辐射剂量与防护 第4章 电离辐射的生物效应课件

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1、第4章 电离辐射的生物效应,2,主要内容,4.1 生物体对电离辐射的反应 4.2 大剂量照射确定性效应(组织反应) 4.3 辐射的随机效应致癌效应 4.4 辐射的随机效应遗传效应 4.5 胎内照射效应,3,电离辐射的生物效应,电离辐射将能量传递给有机体引起的任何改变（包括发生各种变化，其中有物理学的、化学的，当生物体受照时，还有生物学的变化，）统称为电离辐射生物学效应，或者辐射的生物学效应。,ionizing radiation biological effect,4,问题的发现,1895年 发现X射线 1896年 发现天然放射性,电离辐射对人体是有害的,电离辐射对人体是有害的：,人体组织受到

2、损伤（当代） 植物和动物的生殖组织受到照射后也会对其后代产生效应,5,加: 常见的电离辐射的危害性,从人类出现在地球上时开始，就一直受到自然环境中本底辐射的照射 近几十年来的科技发展，人类还受到人工辐射的照射 对于放射性工作人员来讲，除受到上述照射之外，还受到由于工作条件和环境导致的职业照射 核电厂常遇到的电离辐射：、中子，电离辐射的类型不同，对人体的危害程度不同 外照射：体外辐射源对人体造成的照射 内照射：进入人体内部的放射性核素对人体造成的照射,6,1）粒子的相对危害性,特点：粒子的质量大、电荷多、在物质中射程短,因为：射程短 由核衰变而产生的能量最大的粒子， 在空气中的射程只有几个厘米

3、难以穿透人体外表的角质层 所以： 粒子几乎不存在外照射危害问题,因为：射程短、电离本领强 辐射源一旦被人体组织包围， 损伤几乎集中在辐射源附近 若 粒子沉积在体内某一器官，其能量可被该器官全部吸收，因而器官受到严重的伤害 所以： 粒子的内照射必须重视,7,2）粒子的相对危害性,特点：与粒子相比的质量小、电荷少， 穿透力强，电离本领弱,因为： 能量较高的粒子能穿透人体皮肤进入浅表组织 所以： 粒子具有较小的外照射危害,因为： 粒子在人体组织中射程较大，穿透力强 在组织的某一小体积沉积的能量较粒子小 所以： 粒子对小体积内组织引起的损伤比小 内照射,8,特点 射线在空气中和其他物质中的“射程”较大

4、，穿透力强,3）射线的相对危害性,因为： 即使离辐射源远处的组织，也会受到伤害 当人体处于辐射场中时，会使器官和组织受到伤害 所以：与、相比，外照射具有更大的危害性,因为： 射线在人体组织的“射程”较大，甚至穿透人体 在组织中某一小体积内沉积的能量较小 对人体组织的损伤较小 所以： 与、相比，内照射危害性小得多,9,3）中子的相对危害性,特点：中子不带电 不论在空气中还是其他物质中 都具有较大射程,因为：穿透力强 所以：与射线一样 对人体的危害主要是外照射 但其对人体组织的损伤程度要比射线大,因为：不论是天然中子源 人工中子源 进入人体的机会极小 所以：中子引起内照射的机会极小,10,结论：,

5、对于核电厂常见的几种辐射，及其危害而言： 和辐射的潜在危害主要来自于内照射 和中子辐射的潜在危害主要来自于外照射,11,核辐射生物效应的特点,(1)不存在阈值剂量： 辐射的生物学效应的剂量曲线，是随着剂量的增大而逐渐升高，即使在很小剂量作用下，也会出现一些效应。 (2)辐射能量的高效率： 生物机体吸收较小的辐射能量，却能产生极其严重的后果。 (3)辐射效应具有潜伏期： 潜伏期的长短取决于照射剂量和剂量率，还因生物种类而异。,12,核辐射生物学效应的分类,机体受辐射作用时，根据照射剂量、照射方式以及效应表现的情况，在实际工作中常将核辐射生物效应按照以下几种方式分类：,照射方式 照射剂量率 效应出

6、现时间 效应表现的个体 效应的发生和照射剂量的关系,13,14,1） 照射方式,内照射 摄入放射性物质会对人体某些器官或组织形成的照射 内照射的作用主要发生在放射性物质通过途径和沉积部位的组织器官，但其效应可波及全身。 内照射的效应以射程短、电离强的、射线作用为主。,外照射 人体处在空间辐射场中所受到的照射,线、中子、X线等穿透力强的射线，外照射的生物学效应强。,15,局部照射,全身照射,当全身均匀地或非均匀地受到照射而产生全身效应时称全身照射。 大面积的胸腹部局部照射也可发生全身效应，甚至急性放射病。 根据照射剂量大小和不同敏感组织的反应程度，辐射所致全身损伤分为骨髓型、肠型和脑型三种类型。

7、,当外照射的射线照射身体某一部位，引起局部细胞的反应者称局部照射。 局部照射时身体各部位的辐射敏感性依次为腹部胸部头部四肢。,16,急性效应：高剂量率照射，短时间内达到较大剂量，效应迅速表现。 慢性效应：低剂量率长期照射，随着照射剂量增加，效应逐渐积累，经历较长时间表现出来。,2）按照射剂量率分类,17,3）按效应出现时间分类,远期效应：亦称远后效应。照射后经历一段时间间 隔（一般6个月以上，几年到几十年） 表现出的变化。 如癌、白内障、辐射遗传效应等,早期效应：照射后立即或数小时后出现的变化。几天几个月，如急性放射性损伤,18,躯体效应：发生在受照者本人身上的各种效应 遗传效应：发生在受照者

8、后代身上的效应 受照射个体生殖细胞突变，而在子代表现出的效应。,4）按效应表现的个体分类,19,辐射遗传效应是生物体的生殖细胞受到照射而产生的后果，通常辐射遗传效应具有以下一些特点：,1）遗传效应并不在受到照射的个体本身出现，而是出现在该个体所繁衍的某些后代身上，因而效应的产生与个体受照射情况的联系不易被发现； 2）从生物体受照到显现出遗传效应之间相隔的时间过长（超过了生物体寿命，有时甚至为寿命的数倍，即几个世代） 3）遗传效应具有可遗传性，所以，从理论上，其影响可能极大。,4.4 专门讲,20,电离辐射的生物效应主要类型,现象：应细胞丢失导致的组织或器官功能失常或功能丧失 原因：大剂量照射引

9、起 特点：存在阈值,确定性效应(组织反应) deterministic effects (tissue reaction),随机性效应 stochastic effects,现象：癌症、有动物实验结果所推论的遗传疾患的增加，可能在受照后很久显现出来 原因：随机的剂量照射引起 特点：没有阈值，其发生率与剂量成正比,21,4.1 生物体对电离辐射的反应 4.2 大剂量照射确定性效应(组织反应) 4.3 辐射的随机效应致癌效应 4.4 辐射的随机效应遗传效应 4.5 胎内照射效应,22,4.1 生物体对电离辐射的反应,生物体：是有生命的个体,生物体的共同物质基础是： 在基本组成物质中都含有蛋白质和核

10、酸。 生物体的结构基础是： 生物体都是由细胞构成的(除病毒等少数种类以外) 。所以生命都需要细胞来表现，病毒等也不例外,23,细胞 是由一个核和围绕细胞核的细胞质、细胞膜构成，核和细胞质中均含有70%左右的水。,体 细 胞 构成个体本身(躯体)的各种细胞 生殖细胞 专为繁殖后代的细胞,细胞的功能分类,为什么射线能够杀死细胞？,电离辐射,直接 间接,的方式,相互作用，沉积能量,造成细胞受损或死亡,想到了什么？,24,核 核内有特定数目的染色体，染色体是生物遗传、变异的物质基础。,染色体的主要成分,DNA(脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic acid ),蛋白质,DNA 是细胞繁殖、遗

11、传的物质基础,细胞 是由一个核和围绕细胞核的细胞质、细胞膜构成。,25,染色体结构图,染色体为双股螺旋之去氧核糖核酸，与生物基因有密切关系。染色体的主要化学成份是脱氧核糖核酸和5种称为组蛋白的蛋白质，为真核生物特有的构造。,26,4.1.1 辐射生物效应的发生过程,核辐射的生物学效应,27,自由基,28,29,加：影响辐射生物学作用的因素,物理因素：辐射类型、辐射能量、吸收剂量、剂量率、照射方式 生物因素：生物体对辐射的敏感性 不同的细胞、组织、器官会个体对辐射的敏感程度不同,辐射敏感性：把照射条件完全一致的情况下，细胞、组织、器官或个体对辐射作用反应的强弱或其迅速程度，称为所论细胞、组织或器

12、官或个体的辐射敏感性,30,分类:,1）不同生物种系的辐射敏感性； 2）个体不同发育阶段的辐射敏感性； 3）不同细胞、组织或器官的辐射敏感性； 高度敏感 淋巴组织、胸腺、性腺、胚胎、骨髓 中度敏感 感觉器官、内皮细胞、皮肤. 轻度敏感 中枢神经系统、内分泌、心脏 不敏感 肌肉组织、软骨和骨组织；结蒂组织,31,表3.2 不同组织或器官的组织权重因子wT,P27,32,电离辐射损伤：,辐射对DNA 的损伤 辐射对细胞的损伤 辐射对染色体的损伤,33,4.1.2 辐射对DNA的损伤,基因DNA 是细胞繁殖、遗传的物质基础 是引起细胞一系列生化、生理的关键物质,辐射生物效应是通过对DNA损伤表现的,

13、34,核辐射的作用过程,直接作用: 辐射粒子照射活细胞时，通过电离与激发，与生物大分子DNA直接发生作用，导致细胞的损伤。,图4.1 辐射对DNA直接作用和间接作用示意图,原子的半径：0.15nm 电子的半径：2.82E-15m,35,间接作用: 辐射粒子与细胞内环境成份(主要是水) 通过电离与激发发生作用，产生自由基，自由基扩散再与DNA作用，导致细胞的损伤。,36,中文名称：自由基 英文名称： free radical 定义： 具有不成对电子的原子或分子。其化学性质普遍非常活泼,37,辐射对DNA的损伤主要有以下几种方式：,碱基变化(DNA Base Change) DNA单链断裂(Sin

14、gle Strand Breaks) 双链断裂(Double Strand Breaks) DNA交联(DNA Cross Linkage) 簇损伤(Clustered damage),38,碱基 碱基指嘌呤和嘧啶的衍生物，是核酸、 核苷、核苷酸的成分 碱基对 形成DNA、RNA单体以及编码遗传信息的化学结构 碱基变化 碱基环破坏、碱基脱落丢失、碱基替代、形成嘧啶二聚体 碱基的辐射敏感性：T C A G T(THYMINE 胸腺嘧啶) C(CYTOSINE 胞嘧)A(ADENINE 腺嘌呤) G(GUANINE 鸟嘌呤),碱基变化 （DNA Base Change ）,39,根据它们 英文名称

15、的首字母分别称,在形成稳定螺旋结构的碱基对中，共有4种不同碱基：,A(ADENINE 腺嘌呤) T(THYMINE 胸腺嘧啶) G(GUANINE 鸟嘌呤) C(CYTOSINE 胞嘧啶),40,每种碱基分别与另一种碱基的化学性质完全互补，这样A总与T配对，G总与C配对。这四种化学字母沿DNA骨架排列。字母(碱基)的一种独特顺序就构成一个词(基因)。每个基因有几百甚至几万个碱基对。,基因是指携带有遗传信息的DNA序列，基因通过指导蛋白质的合成来表达自己所携带的遗传信息，从而控制生物个体的性状表现。,41,DNA单链断裂 DNA SSB (Single Strand Breaks),原因： 磷酸

16、二脂键断裂，脱氧核糖分子破坏，碱基破坏或脱落。 结果：造成一条核苷酸链断裂 可以修复,42,DNA双链断裂 DSB,现象： DNA 两条链在同一处或相邻处断裂。 结果：造成一条核苷酸链断裂 难以修复，是细胞死亡的主要原因,(Double Strand Breaks),43,DNA交联 Cross Linkage,DNA 分子受损伤后，在碱基之间和碱基与蛋白质之间形成了共价键,DNA交联是细胞内发生的严重事件，它影响DNA的正常复制功能，从而导致突变或肿瘤。,DNA交联 DNA分子的两条链或同一DNA链的不同区段的侧链间形成的共价相互作用,44,簇损伤,电离辐射引发的DNA损伤：不均匀的、成簇存在。 原因：电离辐射通过细胞时，能量沉积在径迹周围所致。,簇损伤： 由单次射线照射形成的、在数个至10个碱基对的距离上产生的2个或2个以上的单损伤。簇损伤可致突变和细胞死亡，比单损