放射敏感性的影响因素

第二节　放射敏感性的影响因素

许多因素会影响到细胞存活曲线，因而毫无疑问会直接影响到组织细胞的辐射生物学效应。

一、氧

到目前为止，分子氧是影响辐射生物学效应最主要的因素。但氧的这种作用只存在于放疗期间而非放疗前后(即氧的代谢状态下)。分子氧能把细胞的放射性损伤固定，而使之失去修复的机会，导致辐射生物学效应增加。氧的增敏作用与氧的浓度相关。随着氧的浓度增加，其放射敏感性也不断增强。在氧分压2.66 kPa(20 mmHg)时其放射敏感性达到最高，以后维持在高水平，不再随着氧的浓度增加而增加。氧的增敏作用常以氧增强比(OER)来衡量。对于大多数细胞来讲，OER值为2.5～3.0。在分次照射中或低剂量率照射中，由于分次照射的剂量低于单次剂量照射，因而其OER值也低于单次大剂量照射时。这是由于在低剂量或低剂量率照射时，细胞的死亡主要来自于α型细胞死亡之故。肿瘤细胞的乏氧可由下述两种情况而产生：第一种情况是部分细胞群离开血管较远，无法得到足够的营养和氧的供应，形成弥散性乏氧，即慢性乏氧;另外一种情况是动静脉吻合处的闭锁而导致血管周围的正常组织和肿瘤细胞乏氧，即急性乏氧。实际上，急性乏氧所致的细胞对射线的抵抗性要高于慢性乏氧。

自20世纪50年代以来，为了克服乏氧细胞对射线的抵抗性而试用了许多方法，如高压氧舱、乏氧细胞增敏剂、生物还原剂等，在临床上虽然取得了一定的疗效，但发现这些疗效主要表现在用较大的分次剂量照射时才存在，而在常规放疗中却并不明显。这意味着在分次照射期间，乏氧细胞的氧浓度有了提高(即再氧化)，而乏氧细胞的比例并无显著增加。据估计，当分次剂量为2 Gy时，细胞群乏氧细胞比例超过10%时，才会显著性地影响细胞存活率。

二、细胞周期不同时相的放射敏感性

在细胞水平，经同步化后证实，其不同时相的放射敏感性有很大的差别。G₂后期和M期是最敏感的时相，G₁后期和S早期的放射敏感性也较高，然而S后期及G₁早期的放射敏感性很低。但不管怎样，处在分裂期的细胞群均易受到射线的损伤。

三、射线的质

生物体照射后的辐射生物学效应与射线的质有很大的关系。为了说明射线的“质”与辐射生物学效应的相互定量关系，我们常应用相对生物学效应(relative biologic effect，RBE)的概念，即在产生同样的生物学效应的基础上，标准参考射线的剂量与待研究的射线剂量之比。例如高能质子射线的生物学效应比γ线高10%～15%，快中子的RBE值为3.5左右。此外，目前临床上常采用的光子和电子线均属于低线性能量转换(LET)射线，即属于稀疏的电离射线。但从放射生物学角度来判定LET的意义，那么质子也属于低LET射线，而快中子、重离子等属于高LET射线，它们所产生的生物学效应很明显超过了低LET射线。

高LET射线的主要放射生物学特点是：①细胞存活曲线的肩区基本不存在，而其终斜率也明显的增大，这意味着细胞的死亡主要来源于α型细胞杀灭;②高LET辐射生物学效应对分子氧和细胞周期不同时相敏感性的依赖要低于低LET射线;③高LET射线照射后，细胞不再有或仅有很低的能力来修复细胞的辐射损伤。所以，在低LET射线中存在的分次照射的生物学基础和剂量率效应在高LET射线照射中已不再存在，至少其重要性明显下降。从相对生物学效应而言，由于后期反应组织在低LET射线照射时，较急性反应组织存在分次照射敏感性，即分次剂量的下降能增加其辐射耐受性。因而在高LET射线照射时，其RBE值要高于急性反应组织。另外，RBE值也决定于分次照射的剂量，如应用低分次照射剂量(如每次2 Gy)时，其RBE值要大于高分次照射剂量(如每次5 Gy)时的RBE值。

四、化学治疗药物

在恶性肿瘤治疗中，化疗和放疗的联合应用是很重要的治疗模式。不可否认，由于药物的应用能直接地影响到辐射生物学效应，其联合应用的机制可归纳为两大类，即相互作用(即由于药物的应用而改变射线的生物效应)和非相互作用(即无论药物或射线均是独立起作用而不产生相互的影响)。在相互作用方面，又可根据药物对射线生物学效应的影响，区分为增强作用和保护作用。临床工作中，药物和放疗联合应用主要归纳为以下几个方面。

1.药物和射线分别作用于不同的解剖部位最常见的是用药物杀灭远处转移性肿瘤，而用射线来控制原发病灶。如白血病，化疗是主要的治疗方法，而放疗则可以治疗隐匿性病变，其主要目的是减少远处转移率。

2.药物和射线能分别独立地杀灭细胞即药物和射线没有相互作用的条件下，照射剂量和药物剂量均能足量地用来治疗肿瘤，最终肿瘤的控制率大于放疗或药物分别应用时所取得的肿瘤控制率。故要求放疗和药物的毒性作用不能相互重叠，化疗药物不能增加射线照射范围内正常组织的损伤。在临床上，如果采用的是放疗和化疗药物序贯应用，则既能提高肿瘤局部控制率，又减少了肿瘤的远处播散。

3.减少肿瘤的容积由于肿瘤的容积越小，越容易通过放疗而治愈。故在肿瘤开始放疗前，通过几个疗程的化疗如新辅助化疗，使肿瘤的容积缩小，从而提高肿瘤的控制率。同时，由于肿瘤的容积缩小，改善了肿瘤的氧供应，从而提高了肿瘤的放射敏感性。并且，由于肿瘤缩小，导致照射范围缩小，减少了正常组织的照射体积，这样可增加照射剂量，有利于肿瘤控制率的提高。当然，由于新辅助化疗的应用，而延迟了肿瘤放疗开始的时间，以及化疗药物促使肿瘤细胞增殖加快，有可能会导致细胞增殖快速的肿瘤如头颈肿瘤、肺鳞状细胞癌等的局部控制率下降。

4.增加肿瘤辐射生物效应射线和药物能通过直接的相互作用而达到增加肿瘤细胞的杀灭，其主要机制是抑制分次照射之间的细胞修复。这些药物有顺铂、博来霉素、多柔比星(阿霉素)等。另外，化疗药物也能通过间接杀灭对射线具有抵抗性的细胞群，而留下对射线敏感的细胞群，从而提高肿瘤控制率。但这种作用仅在体外及单次剂量照射时产生，在分次照射中尚无法实现，有待于临床进一步研究。

从以上药物和放疗联合应用的作用机制中可以看出，只有化疗药物和放疗同步应用才能提高其治疗效果。这一点在非小细胞肺癌治疗中已得到证实。