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1、1,（放医专业） 授课教师：刘芬菊,医学放射生物学,2,绪 论,3,4,医学放射生物学,医学放射生物学 (medical radiobology)是放射医学的基础，重点研究电离辐射对机体，特别是人体的影响；它为放射防护，放射损伤和放射治疗提供生物理论依据。,5,放射生物学研究的主要内容,1.大剂量照射所致淋巴细胞及其亚群的损伤效应 2.低剂量照射对淋巴细胞及其亚群的刺激效应 3.低剂量照射自由基生物效应的研究 4.大剂量照射DNA修复基因的表达及功能研究,6,放射损伤（radiation injuse),-即电离辐射作用于身体后引起的损伤。主要来源于外照射的线，射线或其它射线和进入身体后内照射
2、的放射性物质（医疗照射和治疗），造成损伤的原因是照射剂量过大。,7,放射损伤（radiation injuse),还有在应用放射性物质过程中不遵守安全操作规程等。 放射损伤分为全身性（放射病）和局部性（放射性灼伤）和复合伤（急性放射病合并放射性灼伤）等种类。,8,放射医学与防护研究成果 的三个方面,1辐射效应的基础和应用基础研究方面，已形成了相对稳定，不断深入地发展方向和研究体系，例如分子生物学的研究，辐射流行病学的研究，低剂量刺激效应研究和放射复合伤的研究等都取得了长足的进展，在国内外同行中有很大影响，在国际上占有一席之地。,9,2放射医学临床与实验研究方面，急性放射病的诊断与治疗取得了很大
3、进展，在某些方面达到国际水平。放射病临床与基础相结合的研究和中西医结合治疗全身和局部放射损伤的研究等都取得了很大进展并具有中国特色。核事故与放射事故医学应急响应也逐步形成了一个比较完整的研究体系。另外，重离子治疗的放射生物学研究已开始起步并取得了可喜的成绩。,10,3 辐射剂量与放射防护方面，放疗剂量，诊断剂量，核医学剂量，环境剂量，个人剂量，事故剂量，生物剂量和活度剂量等的研究和应用中都取得很大成绩，并引入了一些新的方法和技术。职业照射防护，医学照射防护，人为抗高天然辐射照射的剂量与评价，医疗照射的质量保证和质量控制以及放射卫生法规标准和监督检测等的研究和实际工作都有新的进展。在辐射剂量与放
4、射防护的某些方面已达到国际水平。,11,概 述,射线的发现对科技发展产生深远的影 响： 1895年12月28日，伦琴（W.C.Roentgen)发现射线。 1896年1月Grubbe用射线治疗一例乳腺癌 1896年4月danidls报道照射后脱发 贝克勒尔（H.Becquerel)报道了铀发出的放射性。,12,概 述,不久居里夫妇成功分离出镭，提出了“放射性” 1934年约里奥-居里夫妇发现人工放射性,13,概 述 随着线研究和应用的发现，电离辐射的生物效应，皮肤损伤，及其癌症的报导屡见不鲜，居里夫人因患白血病而亡，约里奥居里夫妇也导致了组织损伤的发生。 贝克勒尔把铀放在衣袋内致使该处皮肤烧伤
5、。,14,临床放射医学研究的内容,15,第一章 电离辐射生物学作用的 物理和化学基础,第一节 电离辐射的种类及其与物质的相互作用 1）电磁辐射： 是以互相垂直的电场和磁场、随时间变化而交变震荡，形成向前运动的电磁波。如：x、r、微波、红外线波和紫外线都是电磁辐射。 2）粒子辐射：通过消耗自己的能量传递给其它物质，主要有： 、 、负介子和带电重离子。,16,粒子辐射的种类,粒子：由两个中子和两个 质子组成 粒子或电子：带有一个最小单位负电核的粒子 中子：不带电粒子 负介子：其质量介于电子和质子之间。 重离子：,17,中子的种类,热中子能量小于0.5eV 中能中子能量为0.5eV10keV 快中子
6、能量为10keV10或15keV 特快中子能量在1015MeV以上,18,第二节 电离和激发,一、电离作用： 高能粒子和电磁辐射的能量被生物组织吸收后引起效应的最重要的原初过程。 二、激发作用：电离辐射与分子相互作用，其能量不足以将轨道电子击出，使电子跃迁到高能轨道上，使分子处于激发态，这一过程称为：激发作用。 三、水的电离和激发,19,辐射作用于生物大分子或水分子均可引起电离和激发,H2O_激发_H2O* H* + OH* H2O 电离 H2O + e- + H2O H + OH- H H+ + OH* H2O eaq-,20,水的原发辐解产物,H2O-H.+.OH+ e-水合H2+H2O2
7、+H3O+,21,水的原初辐解产物的产额,._ 产额 G值 O H 2.7 H. 0.55 e水合 2.7 H2 0.45 H2O2 0.7 H+(H2O3+) 2.7 _,22,第三节 传能线密度与相对生物效能,一、传能线密度（linear energy transfer ，LET）：指直接电离粒子在其单位长度径迹上消耗的平均能量，其单位为J/m,常用keV/m 表示，1keV/m=1.602X10-10 J/m。,23,二、相对生物效能（Relative biological effectiveness,RBE）,相对生物效应的定义：X射线（250kV）引起某一生物效应所需剂量与所观察的辐
8、射引起同一生物效应所需剂量的比值。 即： X标准射线产生生物效应的剂量 RBE= 所观察辐射引起相同生物效应的剂量,24,或： 所观察的辐射产生的生物效应 RBE= 相同剂量标准射线产生的生物效应,25,三、两者的关系,1.RBE与LET呈正相关关系 2.当LET10keV/m时，RBE随LET上升很小。 3.当LET10keV/m时，RBE随LET增大迅速上升。 4.当LET100keV/m时，RBE随LET增大而下降。,26,第四节 自由基,一、自由基的定义和特性 （一）自由基（free radical)的定义 自由基是指：能够独立存在的、含有一个或一个以上未配对电子的任何原子、分子、离子
9、或原子团。（单独占有原子或分子轨道的电子） （二）自由基的理化特性：1.自由基具有未配对电子，易与其它电子形成配对键，故具有很高的反应活性。（见P14-15） 2.自由基的半寿期:羟自由基为本10-1010-9s 水合电子为2.3X10-4,27,二、活性氧与氧自由基,活性氧-是指氧的某些代谢产物和一些由其衍生的含氧物质，统称为活性氧. 1.氧的单电子还原物,如O2-和O-,以及HO2.和.OH; 2.氧的双电子还原物H2O2; 3.烷烃过氧化物ROOH及其均裂产物RO.，ROO； 4.处于激发态的氧、单线态氧和羟基化合物。,28,二、活性氧与氧自由基,所有含氧自由基都是活性氧(active
10、oxygen species) 活性氧可以通过生物体内的金属离子介导或酶的催化反应相互转变。 * 清除O2-.的超氧化物歧化酶(SOD) *清除H2O2的过氧化氢酶(CAT),29,三、自由基对生物分子的作用,1.自由基对DNA的损伤作用: 1)碱基的损伤: .OH和.H自由基与嘧啶碱基可发生加成和抽氢两类反应。 2)核糖的损伤: 单、双链断裂与DNA的碱基缺失。 3）磷酸基的损伤 2.自由基与脂质过氧化（生物膜的损伤） 脂质过氧化作用是由于氧自由基攻击了生物膜磷脂中的多不饱和脂肪酸引起,形成脂质过氧化物对细胞造成损伤.(如LPO),30,3. 脂质过氧化作用对 细胞的损伤机制,生物膜主要由脂
11、质和蛋白质组成.脂质中含有最多的成分是磷脂等。 1)细胞膜功能的改变(膜结构的刚柔特性,增加膜的通透性,甚至发生崩解) 2)脂质过氧化过程中形成的活性氧对酶和细胞其它成分的损伤。 3)脂质过氧化物的代谢产物对蛋白质的损伤及其成分的毒性效应。,31,四、抗氧化防御功能,1.抗氧化酶类清除自由基酶类的统称 主要有超氧化物歧化酶(superoxide dismutase SOD)，过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶(Peroxidase)等。 *SOD是一组金属酶,氧自由基(O2.)的专一酶 SOD的三种类型:CuZnSOD，MnSOD和FeSOD。分别存在于细胞的不同部位。(p16-17),32,五
12、、抗氧化酶的辐射防护作用,辐射防护是放射生物学工作者面临的 一个重要课题： 1. SOD对脂质过氧化与生物膜损伤的防护作用. 2. SOD对造血干细胞与骨髓损伤的防护作用.(照前及照后给予SOD使小鼠WBC与RBC下降减轻) 3. SOD对小鼠存活率的影响. (照前注射SOD使受照小鼠死亡率降低),33,SOD对照前小鼠红细胞数 变化的效应 (X S),照射量 红 细 胞 数 (X10-9/ml) (Gy) 0.1mol/L NaCl(对照) SOD(35g/g) 4.0 7.8 0.67 8.56 0.96 5.5 4.990.46 8.29 0.53* 6.75 3.341.04 7.39
13、 0.77* 0 10.57 0.20 10.531.26,34,6.5Gy辐照后小鼠死亡率(n=48),SOD(mg/Kg体重) 30d死亡率(%) 对照(0.1mol/LNaCl 85 15 26 35 21 70 45 _100 32_,35,第五节 直接作用与间接作用,一、直接作用：电离辐射的能量直接沉积与生物大分子，引起生物大分子的电离和激发，破坏机体的核酸、蛋白质、酶等具有生命功能的物质。 二、间接作用：电离辐射首先直接作用与水，使水分子产生一系列原发辐射分解产物，然后通过水的辐射分解产物再作用于生物大分子。间接作用的几个效应如下：,36,1.稀释效应 一定数量的电离辐射产生固定数
14、量的自由基,如果是间接作用,失活溶质分子数，与固定数量的自由基有关，与溶液浓度无关。失活分子的百分数随溶液浓度增加而下降。(p19),37,2.氧效应,受照射的组织、细胞或溶液，其辐射效应随氧浓度的增加而增加，这种现象在放射 生物效应中称为氧效应(Oxygen effect)。 治疗肿瘤时瘤细胞在增加氧的条件下，辐射敏感性增高，可提高治疗.(p19),38,3. 保护效应 受照射体系中由于有其它物质的存在，使辐射对溶质的操作效应减轻。 4. 温度效应 降低温度或置于冰冻状态可使辐射损伤减轻。,39,第六节 氧效应与氧增强比,一、氧效应:受照组织、细胞或生物大分子的辐射效应随周围介质中氧浓度升高
15、而增高。 二、氧增强比（OER）：指缺氧条件下引起一定效应所需辐射剂量与有氧条件下引起同样效应所需辐射剂量的比值。 三、氧浓度对氧效应的影响 四、照射时间对氧效应的影响 五、氧效应的发生机制,40,LET与OER的关系,氧增强比（OER）为LET的函数，低LET（、）射线，OER=2.53.0。随着LET增加， OER快速下降，这与 RBE的迅速上升位置是相同的。LET约等于100keV/m的地方。,41,第七节 靶学说和靶分子,一、单击模型 二、多击模型 三、单靶与多靶模型 四、DNA双链断裂模型 五、靶分子,42,第八节 辐射增敏及辐射防护,一、辐射增敏剂 1.DNA前体碱基类似物 2.乏氧细胞增敏剂 3.巯基抑制剂 4.类氧化合物 5.其它,43,二、辐射防护剂,1. 硫氢化合物（含SH基） 巯基乙酸、谷光甘肽、色氨酸、胱氨 酸及半胱氨酸 2. 具有碱基功能 胺类：组胺及5-羟色胺 3. 生物反应修饰剂： 内毒素、植物多糖、雌激素等 4.中药制剂:如 姜黄、云脂多糖、榄香烯 等,44,第九节 影响电离辐射生物 效应的主要因素,影响生物效应的主要因素有两个: 一、与辐射有关的因素 1.射线的种类(电离密度和穿透能力是影响生物学作用的重要)因素。 2.辐射剂量 照射剂量与生物效应之间存
