放射损伤与修复

细胞或组织受放射线照射后，由于射线的质及量以及细胞或组织内外环境的不同，而会出现不同程度的损伤，从亚细胞到细胞及组织水平均有不同的表现。
DNA的放射损伤与染色体畸变 任何哺乳动物细胞受照射后，可见细胞内各种超微结构的损伤，而起主要作用的是DNA大分子及染色体的损伤与修复。DNA大分子的损伤有两种主要表现形式
(1) DNA链的断裂： DNA链断裂可分为单链断裂与双链断裂。照射离体DNA，单链DNA比双链DNA更敏感，约90%为单链损伤，双链损伤仅占10%。当两条相对应的单链断裂点恰在相对的位置上，或极相近的位置（相距不超过三个核苷酸的位置），其基本堆积力已不足以把分子结合在一起，于是发生一次DNA双链断裂。这可能是一次作用或二次分别作用的结果。引起双链断裂所需要的能量，一般要比引起单链断裂的能量高10倍。哺乳动物细胞内DNA的单链和双链断裂，与离体DNA不同，可由射线直接造成，也可能由细胞内酶的作用所引起。细胞内DNA放射损伤还受复杂的环境影响，如细胞处于增殖周期的不同期，细胞本身的修复功能、有氧或无氧状态等。哺乳动物细胞内双链断裂与单链断裂的比率是1/20～1/70。DNA单链断裂可用对侧链为模板，通过酶的修复系统迅速修复，对细胞的影响不严重。但也有个别断裂不能很好地修复或出现不正确的修复，可能造成细胞的突变。DNA双链断裂后模板消失，一般不能修复，但在有些生物体内，DNA双链断裂亦可能修复。
(2) DNA-膜复合体的损伤： 近年的工作认为照射后不仅DNA链的损伤对细胞能否存活有影响，DNA及其核膜的复合结构损伤后的修复也与细胞的存活或死亡有极密切关系。目前对DNA-膜复合体受照射后出现损伤的问题尚在进一步深入探讨。初步认为DNA及其核膜复合体的错误修复可能是使放射损伤固定导致细胞死亡的原因。放射损伤的修复或被固定之间的平衡主要决定于剂量以及照射后细胞的外环境。
染色体畸变 放射引起的DNA断裂，在细胞水平上表现为染色体断裂。照射分裂间期细胞，染色体断裂频率最高。染色体或染色单体的断裂端有“粘性”，断裂端与断裂端可以重新连接起来。在连接过程中如发生错误，则在下次有丝分裂期便表现出多种染色体畸变。严重的染色体畸变可使细胞永久停滞在有丝分裂中，或者死亡。如细胞不死亡，则可能由于染色体的畸变而使其后代出现突变。染色体畸变可表现为：
❶染色体排列的畸变，如出现缺失、断片、倒位、易位、重复、互换等(图1);
❷染色体形态的改变，如染色体环、双着丝点或多着丝点染色体、染色体桥及等臂染色体变成不等臂染色体等(图2);
❸染色体数的改变。射线引起的一个或多个染色体畸变的细胞称为畸变细胞。畸变细胞与计算的细胞总数的百分比为染色体畸变率。染色体畸变随剂量的加大而显著增加，可用染色体畸变率估计人体所受的微小剂量。目前，染色体损伤的研究往往被用于分析探讨放射效应及损伤的修复。

图1 染色体断裂后连结方式示意图

图2 染色体辐射引起的畸变

细胞的放射损伤与修复 哺乳动物细胞受照射后可发生三种损伤：
❶亚致死损伤(sublethal damage,SLD)。一般在细胞受照射后1～6小时内基本修复。SLD的修复与DNA、RNA及蛋白质的合成无关。细胞如处于乏氧状态，SLD的修复可完全或部分受阻。SLD的修复能力和细胞群体的繁殖状态有密切关系。不处于增殖期的细胞几无SLD的修复，如使细胞增殖就能出现SLD的修复。
❷潜在致死损伤 (potential lethal damage,PLD)。细胞受放射损伤后，如环境条件合适，可以修复，细胞得以存活，反之，可转化为细胞的致死性损伤，这样的损伤称为PLD。PLD的修复需要RNA的合成。细胞在离体培养中，有利于PLD修复的条件是乏氧及处于细胞周期的中、晚S期；不利的条件是低温(0℃)及加温疗法。在整体内，PLD的修复主要在G0期及细胞周期的相对不活跃的G1期细胞内。关于PLD的修复，尚有不少问题有待进一步探讨。
❸致死损伤(Lethal da-mage,LD)即细胞受照射后出现不可修复的损伤。肿瘤放疗中，细胞丧失增殖能力，即为细胞死亡。
Elkind修复 Elkind首先在一次照射哺乳动物离体培养细胞的细胞存活曲线基础上，用分两次照射离体细胞的方法，使细胞存活曲线的指数性杀灭部分出现肩区的再现。从而，用实验证明了细胞群受照射后，存在放射损伤的修复。并且通过此方法，观察细胞放射损伤修复的特性。为此，有人称细胞放射损伤的修复为Elkind修复。
正常组织放射损伤 在放射治疗过程中，不可避免地照射到一部分正常组织。正常组织的放射损伤一般分三个时期： 一过性的放射反应、早期放射损伤及晚期放射损伤（见下表）。
正常组织的更新情况不同，组织的放射耐受性也不同。

正常组织放射反应的几个时期

器 官	治疗时一过 性放射反应	早期放射损伤	晚期放射损伤
小 肠	腹泻、绞痛、 吸收不良	6月～1年，梗 阻	1～11年，梗阻， 可能需要手术
结肠及直肠	腹泻、绞痛	6～12月，腹 泻、坏死	2～3年，慢性梗 阻、纤维化及硬 变
胃	厌食加恶 心、酸度降 低	1～2月，表浅 溃疡	慢性萎缩性胃 炎
食 管	吞咽时疼痛	—	1～5年，狭窄
口腔粘膜	粘膜炎、湿 性脱皮	2～3月，萎缩	6～12月，纤维 化；1～5年，溃 疡、深层坏死、 萎缩
皮 肤	红斑、脱皮	6～8周，脱皮 加色素沉着	6月～5年，萎 缩、溃疡、深部 纤维化

（续表）

器 官	治疗时一过 性放射反应	早期放射损伤	晚期放射损伤
肝	肝功改变	—	7月～1年，肝功 能改变
肺	治疗结束 时，肺炎	0～3月，肺炎	8月～2年，纤维 化
肾	无	6～12月，肾硬 化	1.5～3年以上 慢性放射性肾 炎，伴有血管硬 化
输尿管	无	—	1～2年，纤维化 及梗阻
膀 胱	膀胱炎	—	7～8月挛缩；1 年以上萎缩性 溃疡
脊 髓	—	水 肿	横断性脊髓炎： 6～12月，可逆； 1～2年，截瘫
脑 心 脏 主要血管 眼	水 肿 无 无 无	6～12月，可逆 反应 — 动脉纤维化 —	1～2年，坏死 1～2年，心包炎 很少见 2年以上，剂量 低亦有白内障

此外，照射面积、整体的健康情况、并发症、年龄（儿童及老年都较敏感）等多种因素，也对组织的放射耐受性有影响。有人根据放疗的临床资料，总结了常规放疗(1周1000rad)时正常组织的放射耐受量（见表）。由于多种因素影响。个体差异极大，此表仅作参考。

正常组织放射耐受量

脏 器	损 伤	TD5/5	TD50/5	全部或部分 脏器(射野 大小或长 度)
胚 胎 骨 髓	死 亡	200 250 3000	400 450 4000	全 部 全 部 局 部
卵 巢 晶 体	永久不育	200～300 500	625～1200 1200	全 部 全部或部分
睾 丸 乳腺（儿童） 软骨（儿童） 骨（儿童） 肺	永久不育 不发育 生长受阻 生长受阻 急、慢性 肺炎	100* 1000 1000 1000 1500 3000	200* 1500 3000 3000 2500 3500	全 部 全 乳 整块软骨 10cm2 全 肺 100cm2
肾	急、慢性 肾硬化	1500	2000	全肾(条 形野)
		2000	2500	全 肾
肝	急、慢性 肝炎	1500	2000	全肝(条 形野)
		2500	4000	全 肝

（续表）

脏 器	损 伤	TD5/5	TD50/5	全部或部分 脏器(射野 大小或长 度)
肌肉（儿童） 淋巴结 脊 髓	萎 缩 萎 缩 血管梗塞、 坏死	2000～3000 5000 4500	4000～5000 >7000 5500	整块肌肉 整个淋巴结 10cm2
胃	穿孔、溃 疡出血	4500	5500	100cm2
心 脏	心包炎、 全心炎	4500	5500	60%
肠	溃疡、穿 孔出血	4500 5000	5500 6500	400cm2 100cm2
甲状腺 垂 体 唾液腺 角 膜	功能低下 功能低下 口腔干燥	4500 4500 5000 5000	15000 20000～30000 7000 >6000	全 部 全 部 50cm2 全 部
中 耳 脑	严重中耳炎 血管梗塞、 坏死	5000 6000 7000	7000 7000 8000	全中耳 全 脑 25%
淋巴管 视网膜	硬 化	5000 5500	8000 7000	整 条 全 部
皮 肤	急慢性皮 肤炎	5500	7000	100cm2
食 管	食管炎、 溃疡	6000	7500	75cm2
毛细血管 内耳前庭	扩张、硬化 美尼尔综 合征	5000～6000 6000	7000～10000 7000	全 条 全 部
口腔及咽部	溃疡及粘 膜炎	6000	7500	50cm2
肌肉（成人） 直 肠 膀 胱 乳腺（成人） 成熟软骨	纤维化 溃疡、狭窄 挛 缩 萎缩、坏死 坏死、骨 折、硬化	6000 6000 6000 >5000 6000	8000 8000 8000 >10000 10000	整块肌肉 100cm2 全 部 全 乳 整块软骨
骨（成人）	坏死、骨 折、硬化	6000	10000	10cm2
周围神经 肾上腺	神经炎 功能低下	6000 >6000	10000 —	10cm2 全肾上腺
输尿管 大血管 阴 道 子 宫	狭 窄 硬 化 溃疡、漏管 坏死、穿孔	7500 >8000 9000 >10000	10000 >10000 >10000 >20000	5～10cm 10cm2 全 部 全 部

注： (1) TD5/5放疗后5年有5%出现损伤的组织量(即1～5%范围)
(2) TD50/5放疗后5年有50%出现损伤的组织量(25～50%范围)
*每天5rad散射
对正常组织的放射损伤应采取预防措施，如改变照射野的设计，尽量减少正常组织尤其是一些重要脏器的受量。对一般性的放射反应，可用药物对症处理，以减轻症状。一旦损伤形成，极难处理，目前尚无有效措施。由于放射损伤造成病人极大痛苦时，如可考虑作手术切除。