一、细胞的辐射敏感性
机体各类细胞对辐射的敏感性不一致。Bergonie 和Tribondeau提出细胞的辐射敏感性同细胞的分化的程度成反比,同细胞的增殖能力成正比。Casaret按辐射敏感性由高到低,将人类和哺乳动物细胞分为4类(表3-1)。从总体上说,不断生长、增殖、自我更新的细胞群对辐射敏感,稳定状态的分裂后细胞对辐射有高度抗力。而多能性结缔组织,包括血管内皮细胞,血窦壁细胞,成纤维细胞和各种间胚叶细胞也较敏感,介于表3-1的Ⅱ、Ⅲ类之间。
表3-1 哺乳类细胞辐射敏感性分类
细胞类型 |
特 性 |
举 例 |
辐射敏感性 |
Ⅰ增殖的分裂间期细胞(vegetative intermitosis cells) |
受控分裂 |
造血干细胞 |
高 |
Ⅱ分化的分裂间期细胞(differentiating intermitosis cells) |
受控分裂 |
幼稚血细胞 |
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结缔组织细胞(Conective tissue cells) |
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Ⅲ可逆性分裂后细胞(reverting postmitotic cells) |
无受控分裂 |
肝细胞 |
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Ⅳ稳定性分裂后细胞(fixed postmitotic cells) |
不分裂 |
神经细胞 |
低 |
二、细胞周期的变化
辐射可延长的细胞周期,但不同阶段的辐射敏感性不同(图3-3)。处于M期的细胞受照很敏感,可引起细胞即刻死亡或染色体畸变(断裂、粘连、碎片等);可不立刻影响分裂过程,而使下一周期推迟,或在下一次分裂时子代细胞夭折。C1期的早期对辐射不敏感,后期则较为敏感,RNA、蛋白质和酶合成抑制,延迟进入S期。S前期亦较为敏感,直接阻止DNA合成,而在S期的后期敏感性降低,是则于此时已完成DNA合成,即使DNA受损亦可修复之故。G2期是对辐射极敏感的阶段,分裂所需特异蛋白质和RNA合成障碍,因而细胞在G2期停留下来,称“G2阻断”(G2block),是照射后即刻发生细胞分裂延迟主要原因。
图3-3 细胞周期各阶段的辐射敏感性
三、染色体畸变
细胞在分裂过程中染色体的数量和结构发生变化称为染色体畸变(chromosome aberration)。畸变可以自然发生,称自发畸变(spontaneous aberration)。许多物理、化学因素和病毒感染可使畸变率增高。电离辐射是畸变诱发因素,其原因是电离粒子穿透染色体或其附近时,使染色体分子电离发生化学变化而断裂。
(一)染色体数量变化
照射时染色体发生粘着,在细胞分裂时可能产生染色体不分离现象,致使两个子细胞中染色体不是平均分配,生成非整倍体(aneuploid)细胞。
(二)染色体结构变化
1.染色体型畸变:当染色体在复制之前受照射(即细胞处于G1期或S期初期受照射),染色体发生畸变之后再进行复制,称染色体型畸变。断片、着丝粒环、双着丝粒体、相互易位、倒位及缺失等畸变属于这一类(图3-4)。
图3-4 某些染色体畸变形成示意图
(1)断片, (2)双着丝点 (3)环
2.染色单体型畸变:当染色体复制之后受照射(即细胞处于S期后期或G2期受照射),在一个染色单体臂上发生断裂或裂隙,称为染色单体型畸变(chromatid aberration)。单体断片、单体互换等属这一类。
电离辐射诱发的畸变以染色体型畸变为主,尤以断片,环和双着丝粒体等畸变,在反映辐射效应的程度方面更有意义。