直肠癌术前放疗的目的在于：①使肿瘤退缩，降低分期从而增加手术切除率；②对低位直肠癌可增加肛门括约肌保留机会；③减少术中种植和肿瘤局部复发。
对放疗后手术标本的病理研究显示，术前放疗可使瘤体不同程度的缩小，肿瘤细胞变性、纤维组织增生、癌周浸润消失。肿瘤细胞在放疗后出现坏死、纤维化等改变，可降低手术时牵拉、挤压而导致的肿瘤细胞脱落的机会，并降低肿瘤细胞的增殖活性，减少肿瘤种植和存活。术前放疗的优点是肿瘤细胞较术后相对富氧，对放射较为敏感；小肠未受手术影响，治疗的毒性反应也较小。
术前放疗的缺点是由于受目前影像诊断技术的限制，尚不能完全保证术前分期的准确性，有可能对早期患者进行过度治疗或使部分术前检查未发现的患者接受不必要的放疗。
直肠癌放射治疗全身反应主要有乏力、恶心、呕吐、白细胞下降等，一般并不严重，仅需对症处理。少数反应严重者需要暂停放疗，予以补液支持。
影响直肠癌放疗的剂量限制器官主要为小肠和膀胱，不仅要注意照射时的急性损伤，还要考虑放射后的远期反应，小肠平均照射剂量一般限制在45～50Gy以下，膀胱限制剂量为V60≤50%，即接受60Gy及以上照射剂量的膀胱体积限制在50%以内。
尤其是小肠组织，由于黏膜基底细胞增殖较快，且对放射线敏感，高剂量照射时小肠绒毛可以完全脱落。直肠癌放射治疗急性反应表现为腹泻、消化不良，对症处理后一般均能耐受。照射剂量过大，可以产生黏膜溃疡、穿孔甚至瘘管，远期反应可引起小肠狭窄而出现梗阻症状，应特别引起注意。膀胱放射反应可表现为尿频、尿急等尿路刺激症状，晚期反应主要为膀胱挛缩和功能障碍。
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