)鷾囟壬叨又亍?原理：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(lái)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)防護(hù)效應(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(hù)劑輻射防護(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

24、種物質(zhì)，能減輕其輻射損傷，促進(jìn)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(hù)劑時(shí)，引起致死效應(yīng)所需輻照劑量 無(wú)防護(hù)劑時(shí)，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(xì)胞或生物大分子的輻射效應(yīng)隨周?chē)橘|(zhì)中氧濃度周?chē)橘|(zhì)中氧濃度升高而增加。 氧 + 自由基 過(guò)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)。 氧增強(qiáng)比氧增強(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

25、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(jī)制氧效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制：氧具有雙重作用。 氧固定假說(shuō)氧固定假說(shuō) ：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(guò)氧化物基團(tuán) ROO。 輻射 O2 R R ROOl 氧濃度對(duì)氧效應(yīng)的影響F有氧條件下細(xì)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(shí)，敏感性處于坪值l 照射時(shí)間對(duì)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(wú)效 氧效應(yīng)生物學(xué)意義氧

26、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)胞增敏劑乏氧細(xì)胞增敏劑可以增加射線(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷能力。自 由 基自由基自由基（free radical）：指含有一個(gè)或多個(gè)不配對(duì)電不配對(duì)電子子的原子、分子、離子或游離基團(tuán)。形成方式形成方式均裂（homolytic fission) 自由基的特性自由基的特性：l高反應(yīng)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(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

27、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(guò)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(guò)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(chēng)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

28、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(xiàn)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(lái)講屬于活性氧。常常見(jiàn)見(jiàn)氧自由基氧自由基符號(hào)符號(hào)中文名中文名英文名英文名超氧陰離子Superoxide anion radicalHO2 氫過(guò)氧基Hydrogen peroxide radicalHO羥自由基Hydroxyl radicalRO氧有機(jī)自由基Oxygen organic free radicalROO有機(jī)過(guò)氧基Organic peroxide radical1O2 單線(xiàn)態(tài)氧Singlet oxygenL脂自由基Lipid free radicalLOO脂

29、過(guò)氧基Lipid peroxide radical2O自由基對(duì)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(jī)分子中的H轉(zhuǎn)移至自身，形 成有機(jī)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(jī)分子中雙鍵部位 的反應(yīng) H + RCH = CH2 RCH CH2 H 3) 3) 歧化反應(yīng)：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)椒磻?yīng)

30、鏈?zhǔn)椒磻?yīng): 在生物系統(tǒng)中脂質(zhì)（RH）的過(guò)氫化就是 鏈?zhǔn)椒磻?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(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(guò)氧化氫酶（catalase,CATCAT）硒谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（selenium dependent glutathione peroxidase, SeGSHPxSeGSHPx）、磷脂氫過(guò)氧化物谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase, PHGSHPxPHGSHPx） 谷胱甘肽轉(zhuǎn)硫

31、酶（nonseG SHPXSHPX） 超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SODSOD）非特異性過(guò)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(lèi)胡蘿卜素 泛醌 可消除1O2和2O阻斷脂質(zhì)過(guò)氧化作用 直接與活性氧起反應(yīng)抑制脂質(zhì)過(guò)氧化 可清除2O 可與脂自由基（L） 或脂過(guò)氧基（LOO）反應(yīng) （三）水溶性小分子抗氧化劑（三）水溶性小分子抗氧化劑維生素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(shí)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(lán)蛋白銅藍(lán)蛋白（ceruloplasmin）是人血漿的含銅

32、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(guò)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(guò)氧基，還可以作為過(guò)氧化物酶還原H2O2和有機(jī)過(guò)氧化物的提氫體。21O2O 輻射生物效應(yīng)作用機(jī)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(lèi)種類(lèi)：電離密度和穿透能力2. 輻射劑量劑量：一般情況存在正的劑量效應(yīng)關(guān)系（非線(xiàn)性）3. 輻射的劑量率劑量率 ：?jiǎn)挝粫r(shí)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.

33、 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(jī)體有關(guān)機(jī)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(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)育的放射敏感性、個(gè)體發(fā)育的放射敏感性 敏感性隨個(gè)體發(fā)育過(guò)程而逐漸降低 十日法規(guī)：十日法規(guī)：對(duì)育齡婦女下腹部的X射線(xiàn)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、亞細(xì)胞和分子水平的放射敏感性、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 DNA mRNA rRNA tRNA 蛋白質(zhì) 4、不同器官、組織和細(xì)胞的放射敏感性、不同器官、組織和細(xì)胞的放射敏感性 Berg

34、onie 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(xì)胞的分裂活動(dòng)成正比分裂活動(dòng)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(jué)器官、內(nèi)皮細(xì)胞、皮膚上皮 3. 輕度敏感組織：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：不敏感組織： 肌組織、軟骨和骨等特例：卵母細(xì)胞和淋巴細(xì)胞不能迅速分裂，但兩者都對(duì)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(jī)體受照射

35、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(chēng)其為溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)。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：溫度造成動(dòng)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(kuò)散受阻。2. 氧氧：受照組織、細(xì)胞或溶液系統(tǒng)的輻射效應(yīng)隨周?chē)橘|(zhì)中氧濃度的增加而增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為氧增強(qiáng)效應(yīng)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)”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(duì)溶質(zhì)的損傷效應(yīng)降低稱(chēng)為防護(hù)效應(yīng)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

36、含有輻射防護(hù)劑輻射防護(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)。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)生物大分子的輻射效應(yīng)生物大分子的輻射效應(yīng)細(xì)胞的輻射效應(yīng)細(xì)胞的輻射效應(yīng)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(dá)到上萬(wàn)或更多的有機(jī)分子。高相對(duì)分子量的生物有機(jī)化合物（生物大分子）主要是指核酸、蛋白質(zhì)以及高相對(duì)分子量的碳?xì)浠衔铮ㄖ|(zhì)、糖類(lèi)）。這個(gè)定義只是概念性的，與生物大分子對(duì)

37、立的是小分子物質(zhì)（二氧化碳、甲烷等）和無(wú)機(jī)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(xì)胞增殖、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，是引起細(xì)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(xì)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(dú)立存在的、帶有一個(gè)或多個(gè)不成對(duì)電子的原子、分子、基團(tuán)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

38、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(guò)程和參與酶及因子復(fù)制的過(guò)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(bǔ)配對(duì)原則，由氫鍵連結(jié)而成的雙股螺旋結(jié)構(gòu)每一種脫氧核糖核苷酸脫氧核糖核苷酸由三個(gè)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(diǎn)特點(diǎn)：a)DNA雙鏈中一條鏈斷裂者稱(chēng)為單鏈斷裂(Sin

39、gle Strand Break, SSB)b)兩條鏈在同一處或相鄰處斷裂者稱(chēng)為雙鏈斷裂(Double Strand Break DSB)c)在許多細(xì)胞中單鏈斷裂比雙鏈斷裂高10-20倍d)射線(xiàn)種類(lèi)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(shí)驗(yàn)顯示DNA斷裂彗星實(shí)驗(yàn)彗星實(shí)驗(yàn)(Comet assay) ，它是細(xì)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(gè)細(xì)胞樣品，電泳時(shí)， 斷裂的DNA在電場(chǎng)力作用下向陽(yáng)極移動(dòng)，經(jīng)熒光染料染色，在熒光顯微鏡下可觀(guān)察彗星樣圖像明亮的頭部和彌散的彗尾，之后進(jìn)行圖形分析即可在單細(xì)胞水平判斷DNA損傷程度。-H2AX免疫熒

40、光染色實(shí)驗(yàn)顯示DNA斷裂外周血淋巴細(xì)胞在不同計(jì)量射線(xiàn)照射后，-H2AX免疫熒光染色（綠色）。綠色熒光點(diǎn)越多，顯示細(xì)胞DNA損傷位點(diǎn)越多，損傷越嚴(yán)重。2) 氫鍵斷裂和堿基損傷射線(xiàn)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(lái)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)從比較堅(jiān)實(shí)變得比較“疏松”；脫氧核糖上的每個(gè)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(guò)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DN

41、A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(qiáng)分解代謝增強(qiáng)(1)劑量-效應(yīng)關(guān)系：照射后，輻射敏感細(xì)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(lài)關(guān)系，隨照射后時(shí)間延長(zhǎng)，受大劑量和小劑量照射產(chǎn)生兩種趨勢(shì)，大劑量照射者摻入進(jìn)一步減少，而受小量照射者可逐漸恢復(fù)。(2) DNA合成抑制的機(jī)制：各種三磷酸腺苷在合成的過(guò)程中，有些環(huán)節(jié)對(duì)射線(xiàn)是很敏感的，造成核苷酸合成障礙射線(xiàn)導(dǎo)致DNA模板損傷，引起錯(cuò)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(xiàn)對(duì)DNA復(fù)制過(guò)程的影響破壞了DNA復(fù)制的調(diào)控機(jī)制。DNA合成抑制是

42、一個(gè)非常敏感的輻射生物效應(yīng)指標(biāo)。1) DNA合成抑制2) DNA分解代謝增強(qiáng)在DNA合成抑制的同時(shí)，其分解代謝增強(qiáng)，表現(xiàn)為脫氧核糖核酸酶（DNase）活性增高。機(jī)制：射線(xiàn)破壞了溶酶體和細(xì)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，在較低劑量范圍內(nèi)，DNA降解的程度隨照射劑量的增加而直線(xiàn)上升，在較高照射劑量范圍內(nèi)DNA趨于穩(wěn)定，達(dá)細(xì)胞DNA總量的40-70%。在DNA降解和細(xì)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(xì)胞死亡。所以說(shuō)，電離輻射對(duì)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.

43、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(xì)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(kāi)始修復(fù)，以后逐漸減慢,修復(fù)速率和時(shí)間呈負(fù)指數(shù)關(guān)系。一般在1h內(nèi)修復(fù)可達(dá)90%，半修復(fù)時(shí)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(dòng)物細(xì)胞雙鏈斷裂的修復(fù)可分為快修復(fù)和慢修復(fù)兩個(gè)階段，快修復(fù)的半修復(fù)時(shí)間為10數(shù)分鐘；而慢修復(fù)的半修復(fù)以小時(shí)計(jì)算。不同細(xì)胞間修復(fù)水平差異很大。在體外細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，照射后保溫較長(zhǎng)時(shí)間后仍有雙鏈不能完全修復(fù)，這是造成

44、細(xì)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(xiàn)引起的二聚體改變,受照射后經(jīng)過(guò)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(cè)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(diǎn)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(wú)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(jī)制。是細(xì)胞對(duì)DNA某些損傷修復(fù)的一種簡(jiǎn)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(D

45、NA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(duì)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(guò)識(shí)別切除（堿基切除和核苷酸切除）修補(bǔ)再連接三個(gè)特點(diǎn):準(zhǔn)確、無(wú)誤、正確修復(fù)。3) 重組修復(fù)當(dāng)DNA雙鏈發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，即兩條鏈同時(shí)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(jī)制是通過(guò)重組，故稱(chēng)為重組修復(fù)。這種修復(fù)機(jī)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(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)時(shí)所誘導(dǎo)的一種DNA修復(fù)方式，修復(fù)結(jié)

46、果只是能維持基因組的完整性，提高細(xì)胞的生成率，但留下的錯(cuò)誤較多，故又稱(chēng)為錯(cuò)誤傾向修復(fù)（error-prone repair），使細(xì)胞有較高的突變率。5.復(fù)制的過(guò)程和參與酶及因子1）拓?fù)洚悩?gòu)酶）拓?fù)洚悩?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(guò)程分四個(gè)階段。親代DNA分子超螺旋的構(gòu)象變化及雙螺旋的解鏈，將復(fù)制的模板展現(xiàn)出來(lái)。復(fù)制的引發(fā)階段，有引物RNA進(jìn)行53方向的合成DNA鏈的延長(zhǎng)，在引物RNA合成基礎(chǔ)上，進(jìn)行DNA鏈的53方向合成，前導(dǎo)鏈連續(xù)地合成出一條長(zhǎng)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(gè)片段靠近。在連接酶作用下，各

47、片段連接成為一條長(zhǎng)鏈。終止階段，復(fù)制叉行進(jìn)到一定部位就停止前進(jìn)，最后前導(dǎo)鏈與隨從鏈分別與各自的模板形成兩個(gè)子代DNA分子，到此復(fù)制過(guò)程就完成了。1) 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶可改變DNA拓?fù)湫再|(zhì)。在DNA復(fù)制時(shí)，復(fù)制叉行進(jìn)的前方DNA分子總是產(chǎn)生超螺旋，拓?fù)涿缚伤沙诔菪?，還可以引入負(fù)超螺旋，有利于復(fù)制叉的行進(jìn)及DNA的合成。在復(fù)制完成后，拓?fù)涿赣挚蓪NA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(jìn)行時(shí)，首先要在復(fù)制起點(diǎn)處解開(kāi)雙鏈，反應(yīng)是在一類(lèi)解鏈酶的催化下進(jìn)行的。解鏈酶要通過(guò)ATP的分解獲得能量，以解開(kāi)雙鏈。大部分的解鏈酶在復(fù)制叉的進(jìn)行中連續(xù)地解開(kāi)DNA雙

48、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(jìn)行而移動(dòng)。3) 單鏈結(jié)合蛋白(SSB)單鏈結(jié)合蛋白與解開(kāi)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(hù)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(cuò)。二、細(xì)胞的輻射效應(yīng)二、細(xì)胞的輻射效應(yīng)1 1、細(xì)胞存活曲線(xiàn)、細(xì)胞存活曲線(xiàn)2 2、細(xì)胞的輻射敏感性、細(xì)胞的輻射敏感性3 3、輻射誘導(dǎo)細(xì)胞死亡、輻射誘導(dǎo)細(xì)胞死亡4 4、細(xì)胞的輻射損傷、細(xì)胞的輻射損傷1 1）細(xì)胞周期各時(shí)期細(xì)胞的輻射效應(yīng)）細(xì)胞周期各時(shí)期細(xì)胞的輻射效應(yīng)2 2）細(xì)胞輻射損傷的修復(fù)）細(xì)胞輻射損傷的修復(fù)1.

49、細(xì)胞存活曲線(xiàn)受輻照后的細(xì)胞接種在培養(yǎng)皿上，培養(yǎng)一段時(shí)間后觀(guān)察細(xì)胞集落形成率，以每一集落代表1個(gè)存活細(xì)胞。以集落形成率代表細(xì)胞存活率與照射劑量在半對(duì)數(shù)座標(biāo)紙上作圖即構(gòu)成細(xì)胞的劑量存活曲線(xiàn)。細(xì)胞存活率（集落形成率）隨照射劑量增加而減少。細(xì)胞的劑量存活曲線(xiàn)（dose survival curve）反映了照射劑量與細(xì)胞死亡率之間的關(guān)系，是分析受照射細(xì)胞群體輻射效應(yīng)的一種模式。劑量存活曲線(xiàn)的形狀有兩種：A線(xiàn)是簡(jiǎn)單的指數(shù)曲線(xiàn)，B線(xiàn)是帶“肩”的指數(shù)曲線(xiàn)哺乳類(lèi)細(xì)胞劑量存活曲線(xiàn)哺乳類(lèi)細(xì)胞劑量存活曲線(xiàn)常用常用 D0、Dq、n等參數(shù)表示存活曲線(xiàn)等參數(shù)表示存活曲線(xiàn)的特征。的特征。根據(jù)D0，n和Dq等參數(shù)，可以比較不同

50、細(xì)胞株的輻射敏感性和修復(fù)能力。劑量存活曲線(xiàn)反映了不同細(xì)胞的輻射敏感性和劑量依賴(lài)關(guān)系，對(duì)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?jǐn)?shù)（survival fraction）對(duì)數(shù)座標(biāo)的0.1和0.037兩點(diǎn)分別作平行線(xiàn)與直線(xiàn)相交，然后從這兩個(gè)相交點(diǎn)分別作垂直線(xiàn)與劑量軸相交。劑量軸上兩個(gè)相交點(diǎn)劑量之差即為D0 。D0是該直線(xiàn)斜率的倒數(shù);D0值的大小反映了細(xì)胞的輻射敏感性。一些哺乳動(dòng)物細(xì)胞的一些哺乳動(dòng)物細(xì)胞的D0值（值（X射線(xiàn)，射線(xiàn)， 射線(xiàn)）射線(xiàn)）來(lái) 源細(xì)胞株或組織D0（Gy）人皮膚成纖維細(xì)胞1.26小鼠白血病細(xì)胞15178

51、Y/S(敏感型)0.40人神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞 Vl18MO1.52.0人 Burkitt淋巴瘤0.62中國(guó)倉(cāng)鼠 肺細(xì)胞 V79 1.76大鼠小鼠雜交細(xì)胞 肝癌成纖維細(xì)胞1.25小鼠 成纖維細(xì)胞 WHFIB1.10小鼠 淋巴肉瘤 0.62小鼠正常造血細(xì)胞 1.04n為外推值為外推值（extrapolation number）：）：是劑量存活曲線(xiàn)B的直線(xiàn)部分的延長(zhǎng)線(xiàn)與縱座標(biāo)的交點(diǎn)。對(duì)于大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞，n一般在1-5，也有少數(shù)細(xì)胞n值大到10或20。Dq稱(chēng)準(zhǔn)閾劑量（quasithreshold dose），是在劑量存活曲線(xiàn)上存活率為1處劃一橫坐標(biāo)的平行線(xiàn)，與B線(xiàn)直線(xiàn)部分延長(zhǎng)相交，其所對(duì)應(yīng)的劑量即為D

52、q，在A線(xiàn)上Dq=0，故D37=D0。對(duì)于有氧條件下急性照射的細(xì)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(xì)胞耐受亞致死損傷的能力，與損傷的修復(fù)有關(guān)。 細(xì)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(xì)胞的損傷作用為基礎(chǔ)的。 自然界的各種生物對(duì)象在受到電離輻射作用后都表現(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(shuō)，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(xì)胞的種類(lèi)2.細(xì)胞周期2、細(xì)胞的輻射敏感性、細(xì)胞的輻射敏感性I.I.不同類(lèi)型細(xì)胞的輻射敏感性。不同類(lèi)型細(xì)胞的輻射敏感性。高度敏感細(xì)胞：淋

53、巴細(xì)胞、造血細(xì)胞、生殖細(xì)胞、腸上皮細(xì)胞等。敏感細(xì)胞：膀胱、食道等上皮。中度敏感細(xì)胞：神經(jīng)節(jié)細(xì)胞、肌細(xì)胞。不敏感細(xì)胞：軟骨及骨。IIII腫瘤細(xì)胞的輻射敏感性。腫瘤細(xì)胞的輻射敏感性。腫瘤對(duì)輻射的敏感性有明顯差異：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，放射治療局部療效雖好，但由于遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移而病人最終未能治愈。如惡性淋巴瘤、精原細(xì)胞瘤、腎母細(xì)胞瘤，小細(xì)胞肺癌等；中度敏感腫瘤：具有一定敏感性且遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移相對(duì)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；a) 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(xì)胞

54、周期的輻射敏感性。不同細(xì)胞周期的輻射敏感性。M期具有很高的敏感性，而G0期細(xì)胞具有明顯的輻射抗性。 1) 死亡類(lèi)型死亡類(lèi)型 電離輻射引起細(xì)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(xì)胞死亡分為間期死亡和增 殖死亡兩種類(lèi)型: 間期死亡(interphase death)是指受照射（劑量100Gy以上）細(xì)胞未經(jīng)細(xì)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(xì)胞喪失了繼續(xù)增殖的能力，在經(jīng)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)有絲分裂周期后喪失代謝活動(dòng)和細(xì)胞功能而死亡。3.輻射誘導(dǎo)細(xì)胞死亡輻射誘導(dǎo)細(xì)胞死亡 2) 2) 發(fā)生機(jī)制發(fā)生機(jī)制 細(xì)胞增殖死亡的機(jī)制可能與染色體

55、損傷有關(guān)。輻射誘發(fā)的染色體畸變可使分裂后的子細(xì)胞不能獲得一套完整的染色體，因而不能進(jìn)入以后的分裂而死亡。 間期死亡的發(fā)生機(jī)制尚未完全闡明。依據(jù)文獻(xiàn)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(xì)胞周期各時(shí)期細(xì)胞的輻射效應(yīng)細(xì)胞周期各時(shí)期細(xì)胞的輻射效應(yīng) 細(xì)胞周期是由一次分裂到下一次分裂稱(chēng)為有絲分裂周期或細(xì)胞周期所經(jīng)歷的時(shí)間稱(chēng)為細(xì)胞周期時(shí)間。G0G1SG2M。 為了研究細(xì)胞周期不同時(shí)期細(xì)胞的放射敏感性需將細(xì)胞同步化，獲得同期的細(xì)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(xiàn)的斜率較大, S后期的抗性最大。各時(shí)期的放射敏感性次序?yàn)椋篗 、G2 G1 S早期S

56、后期。4. 細(xì)胞的輻射損傷細(xì)胞的輻射損傷 A:細(xì)胞周期各時(shí)期細(xì)胞的輻射效應(yīng)細(xì)胞周期各時(shí)期細(xì)胞的輻射效應(yīng) 1. 殺傷細(xì)胞。殺傷細(xì)胞。處于期的細(xì)胞對(duì)射線(xiàn)很敏感，小劑量照射可使細(xì)胞即刻死亡或染色體畸變，導(dǎo)致下一次分裂時(shí)子代細(xì)胞死亡。輻射對(duì)細(xì)胞的損傷表現(xiàn)為：(1)細(xì)胞核的改變：表現(xiàn)有細(xì)胞核腫脹、固縮、 溶解、碎裂等。(2)染色體畸變：G1和S期DNA尚未合成，此時(shí)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(xì)胞膜、酶、蛋白質(zhì)、脂蛋白的改變，可能影響細(xì)胞膜的生物學(xué)功能。 2阻斷細(xì)胞周期活動(dòng)。阻斷細(xì)胞周期活動(dòng)。受照射后G2期細(xì)胞推遲進(jìn)入M期，S期細(xì)胞推遲進(jìn)入G2期，同樣G1期細(xì)胞推遲進(jìn)入S

57、期。雖然各個(gè)時(shí)期均推遲，但G2期細(xì)胞更敏感，小劑量照射可明顯推遲G2期細(xì)胞進(jìn)入M期。 細(xì)胞輻射損傷可分為細(xì)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(wú)可挽回地走向死亡； 2) 亞致死性損傷(Sublethal Damage, SLD)：在正常情況下（沒(méi)有進(jìn)一步地追加損傷），可在1小時(shí)以?xún)?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(xì)胞輻射損傷的修復(fù)細(xì)胞輻射損傷的修復(fù)細(xì)胞水平放射損傷修復(fù)的影響因素主要有：細(xì)胞水平放射損傷修復(fù)的影

58、響因素主要有：(1)輻射種類(lèi): 高LET照射后基本上沒(méi)有潛在致死性損傷的修復(fù)，中子照射腫瘤的優(yōu)點(diǎn)之一。線(xiàn)照射后肩區(qū)最寬，在分割劑量照射后修復(fù)明顯增強(qiáng)。(2) 劑量率:劑量率是影響細(xì)胞放射損傷修復(fù)的主要因素，對(duì)低LET照射的細(xì)胞效應(yīng)影響很大，而對(duì)高LET效應(yīng)影響很小。(3) 氧效應(yīng)與分次照射：完全氧合的細(xì)胞比低氧細(xì)胞對(duì)射線(xiàn)更敏感。哺乳動(dòng)物細(xì)胞在氧張力為2.7-5.4 kPa(20-40mmHg)被認(rèn)為是完全氧合，在細(xì)胞極度低氧時(shí)，才有放射敏感性的改變，常用氧增強(qiáng)比來(lái)表示。三、染色體的輻射效應(yīng)染色體結(jié)構(gòu)畸變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)畸變畸變與細(xì)胞周期之間的關(guān)系畸變與細(xì)胞周期之間的關(guān)系染色體型畸變?nèi)旧w型畸變?nèi)旧珕?/p>

59、體型畸變?nèi)旧珕误w型畸變?nèi)旧w數(shù)量畸變?nèi)旧w數(shù)量畸變?nèi)旧w畸變形成的分子機(jī)理染色體畸變形成的分子機(jī)理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(xì)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(lèi)改變稱(chēng)為染色體畸變?nèi)旧w畸變(chromosome aberration, CA)。2) 染色體畸變可以自發(fā)地產(chǎn)生，指細(xì)胞正常生活過(guò)程中產(chǎn)生的或受環(huán)境因素隨機(jī)發(fā)生的畸變，稱(chēng)為自發(fā)畸變自發(fā)畸變(spontaneous aberration)。自發(fā)畸變率一般很低，無(wú)著絲粒斷片約占0.5，著絲粒體約占0.05，有時(shí)甚至低于0.01。3) 染色體畸變也可以通過(guò)物理的、化學(xué)的和生物的誘變劑作用人

60、為地產(chǎn)生畸變，稱(chēng)為稱(chēng)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(lèi)兩大類(lèi)。 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(chēng)為致斷因子。染色體還可能自發(fā)地?cái)嗔选?斷裂的末端被認(rèn)為具有“粘性”，即易與其它斷端重新粘合或重接，因此一次斷裂產(chǎn)生的兩個(gè)粘性末端常重接而修復(fù)如初。但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)反常的重接，結(jié)果導(dǎo)致多種染色體結(jié)構(gòu)異常。A.幾乎所有的畸變都是在間期受損傷的結(jié)果。a) 畸變與細(xì)胞周期之間的關(guān)系畸變與細(xì)胞周期之間的關(guān)系B. 在正常情況下，哺乳動(dòng)物包括人外周血淋巴細(xì)胞不再進(jìn)行