1. 1
101 級牙放共筆 W2
Biologic Effects of Radiation
放射線的生物性影響 至正
● 輻射對生物體的作用可分為兩種
a. Direct
輻射線直接作用在再分子的鍵上面,產生 free radicals,佔輻射線對生物體
作用的 1/3。
(1) RH+ radiation →R
。
+H++e-
RH 經輻射線作用產生帶自由基的 R
。
加上一個氫離子和一個電子。
(2) R
。
→X + Y
。
帶自由基的 R。產生穩定的 X 和一個帶有自由基的 Y。
(3) R
。
+S
。
→RS
(4) R
.
+S
。
形成穩定的 RS。 蛋白質 R 受到輻射線影響產生自由基讓 R 和 S 結合
成 RS,使身體無法辨別發揮原本的效用。
b. Indirect
輻射線由水分子吸收,產生自由基,對生物體造成損害,佔輻射線對生
物體作用的 2/3。
輻射線由於和水作用而產生游離自由電子,此自由電子作用於生物分子
外之其他分子,而產生自由基(free radical),此自由基再去攻擊生物分子
(切斷 DNA 鏈),造成損害。台灣醫療上都是間接作用。
(1) H2O+radiation→ H
o
+OH
o
(2) H
o
+O2 →HO2
o
(3) HO2
o
+H
o
→H2O2
(4) HO2
o
+ HO2
o
→H2O2 + O2
HO2
o
(peroxyl radicals)和 H2O2 是身體照射游離輻射後產生的主要毒素
下圖重要!!!
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101 級牙放共筆 W2
● Changes in DNA
a. DNA 損傷是輻射造成細胞死亡、突變、癌變的主要原因。
b. 輻射造成DNA損傷的總類有以下這幾種:
(1) Breakage of one or both DNA strands
(2) Cross-linkage of DNA strands within the helix to other DNA strands or to
proteins
(3) Change or loss of a base
(4) Disruption of hydrogen bonds between DNA strands
● Deterministic effect & Stochastic effect(重要!!!)
放射線對身體的反應我們分成 deterministic(non-stochastic) effect/ stochastic
effect。
確定性效應(deterministic
effect)
=非機率效應(non-stochastic
effect)
機率效應(stochastic effect)
必然會發生 不一定會發生(看個人體質)
成因 殺死大量細胞 破壞 DNA 結構
低限劑量 有低限劑量,照射超過一定劑
量就會發
沒有低限劑量,只要有照射就
可能發(threshold dose) 生(有閾值);短時間內暴露於
大量輻射
生,但不一定發生;潛伏期很
長(沒有劑量所致 閾值)
嚴重程度和暴
露量
嚴重程度和暴露劑量成正
比,劑量越高
嚴重程度和暴露量無關,全有
或無越嚴重
發生機率和暴
露量
發生機率和暴露量無關,但當
超過閥值
發生機率和暴露量成正比,暴
露量越高越有可能發生會影響到全部 (只是有可能不是一定)
舉例 放療造成的口腔黏膜炎 射線造成的癌症、遺傳問題
放射線造成的白內障(cataract) 基因突變(heritable defect)
皮膚紅腫(skin reddening) 白血病(leukaemia)
分類 分急性效應(Acute effect)與延
遲效應
只有慢性晚發的生物效應:致
癌、遺傳(補充) (Late effect);急性效應如急
性輻射症
基因突變,例如白血病、甲狀腺
癌、食候群(Acute radiation
syndrome),延遲
道癌、腦神經系統癌症、唾液
腺癌效應如白內障及不孕症等
3. 3
101 級牙放共筆 W2
● Deterministic effects on cells 確定性效應
a. Nucleus 比起 cytoplasm 更容易受到破壞,其中敏感區是染色體中的 DNA。
b. Chromosome aberration:DNA 被破壞後會使染色體在分裂時產生問題稱之。
c. Reproductive death 生殖死亡
分裂快速的細胞(e.g. 腸道、造血)比較容易被輻射傷害,這些細胞可能會有
mitotic delay 和 cell death(通常在 mitosis 時),而細胞失去 mitosis 的能力稱作
reproductive death。
當細胞要分裂的時候身體就會去檢視細胞染色體有沒有問題,如果有問
題的細胞身體就會殺掉它,造成細胞的死亡。
有以下三種機制:
(1) DNA damage DNA 損傷
(2) Bystander effect 旁效應
細胞受到輻射損傷時,會分泌物質到鄰近正常細胞,造成這些細胞死
亡。
(3) Apoptosis 細胞凋亡
~補充~ 97 共筆
Reproductive celldeath
1.在分裂時產生細胞溶解,細胞被認為是被輻射消毒了。
2.分裂細胞死亡是游離輻射造成的細胞死亡的模式中最為常見的一種。
Interphasedeath(apoptosis)
1. 分裂期間死亡是由細胞凋零的步驟產生的。
2. 細胞凋零是一種活躍的細胞死亡模式,包含生化及型態的明顯特徵:
(1)Endonuclease activation.(cell lysis)核酸內切脢的活化(細胞溶解)
(2) Chromatin condensation and margination (phagocytosis)染色質
濃縮及遷移(吞噬作用)
(3) Cellular shrinkage and fragmentation 細胞萎縮及破裂
3.由於其生理學角色及嚴格的基因調控,細胞凋零經常被稱為”有計畫的細
胞死亡”。
4.在經過輻射傷害後的細胞死亡與細胞分裂無關者,稱為分裂期間死亡。
5.在受到輻射暴露數小時後產生,解釋了此細胞型態對於游離輻射的高敏感度。
d. radio sensitive cell type 對放射線敏感的細胞類型
(1) a high mitotic rate 高細胞分裂率
(2) undergo many future mitoses 經過許多未來的有絲分裂
(3) Most primitive in differentiation 最原始的分化一些複製比較快的細胞,會一
直檢視有沒有不正常細胞,比較容易產生 reproductivedeath。
(4) 例如:皮膚、basal layer、腸(胃)黏膜細胞、精蟲細胞,這些細胞對放射線
敏感度都較高,較容 易產生病變。反之如果是越原始的細胞對於放射線
的敏感度就比較差,例如:分化已經在很末期的神經細胞,因此大腦對放射
線的敏感度很低。
4. 4
101 級牙放共筆 W2
● Deterministic effect on tissue and organs 分成兩種效應:
a. short-term 短期
(1) 數天或數周後發生細胞死亡。
(2) more sensitive in proliferative organ 對輻射敏感的組織和器官容易發
生。
(3) short-term effects 都是因為細胞死亡才造成的反應,例如:做完放射線
治療造成嘴破(oral mucosa cell death)。
b. long-term 長期
(1) 數月或數年。
(2) 器官組織流失並被 fibrous connective tissue 取代。
除了造成細胞流失身體,還會 repair,此 repair 是纖維化,不會補回原
本細胞。例如:
嘴破之後產生的 scar。
(3) 因微血管損傷而造成。
(4) 無論是輻射敏感或是不敏感的組織和器官都有可能發生。
● Radiotherapy in the oral cavity
a. 一些 radiosensitive 的 tumor 會做放療,如 SCC。
b. 分段(Fractionation)給 x-ray dose 比一次給大量的 dose 好。
c. 課本的例子:
Fractionation schedule of radio therapy 放射線治療的分餾計畫
(1) 2Gy daily
每天給予 2Gy 的劑量。
(2) 6-7week
一共治療六至七週(每週給予五天的治療)。
(3) total 64-70Gy
所以總共接受約 64-70Gy 的劑量。
(4) 反應都會有自己的 threshold,1~2Gy 的劑量即可能造成噁心嘔吐,若給予
更高劑量可能會造成造血抑制,因此將總放射劑量分次給予,避免造成更
多的問題。而分段治療中間的休息可讓組織有機會修復。
● Oral mucosa membrane
a. Oral mucosa membrane 的基底層是由快速分裂且輻射敏感的幹細胞所組
成。
(Basal layer-radiosensitive 即使將放射線分次給予,但 2Gy 仍屬高劑量,因
此對高代謝率的 oral mucosa(口腔黏膜) 影響較大,尤其是 basal layer 有更
高的 radiosensitive。)
b. Mucositis 口腔黏膜炎:
(1) 開始治療後約 2 周,這些細胞死亡掉一些,讓 membrane 出現 inflammation
和 redness。
(2) 當治療繼續,被照射的黏膜會和下面的 connective tissue 脫離,形成白黃的
偽膜(pseudomembrane)就是脫屑性上皮層(desquamated epithelial
layer) 。
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101 級牙放共筆 W2
的統計,約有 8 成的口腔癌是和吃檳榔有關,…………………………………..,病人求診的原
因大都是疼痛及張口困難,此種病症是一種不可逆的癌前病變。
Irreversible cell injury 不可逆性損傷的定義:
當把傷害細胞的外界因素除去之後,細胞還是不能恢復成原本的樣子。通常當外界所承受的刺
激因素所持續的時間拖長或增加了強度導致細胞無法恢復正常狀態
4. Please fill in the following blank for radiation units.
Quantity SI unit Traditional unit
Exposure 41.__________________ 42.__________________
Absorbed dose 43.__________________ 44.__________________
Equivalent dose 45.__________________ 46.__________________
Effective dose 47.__________________ 48.__________________
Radioacitvity 49.__________________ 50.__________________
【103-41~50】【102-36~45】【101-51~60】
解答:(D)
參考:W2 共筆,P.12
解析:
★ 各單位所代表的意思和之間的轉換要記!!!
新單位(SI 制) 舊單位 兩者間的轉換
吸收劑量 Gray(Gy) rad 1Gy=100 rad
放射強度 Becquerel(Bq) Curie(Ci) 1Bq=2.7*10-11Ci
生物劑量(等效劑量) Sievert(Sv) rem 1Sv=100 rem
Exposure Coulomb/kilogram(C/kg) Roentgen(R) 1C/kg=3876R
5. 牙科放射劑量低,但最仍需注意的是?
(A) Deterministic effect (B)Stochastic effect (C)Late effect (D)Side effect
【102-26】
解答:(B)
參考:W2 共筆,P.2 表格
解析:因為放射線會造成的癌症、遺傳問題,即 Stochastic effect
6. 下列放射線治療引起的破壞,何者為不可逆反應?
(A) Oral mucosa (B)Taste bud (C)Salivary (D)Musculature
【102-32】
解答:(D)
參考:W2 共筆,P.4.5.9
解析:
(A)(B)C)皆可逆
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101 級牙放共筆 W2
(D)運動計畫若產生此現象後,患者無制訂適當的運動計畫,則肌肉受到放射性治療後產生的纖維化
組織便不會消失,嘴巴就會張不開,所以在患者口腔狀況痊癒的差不多後,就會開始鼓勵患者
練習張口運動,以避免日後嘴巴張不開的情形發生。→不可逆
7. As shown in figure, in a dental X-ray beam there three means of beam attenuation:
(A)
(B)
(C)
In addition, about__% of the primary photons pass through the patient
___ interaction
【102-46~50】
解答:(A)Compton scattering
(B)photoelectric absorbtion
(C)Coherent scattering
9% , without
參考:W2 共筆,P.1
解析:
8. 牙科用 X 光機所產生的生物效應,最令人關心的是?
(A)制動效應(bremsstrahlung) (B)間接效應(indirect effect)
(C)直接效應(direct effect) (D)光電效應(photoelectric effect)
【101-4】
解答:(B)
參考:W2 共筆,P.1
解析:Indirect effect:
輻射線由水分子吸收,產生自由基,對生物體造成損害,佔輻射線對生物體作用的 2/3。
輻射線由於和水作用而產生游離自由電子,此自由電子作用於生物分子外之其他分子,而產
生自由基(free radical),此自由基再去攻擊生物分子(切斷 DNA 鏈),造成損害。台灣醫療上都
是間接作用。