电离辐射对造血系统的作用课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章,电 离 辐 射 对造血系统的作用,第一节,造 血 系 统 概 述,一、造血的发育,来源：胚外中胚层的间充质细胞,1,、卵黄囊造血,迁徙：,卵黄囊（,2W,）,肝脏（,6W,），脾（,12W,）,骨（,4,月后）（定居）,卵黄囊造血时期主要是红系造血；粒系和巨核系细胞很少。,2,、肝脏造血,肝脏造血主要以红系为主，粒系次之：,原因：,胚胎需要红细胞运送氧以满足迅速发育的需要,母体可以代为执行免疫功能，胎儿并不亟需粒系细胞。,3,、脾脏造血,在肝脏造血时期，人胚胎约,12,周开始，脾也开始造血，生成红系细胞、粒系细胞和淋巴系细胞等。,生成粒系细胞的功能持续时间短，红系保持到出生前，淋巴系造血维持终生。,二、造血器官,骨髓：红 黄,胸腺：,13,15,岁，最重；,30,岁后萎缩,脾：胚胎,5,月，造血；以后免疫为主,淋巴结：散在分布,三、造血干细胞,1,、定义,具有高度自我维持或自我更新能力，进一步分化为各系祖细胞潜能的低分化细胞,2,、特点,1),低分化细胞；主要存在于造血组织，少数在外周血,(1%),；,2,）具有多向分化潜能，在适宜环境下，可向各类成熟血细胞分化，产生和分化为各种血细胞；,3,）具有自我更新能力，产生与亲代相同的子代造血干细胞；,4,）,90,以上处于,G,0,期，强的增殖潜能。,Hematopoietic,Stem Cells:Regulation of Fate Options,四、造血刺激因子,（,HSF,）,结构和功能特性,1,、多为低分子量的糖蛋白家族，分子量多介于,10,80KD,；,2,、信息含量丰富，构象特征明显，一个氨基酸残基的改变即导致功能改变；,3,、主要作用方式为旁分泌和自分泌；,4,、作用灵敏，有效浓度为,10,-12,Mol/L,；,5,、通过靶细胞表面受体，影响细胞的增殖分化；,6,、作用有相对的系专一系和阶段性,7,、刺激因子间有协同作用；,8,、同一细胞因子的多源性、多能性、多靶性和不同细胞因子的同源性、同功性和同靶性并存；,9,、形成反馈系统和调控网络。,五、造血微环境,（,HM,）,1,、概念,又称造血诱导微环境,造血干细胞在造血组织内赖以增殖和分化的微观区段,2,、,组成,造血基质（,stroma,）,细胞性基质：是,HM,结缔组织的主要组分，是,HM,在细胞水平调控造血的基础。包括：成纤维细胞、巨噬细胞、网状细胞、血窦内皮细胞等及其分泌的细胞因子,非细胞性基质：主要由糖蛋白、蛋白多糖和胶原组成；与细胞生长、分化、粘连、移动和增殖有关。,各种化学成分：、,Vit,C,、激素等,1,、,HM,的发育是个体发育和种属进化中或造血组织损伤后重建时造血干细胞种植的前提；,2,、,HM,的诱导是影响造血干细胞向不同方向分化的条件；,3,、体外复制不同的,HM,条件，可获得不同系列的造血祖细胞集落；,4,、造血系统损伤和恢复过程中都伴有,HM,结构和功能的变迁。,3,、造血微环境的功能与,特点,4,、,造血微环境的,调节,血细胞生成的早期阶段，即造血干细胞阶段，造血微环境主要在细胞水平给以调节。,中间阶段：即造血祖细胞和稍后阶段，主要在分子水平进行造血微环境调节。,晚期阶段：即成熟血细胞贮存、释放阶段，造血微环境主要在组织水平参与调控。,4,、,造血微环境的,调节,1,）,造血基质细胞的调控,造血基质细胞是造血微环境结缔组织成分的主要组分，是造血微环境在细胞水平调控造血的基础。,造血基质细胞种类繁多、功能复杂。它们既可通过细胞与细胞间近距离进行诱导影响；又能通过分泌释放体液因子作用于造血干祖细胞的增殖及分化。,4,、,造血微环境的,调节,2,、细胞外基质,(,extracellular,matrix,，,ECM),的作用,细胞外基质主要由糖蛋白、蛋白多糖和胶原组成。,它们积极参与造血细胞生长、分化、粘附、移动以及增殖的调控过程。甚至有人提出细胞外基质是造血微环境的核心。,六、血细胞的更新系统,粒系细胞：,祖细胞,原粒,早幼粒,中幼粒,晚幼粒,杆状核,多叶核,成熟,红系细胞：,祖细胞,原红,早幼红,中幼红,晚幼红,网织红,成熟,巨核系：,祖细胞,原巨核,幼巨核,颗粒型（成熟型）,血小板,血细胞生成动力学,根据各类细胞的功能特征、将血细胞生成的动力学过程归纳成分裂增殖池、成熟贮存池和功能细胞池三池,。,1,、分裂增殖池,：中幼粒、中幼红、幼巨核以前的发育阶段。,(,可细分为造血干细胞分裂池、造血祖细胞分裂池和骨髓分裂细胞池）；,2,、成熟贮存池,：分裂增殖池其后发育阶段细胞亚群不再分裂增殖，只能不断成熟释入血循环；,3,、机能池,：各类成熟细胞。,干细胞池,4,6d,增殖池,原、早、中晚、幼粒,3.5,5.5d,成熟池,晚幼粒、杆状、分叶,0.4d,机能池,干细胞池,增殖池,成熟贮存池,机能池,中性粒,C,骨髓,保持干细胞数量恒定,保证血液中足够的细胞量,骨髓,继续分裂,骨髓,血液,杆状核,分叶核,外周血,根据需要而变化,红细胞,骨髓,输送后代细胞,骨髓,将细胞培养成网织红,无,外周血,成熟为红细胞,血小板,骨髓,多能干转化为巨核细胞,骨髓,巨核细胞分化产生血小板,无,外周血,形成终末血小板,淋巴,C,胸腺、淋巴结、脾等,增殖分化为小淋巴细胞,同左,发挥免疫监视和防御,无,同左,发挥免疫功能,第二节,急 性 全 身 照 射 对造血系统的影响,6,8,Gy,（,10,Gy,）以下，骨髓型放射病，呈现急性辐射造血综合症,8,45,Gy,，肠型放射病,50,Gy,，脑型放射病,电离辐射对血液系统的损伤效应倍受重视：原因,1,、造血组织是辐射高度敏感组织。受照后，血液系统很快就有十分明显的形态、功能及数量、特性的变化。,2,、临床分类诊断有赖于血液系统变化,3,、临床病程和预后在时相和程度上与血液变化密切相关,4,、临床治疗的关键措施之一是减轻造血系统损伤和促进造血重建,5,、辐射远后效应之一即表现为血液系统异常贫血、白血病等的发生。,血液系统辐射损伤特点,1,、,受照后损伤早而重，恢复慢,。,其辐射损伤的修复能力相对较弱，其剂量存活曲线的肩宽较窄。,因此，造血系统辐射损伤后需,数周,甚至,数月方能恢复,而造血组织承担机体适应防御及维持正常生命活动的重要功能，因此，一旦受照功能低下或数量减少，后果严重。,血液系统辐射损伤特点,2,、造血干、祖细胞损伤使造血细胞增殖能力丧失或抑制,损伤的主要环节是造血细胞增殖能力的丧失或抑制。其中造血干细胞和造血祖细胞是机体赖以生成血细胞、维持稳态造血、保障生命活动正常进行的关键细胞，而其具有较高的辐射敏感性,。,因此，造血干、祖细胞遭受辐射损伤、增殖分裂功能减弱或丧失及其以后能否恢复对骨髓型急性放射病的发生和发展以及结局起十分重要的作用。,血液系统辐射损伤特点,3,、损伤程度与照射剂量关系密切,根据损伤轻重可以大致估计受照剂量，根据病人血液系统的变化可作大致的分类诊断、医治计划等。,血液系统辐射损伤特点,4,、,损伤有时相性，因此可作为临床病程病情和预后判断指标,外周血象尤其是白细胞数的变化有明显的时相性，且与临床分期的时间一致，其变化程度与病情轻重相平行。,5,、可诱发感染、贫血、出血等并发症,损伤后造血功能低下甚至衰竭，血细胞减少，诱发上述症状，这些症状相互影响彼此加重，从而形成恶性循环。,一、造血器官辐射损伤的表现,一）、急性放射病的阶段性病程,初期,：照后数日，骨髓中有核细胞总数减少，红系细胞比例下降。,假愈期,：,照后,1,2,周内，骨髓造血细胞有丝分裂指数稍见回升，红粒系细胞数亦略有增加，骨髓辐射损伤进入暂时回升阶段，成为外周血象暂时性回升时相的出现的缘由,。,残存的造血干细胞增殖分化成熟约需,10 d,，故而暂时回升阶段常始于照后,11d,后或更晚。这种受损的造血干细胞增殖能力有限，几次分裂后就死亡或不育；加上缺乏适宜的造血微环境等网络调控，因此回升只是一过性的、暂时的,。,一）、急性放射病的阶段性病程,极期,：暂时回升阶段后骨髓辐射损伤进入严重抑制阶段，骨髓中血细胞生成进一步受抑红系和粒系幼稚细胞数剧减或基本消失，粒系较成熟细胞数也明显减少。浆细胞、破骨细胞等可大量出现，荷脂细胞堆积，加上骨髓腔内的渗出和出血，骨髓失去正常红色粥状外观，或呈灰黄色、或稠度降低。,一）、急性放射病的阶段性病程,恢复期,：能顺利渡过严重抑制阶段的病人可进入恢复阶段。骨髓中可出现再生细胞，红系、粒系、巨核系相继回复。淋巴系细胞辐射损伤后的恢复起始不晚，但其基本恢复常拖延数月甚至更久。,另外，,骨髓的辐射损伤后恢复常是不完全的。,病人临床症状治愈后，有时遗留红细胞数低下或粒系造血灶小的可能，被认为是一类残余损伤，这种残余损伤有时表现为潜隐性的，即一般状况下末见造血异常而当机体急需血细胞生成时表现为增殖能力降低，血细胞生成数减少。,1,、骨髓的变化,初期阶段,时间,2,72 hr,变化,有核细胞总数,有丝分裂指数,骨髓中各系造血,C,的辐射敏感性顺序：淋巴,C,红系,C(,原红、早幼）,粒系（原粒、早幼粒、中幼粒）,单核,C,巨核,C,极期,4d,15d,造血细胞基本消失，只有巨噬,C,和网状,C,，造血功能接近停止,恢复期,16d,20d,造血干,C,分裂增殖逐渐恢复。经,14,21d,后骨髓组织可充满髓腔，是外周血回升的前提,2,、淋巴结、脾及胸腺的变化,初期阶段,淋巴结,14d,内，小、幼淋巴细胞核肿大、固缩、碎裂，巨噬细胞吞噬碎片；小出血灶；淋巴小结消失,极期,高度萎缩，出血水肿,，小结可见再生细胞,恢复期,形成小生发中心，循环障碍消失,脾,同上,胸腺,同上，,但碎片清除较慢,同上,少见细胞再生,恢复晚、慢,二）、急性放射病的病理变化,1,、造血系统初期阶段病理变化,增殖期细胞分裂停止（,G,2,阻滞）,放射敏感细胞很快发生变性，继而有些恢复分裂，后出现与分裂有关的凋亡与畸变,血管充血，血窦破坏,细胞碎片被吞噬与清除,较分化、存活的造血细胞继续存活障碍,循环血细胞数下降,严重增殖损伤后，可出现活跃再生、血细胞恢复,2,、造血系统极期病理变化,造血机能降到最低，外周血细胞数最低,代偿适应机能接近消失,病人全身衰竭、出血、感染,3,、造血系统恢复期病理变化,中、重度于照后,35,63,天恢复造血机能,防御机能恢复慢,二、造血细胞的辐射损伤,脾结节形成单位或脾集落形成单位,（,colony forming unit-spleen,CFU-S,）：,给致死剂量射线照射小鼠尾静脉内注入一定数量的正常同系小鼠的骨髓细胞后，受体小鼠脾表面出现肉眼可见的圆形结节，即脾结节，每一个脾结节称为一个,CFU-S,每一个脾结节来源于单个细胞,（一）造血干细胞,1,、造血干细胞的辐射敏感性,剂量存活曲线一般呈,S,形，,体内、外放射敏感性相近，,D,0,介于,0.6,1.3,Gy,，平均,0.9,Gy,；,骨髓,CFU-S,的,n,值,介于,1,2.5,，脾接近,1,；,D,0,值和,n,值随射线能量的增加而降低，中子偶有例外；,不同发育阶段及不同细胞周期敏感性不同。,不同比例中子,r,线混合照射小鼠骨髓,CFU-S,存活率与剂量的关系,BDF1,小鼠在低剂量率,r,射线连续照射下股骨,CFU-S,的剂量存活曲线,2,、造血干细胞的辐射损伤与修复,损伤,1,）即刻效应：,照射后造血干细胞因坏死和凋亡而数量迅速死亡,2,）辐射后效应：,大剂量,IR,后，干细胞损伤或死亡致数量减少，残存者增殖分裂能力的抑制使射线作用停止后，其数量进一步减少；,辐射后效应与剂量有关，但比例关系不明确。,1,、照后干细胞池中有两部分造血干细胞，一部分遭致死性损伤，分裂过程中死亡；一部分仍具增殖潜能，是损失后恢复的基础。,2,、干细胞的增殖和分化互相制约处于相对稳定状态，维持干细胞池的大小的动态平衡,3,、大剂量，自我更新,分化，干,C,；小剂量，分化,增殖，干,C,数恢复,修复,（二）造血祖细胞,不均一的细胞群体，有系列、年龄结构的不同,CFU-GM,体外培养可见致密型、松散型及混合型三类形态不同的细胞集落,红系随时间和形态的不同，亦有三型,CFU-E,、,preBFU,-E,、,BFU-E,巨核系的集落亦有细胞数量和核部比等的差别,1,、组成,2,、辐射敏感性,CFU-GM,剂量存活曲线形状与,CFU-S,的颇相似，其影响因素也相似；辐射敏感性略低于,CFU-S,；不同的亚群之间辐射敏感性有异,红系祖细胞有早、晚之分，,BFU-E,与,CFU-GM,所处分化阶段接近,CFU-MK,辐射敏感性略低,3,、祖细胞的辐射损伤和恢复,CFU-GM,集落的变化趋势特点：,1,）照后即刻三类集落数均明显减少，但程度不同。致密型,混合型,松散型,2,）开始恢复时间不同。松散型（,2d,）,致密型（,3d,）,60Gy,照射部分包括骨髓：剂量,20,40Gy,二、结局：,中等剂量：依靠自身恢复,大剂量：造血重建，造血干细胞移植,第五节,急性放射造血综合征及造血细胞移植,放射造血综合征,（,radiation,hemopoietic,syndrom,；,RHS,）：,中等剂量的,IR,作用于机体后，造血系统首先遭到损伤并出现造血机能严重衰竭，对急性放射损伤的病程发展和预后有决定性的影响。,急性造血综合征,1,、,RHS,的近期后果,造血系统的损伤,：造血干细胞、造血祖细胞损伤，各种血细胞产生断绝，血容量受损，结构破坏，机体的防御、适应、免疫、凝血和止血等功能受损,并发症,：感染、出血,2,、,RHS,的远期后果,造血干细胞长期处于较高或异常的细胞增殖活动，其,后果可能是,：,1,）造血干细胞增殖功能衰竭，即造血干细胞老化,2,）无效造血增加，即造血祖细胞及幼稚细胞增生活跃而外周血细胞没有相应增多,3,）干细胞的,DNA,损伤未能准确修复或未修复，导致基因突变,4,）微血管壁纤维化，微循环不畅,二、造血细胞移植,一）,骨髓造血干细胞移植,1,、骨髓移植嵌合体,(,BMTC,）,把正常机体的骨髓造血细胞移植到受致死剂量照射的同系或同种受体内，使受体的造血免疫组织得以恢复，而且淋巴造血组织几乎全部被供体细胞所代替,嵌合体机体内的淋巴组织对供体和受体,MHC,具有双重的免疫耐受性,自身移植,同种骨髓,同基因移植：如孪生兄妹,HLA,（,human leukocyte A system,）,相合,骨髓移植的分类,：,2,、并发症,1,）移植物抗宿主反应,（,graft versus host reaction,，,GVHR,）：,骨髓移植后，由于骨髓供受体之间存在免疫遗传学差异，注入受体内的骨髓细胞中的免疫活性细胞（,T,细胞）被受体组织不相容性抗原所致敏，在受体内增殖到一定程度时，攻击受体靶细胞而发生的受体免疫反应,2,、并发症,发生需要的特定条件,：移植物中必需含有足够数量能识别宿主移植抗原的免疫活性细胞,：宿主处于免疫无能或免疫功能缺陷而无法清除植入的细胞,：宿主与移植物间组织相容性不同,2,、并发症,主要表现：,植入的供者免疫活性细胞主要攻击受者的淋巴组织系统、造血系统、单核吞噬细胞系统、皮肤、肝脏及消化道上皮细胞。,临床表现为生长停滞、消瘦、腹泻、体重减轻、脱毛和肝脾肿大、贫血等,2,、并发症,预防,组织配型。,HLA,配型相同的个体,T,细胞分离。分离供体中,T,细胞,T,淋巴细胞灭活,免疫抑制剂,2,、并发症,2,）宿主抗移植物反应,（,host versus graft reaction,HVGR,）：即排斥反应。指临床上进行器官、组织移植时，受体排斥移植物的免疫反应,复杂的细胞免疫和体液免疫,2,、并发症,发生,HVGR,的条件,1,）供体的,MHC,与受体的不相合,2,）受体本身仍具有一定的免疫能力,2,、并发症,3,）感染（,infection,）,3,、结论,骨髓移植有一定的适应征，适应于极重度骨髓型急性放射病和轻度肠型放射病（,8Gy,以上）,选择骨髓供体，以,HLA,相合者为佳,GVHR,的发生与移植骨髓中的,T,淋巴细胞数量有关,间质性肺炎也是骨髓移植后的主要并发症和影响疗效的原因之一,确定适合作骨髓移植后，宜及早进行，力争在临床极期早中期已有植入细胞的增殖分化,二）胎肝造血干细胞移植,胎肝,CFU-S,骨髓,CFU-S,红、粒、巨核系脾结节比例,多,少,辐射敏感性,抗性,敏感,增殖能力,强,较强,植入率,弱,强,结论,照射剂量过大或合并症严重的放射病病人作胎肝移植的疗效不佳，中等偏重或 重度急性骨髓型放射病人较为适宜,胎肝移植不易长久植活，重建长久性造血；但短期重建造血和对免疫系统的刺激作用有利于平安度过极期，有益于机体恢复,移植后除个别发生畏寒低热外，未见严重毒副作用，亦无严重,GVHR,。,三,),、外周血造血干细胞移植,优点,可避免骨髓癌细胞的污染,采集方便，可多次采集,重建造血功能和免疫功能比较快,三,),、外周血造血干细胞移植,缺点,干细胞数量低，需要用动员剂,有时可被某些癌细胞污染,避免不了,GVHR,的危险,四）、基因治疗和造血重建,将,IL-1,、,IL-2,、,IL-3,、,IL-6,、,IL-11,、,GM-CSF,、,EPo,等细胞因子基因导入造血干、祖细胞或骨髓造血基质细胞或皮肤成纤维细胞，再输给致死剂量照射动物,多药耐药基因导入造血干细胞，提高造血干细胞对化疗药物的骨髓毒性耐受性,复习题,1,、下列缩写的中英文全称：,CFU-S,CSF,BMTC,HVGR,GVHR,2,、解释下列术语,放射造血综合征，骨髓移植嵌合体，造血重建，宿主抗移植物反应，移植物抗宿主反应,3,、回答下列问题：,1,）试述急性全身照射后造血器官形态学的基本变化。,2,）试述骨髓内各系幼稚造血细胞放射敏感性的顺序。,3,）以中度骨髓型急性放射病为例，试述外周血各类血细胞数变化的特点。,4,）举例说明,CSF,在急性放射损伤时的变化及生物学意义。,5,）试述急性放射造血综合征的近、远期效应。,6,）急性放射病骨髓移植成功的原因是什么？,7,）急性放射病时影响骨髓移植成功的主要障碍是什么？措施如何？,