氧效應

氧對生物體放射敏感性的顯著影響稱為氧效應(oxygen effect)。倫琴發現X線以後不久，就觀察到了壓迫皮膚、阻止血流可以減輕X線對皮膚的炎性反應。這是人工控制放射線效應的最早的例子。從細菌到高等生物，都能看到這種現象。基礎實驗表明：細胞在低氧環境下受低LET射線時，細胞的放射敏感性會明顯降低。有氧情況照射時細胞的放射敏感性是乏氧時的三倍。氧是目前所知道的最強的放射增敏劑。

低LET射線如X射線、伽瑪射線，間接作用是其主要損傷形式，細胞內產生的自由基與機體物質的反應是會受到氧的影響。而對於LET高的放射線（快中子、α線、質子），氧效應不顯著，這是因為LET高的射線以直接作用為主。

其實氧是催化人衰老的物質，當空氣中達到一定數量時會氧中毒。氧氣也是導致細胞的線粒體突變的罪魁禍首之一。

基本介紹

• 中文名：氧效應
• 約為：10的負10次方秒
• 時間：1921年
• 國家：英國

在醫學的套用

氧效應是放射生物學中具有重要意義的一個方面。早在1921年，Holthusen已經注意到無氧時蛔蟲卵對射線有一定的拮抗作用。1953年，英國的Gray LH和他的同事首先提出“氧效應”的概念，立即引起了放射生物學家的極大關注。前已述及，電離輻射過程中產生的自由基引起生物體的各種損傷。如果有氧存在，氧就與自由基R作用而產生有機的過氧化物自由基R00。R00 是靶物質的一種不可修復的形式。使受照射後物質的化學成分發生變化。如沒有氧存在，上述反應就不產生，而且很多被電離的靶分子可自行修復。從這一意義而言，氧可以被認為能“固定”放射損傷，這就是所謂的氧效應。氧效應的確切作用機理尚不完全了解，而且看法也有不同，但認為氧作用在自由基上這一點是一致的。臨床放射學家已經重視氧效應對腫瘤輻射敏感性的影響，並已在實踐中發現它對放療具有較大的作用。本文的中心目的，是開展氧自由基抗癌治療，所用藥物為過氧化氫H202，其進入人體，最重要的一步反應就是在過氧化氫酶CAT作用下，生成水並放出氧。一般人只看到這個O2可以增加組織供氧，緩解缺氧，增加組織氧化供能。結果在H2O2抗癌治療中，這個O2還能在自由基損傷癌細胞後，將這個損傷固定下來，使之無法修復，增加癌細胞的死亡率。這樣，H2O2抗癌就有了兩方面機理：①氧自由基攻擊癌細胞，造成損傷；②氧效應將定損傷固定下來。即H2O2不僅提供氧自由基，還提供氧，實在難得。現在正在研究中的增加組織氧合的措施：

①④血紅蛋白攜氧能力增強化合在高壓氧倉中進行放射治療

②在照射同時，在常壓下，讓病人吸入含95%氧與5%CO2的混合氣體，可引起呼吸頻率增加，促使末梢血管擴張，氧擴散增加。

③採用傳遞修飾劑，如氟碳乳劑（FC）。由於它能攜帶大量的氧，並能在進入腫瘤組織的乏氧區而放出氧。

④血紅蛋白攜氧能力增強化合物，如BW12C、BW589C。

⑤鈣離子拮抗劑如肉桂苯哌唪、氟桂唪，通過抑制細胞呼吸而達到提高腫瘤細胞氧張力的作用。

⑥利用每次照射後乏氧細胞轉變成氧合細胞的規律，採用小劑量分次照射。

與氧增強比

在生物在有氧和無氧的條件下照射後，細胞存活曲線形狀相似，但要達到一定效應水平所需的照射劑量不同，有氧時的劑量要低於無氧時的劑量。如圖所示：

氧效應可用氧增強比（oxygen enhancement ratio,ORE）來表示，定義為在乏氧與有氧情況下照射時產生相同生物效應所需劑量之比。

作用機制

氧效應的機制尚未完全弄清。早期有關氧效應機理的解釋局限於當時的生理方面。隨著科學技術的發展，物理化學的解釋逐漸處於優勢地位。

現在公認的看法是氧在自由基水平起作用。從組織對射線的吸收直到最後表達生物損傷的一系列事件可以概括如下：對射線的吸收產生快帶電粒子。當帶電粒子通過生物物質時產生許多電子對，這些生命極短的電子對（約為10的負10次方秒）可產生自由基。自由基在其外層軌道上有一個不配對的電子，所以可以說是非常活躍的不帶電原子或分子。雖然它們的壽命僅10的負9次方秒，但已比電子對要長得多，因此很重要。這些自由基可打斷有機物的化學鍵，產生化學改變，啟動一系列事件最終以生物損傷形式表達出來。如有氧存在，則與有機物自由基R起作用產生RO2。這些有機過氧基RO2是靶物質不可逆的形式。若無氧存在RO2就不可能產生，而那些被電離的靶分子就能修復並恢復其正常功能。所以認為氧對射線的照射損傷可起“固定”作用。