电离辐射的细胞效应

　　电离辐射的细胞生物效应主要由对DNA的损伤所致，DNA是细胞辐射损伤的关键靶。

（―）辐射诱导的DNA损伤及修复

细胞受射线照射后，DNA发生单链或双链断裂损伤。对于完整的DNA，单链断裂易于修复， 对细胞几乎没有杀灭作用；而DNA双链断裂，则不易修复，被认为是电离辐射在染色体上的关键损伤，可导致细胞发生突变或死亡。

（二）辐射诱导的细胞死亡

辐射诱导的致死性DNA损伤如果不能修复将导致细胞死亡。因此，染色体DNA的不可修复的损伤是辐射诱导细胞死亡的关键原因。在临床放射生物学的研究中，判定细胞是否存活的 标准为细胞是否具有无限增殖的能力。照射致细胞死亡与细胞再繁殖完整性丢失是肿瘤放射生物学的基本原理，后者是放射治疗可治愈结局的最主要依据。

（三）细胞存活曲线

为了定量分析辐射的细胞效应，将照射剂量与细胞生存率的对数作图，获得细胞存活曲线。 分析细胞存活曲线一般应用以下数学模型：

1.单靶单击模型  一次击中导致被击中细胞失活的细胞存活曲线。高LET射线照射后细 胞生存曲线符合这种线性模型。其特点是只有一个参数，D0值，即平均致死剂量。评价肿瘤细胞放射敏感性的指标以D0为标准，通常认为，D0≤1. 8Gy为放射敏感D0≥3. OGy为放射抗拒， D0在1. 8 ~3. OGy之间为中度放射敏感。

2.多靶单击模型  单靶单击模型假设效应单元内是包含一个靶，存活曲线呈指数形式。但对于大多数暴露在低LET辐射下的哺乳动物细胞的生存曲线表现出了一些曲度，在初期的低剂量区比高剂量区单位剂量产生较少的失活区被称为肩区，高剂量区通常趋向于直线，这就是多靶模型：假定失活事件的必要条件是细胞内多个靶被同时击中，最终的失活状态对应着n次击中，并且产生生物效应的必要条件是达到细胞内n个数量的靶失活。

其参数的意义：①D1,:曲线的初始斜率倒数，反映低剂量区的放射敏感性；②D0：曲线的指数 部分斜率的倒数，即为平均致死剂量；③Dq:准阈剂量，定义是将曲线的直线部分反向延长与100%存活率水平线交点对应的剂量，其值的大小反映肩区的大小，Dq值小代表亚致死性损伤修复能力小，很小剂量即可使细胞进人指数杀灭；④N值：定义是将曲线的直线部分反向延长与存活率轴相交的交点值，早期称为细胞内的敏感区域数--“靶数”，低等生物实验发现N值刚好等于其染色质微粒数，但对于大多数细胞，生物效应是复杂的，难以确定明确的靶数，故称其为外推数。N值、Dq、D0的关系可用下式表示：logN = Dq/D0……任意两个参数可在一定程度上反映细胞的放射敏感性。

3.线性二次模型 线性二次模型假设细胞失活由不可修复的DNA双链断裂引起。一个细胞通过两种方式被杀死：某一带电粒子径迹中产生的致死性损伤（线性部分）或不同粒子径迹间 的亚致死性损伤相互作用产生的致死性损伤（平方部分）。

当两种杀灭细胞成分相等时，该剂量即为细胞线性二次模型的α/β值（α为致死性杀灭的参数，β为包含有修复的杀灭参数），α/β值越小，曲线越弯曲，高剂量的效应越大。实际上，大多数哺乳动物细胞存活曲线符合线性二次模型，并且大多数癌细胞和快更新正常组织的α/β值大，慢更新或不更新正常组织的α/β值小，高剂量时损伤更大。

（四）细胞周期时相与放射敏感性

细胞的放射敏感性是细胞受照射后的存活能力，是细胞内在的固有特性。不同的细胞具有不同的细胞生物学行为和遗传性状，其放射敏感性不同，也称细胞内在放射敏感性或固有放射敏感性。

细胞周期中，不同时相细胞对放射线的敏感性不同，以细胞死亡为标准，不同时相敏感性依次为M、G2、G0/G1和S期，M期最敏感，S期抗拒最强。分次照射的间隔时期，其中一部分细胞会进人放射敏感的时相，这是分次放射治疗的理论基础之一 。