放射生物学 大纲.docx

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放射生物学放射生物学大纲大纲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生物学作用一.电离辐射的种类与物质的相互作用放射性核素与各种核反应堆所产生的电离辐射可分为两类:

直接电离辐射和间接电离辐射,直接电离辐射发射的是带电粒子,如电子,质子,粒子等,它们与物质发生碰撞使物质电离,间接电离辐射发射的不是带电粒子,如光子（,线）,中子等,.和射线粒子即电子流,当原子核内某一个中子转变成质子时便伴随着是电子的产生,这种电子就是粒子,所以粒子就是电子流.粒子即氦核组成的粒子流,带有两个正电荷,粒子由两个质子和两个中子组成.中子带电重粒子第二节.电离和激发由于生物体内含有大量水，水分子电离产生一个正粒子和一个自由电子，辐射也可以作用于细胞内的水分子，引起水分子的改变，水的辐解产物引起生物大分子的损伤。

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-+H2OH+OH-HH+OH*H2Oeaq-当电离辐射对水分子作用时，水分子所获能量不足以使电子击出，不能发生电离作用，而只使水分子的电子跃迁至外层，即称为水分子的激发。

激发的水分子（H2O*）分子很不稳定，迅速释放能量解离成H*和OH*两种自由基,激发水分子产生的自由基能量较小,重组合的机会较多.水的辐解产物：

H2OH.+.OH+e-水合+H2+H2O2+H3O+原发辐解产物产额见表1.4水化电子第三节.传能线密度和相对生物效应1.传能线密度传能线密度（LinealEnergyTransfer,LET）是指带电粒子在组织（或其它介质中经过一定距离，由于碰撞而损失的能量。

单位是每微米密度物质的千电子伏（kev/m）。

随着带电粒子穿透距离不同，即使径迹很短的粒子，沿径迹的电离密度很大。

电离辐射构成的生物损害与LET的高、低有关，高LET粒子在物质中产生生物效应的概率较高，高LET的快中子要比低LET的线更有效的产生生物效应。

2.相对生物效能（relativebiologicaleffectiveness,RRE）又称”相对生物效应”,照射剂量相等，电离辐射种类不同所产生的生物效应不同，高LET辐射的生物效应大于低LET的辐射效应，所以常用相对生物效应。

参与辐射引起特定生物效应所需的吸收剂量RBE=所研究的辐射在相同照射条件下,引起同等程度生物效应所需的吸收剂量第四节自由基一.自由基的概念:

二.自由基与活性氧三.自由基对生物分子的作用4.抗氧化防御功能第五节.直接作用和间接作用

（一）.直接作用电离辐射作用于溶液系统中的溶质，使之发生损伤，作用于生物系统引起生物活性大分子的损伤，此即直接作用。

细胞内比较密集的生物大分子，如DNA,可在辐射作用时直接出现功能和结构的改变。

（二）.间接作用生物机体中，间接作用系指辐射通过水的原发辐解产物（H*,OH*eaqH,H2O2,H*,OH*）对生物大分子的损伤。

为了说明间接作用的存在，以四效应为证据。

1.稀释效应一定数量的电离辐射产生固定数量的自由基,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。

如果是直接作用失活的溶质分子随溶液浓度成正比增长。

而失活分子百分数与溶液浓度无关。

这就表明直接作用与间接作用的差别。

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（Oxygeneffect）。

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。

H*+O2HO2（氧化氢自由基）HO2+H*H2O2（过氧化氢）氧化反应使含铁蛋白质中的亚铁离子变成三价铁离子。

Fe+OH*Fe+OH-脱氢反应使具有活性的-SH基变成-S-S-键，使含-SH基的酶失活。

2R-SH+2OHR-S-S-R+2H2O脱氨基反应使蛋白质的氨基酸脱氨基，导致蛋白质的结构破坏。

H3N-CH3COO-+OH*HOCHCOO-+NH3有机过氧化物的形成反应形成的有机过氧化物，对机体细胞产生毒性。

3.保护效应降低温度或置于冰冻状态可使辐射损伤减轻。

4.温度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。

（三）.直接作用和间接作用的相对效应第六节辐射原发作用的几种学说

（一）硫氢基学说-SH基是某些酶的活性基团，而-S-S-基是许多蛋白质构形所必需的物质。

在维持机体正常功能方面起重要作用，电离辐射首先损伤对辐射最敏感的-SH，而干扰了-SH基的正常功能，甚至导致细胞死亡。

这就是所谓的硫氢基学说。

含-SH的辐射防护剂容易与蛋白质的巯基结合，形成二硫化合物，使蛋白质免受射线的直接作用，具有一定的防护作用，目前认为-SH基不是细胞内敏感性最高的物质。

（二）膜学说该学说认为，电离辐射对膜系的损伤是细胞死亡的机制。

细胞膜系包括细胞膜、核膜、线粒体膜、溶酶体膜，它们的损伤表现为膜通透性的改变，使有害的分子从细胞的一个区域转移到另一个区域，破坏了代谢平衡，导致细胞死亡。

（三）靶学说这一学说的观点认为，在细胞内存在着一种对电离辐射敏感的结构或区域，当其被击中时引起生物效应，如大分子的灭活、染色体的畸变、细胞死亡等，将这种具有关键作用的结构或区域称为“靶”，靶学说在放射生物学的基础理论上占有重要的作用，目前对靶学说的表达包括：

生物结构中存在着一种对射线敏感的结构，称为“靶”。

电离辐射击中靶区，击中概率服从泊松分布。

对靶的一次击中或多次击中，可产生某种生物效应，酶分子失活，DNA链断裂。

（四）链锁反应学说（五）结构代谢综合有关辐射对分子、生物大分子结构、细胞器内代谢的改变等效应的研究结果提出了“结构代谢学说”，认为放射损伤是从整体出发强调某一结构和某种代谢过程，在放射效应的发生上具有一定的重要意义。

其中重视基因组的结构和功能，以及细胞自身调节障碍的意义，生物大分子结构的变化，放射损伤后修复过程的改变，及辐解产物（放射毒素）的形成。

放射生物效应的过程归纳为五个阶段:

1.能量的分散吸收;2.细胞结构中粒子和激发的辐射化学反应;3.由细胞结构改变而引起的生物化学变化,如酶失活,过氧化物形成;4.基因组损伤的加剧及基因组损伤的修复,取决于射线的物理特性和细胞的生理状况;5.细胞产生形态学改变的终末阶段,细胞核固缩、溶解、细胞死亡。

第七节.影响电离辐射生物学作用的主要因素

（一）与辐射有关的因素:

1.辐射种类：

粒子电离密度大，粒子电离密度较小，高能和射线穿透能力很强，电离密度较小，外照射可引起严重损伤。

2.剂量：

在一定剂量范围内剂量愈大，效应愈显著。

用剂量效应曲线观测生物效应。

形曲线符合多细胞动物，当死亡率50%时,曲线有明显的改变,常用死亡50%作为剂量指标，称为半致死剂量（LD50）作为衡量机体放射敏感性的参数。

（LD50/30）3.剂量率：

一般规律，剂量率愈大，效应愈显著。

4.分次照射：

总剂量相同，分次照射使效应减轻，分次愈多，间隔时间愈长效应愈小。

5.照射部位：

照射部位.不同，效应各异。

腹部照射引起的后果最严重，其次是盆腔，头颈胸部和四肢。

6.照射面积和照射方式：

受照面积愈大，损伤愈严重。

照射方式可分为内、外、和混合照射。

（二）与机体有关的因素当辐射的各种物理因素相同时，生物机体或组织对辐射的反应有较大的差别，即放射敏感性的差别。

1.种系的放射敏感性不同种系的生物对电离辐射敏感性的差别很大，总趋势是种系演化愈高，组织结构愈复杂，放射敏感性就愈高。

2.个体发育的放射敏感性放射敏感性随着个体发育过程而逐渐降低。

妊娠的最初阶段最敏感，出生后幼年比成年放射敏感性高，老年相对不敏感。

3.不同器官,组织和细胞的放射敏感性与分裂活动成正比，与分化程度成反比

（1）高度敏感的组织:

淋巴胸腺骨髓胃肠上皮性腺胚胎组织

（2）中度敏感组织:

感觉器官.内皮细胞皮肤上皮唾液腺肾,肝,肺组织（3）轻度敏感组织:

中枢神经系统,内分泌腺心脏（4）不敏感组织:

肌肉骨组织结缔组织4.亚细胞和分子水平的放射生物学.细胞内各不同大分子的相对放射敏感性的顺序为DNARNA蛋白质。

第二章电离辐射的分子生物学效应第一节辐射所致DNA损伤及其生物学意义DNA是细胞繁殖遗传的重要基础，DNA分子中特定的核苷酸顺序蕴藏着大量的遣传信息，DNA通过转录将这些信息传给RNA,RNA通过密码的翻译规定了不同氨基酸的结构,指导蛋白质和酶的生物合成.在细胞中当射线致DNA损伤的同时,也在一定范围内伴随着DNA的修复,DNA合成抑制-细胞分裂抑制电离辐射DNA分子损伤-染色体异常-细胞功能障碍DNA降解-核裂解自溶-细胞死亡一.DNA分子的损伤所有哺乳类动物细胞的内部结构都有一定的共同特征，具有一个有功能的核，有核膜与胞浆分开，辐射对膜和胞浆内的亚细胞成分虽有一定的损伤作用，但最敏感的成分是核本身和核仁。

.DNA分子具有双股螺旋结构,电离辐射作用以后,其结构受到破坏，若得不到即时修复，则必将引起遗传信息功能的错误表达。

DNA分子的放射损伤与细胞功能障碍、突变、癌变、染色体畸变、细胞死亡均有密切关系。

（一）DNA分子损伤的形式有三种:

（1）DNA链断裂（单链断裂和双链断裂）DNA链断裂形式DNA双链中一条链断裂者称为单链断裂，（SingleStrandBreak,SSB）,两条链在同一处或相邻处断裂者称为双链断裂，（DoubleStrndBreakDSB）。

在许多细胞中单链断裂比双链断裂高10-20倍，射线比紫外线引起的链断裂高，中子比线产生的双链断裂多。

效应顺序：

中子射线紫外线动物整体受到7.5Gy照射,对于敏感细胞DNA含量可减少80%DNA链断裂的主要特点:

a.单链断裂与双链断裂的比值;b.LET对链断裂的影响;c.氧效应（充氧条件下）增加链断裂比值;d.DNA链断裂的部位,ATC;剂量40-80Gy照射断裂为;TGA;e.DNA链断裂与细胞辐射敏感性的关系.

（2）氢键断裂和碱基损伤DNA分子是由两条多核苷酸链,按碱基互补配对原则,由氢键连结而成的双股螺旋结构.射线作用生成的OH*使DNA结构上的氢原子脱下，从而使原来紧密结合的碱基呈现自由“裸露“状态，DNA结构从比较坚实变得比较“疏松“。

（3）分子交联（DNA-DNA交联与DNA-蛋白质交联）是生物大分子与生物大分子发生互相连结，电离辐射作用后，产生DNA-DNA交联,DNA内部两条核苷酸链对角的鸟嘌呤发生交联。

（二）DNA损伤的生物意义射线作用DNA碱基损伤、脱落改变密码基因点突变细胞的突变细胞死亡第二节.DNA辐射损伤的修复DNA修复是根据损伤的类型分为:

一SSB修复、DSB修复、碱基损伤修复和DNA合成修复四种在机内存在着非常复杂的修复机制，使机体得以保持遗传特性和机体功能的相对稳定性。

（1）光复合修复主要为紫外线损伤的修复形式,又称为光复合酶修复.

（2）切除修复（excisionrepair）通过识别切除修补再连结切除修复（酶修复）特点：

准确、无误有效的正确修复，其修复过程中不产生错误；对辐射、化学诱变剂、致癌剂等所致DNA损伤均具有广泛的修复能力。

对哺乳动物细胞及细菌都具有修复能力。

重组修复（recombinationrepair）DNA复制重组再合成是一种复制前修复。

SOS修复（SOSrepair）细胞处于危急状态下发生的一种修复，如DNA大面积损伤，诱导产生一种错误修复或突变修复，DNA修复功能与肿瘤、衰老、寿命有密切关系，故用国际遇难信号SOS命名。

（三）DNA修复机制的发现与细胞辐射敏感性新概念人们公认细胞DNA是辐射及化学诱变剂作用的靶，因此考虑DNA的修复与辐射敏感性之间的关系。

提出了细胞辐射敏感