氧效应

氧对生物体放射敏感性的显著影响

氧对生物体放射敏感性的显著影响称为氧效应(oxygen effect)。伦琴发现X线以后不久，就观察到了压迫皮肤、阻止血流可以减轻X线对皮肤的炎性反应。这是人工控制放射线效应的最早的例子。从细菌到高等生物，都能看到这种现象。基础实验表明：细胞在低氧环境下受低LET射线时，细胞的放射敏感性会明显降低。有氧情况照射时细胞的放射敏感性是乏氧时的三倍。氧是所知道的最强的放射增敏剂。

在医学的应用

氧效应是放射生物学中具有重要意义的一个方面。早在1921年，Holthusen已经注意到无氧时蛔虫卵对射线有一定的拮抗作用。1953年，英国的Gray LH和他的同事首先提出“氧效应”的概念，立即引起了放射生物学家的极大关注。前已述及，电离辐射过程中产生的自由基引起生物体的各种损伤。如果有氧存在，氧就与自由基R作用而产生有机的过氧化物自由基R00。R00 是靶物质的一种不可修复的形式。使受照射后物质的化学成分发生变化。如没有氧存在，上述反应就不产生，而且很多被电离的靶分子可自行修复。从这一意义而言，氧可以被认为能“固定”放射损伤，这就是所谓的氧效应。氧效应的确切作用机理尚不完全了解，而且看法也有不同，但认为氧作用在自由基上这一点是一致的。临床放射学家已经重视氧效应对肿瘤辐射敏感性的影响，并已在实践中发现它对放疗具有较大的作用。本文的中心目的，是开展氧自由基抗癌治疗，所用药物为过氧化氢H202，其进入人体，最重要的一步反应就是在过氧化氢酶CAT作用下，生成水并放出氧。一般人只看到这个O2可以增加组织供氧，缓解缺氧，增加组织氧化供能。结果在H2O2抗癌治疗中，这个O2还能在自由基损伤癌细胞后，将这个损伤固定下来，使之无法修复，增加癌细胞的死亡率。这样，H2O2抗癌就有了两方面机理：①氧自由基攻击癌细胞，造成损伤；②氧效应将定损伤固定下来。即H2O2不仅提供氧自由基，还提供氧，实在难得。正在研究中的增加组织氧合的措施：

①④血红蛋白携氧能力增强化合在高压氧仓中进行放射治疗

②在照射同时，在常压下，让病人吸入含95%氧与5%CO2的混合气体，可引起呼吸频率增加，促使末梢血管扩张，氧扩散增加。

③采用传递修饰剂，如氟碳乳剂（FC）。由于它能携带大量的氧，并能在进入肿瘤组织的乏氧区而放出氧。

④血红蛋白携氧能力增强化合物，如BW12C、BW589C。

⑤钙离子拮抗剂如肉桂苯哌唪、氟桂唪，通过抑制细胞呼吸而达到提高肿瘤细胞氧张力的作用。

⑥利用每次照射后乏氧细胞转变成氧合细胞的规律，采用小剂量分次照射。

与氧增强比

在生物在有氧和无氧的条件下照射后，细胞存活曲线形状相似，但要达到一定效应水平所需的照射剂量不同，有氧时的剂量要低于无氧时的剂量。如图1所示：

氧效应可用氧增强比（oxygen enhancement ratio,OER）来表示，定义为在乏氧与有氧情况下照射时产生相同生物效应所需剂量之比。

作用机制

氧效应的机制尚未完全弄清。早期有关氧效应机理的解释局限于当时的生理方面。随着科学技术的发展，物理化学的解释逐渐处于优势地位。

公认的看法是氧在自由基水平起作用。从组织对射线的吸收直到最后表达生物损伤的一系列事件可以概括如下：对射线的吸收产生快带电粒子。当带电粒子通过生物物质时产生许多电子对，这些生命极短的电子对（约为10的负10次方秒）可产生自由基。自由基在其外层轨道上有一个不配对的电子，所以可以说是非常活跃的不带电原子或分子。虽然它们的寿命仅10的负9次方秒，但已比电子对要长得多，因此很重要。这些自由基可打断有机物的化学键，产生化学改变，启动一系列事件最终以生物损伤形式表达出来。如有氧存在，则与有机物自由基R起作用产生RO2。这些有机过氧基RO2是靶物质不可逆的形式。若无氧存在RO2就不可能产生，而那些被电离的靶分子就能修复并恢复其正常功能。所以认为氧对射线的照射损伤可起“固定”作用。

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