电离辐射的生物学效应

电离辐射的生物学效应电离辐射的生物学效应内容简介o概述o电离辐射的作用方式 o辐射危害的机理 o电离辐射的生物学效应 o电离辐射对人体损伤效应的影响因素o放射工作人员健康标准o 随着随着X射线诊断学、介入放射学、核医学、放射治疗学等的射线诊断学、介入放射学、核医学、放射治疗学等的发展和普及，使医疗照射成为不断增加的最大人工电离辐射发展和普及，使医疗照射成为不断增加的最大人工电离辐射照射的来源，在使用过程中，若管理不当，往往会引起一系照射的来源，在使用过程中，若管理不当，往往会引起一系列的列的生物学效应生物学效应问题。问题。概述基本概念o电离辐射：凡能使受作用物质发生电离现象的辐射。o电离辐射生物学效应：电离辐射将能量传递给有机体引起的任何改变，统称为电离辐射生物学效应，人类的放射损伤是一种严重的病理性辐射生物效应。放射性危害人体的方式 内照射内照射混合照射混合照射放射性核素体表污染放射性核素体表污染外照射外照射内照射 定义：放射性物质经吸入、食入或皮肤定义：放射性物质经吸入、食入或皮肤(完好的或伤口完好的或伤口)进入进入体内，从而造成放射性核素的体内污染，称为内照射体内，从而造成放射性核素的体内污染，称为内照射 特点：特点：在体内长期停留，持续照射在体内长期停留，持续照射 按衰变规律不断放出射线，只有全部衰变或排出后，按衰变规律不断放出射线，只有全部衰变或排出后，对机体的照射作用才会停止对机体的照射作用才会停止 外照射定义：外照射是辐射源处于机体或生物体外部所产生的照射。特点：只有机体或生物体处于辐射场中，才接受照射，离开辐射场时，即不再接受照射。放射性核素体表污染定义：指放射性核素沾染于人体表面(皮肤或粘膜)。特点：以外照射为主，若有伤口，易形成内照射。混合照射o指上述一种以上作用方式作用于人体，也可以是一种或一种以上上述作用方式与其他类型非放射性损伤复合作用于人体，如放射复合烧伤、放射复合创伤等 照射方式图例电离辐射的介质电电离离辐辐射射直接致直接致电离电离粒子粒子间接致间接致电离电离粒子粒子粒子、粒子、粒子、质子、电子粒子、质子、电子射线、射线、射线、中子射线、中子电离辐射生物学效应的基础电离辐射生物效应作用和类型继发作用继发作用生物学效应生物学效应原发作用原发作用直接作用直接作用间接作用间接作用原发作用o是指机体在电离辐射作用下导致相应的生是指机体在电离辐射作用下导致相应的生物大分子、物大分子、DNA、组织细胞等的微结构的、组织细胞等的微结构的损伤损伤原发作用分类 o直接作用直接作用：射线作用于蛋白质、核：射线作用于蛋白质、核酸等生物活性大分子，产生电离或酸等生物活性大分子，产生电离或激发，或引起化学键断裂，造成分激发，或引起化学键断裂，造成分子结构和性质的改变，进而导致正子结构和性质的改变，进而导致正常功能和代谢作用的障碍。常功能和代谢作用的障碍。o间接作用间接作用：射线作用于体内水分子，：射线作用于体内水分子，引起水分子活化，生成自由基并通引起水分子活化，生成自由基并通过自由基又间接作用于生物大分子，过自由基又间接作用于生物大分子，造成辐射损伤。造成辐射损伤。继发作用o由于生物活性大分子的损伤，继而发生的由于生物活性大分子的损伤，继而发生的组织细胞代谢的变化、功能和结构的破坏组织细胞代谢的变化、功能和结构的破坏等作用。等作用。o继发作用所致的细胞和组织器官的损伤可继发作用所致的细胞和组织器官的损伤可以被机体的再生和代偿能力修复，但有时以被机体的再生和代偿能力修复，但有时或有的个体在修复后可在或有的个体在修复后可在DNA中发生基因中发生基因突变，这是导致遗传效应和远期癌变的重突变，这是导致遗传效应和远期癌变的重要原因。要原因。电离辐射的生物学效应电电离离辐辐射射生生物物学学效效应应分分类类效应对象效应对象躯体效应躯体效应全身效应全身效应局部效应局部效应遗传效应遗传效应效应时间效应时间远期效应远期效应近期效应近期效应效应规律效应规律随机效应随机效应确定效应确定效应慢性效应慢性效应急性效应急性效应躯体效应和遗传效应o受照射个体本身发生的各种效应称为受照射个体本身发生的各种效应称为躯体效应躯体效应。如辐射所致的骨髓造血障碍、白内障等。如辐射所致的骨髓造血障碍、白内障等。o受照射个体生殖细胞突变，而在子代身上表现出受照射个体生殖细胞突变，而在子代身上表现出的效应称的效应称遗传效应遗传效应。这是由于电离辐射造成受照。这是由于电离辐射造成受照者生殖细胞遗传物质的损伤，引起基因突变和染者生殖细胞遗传物质的损伤，引起基因突变和染色体畸变，导致后代先天畸形、流产、死胎和某色体畸变，导致后代先天畸形、流产、死胎和某些遗传性疾病。遗传效应严重程度的变化范围很些遗传性疾病。遗传效应严重程度的变化范围很大，一种是导致第一代遗传疾病的显著突变大，一种是导致第一代遗传疾病的显著突变,引引起儿童的先天畸形，有时会威胁生命；另一种是起儿童的先天畸形，有时会威胁生命；另一种是隐性突变，对最初几个子代的影响很小，但后代隐性突变，对最初几个子代的影响很小，但后代遗传损伤的总数增加了。遗传损伤的总数增加了。全身照射和局部照射当外照射的射线照射身体某一部位，引起当外照射的射线照射身体某一部位，引起局部细胞反应者称局部照射。局部照射时局部细胞反应者称局部照射。局部照射时身体各部位的敏感性依次为身体各部位的敏感性依次为腹部腹部 盆腔盆腔 胸部胸部 头部头部 四肢四肢。当全身均匀或非均匀受到照射而产生全身当全身均匀或非均匀受到照射而产生全身效应时称全身照射。效应时称全身照射。近期效应及远期效应o近期效应近期效应是指受照射数小时至几周内出现的效应是指受照射数小时至几周内出现的效应.可分为急性效应和慢性效应两种。主要发生于核可分为急性效应和慢性效应两种。主要发生于核事故或核武器袭击的受害者，或在较长时间内受事故或核武器袭击的受害者，或在较长时间内受到超过剂量限值的辐射引起的全身慢性损伤。例到超过剂量限值的辐射引起的全身慢性损伤。例如急性放射病和急性皮肤放射损伤均属于急性效如急性放射病和急性皮肤放射损伤均属于急性效应；而慢性放射病和慢性皮肤放射损伤则属于慢应；而慢性放射病和慢性皮肤放射损伤则属于慢性效应。性效应。o远期效应远期效应是指在照后数月才表现出来则称之为远是指在照后数月才表现出来则称之为远期效应，它也可以在照后几年或更长时间才出现，期效应，它也可以在照后几年或更长时间才出现，例如辐射致癌、辐射致白内障、辐射性遗传效应例如辐射致癌、辐射致白内障、辐射性遗传效应等。远期效应包括躯体晚期效应和遗传效应等。远期效应包括躯体晚期效应和遗传效应。确定性效应 o指受到较大剂量的照射后肯定要发生的效应。指受到较大剂量的照射后肯定要发生的效应。o严重程度与剂量大小有关，剂量愈高则效应的严重严重程度与剂量大小有关，剂量愈高则效应的严重程度愈大；程度愈大；o特点是有剂量阈值，即剂量超过一定数值时才会发特点是有剂量阈值，即剂量超过一定数值时才会发生。生。o不同的受照对象，不同的器官组织其剂量阈值不同，不同的受照对象，不同的器官组织其剂量阈值不同，一般从十分之几戈瑞至几戈瑞。一般从十分之几戈瑞至几戈瑞。确定性效应剂量效应曲线特征随机性效应o指发生的几率与剂量大小有关的效应。指发生的几率与剂量大小有关的效应。o特点：效应严重程度与剂量大小无关，没有阈值。特点：效应严重程度与剂量大小无关，没有阈值。o从辐射防护的角度来看，任何大小的电离辐射对从辐射防护的角度来看，任何大小的电离辐射对人都是有害的，都可能导致随机性效应，只不过人都是有害的，都可能导致随机性效应，只不过当剂量很小时效应发生的几率很低。当剂量很小时效应发生的几率很低。o随机性效应的表现是诱发癌症。随机性效应的表现是诱发癌症。随机性效应剂量效应曲线特征严重程度剂量阈值与阈剂量阈值与阈剂量 o阈值：一种刺激达到开始引起感觉，或者引起受激发的组织、器官基本全身器官反应的强度。o阈剂量：是指电离辐射的某个剂量，当低于该剂量时不出现有害效应；从另一个角度看，则是指至少使1%-5%的受照个体发生特异性效应所需的辐射剂量。电离辐射所致健康效应的定量评价电离辐射所致健康效应的定量评价 不同照射剂量的、射线对人体损伤估计剂量量Gy对人体人体损伤的估的估计50.0 脑型急性放射病型急性放射病(全部死亡全部死亡)随着受照剂量的增大，对人体的放射损伤逐渐加重随着受照剂量的增大，对人体的放射损伤逐渐加重 几种放射损伤的阈剂量几种放射损伤的阈剂量 放射放射损伤名称名称剂量量阈值外照射慢性放射病外照射慢性放射病1.5Sv外照射急性放射病外照射急性放射病1.0Gy急性放射性皮肤急性放射性皮肤损伤3.0Gy慢性放射性皮肤慢性放射性皮肤损伤15.0Gy放射性白内障放射性白内障2.0Gy内照射放射病内照射放射病 1.0Sv以上以上成人四种较敏感组织确定性效成人四种较敏感组织确定性效应的阈剂量的估算值应的阈剂量的估算值 受照受照组织组织有害效应有害效应阈剂量阈剂量一次短时间照射一次短时间照射（Sv）多年分次照射多年分次照射（Sv/a）睾丸睾丸暂时不育暂时不育0.150.4永久不育永久不育3.56.02.0卵巢卵巢不育不育2.56.00.2眼晶眼晶体体可查出混浊可查出混浊0.52.00.1视力障碍（白内障）视力障碍（白内障）5.00.15骨髓骨髓造血机能低下造血机能低下0.50.4再生障碍性贫血再生障碍性贫血1.50.1对其它系统的确定性效应o皮肤皮肤n35Gy，红斑和干性脱皮；，红斑和干性脱皮；20Gy，湿式脱，湿式脱皮；皮；50Gy，组织坏死。，组织坏死。o消化系统消化系统n10Gy以上，小肠损伤以上，小肠损伤确定效应-全身照射后的死亡全身吸收剂量全身吸收剂量（Gy)造成死亡的主要造成死亡的主要效应效应照后死亡时间照后死亡时间（d)35骨髓损伤骨髓损伤（LD50/60）3060515胃肠道及肺损伤胃肠道及肺损伤102015神经系统损伤神经系统损伤15随机性效应-致癌效应o癌症的起始跟诱发基因组DNA损害有关，该损害导致特异基因的丢失和或基因结构和活性的改变。DNA的某些特定部位发生的变化，有可能成为诱发癌的起因。致癌危险概率致癌危险概率 低低剂量低量低LET辐射射照射照射诱发人人类癌瘤癌瘤的种的种类和和致死性癌致死性癌症的症的终生生死亡概率死亡概率系数系数（全全部年部年龄人人群）群）(10-2Sv-1)ICRP(1990)膀胱膀胱0.3骨髓骨髓0.5骨表面骨表面0.05乳腺乳腺0.20结肠0.85肝肝脏0.15肺肺脏0.85食管食管0.30卵巢卵巢0.10皮肤皮肤0.02胃胃1.10甲状腺甲状腺0.08其余癌症其余癌症0.50癌症合癌症合计5.00注：注：其其余癌症包余癌症包括括肾上腺、上腺、脑、上段、上段大大肠、小、小肠、肾脏、肌肉、胰肌肉、胰腺、脾腺、脾脏、胸腺和子胸腺和子宫等等10种种癌症；癌症；这一一癌症癌症总计值仅用于用于一般公众。一般公众。用于工作用于工作人人员人群人群的致死性的致死性癌症癌症总危危险取取4.0010-2Sv-1。电离辐射引起的法定职业病o职业性放射性疾病是指劳动者在职业活动中所患职业性放射性疾病是指劳动者在职业活动中所患的放射性疾病。放射工作人员所受到的职业照射的放射性疾病。放射工作人员所受到的职业照射剂量达到或超过一定的水平时，则可能引起局部剂量达到或超过一定的水平时，则可能引起局部或是全身放射性疾病。或是全身放射性疾病。o分为分为11类：类：n外照射急性放射病；外照射急性放射病；外照射亚急性放射病；外照射亚急性放射病；外照射慢性放射病；外照射慢性放射病；内照射放射病；内照射放射病；放射性皮放射性皮肤病；肤病；放射性肿瘤；放射性肿瘤；放射性骨损伤；放射性骨损伤；放射性放射性甲状腺疾病；甲状腺疾病；放射性性腺疾病；放射性性腺疾病；放射性复合伤；放射性复合伤；11根据职业病放射性疾病诊断标准（总则）可根据职业病放射性疾病诊断标准（总则）可以诊断的其它放射性损伤。以诊断的其它放射性损伤。用源不当造成超剂量照射事件oIAEA第17号安全丛书报告o 在放疗中由于种种原因，例如源剂量刻度的误差、放疗时间计算错误、源与病灶距离计算错误、患者姓名的混淆、肿瘤部位判断错误、治疗方案的误用、总剂量与分次剂量的混淆以及源活度单位的混淆等，先后已发生患者受到超剂量照射事件92起，o1968年年8月，美国某医疗单位进行诊断时，为一月，美国某医疗单位进行诊断时，为一名病人静脉注射名病人静脉注射198Au。按要求本应注入。按要求本应注入7.4MBq，但却错误地注入了，但却错误地注入了7400MBq。估算结果表明，。估算结果表明，患者不同组织器官受到了大剂量辐射的照射，肝患者不同组织器官受到了大剂量辐射的照射，肝脏和脾脏分别达脏和脾脏分别达73 Gy，肠，肠6Gy，红骨髓为，红骨髓为4.4Gy。临床表现为肝、脾缩小，持续性血小板。临床表现为肝、脾缩小，持续性血小板减少，间歇性血尿及结膜下出血等。入院后减少，间歇性血尿及结膜下出血等。入院后68d突然出现头晕，剧烈头疼，感觉迟钝等。后来突然出现头晕，剧烈头疼，感觉迟钝等。后来 症症状不断加重，意识未能恢复，导致死亡。状不断加重，意识未能恢复，导致死亡。o有一患者因突眼性甲状腺肿，用有一患者因突眼性甲状腺肿，用555MBq I-131治疗，一般商用源活度为治疗，一般商用源活度为1 073MBq，医生未核，医生未核对计算，造成患者甲状腺超剂量照射达对计算，造成患者甲状腺超剂量照射达91。使用单位的主要责任o按照法律、法规和相关标准的要求建立防护放射按照法律、法规和相关标准的要求建立防护放射防护规章制度、程序和组织机构；防护规章制度、程序和组织机构；o提供适当而足够的防护与安全设施、设备、装置提供适当而足够的防护与安全设施、设备、装置和监测设备；和监测设备；o对工作人员提供必要的健康监护和服务；对工作人员提供必要的健康监护和服务；o提供适当而足够提供适当而足够的人力资源，并根据需要定期培训工作人员；工作人员的主要责任o遵守有关防护与安全规定、规则和程序；o正确使用监测仪表和防护设备与衣具；o接受必要的防护与安全培训和指导；o发现违反或不利于遵守标准的情况，应尽快向使用单位报告。小剂量外照射时早期临床表现及血液小剂量外照射时早期临床表现及血液 学变化学变化 受照受照剂量量（Gy）临床症状床症状血液学血液学变化化0.10无明无明显变化化 0.100.25无明无明显变化化淋巴淋巴细胞数略降后升高，逐胞数略降后升高，逐渐恢复，恢复，白白细胞数胞数变化不明化不明显。0.260.50个个别人（人（约2%）出）出现轻微症状：微症状：头晕、乏力、食欲下降、睡眠障碍、乏力、食欲下降、睡眠障碍等等 淋巴淋巴细胞和白胞和白细胞数略低于正常胞数略低于正常值，有的下降有的下降25%左右，但左右，但较快恢复快恢复到正常水平。到正常水平。0.511.00 少数人（少数人（约5%）出）出现轻度症状：度症状：头晕、乏力、不思食、失眠、口、乏力、不思食、失眠、口渴等渴等淋巴淋巴细胞、白胞、白细胞、血小板可降低到胞、血小板可降低到照前的照前的25%50%，半年内可能，半年内可能恢复到正常水平。恢复到正常水平。1.011.50 一部分人（一部分人（约550%）出）出现恶心，心，少数人可能出少数人可能出现呕吐呕吐 淋巴淋巴细胞和血小板可降低胞和血小板可降低50%以上，以上，白白细胞可降低至胞可降低至50%，可能恢复，可能恢复到正常到正常值。低剂量辐射对生物体效应展现多样低剂量辐射对生物体效应展现多样性性 o适应性反应或兴奋效应适应性反应或兴奋效应o低剂量辐射的超敏感低剂量辐射的超敏感性o旁效应旁效应适应性反应或兴奋效应适应性反应或兴奋效应 o适应性反应或兴奋效应适应性反应或兴奋效应是指细胞预先接受低剂量刺激后，是指细胞预先接受低剂量刺激后，随后一定时间内能够对大剂量辐照产生一定的保护作用，随后一定时间内能够对大剂量辐照产生一定的保护作用，主要表现在遗传损伤和基因突变，诱导这种适应性反应的主要表现在遗传损伤和基因突变，诱导这种适应性反应的剂量一般是在几个剂量一般是在几个cGy的范围。的范围。o越来越多的实验证据表明这种低剂量或低剂量率的电离辐越来越多的实验证据表明这种低剂量或低剂量率的电离辐射所诱发的适应性反应的普遍存在。这种反应表现为细胞射所诱发的适应性反应的普遍存在。这种反应表现为细胞对随后作用的高剂量辐射所导致的遗传损伤效应减弱，包对随后作用的高剂量辐射所导致的遗传损伤效应减弱，包括染色体损伤的减少、基因突变率甚至细胞恶性转化率或括染色体损伤的减少、基因突变率甚至细胞恶性转化率或肿瘤生长速率的降低、细胞周期调控相关基因的表达变化肿瘤生长速率的降低、细胞周期调控相关基因的表达变化等。等。o低剂量辐射兴奋效应还可体现在整体的免疫刺激效应、抗低剂量辐射兴奋效应还可体现在整体的免疫刺激效应、抗氧化能力提高、氧化能力提高、DNA损伤修复能力提高损伤修复能力提高低剂量辐射的超敏感性低剂量辐射的超敏感性o细胞低剂量辐射超敏感性是指一定范围的低剂量照射所表现出来的单位剂量的急性损伤效应比较高剂量照射损伤的更大，产生这种效应的剂量大小通常在0.20.5Gy范围。此后，随着剂量的增加，细胞对辐射的诱导抵抗性也相对增强，因而出现增加的辐射耐受性现象。旁效应旁效应o由于微束照射技术的应用，可以精确地将单个由于微束照射技术的应用，可以精确地将单个粒子定点注入某个细胞的特定部位，由此而观察粒子定点注入某个细胞的特定部位，由此而观察到周围临近的未受照细胞也产生类似的辐射效应。到周围临近的未受照细胞也产生类似的辐射效应。人们发现机体对辐射的反应是群体现象而不仅是人们发现机体对辐射的反应是群体现象而不仅是单个独立细胞对损伤的累积反应，辐射除可损伤单个独立细胞对损伤的累积反应，辐射除可损伤直接受照的细胞外，还可通过受照细胞产生一些直接受照的细胞外，还可通过受照细胞产生一些信号或分泌一些物质，引起未受照细胞产生同样信号或分泌一些物质，引起未受照细胞产生同样的损伤效应，这种效应为旁效应或旁观者效应。的损伤效应，这种效应为旁效应或旁观者效应。电离辐射的旁效应可能是随机性效应也可以是确电离辐射的旁效应可能是随机性效应也可以是确定性效应。定性效应。辐射效应的影响因素照射方式和射线种类 o 和和 射线：其穿透力强，造成皮肤和深部组织或器官的损伤。射线：其穿透力强，造成皮肤和深部组织或器官的损伤。绝大多数放射事故导致的放射损伤是绝大多数放射事故导致的放射损伤是 射线照射引起的。射线照射引起的。o 射线、射线、射线因其穿透力较弱，是内照射中主要应当考虑的射射线因其穿透力较弱，是内照射中主要应当考虑的射线种类。线种类。o中子射线不带电荷，穿透力也很强，可引起严重的生物效应。中子射线不带电荷，穿透力也很强，可引起严重的生物效应。o从生物效应的作用：从生物效应的作用：射线和中子射线和中子 射线射线 和和 射线射线照射剂量和剂量率o照射剂量或剂量率越照射剂量或剂量率越大，生物效应越显著。大，生物效应越显著。在一定的剂量范围内，在一定的剂量范围内，照射剂量与生物效应照射剂量与生物效应呈线形关系。呈线形关系。受照部位和放射敏感性 o全身照射的效应大于局部照射，照面积愈大效应全身照射的效应大于局部照射，照面积愈大效应愈显著。愈显著。o受照部位不同，损伤的严重程度也不同。受照部位不同，损伤的严重程度也不同。o相同的剂量和剂量率照射相同的剂量和剂量率照射腹部损伤腹部损伤盆腔盆腔头颈头颈胸部胸部四肢。四肢。o敏感性与年龄敏感性与年龄胎儿胎儿幼年幼年少年少年青年青年成年成年人体器官和组织对放射性的敏感性 o高度敏感组织：淋巴、胸腺、骨髓、胃肠上皮、高度敏感组织：淋巴、胸腺、骨髓、胃肠上皮、性腺和胚胎；性腺和胚胎；o中度敏感组织：角膜、晶状体、结膜、内皮细胞、中度敏感组织：角膜、晶状体、结膜、内皮细胞、皮肤上皮、皮肤上皮、唾液腺、肾、肝、肺组织的上皮细唾液腺、肾、肝、肺组织的上皮细胞；胞；o轻度敏感组织：中枢神经系统、内分泌腺、心脏；轻度敏感组织：中枢神经系统、内分泌腺、心脏；o不敏感组织：肌肉、软骨和骨组织、结缔组织。不敏感组织：肌肉、软骨和骨组织、结缔组织。放射工作人员健康标准1o健康状况良好,具有正常的呼吸循环消化内分泌免疫泌尿生殖系统,以及正常的皮肤粘膜毛发物质代谢功能神经系统功能精神状态和稳定的情绪。健康标准2o具有正常的造血功能,如红系粒系巨核细胞系,均在正常范围内。n男 血红蛋白 120160 g/L，红细胞数(4.05.5)1012/L；n 女 血红蛋白 110150 g/L，红细胞数(3.55.0)1012/L；n就业前 白细胞总数(4.510)109/L，血小板数(110300)109/L；n就业后 白细胞总数(4.011)109/L，血小板数(90300)109/L。n高原地区应参照当地正常范围处理。健康标准3o具有正常的视觉、听觉、嗅觉和触觉，以及正常的语言表达和书写能力。o外周血淋巴细胞染色体畸变率和微核率正常。o尿和精液常规检查正常。健康标准4o内照射的放射工作人员除符合上述健康标准外,尚须符合以下特殊要求:n胸部射线照片和心肺功能正常；n电测听功能正常；n肝肾功能正常；n痰细胞检查和尿中放射性核素检查正常。谢谢！