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臨床放射生物學-展示頁

2025-01-11 15:29本頁面
  

【正文】 Each cell hit by one particle Average of one particle/cellMiller et n實驗發(fā)現(xiàn)細胞死亡的發(fā)生和射線所致的SSB數(shù)量沒有相關性,但和產生的 DSB數(shù)量有較好的相關性。一個可導致平均每個細胞有一次致死事件的照射劑量將 殺死 63% 的細胞,而 剩下的 37%還是有活性 的。4.電離輻射引起 DNA鏈斷裂的重要特點(1)單鏈斷裂 (SSB)可由一個自由基攻擊而產生,而雙鏈斷裂 (DSB)須由兩個自由基引起。(2)堿基損傷:堿基損傷可引起 DNA雙螺旋的局部變性,特異的核酸內切酶能識別和切割這種損傷,并經過酶的作用,產生鏈斷裂??梢苑謩e作用于堿基雙鍵上,其中以羥自由基破壞性最強。3. DNA鏈斷裂的分子機制: 鏈斷裂的形成可以直接由于脫氧戊糖破壞或磷酸二酯鍵的斷裂,也可以間接通過堿基的破壞或脫落所致。其有兩種類型的鏈斷裂: 單鏈斷裂 和 雙鏈斷裂 (兩條互補鏈的斷裂之間的距離不大于 4個堿基對 )。? 大部分的電離不起作用是由于以下因素: 自由基的清除、接近 DNA的電離數(shù)量很少不足以造成它們的損傷以及細胞的修復。1.輻射損傷的初始過程:在一個治療劑量的照射后所產生的電離數(shù)量是非常大的,每個細胞照射 lGy有大約 105的電離 。二、放射線對細胞殺滅機制(一 )DNA損傷和細胞殺滅: DNA是放射線作用于細胞的最重要的靶。(二 )克隆源性細胞: 在特定的生長環(huán)境內有能力形成含有 超過 50個細胞集落 的細胞。 這方法一般是檢測干細胞的形成集落能力。 當一個腫瘤在非治愈性治療后再生長是因為有些惡性干細胞未被殺滅。l一個腫瘤內干細胞僅是很小的一部分。間接作用 Indirect actionn 水的電離n 常見,細胞 80%是水n 每個 DNA分子,含 個水分子 delta raysIonization event (formation of water radicals) Light damage reparableClustered damage irreparableRadiation Damage to the DNA Water radicals attack the DNAThe mean diffusion distance of OH radicals before they react is only 23 nm OH?ePrimary particle track第五節(jié) 電離輻射對細胞的殺滅概念一、克隆源性細胞的概念: 在正常的更新組織內,要保持體內一個組織的體積和組織的功能,有賴于組織內存在的小部分 原始的 “ 干細胞 ” 。破壞肌體的核酸、蛋白質和酶等具有生命功能的物質。n 化學過程( DNA殘基的存在時間 103 到105) 秒 )。最后是 生物階段l 大量的占 多數(shù)的損傷 如 DNA內的損傷都可以成功的 修復l 僅有 較少的損傷不能修復 ,這些未能修復的損傷最后導致細胞死亡。 DNAe1018S細胞 1014Se物理過程 : 即包括帶電粒子和組成組織的原子之間的相互作用過程。細胞核的主要成分是 DNA? DNA是輻射引起細胞死亡及損傷的主要靶區(qū)2.自由基 對 DNA的 損傷 作用: 自由基對 DNA作用后果主要有三類:即單雙鏈斷裂 、無嘌呤無嘧啶位點 (AP位點 )和產生環(huán)胞和嘧啶衍生物。? 細胞的結構:細胞核和胞漿。 )。 使水分子產生羥自由基 ( 電離輻射作用于機體生物大分子的同時,也作用于機體的水分子。(二 )激 發(fā) 作用 定義:當電離輻射與組織分子相互作用,其能量不足以將分子的軌道電子擊出時,可使 電子躍遷到較高級 的軌道上,使分子處于激發(fā)狀態(tài),這一過程稱為激發(fā)作用。二、 電 離和激 發(fā)(一 )電 離作用電離作用 是高能粒子和電磁輻射的能量被生物組織吸收后引起效應的最重要的初始過程。授課時數(shù): 放射治療的地位1999年 Tubiana 報告 45%的惡性腫瘤可以治愈 。臨床放射生物學 廣西醫(yī)科大學附屬腫瘤醫(yī)學院放療科黃江瓊教學目的:掌握腫瘤的放射生物學基礎,分次放射治療的生物學基礎及正常組織的放射性損傷熟悉電離輻射對細胞的殺滅概念,細胞存活概念,氧效應與氧增比,靶學說與α/β模式,腫瘤放射治療中生物劑量等效換算的數(shù)學模型,改變放射效應的措施了解電離輻射生物效應的基本過程,放射線對生物體的作用,細胞生存曲線。教學內容:放射線對生物體的作用:電離輻射對細胞的殺滅概念及細胞存活的概念;氧效應與氧增比;靶學說 α/β模式;腫瘤放射治療中生物劑量等效換算的數(shù)學模型;腫瘤的放射生物學;分次放射治療的生物學基礎;正常組織的放射損傷;改變放射效應的措施。放射腫瘤學的內容放射腫瘤學臨床腫瘤學 放射物理學 放射生物學臨床放射生物學 實驗放射生物學放射治療學放射生物學對放射治療的影響l 、過程l l l放射治療的兩大基本原則l最大程度地殺滅腫瘤l最大程度地保護正常組織第一 節(jié) 電 離 輻 射生物效 應 的基本 過 程l 電 離 輻 射 是指能引起被作用物 質電 離的放射 線l 電 磁 輻 射 :X射 線 和 γ射 線 ,均 為 光子l 電 離 輻 射 l 粒子 輻 射: 質 子、中子電離輻射的一個重要特點 是能夠在被作用物質的局部釋放能量,引起被作用物質的 電離 和 激發(fā) ,而電離和激發(fā)又是電離輻射原初作用的重要環(huán)節(jié)。定義:生物組織中的分子被粒子或光子流撞擊時,其軌道電子被擊出, 產生自由電子和帶正電的離子 ,即形成離子對,這過程稱之。 (三 )水的 電 離和激 發(fā) 生物體是由各種物質的分子所組成,除生物大分子和無機分子外,水占生物體重的 70%左右。l 電離輻射作用于水分子而產生的活性產物又可進一步影響生物大分子l 水分子受電離輻射作用時,發(fā)生電離和激發(fā)作用。OH)和氫自由基( H水的電離l HOH → HOH+ + el HOH+ → H+ + OH.l OH. + OH . = H2O2自由基 free radical 在其外 層軌 道上有一個未配 對 的 電 子,高度活 躍三、自由基與放射損傷細胞生物學基本概念? 在所有生物體中,能獨立存在的最小單位是細胞。? 胞漿與放射生物效應的關系較小,? 細胞核是產生輻射效應的主要部位。第二節(jié) 放射線對生物體的作用一、放射線對生物體的作用方式(一 )三階段作用過程 : 任何生物體經照射后均產生一系列的變化過程,這些變化的時間過程有很大差異,以時間過程分可分為三個時相:物理過程 化學過程 生物階段 高速運轉的電子以 1018S的速度通過 DNA分子及以 1014S的速度穿過哺乳動物細胞,因而產生了一系列的電離和激發(fā)的過程。電離、激發(fā)其次是 化學過程n 即 受到損傷的原子和分子 細胞中其他的結構 起快速的化學反應 形成 自由基 ,并參予一系列的反應最后導致電子負荷平衡的重建,n 自由基反應一般在照射后千分之一秒內完成。電離輻射生物效應的時標 :(The timescale of effects in radiation biology) n 物理過程( 1015秒內結束 )。n 生物學過程 (細胞死亡需數(shù)天到數(shù)月,輻射致癌作用需數(shù)年,可遺傳的損傷需經數(shù)代才能觀察到 (二 )放射線的生物效應n直接作用n間接作用直接作用 Direct actionn 直接作用 — 射線被生物物質吸收時 ,直接和細胞關鍵的靶起作用,靶原子被電離或激發(fā)啟動一系列生物事件導致生物改變。本質:射線直接造成生物大分子損傷效應高 LET射線,如中子或 α粒子間接作用 Indirect actionu 電離輻射作用于一個原子和分子的同時又直接作用于水,使水分子產生一系列原發(fā)輻射分解產物,然后通過這些輻射分解產物再作用于生物大分子,引起后者的物理和化學變化u 本質:通過水電離。l干細胞 是有能力保持自己的數(shù)量,同時產生可以分化和增殖的細胞以替代其他功能性細胞群。l癌瘤是從這些等級組織衍生出來的, 但并非腫瘤內的細胞都是惡性干細胞。為了弄清還有多少干細胞未被殺滅,需建立能從腫瘤內取出的細胞中識別出干細胞的分析方法。這些細胞稱為 “ 克隆源性 ”或 “ 集落形成 ” 細胞。以這個分裂能力作為標準來衡量細胞的繁殖能力。 照射 lGy粗略地計算可在每個細胞內造成一個致死損傷。2. 放射線對 DNA的損傷:輻射所致 DNA損傷主要是 DNA鏈的斷裂。DNA損傷是射線殺滅細胞和導致細胞突變的關鍵。(1)脫氧戊糖和磷酸二酯鍵的破壞:水輻射產物,水合電子 (e— 水合 ,或 e— qq)羥自由基 OH和氫自由基 H由于羥自由基的高反應性,能從糖基上抽去20%的氫,因此 DNA鍵的斷裂主要與羥自由基作用有關 。嘧啶堿受輻射損傷后較易脫落。(2)輻射所引起的 DNA內的損傷數(shù)比那些最后導致細胞死亡的損傷數(shù)要大得多。這個劑量被稱為 平均致死劑量 (Do)。n可見 DSB是輻射致死細胞的 關鍵損傷 。? 這是 最常見的細胞死亡形式 。? 最典型的間期死亡是淋巴瘤細胞的死亡。指數(shù)關系的特點:增加一定劑量就有 一定比例 的細胞而 不是數(shù)量 的細胞被殺死第四節(jié) 細胞存活曲線細胞存活曲線是定量描述輻射吸收劑量 與 細胞存活之間關系的曲線。臨床放射生物學對腫瘤細胞存活可定義為 :經放射線作用后細胞仍具有 無限增殖能力的細胞 。l按照細胞存活定義,放射治療效果主要是根據(jù) 是否殘留有無限增殖能力的細胞 ,而不是要求瘤體內的細胞達到全部破壞。(二 )細胞存活曲線的繪制細胞存活曲線的繪制方法主要依靠細胞培養(yǎng),以制成單個細胞接種平面,用不同劑量照射,得到的集落形成數(shù)與未經照射的對照組進行比較,得出存活率。集落形成實驗l 取指數(shù)生長期細胞, %胰酶消化成單細胞懸液;l 梯度倍數(shù)稀釋將 102 ~ 105個細胞種植到直徑 6cm的培養(yǎng)皿中,輻射劑量分別為 0Gy, Gy, 1 Gy, 2 Gy, 4 Gy,6 Gy, 8 Gy(由小到大的放射劑量 ) 體外培養(yǎng)l 37℃ , 5% CO 2 條件下培養(yǎng) 1014天后,細胞克隆形成;l 棄培養(yǎng)液,甲醇固定 15min,姬姆薩應用液染色 20min;l 流水沖洗染色液,空氣干燥;l 計數(shù)每個培養(yǎng)皿中的集落數(shù),以 50個細胞數(shù)作為一個集落,計算每組均值。共形成 70個集落,集落形成率( PE)是 70%。? 存活率
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