亚细胞水平的反应

2．1．1 物理因子

电离辐射，无论是电磁波还是粒子辐射，都是在细胞的各个部分沉积其能量的，细胞内部并无妨碍能量沉积的屏障。每克组织所吸收的总能量是极少的，且只有很少数的分子被电离。例如，400cGy的辐射只能引起组织吸收约10ca1／g的能量，仅使1／50000000个分子被电离。虽然这一剂量似乎只引起很稀疏的电离，但每克组织却约有10个分子，因此每克组织中共约有1015个分子获得足够的能量而被电离。

电离发生在沿着高速运动着的带电粒子(例如电子)行进的径路中，这些粒子是由于吸收了辐射能量而运动的。一个描述沿着这种粒子的径路产生的电离能量密度的重要参数为传能线密度(LET)。它表示在每单位径路长度在组织中所沉积的能量的多少(keV／μm)。这一物理参数表达不同类型的辐射所引起的不同的生物学效应。然而在临床应用中，LET这一术语却较不重要，因为常规放疗中大多使用γ线及X线，其射束能量差别很小。大多数高LET(即高电离密度)的辐射，例如中子或α粒子，要比γ线或X线更为有效，即它们的每cGy剂量所产生的生物学损伤更多。相对生物学效应(RBE)这一术语是度量各种辐射在引起某一特定的生物学反应时的效率的。根据此定义，计算某一类型辐射(γ)的RBE时，可用公式：RBE=D／Dr，式中D和Dr系250kV的X线和该种辐射引起相同的生物学反应时各所需的剂量。因此，RBE数值依赖于所观察的特定的生物学反应，即观察的终点(此外也还依赖于其它因子，包括射线的能量、剂量率和剂量水平等)。大多数放疗中常规使用的(低LET)γ或X辐射的RBE值一般介于0．8及1．0之间。当LET值高时，特别是介于10及100keV／μm之间时，RBE值也增高。表2－1列出一些种类的辐射之LET及RBE值。

表2－1 一些种类的辐射之LET及RBE值

2．1．2 化学因子

辐射所引起的细胞中关键分子的损伤，可造成细胞在生物学方面的重要改变。DNA被认为是最重要的靶分子。辐射对于一个靶分子的损伤，可以通过直接效应(即对于该分子的电离作用)或间接效应(即初始被电离的分子并非该靶分子本身，但能量很快便被转移到该分子上)。可能绝大多数辐射损伤都是通过间接效应所造成的。水被认为是间接效应的介导者，即水被辐射电离后形成具有高度反应性的自由基，而这些自由基扩散到靶分子附近就可将能量转移给靶分子。DNA的化学损伤具有多种形式，例如硷基的更替或丢失、两条DNA链之间氢键的断裂、形成二聚体、发生交连等。这些损伤可造成分子结构及功能的改变。辐照之后常观察到染色体的异常，这被认为是造成细胞被杀灭的一个主要因子。

辐射所致分子的损伤可被许多细胞内的因子所改变。这些因子包括温度、pH、氧浓度和靶分子的浓度。在决定细胞的辐射损伤中，氧似乎是特别重要的，因氧可改变辐照所产生的自由基的数目和类型。辐射防护药也能在此阶段通过化学修复(减少)自由基对靶分子的损伤而使辐射损伤减轻。