第三章 内照射机理、作用特点

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,*,第三章,放射性核素内照射作用的 机理、特点及影响因素,放射性核素内照射作用机理,1.带电粒子对生物体的作用,或,带电粒子，在通过生物体时，可发生三种形式的能量转换：（,1,）、使生物体中的原子或分子,激发或电离,，将部分能量转化为,激发能和电离能,；（,2,）、带电粒子在生物体的原子核电场的作用下，,运动方向,发生变化并得到了加速度，使一部分动能转化为连续能量分布的,韧致辐射,；（,3,）、带电粒子通过和生物体的原子和分子发生不断的,弹性碰撞,，将带电粒子的一部分能量转化为,热能,。但在以上几种能量转换的比例中，,电离能的转换是主要的,。,2.,射线对生物体的作用,射线通过生物体时，主要发生,光电效应、康普顿效应和电子对生成,等三种作用过程。在机体软组织中，,低能光子,以产生光电效应为主，而,中等能量光子,以产生康普顿效应为主，至于,高能光子,则以电子对形成为主要的。,3.辐射作用的时相阶段,辐射能,被生物体吸收以后，通过直接作用或间接作用，首先在分子水平发生变化，尤其是生物大分子激发和电离，经历,辐射作用的不同时相阶段,：,物理,、,物理化学,、,化学,和,生物学,四个阶段的放大过程，才能显示出组织器官的可见损伤。,4.生物分子的电离与激发(,ionization and excitation),生物分子电离后，产生一个由正离子和电子构成的,离子对,：,A,A,+,e,-,其中正离子可以发生多种反应，主要有两种：,1.,正负离子重合,。,正离子,可以与一个,电子,或者由中性分子俘获电子所形成的,负离子,发生重合反应，形成,中性高激发态分子,，分解为两分子或自由基：,A,+,e,A,*,M*,十,N or,A+,B,A,*,+B,R,十,S,4.生物分子的电离与激发,2.,离子-分子反应,。当一个,正离子,接近一个未极化的,中性分子,时，它将引起中性分子的电极化，使它成为,偶极子,，由于离子与偶极化分子间的吸引力，它们之间将发生反应而引起原子和电荷的重新排列：,A,+,十,B A+B,+,电荷传递反应,A,+,十,B C,+,+D,离子-分子反应,水辐解产物,：,P39,5.直接作用和间接作用,直接作用,主要是指放射性核素所释出的粒子或射线直接对生物活性的分子引起激发和电离，从而引起正常功能和代谢障碍的损伤，继而导致具有生物活性的有机化合物分子如核酸、蛋白质等的变化。,间接作用,主要是指放射性核素的辐射通过水的原发辐解产物,H，OH，e,水合,，,H,2,O,2,等作用于生物大分子而引起损伤。,间接作用,在生物大分子损伤的发生上起着,重要作用,。详细解释间接作用如稀释效应、氧效应、防护效应和温度效应等,6.靶分子和靶结构,DNA,和膜是射线作用的靶,，是引起细胞一系列生化、生理和病理变化的关键。,DNA,对辐射,非常敏感,和具有非常重要的生物功能 ；,DNA,的辐射损伤在,DNA,分子上,是非随机分布,的，如嘧啶二聚体形成，链断裂、,DNA,与蛋白质交链等。,6.靶分子和靶结构,膜对电离辐射具有高度敏感性,；,靶面积大于,DNA,；,细胞受照射后，膜上的鞘磷脂含量迅速下降，而它的酶解产物,神经酰胺含量迅速上升,。已经证明,神经酰胺是第二信使，介导细胞凋亡,。,DNA,链必须附着在膜上,或形成,DNA,膜复合物时才能复制。射线一旦破坏了这种附着点，,DNA,复制就会停止。,放射性核素的作用特点,1.不同,LET,的辐射作用,传能线密度,*,（,l,inear energy transfer,，,LET,）,是指,直接电离粒子在其单位长度径迹上消耗的平均能量，单位：,keV,/um,。,分为,高,LET,辐射,和,低,LET,辐射,。,电荷数,越多，则在单位路程上形成的离子对数就越多，即电离密度(,ionization density),越大，对机体产生的生物效应也就越大；,能量,不同时，能量高者产生的离子对亦较多，对机体的损伤效应亦较重；,1.不同,LET,的辐射作用,随着其能量不断地损失，它的速度也就越小。,带电粒子在组织中沿着最初入射方向所能穿行的最大直线距离,，称为,射程,。,内照射时，,粒子,对机体的生物效应最大，,粒子,次之，而以,射线,为最小。,2.不同,RBE,的辐射作用,当生物体受到相等剂量辐照但电离辐射的类型不同时，则产生的生物效应（,RBE,）,就不同。,RBE,=,所试辐射产生的生物效应,/,相同剂量标准,射线产生的生物效应,3.持续作用,放射性核素的持续作用时间可按,6,个有效半减期计,。,这种作用不能被“中和”，任何化学反应亦不能改变其放射性活度。,4.辐射作用与化学作用,辐射作用：,高比活度,核素，质量上极少量的放射性核素作用于机体，就会引起机体一定的辐射效应；,化学作用：,1,kBq,238,U,的质量为81,mg。,而根据各种实验研究的资料来看，体内量达1-2,mg/kg(,体重)的铀时，即可引起机体中毒，但其放射性活度是很低的。,5.选择性蓄积作用,放射性核素进入机体后，常显示出其在某一器官或组织中,选择性蓄积,的特点。,影响放射性核素作用的因素,一、放射性核素的理化因素,：,1.物理状态,：气态/固态,2.水解性质,：镧系和锕系的放射性核素，在生理的,pH,条件下，极易水解，形成难溶性的氢氧化物胶体，易被网状内皮系统所吞噬，较长期滞留于肝、脾组织中。,3.化合物形式,不同化合物在体内的转运规律是不同的。如注入体内的,硝酸钚酰,、,柠檬酸钚,是稳定的络合物及复合物，溶解度大，其阳离子很快地与骨组织中的胶原成分结合，,主要滞留于骨中,。而,硝酸钚,在体内被水解而形成难溶性胶体颗粒，,主要滞留于肝、脾等网状内皮系统,，分布上的差异必然影响其对机体的损伤效应,。,4.剂量与剂量率,以引起实验动物,50,死亡所需的时间(,LT,50,),作为指标，发现,注入量越大,，则达,LT,50,就越短,；反之，则延长,。,对于,、,放射性核,素，当,剂量率降低,时，则,效应的发生率及其严重性亦减低,；,高,LET,的放射性核素所致损伤效应，通常,剂量率效应不明显,，但,剂量率过高可产生杀死效应,而影响了效应的观察与分析。,5.溶剂性质,皮下注射，溶于,生理盐水和甘露醇中的,210,Po,毒性明显大于溶于,明胶和甘油中的,210,Po,毒性，由于,210,Po,在不同溶剂中经皮下的吸收率不同所致。,6.载体(,carrier),核素是否带有载体，对放射性核素在体内的,分布定位,有明显的影响；,如：大白鼠静脉注入,370,kBq,的,无载体,90,Y,的氯化物,后,48,小时，观察到它主要滞留于骨骼中，而加有,稳定性钇的,90,Y,则主要滞留于肝和脾中；,如；,稳定碘,对,131,I,的阻吸收。,二、机体因素,1.种系差别,：,放射性核素在不同种系动物体内的,代谢规律,是不同的；,放射性核素所致不同种系动物的,损伤效应,亦有差异：以,LD,50/30,为指标，大动物单位体重所需的放射性核素引入量要比小动物的小；,2.年龄因素,年龄的差异是影响核素吸收、分布、滞留、代谢速率和损伤效应的重要因素。,1)对胃肠道吸收的影响,新生动物小肠的通透性较高，对放射性物质的吸收要比成年动物高几个数量级。,2)对分布的影响,如测定不同年龄的人群体内,90,Sr,的含量表明，在生长发育旺盛时期，,90,Sr,在骨骼内的沉积量最高,2.年龄因素,3),对代谢速率的影响,在生长发育阶段的机体，其代谢速率明显地快。,婴儿和少年：,体内的,137,Cs,生物半排期,均短于成年者；,摄入,单位,131,I,活度的甲状腺剂量,明显增加；,食入,相等活度的放射性锶致红骨髓的剂量,有显著增加。,2.年龄因素,4)对损伤效应的影响,不同年龄个体对辐射的敏感性亦有差别,：,对多次接受,224,Ra(,ThX,),治疗的人群调查表明，,儿童组骨肉瘤的相对危险度,为,150,/,lO,4,人,Gy,，,而,成年组,则为,90,/10,4,人,.,Gy,3.性别因素,成年男性的,137,Cs,含量高于成年女性；,224,Ra,引起骨肉瘤的发生率，雌鼠比雄鼠高；,4.机体状态,1),妊娠与泌乳,：,摄入,239,Pu,后,21,天时，在妊娠和泌乳鼠的,乳腺内的,239,Pu,含量,要比一般母鼠乳腺,239,Pu,含量,高,，且妊娠鼠的尿中,239,Pu,排除量亦高于一般母鼠；,泌乳能明显减少,45,Ca,在体内的滞留；,给怀孕大白鼠静脉注入,241,Am,后，妊娠晚期，,转运到胎儿中的,241,Am,量就明显增高,；,环境中的放射性核素进入母体后，通过,乳汁转移至子体的放射性活度,，远比通过胎盘的转移为大,4.机体状态,2),营养状况,当成年大白鼠饲料中缺乏,Zn,和维生素,D,时，观察到可使,238,Pu,经胃肠道的吸收总量分别增加3-10倍之多。,3)病理因素,炎症病灶或病理性增生时，可使摄入体内的放射性核素选择性的浓集于病态组织中。,三、接触放射性核素的因素,1、进入体内方式,：,放射性核素由,一次或分次,进入机体时，对机体的损伤效应有明显的影响。,2、摄入途径：,核素,直接进入,血液损伤效应发生得快而严重，,皮下注入,时的损伤效应发生得缓慢，而,经口摄入,时的损伤效应发生得更缓慢,。,三、接触放射性核素的因素,3、放射与非放射因素复合作用,研究外环境的某些因素与放射性核素复合作用具有重要意义；,孕鼠吸入,Na,2,O-PuO,2,混合气溶胶,后，肺内和血滞留量明显高于单纯吸入,PuO,2,气溶胶,；,关于,吸烟,对,Rn,、,Pu,的致癌影响，年轻猎犬吸烟可,显著减缓,PuO,2,自肺中的廓清,。,三、接触放射性核素的因素,4、不同辐射因子的混合照射：,原爆、核反应堆事故、脏弹；,不同核素混合,照射对骨肉瘤细胞的增殖抑制率大于各核素单独照射时增殖抑制率；,外照射可使,239,Pu,在体内的滞留量增高，,外照射和内污染复合,作用时，可出现比同剂量单因素作用时更为明显的损伤效应；,内照射复合作用,，两种以上分布特点不同的放射性核素进入体内，其各自的毒性剂量要小于单独进入时引起同样毒理效应所需要的剂量。,