内照射机理、作用特点.ppt

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 ionizationandexcitation 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NorA 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 H2O2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 linearenergytransfer 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 ionizationdensity 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 1kBq238U的质量为81mg 而根据各种实验研究的资料来看 体内量达1 2mg 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 LT50 作为指标 发现注入量越大 则达LT50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210Po毒性明显大于溶于明胶和甘油中的210Po毒性 由于210Po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370kBq的无载体90Y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90Y则主要滞留于肝和脾中 如 稳定碘对131I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LD50 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90Sr的含量表明 在生长发育旺盛时期 90Sr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137Cs生物半排期均短于成年者 摄入单位131I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224Ra ThX 治疗的人群调查表明 儿童组骨肉瘤的相对危险度为150 lO4人 Gy 而成年组则为90 104人 Gy 3 性别因素 成年男性的137Cs含量高于成年女性 224Ra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239Pu后21天时 在妊娠和泌乳鼠的乳腺内的239Pu含量要比一般母鼠乳腺239Pu含量高 且妊娠鼠的尿中239Pu排除量亦高于一般母鼠 泌乳能明显减少45Ca在体内的滞留 给怀孕大白鼠静脉注入241Am后 妊娠晚期 转运到胎儿中的241Am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238Pu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Na2O PuO2混合气溶胶后 肺内和血滞留量明显高于单纯吸入PuO2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PuO2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239Pu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