核、化學(xué)武器損傷:第一節(jié)　電離輻射對細胞的作用

一、細胞的輻射敏感性

機體各類細胞對輻射的敏感性不一致。Bergonie 和Tribondeau提出細胞的輻射敏感性同細胞的分化的程度成反比，同細胞的增殖能力成正比。Casaret按輻射敏感性由高www.med126.com到低，將人類和哺乳動物細胞分為4類（表3-1)。從總體上說，不斷生長、增殖、自我更新的細胞群對輻射敏感，穩(wěn)定狀態(tài)的分裂后細胞對輻射有高度抗力。而多能性結(jié)締組織，包括血管內(nèi)皮細胞，血竇壁細胞，成纖維細胞和各種間胚葉細胞也較敏感，介于表3-1的Ⅱ、Ⅲ類之間。

表3-1 哺乳類細胞輻射敏感性分類

二、細胞周期的變化

輻射可延長的細胞周期，但不同階段的輻射敏感性不同（圖3-3)。處于M期的細胞受照很敏感，可引起細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程，而使下一周期推遲，或在下一次分裂時子代細胞夭折。C₁期的早期對輻射不敏感，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，是則于此時已完成DNA合成，即使DNA受損亦可修復(fù)之故。G₂期是對輻射極敏感的階段，分裂所需特異蛋白質(zhì)和RNA合成障礙，因而細胞在G₂期停留下來，稱“G₂阻斷”（G₂block)，是照射后即刻發(fā)生細胞分裂延遲主要原因。

圖3-3 細胞周期各階段的輻射敏感性

三、染色體畸變

細胞在分裂過程中染色體的數(shù)量和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化稱為染色體畸變（chromosomeaberration)。畸變可以自然發(fā)生，稱自發(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，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

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

（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)生畸變之后再進行復(fù)制，稱染色體型畸變。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（圖3-4)。

圖3-4 某些染色體畸變形成示意圖

（1)斷片，�。�2)雙著絲點�。�3)環(huán)

2．染色單體型畸變：當(dāng)染色體復(fù)制之后受照射（即細胞處于S期后期或G₂期受照射)，在m.payment-defi.com/kuaiji/一個染色單體臂上發(fā)生斷裂或裂隙，稱為染色單體型畸變（chromatid aberration)。單體斷片、單體互換等屬這一類。

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、細胞死亡

（一)細胞死亡類型

1．間期死亡（intermitoticdeath)：細胞受照射后不經(jīng)分裂，在幾小時內(nèi)就開始死亡，稱間期死亡，又稱即刻死亡。體內(nèi)發(fā)生間期死亡的細胞分為二類：一類是不分裂或分裂能力有限的細胞，如淋巴細胞和胸腺細胞，受幾百mGy照射后即發(fā)生死亡；另一類是不分裂和可逆性分裂的細胞，如成熟神經(jīng)細胞、肌細胞和肝、腎細胞等，需要照射幾十至幾百Gy才發(fā)生死亡。細胞間期死亡發(fā)生率隨照射劑量增加而增加，但達到一定峰值后，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胞的破壞，其機理主要是由于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)生細胞核固縮、裂解。照射后膜結(jié)構(gòu)的破壞、細胞能量代謝障礙，也是促成間期死亡的因素。

2．增殖死亡（reproductivedeath)：細胞受照射后經(jīng)過1個或幾個分裂周期以后，喪失了繼續(xù)增殖的能力而死亡，稱增殖死亡，也稱延遲死亡。體內(nèi)快速分裂的細胞，如骨髓細胞受數(shù)Gy射線照射后數(shù)小時至數(shù)天內(nèi)即發(fā)生增殖死亡。分裂細胞在受到很大劑量照射后也可發(fā)生間期死亡。增殖死亡的機理主要是由于DNA分子損傷后錯誤修復(fù)和染色體畸變等原因?qū)е掠薪z分裂的障礙。

（二)劑量存活曲線

劑量存活曲線（dode survival curve)是反映照射劑量與細胞死亡率之間的關(guān)系，分析受照射細胞群體輻射效應(yīng)的一種模式。在培養(yǎng)皿上培養(yǎng)有增殖能力的哺乳類細胞，觀察細胞集落形成率，以每一集落代表1個存活細胞。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胞存活率與照射劑量在半對數(shù)座標(biāo)紙上作圖即構(gòu)成劑量存活曲線（圖3-5)。

圖3-5 哺乳類細胞典型劑量存活曲線

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

通常用D₃₇、D₀、D_q和n等參數(shù)來表示劑量存活曲線的特征。

D₃₇是指存活曲線上存活率由1降至0.37所需的劑量。

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

D_q稱擬閾劑量（quasithreshold dose)，是在劑量存活曲線上存活率為1處劃一橫坐標(biāo)的平行線，與B線直線部分延長線相交，其所對應(yīng)的劑量即為D_q。在A線上D_q＝0，故D₃₇＝D₀。

n稱外推值（extrapolationnumber)是劑量存活曲線B的直線部分的延長線與縱座標(biāo)的交點。

D_q和n值都反映曲線“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)比較各類的細胞輻射敏感性和修復(fù)能力。

五、細胞損用力的修復(fù)

（一)亞致死損傷修復(fù)

亞致死損傷是指細胞接受輻射能量后所引起的損傷不足以使細胞致死，如果損傷積累起來，就可以引起細胞死亡。但若給予足夠的時間，則細胞有可能對這種損傷進行修復(fù)，稱亞致死損傷修復(fù)（sublethal damage repair，SLDR)。所以將一定劑量進行分次照射，每次照射中間給予一定間隔，細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胞暫未死亡，但如不進行干預(yù)，細胞將會發(fā)生死亡。假如改變受照射細胞所處狀態(tài)。例如置于不利于細胞分裂的環(huán)境中，則受損傷細胞可得到修復(fù)而免于死亡，稱潛在致死損傷修復(fù)（potentially lethal damage repair，PLDR)。