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核武器與化學(xué)武器損傷

電離輻射生物學(xué)效應(yīng) 電離輻射對(duì)細(xì)胞的作用 組織器官的輻射效應(yīng) 輻射生物學(xué)效應(yīng)分類(lèi)和影響因素

核武器與化學(xué)武器損傷目錄

目錄 1 一、細(xì)胞的輻射敏感性 2 二、細(xì)胞周期的變化 3 三、染色體畸變 4 四、細(xì)胞死亡 5 五、細(xì)胞損用力的修復(fù)

一、細(xì)胞的輻射敏感性

機(jī)體各類(lèi)細(xì)胞對(duì)輻射的敏感性不一致。Bergonie 和Tribondeau提出細(xì)胞的輻射敏感性同細(xì)胞的分化的程度成反比，同細(xì)胞的增殖能力成正比。Casaret按輻射敏感性由高到低，將人類(lèi)和哺乳動(dòng)物細(xì)胞分為4類(lèi)（表3-1）。從總體上說(shuō)，不斷生長(zhǎng)、增殖、自我更新的細(xì)胞群對(duì)輻射敏感，穩(wěn)定狀態(tài)的分裂后細(xì)胞對(duì)輻射有高度抗力。而多能性結(jié)締組織，包括血管內(nèi)皮細(xì)胞，血竇壁細(xì)胞，成纖維細(xì)胞和各種間胚葉細(xì)胞也較敏感，介于表3-1的Ⅱ、Ⅲ類(lèi)之間。

表3-1 哺乳類(lèi)細(xì)胞輻射敏感性分類(lèi)

細(xì)胞類(lèi)型	特　性	舉　例	輻射敏感性
Ⅰ增殖的分裂間期細(xì)胞（vegetative intermitosis cells）	受控分裂 分化程度最低	造血干細(xì)胞 腸隱窩細(xì)胞 表皮生長(zhǎng)細(xì)胞	高
Ⅱ分化的分裂間期細(xì)胞（differentiating intermitosis cells）	受控分裂 分裂中不斷分化	幼稚血細(xì)胞
結(jié)締組織細(xì)胞 （Conective tissue cells）
Ⅲ可逆性分裂后細(xì)胞（reverting postmitotic cells）	無(wú)受控分裂 可變分化	肝細(xì)胞
Ⅳ穩(wěn)定性分裂后細(xì)胞（fixed postmitotic cells）	不分裂 高度分化	神經(jīng)細(xì)胞 肌肉細(xì)胞	低

二、細(xì)胞周期的變化

輻射可延長(zhǎng)的細(xì)胞周期，但不同階段的輻射敏感性不同（圖3-3）。處于M期的細(xì)胞受照很敏感，可引起細(xì)胞即刻死亡或染色體畸變（斷裂、粘連、碎片等）；可不立刻影響分裂過(guò)程，而使下一周期推遲，或在下一次分裂時(shí)子代細(xì)胞夭折。C₁期的早期對(duì)輻射不敏感，后期則較為敏感，RNA、蛋白質(zhì)和酶合成抑制，延遲進(jìn)入S期。S前期亦較為敏感，直接阻止DNA合成，而在S期的后期敏感性降低，是則于此時(shí)已完成DNA合成，即使DNA受損亦可修復(fù)之故。G₂期是對(duì)輻射極敏感的階段，分裂所需特異蛋白質(zhì)和RNA合成障礙，因而細(xì)胞在G₂期停留下來(lái)，稱(chēng)“G₂阻斷”（G₂block），是照射后即刻發(fā)生細(xì)胞分裂延遲主要原因。

圖3-3 細(xì)胞周期各階段的輻射敏感性

三、染色體畸變

細(xì)胞在分裂過(guò)程中染色體的數(shù)量和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化稱(chēng)為染色體畸變（chromosomeaberration）?；兛梢宰匀话l(fā)生，稱(chēng)自發(fā)畸變(spontaneous aberration)。許多物理、化學(xué)因素和病毒感染可使畸變率增高。電離輻射是畸變誘發(fā)因素，其原因是電離粒子穿透染色體或其附近時(shí)，使染色體分子電離發(fā)生化學(xué)變化而斷裂。

（一）染色體數(shù)量變化

照射時(shí)染色體發(fā)生粘著，在細(xì)胞分裂時(shí)可能產(chǎn)生染色體不分離現(xiàn)象，致使兩個(gè)子細(xì)胞中染色體不是平均分配，生成非整倍體（aneuploid）細(xì)胞。

（二）染色體結(jié)構(gòu)變化

1．染色體型畸變：當(dāng)染色體在復(fù)制之前受照射（即細(xì)胞處于G₁期或S期初期受照射），染色體發(fā)生畸變之后再進(jìn)行復(fù)制，稱(chēng)染色體型畸變。斷片、著絲粒環(huán)、雙著絲粒體、相互易位、倒位及缺失等畸變屬于這一類(lèi)（圖3-4）。

圖3-4 某些染色體畸變形成示意圖

（1）斷片，?。?）雙著絲點(diǎn)?。?）環(huán)

2．染色單體型畸變：當(dāng)染色體復(fù)制之后受照射（即細(xì)胞處于S期后期或G₂期受照射），在一個(gè)染色單體臂上發(fā)生斷裂或裂隙，稱(chēng)為染色單體型畸變（chromatid aberration）。單體斷片、單體互換等屬這一類(lèi)。

電離輻射誘發(fā)的畸變以染色體型畸變?yōu)橹?，尤以斷片，環(huán)和雙著絲粒體等畸變，在反映輻射效應(yīng)的程度方面更有意義。

四、細(xì)胞死亡

（一）細(xì)胞死亡類(lèi)型

1．間期死亡（intermitoticdeath）：細(xì)胞受照射后不經(jīng)分裂，在幾小時(shí)內(nèi)就開(kāi)始死亡，稱(chēng)間期死亡，又稱(chēng)即刻死亡。體內(nèi)發(fā)生間期死亡的細(xì)胞分為二類(lèi)：一類(lèi)是不分裂或分裂能力有限的細(xì)胞，如淋巴細(xì)胞和胸腺細(xì)胞，受幾百mGy照射后即發(fā)生死亡；另一類(lèi)是不分裂和可逆性分裂的細(xì)胞，如成熟神經(jīng)細(xì)胞、肌細(xì)胞和肝、腎細(xì)胞等，需要照射幾十至幾百Gy才發(fā)生死亡。細(xì)胞間期死亡發(fā)生率隨照射劑量增加而增加，但達(dá)到一定峰值后，再增加照射劑量，死亡率也不再增加。間期死亡的原因是核細(xì)胞的破壞，其機(jī)理主要是由于DNA分子損傷和核酸、蛋白質(zhì)水解酶被活化，導(dǎo)致染色質(zhì)降解，組蛋白外溢，發(fā)生細(xì)胞核固縮、裂解。照射后膜結(jié)構(gòu)的破壞、細(xì)胞能量代謝障礙，也是促成間期死亡的因素。

2．增殖死亡（reproductivedeath）：細(xì)胞受照射后經(jīng)過(guò)1個(gè)或幾個(gè)分裂周期以后，喪失了繼續(xù)增殖的能力而死亡，稱(chēng)增殖死亡，也稱(chēng)延遲死亡。體內(nèi)快速分裂的細(xì)胞，如骨髓細(xì)胞受數(shù)Gy射線(xiàn)照射后數(shù)小時(shí)至數(shù)天內(nèi)即發(fā)生增殖死亡。分裂細(xì)胞在受到很大劑量照射后也可發(fā)生間期死亡。增殖死亡的機(jī)理主要是由于DNA分子損傷后錯(cuò)誤修復(fù)和染色體畸變等原因?qū)е?a href="/w/%E6%9C%89%E4%B8%9D%E5%88%86%E8%A3%82" title="有絲分裂">有絲分裂的障礙。

（二）劑量存活曲線(xiàn)

劑量存活曲線(xiàn)（dode survival curve）是反映照射劑量與細(xì)胞死亡率之間的關(guān)系，分析受照射細(xì)胞群體輻射效應(yīng)的一種模式。在培養(yǎng)皿上培養(yǎng)有增殖能力的哺乳類(lèi)細(xì)胞，觀察細(xì)胞集落形成率，以每一集落代表1個(gè)存活細(xì)胞。其集落形成率隨照射劑量增加而減少。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)成劑量存活曲線(xiàn)（圖3-5）。

圖3-5 哺乳類(lèi)細(xì)胞典型劑量存活曲線(xiàn)

劑量存活曲線(xiàn)的形狀有兩種，圖中A線(xiàn)是簡(jiǎn)單的指數(shù)曲線(xiàn)，生物分子的滅活、原核細(xì)胞死亡，或高LET輻射哺乳類(lèi)細(xì)胞，多符合這樣的劑量存活曲線(xiàn)。B線(xiàn)是帶“肩”的指數(shù)曲線(xiàn)，“肩”表示在低劑量區(qū)細(xì)胞存活率降低緩慢，“肩”的大小反映了細(xì)胞對(duì)亞致死損傷的耐受力或修復(fù)能力。大多數(shù)哺乳類(lèi)細(xì)胞受低LET輻射照射符合帶“肩”的劑量存活曲線(xiàn)。

通常用D₃₇、D₀、D_q和n等參數(shù)來(lái)表示劑量存活曲線(xiàn)的特征。

D₃₇是指存活曲線(xiàn)上存活率由1降至0.37所需的劑量。

D₀稱(chēng)平均致死劑量（mean lethal dose），是指存活曲線(xiàn)指數(shù)部分，即直線(xiàn)部分存活率每降低至0.37所需的劑量。D₀是該直線(xiàn)斜率的倒數(shù)。D₀的大小反映了細(xì)胞的輻射敏感性，哺乳類(lèi)細(xì)胞的D₀值多在1～2Gy之間。（圖中e為自然對(duì)數(shù)的底，等于2.718，1/e≈0.37）。

D_q稱(chēng)擬閾劑量（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)線(xiàn)相交，其所對(duì)應(yīng)的劑量即為D_q。在A線(xiàn)上D_q＝0，故D₃₇＝D₀。

n稱(chēng)外推值（extrapolationnumber）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)。

D_q和n值都反映曲線(xiàn)“肩”部的大小，在放射生物學(xué)和放射治療學(xué)中常用D₀、D_q和n等參數(shù)比較各類(lèi)的細(xì)胞輻射敏感性和修復(fù)能力。

五、細(xì)胞損用力的修復(fù)

（一）亞致死損傷修復(fù)

亞致死損傷是指細(xì)胞接受輻射能量后所引起的損傷不足以使細(xì)胞致死，如果損傷積累起來(lái)，就可以引起細(xì)胞死亡。但若給予足夠的時(shí)間，則細(xì)胞有可能對(duì)這種損傷進(jìn)行修復(fù)，稱(chēng)亞致死損傷修復(fù)（sublethal damage repair，SLDR）。所以將一定劑量進(jìn)行分次照射，每次照射中間給予一定間隔，細(xì)胞的死亡率比同等劑量一次照射明顯減少。

（二）潛在致死損傷修復(fù)

潛在致死損傷是指照射后細(xì)胞暫未死亡，但如不進(jìn)行干預(yù)，細(xì)胞將會(huì)發(fā)生死亡。假如改變受照射細(xì)胞所處狀態(tài)。例如置于不利于細(xì)胞分裂的環(huán)境中，則受損傷細(xì)胞可得到修復(fù)而免于死亡，稱(chēng)潛在致死損傷修復(fù)（potentially lethal damage repair，PLDR）。

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