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1、第五章 电离辐射的生物学效应辐射生物学效应（ionizing radiation biological effect）是指在一定条件下, 射线作用于生物机体 ,从机体吸收辐射能量开始, 引起机体电离或激发 ，引发体内的各种变化及其转归，使人体中生 物大分子(如蛋白质分子，DNA分子和酶) 的结 构破坏，进一步影响组织或器官的正常功能， 严重时导致机体死亡。第一节 电离辐射生物效应类型及其特点一、确定性效应二、随机性效应确定性效应(Deterministic effect)：是指辐射效应的 严重程度取决于所受剂量的大小。这种效应有一个明确 的剂量阈值，在阈值以下不会见到有害效应，如放射性 皮肤损
2、伤、 生育障碍。随机性效应(Stochastic effect)：是指辐射效应的发生 几率(而非其严重程度)与剂量相关的效应，不存在剂量的 阈值。主要指致癌效应和遗传效应。躯体效应躯体效应是指辐射在受到照射的个体本身诱发出的各种效应（包括癌症），是生物体的体细胞受到照射后产生的后果，因而不具有遗传性，受影响的只是受到照射的个体本身。在辐射防护中提到效应时，多指这类效应。遗传效应遗传效应是某个生物体在受到电离辐射照射时其生殖细胞也受到照射，而且受照射的生殖细胞内已产生了发生突变的基因。 辐射对人体的作用辐射效应随机性效应和确定性效应躯体效应和遗传效应（ Somatic effect ， Here
3、ditary effects ）（Stochastic effect ， Deterministic effects ）辐射效应的分类按效应发生的个体按效应表现情况按剂量-效应关系大剂量照射的躯体效应 急性效应急性放射病受照射远期发生的效应确定性效应 白血病 癌症 白内障 不育随机性效应基因突变发生在性细胞：遗传效应遗传性疾病生长发育障碍先天性畸形特殊的躯体效应宫内受照后胚胎和胎儿的效应：致死性效应先天性畸形生长发育缺陷远期恶性疾病的诱发辐射致癌的潜伏期白血病：1013年；甲状腺癌：20年；乳腺癌：23年；一般潜伏期取25年。第二节 电离辐射生物效应的基本规律及机制一、电离辐射生物效应的基本规
4、律（一）辐射种类及其生物效应辐射种类不同，其生物效应也不同。从 辐射的物理特性来看，射线的电离密度越大 、穿透力越强，生物效应越显著。外照射 ： gba (危害程度)内照射 : abg (危害程度)（二）影响电离辐射生物效应的主要因素1、照射剂量照射剂量是影响辐射生物效应的主要因素。一 般剂量越大，生物效应越严重。2、剂量率是指单位时间内机体所接受的照射剂量。一般 情况下，剂量率越高生物效应越显著。剂量率、受照时间间隔 剂量率 生物效应 时间间隔 生物效应 3、分次照射同一剂量的照射，在分次给予的情况下， 其生物效应低于一次给予的效应，分次越多，各 次间隔时间越长，其生物效应越小。 4、照射部
5、位与面积机体受照的部位不同，其损伤的严重程度 也不同。在同一剂量和剂量率情况下，损伤严重 程度依次为：腹部盆腔头颈胸部四肢照射部位与面积 ： 不同部位 不同的敏感度面积 生物效应 几何条件 ：不同的几何条件 不同的生物效应5、照射方式外照射：是指辐射源位于人体外对人体造成的辐射照射，包 括均匀全身照射、局部受照。多方向照射的生物效应大 于单向照射。内照射：存在于人体内的放射性核素对人体造成的辐射照射称为内照射。内照射的生物效应则受到放射性核素的理化特性、侵入途径、分布和排出特点等多种因素影响。混合照射：是指内、外照射二者兼有的照射。当条件相同时，混合照射的效应较单一照射的效应更显著。6、放射敏
6、感性放射敏感性，即当一切照射条件完全严格一致时 ，机体或其组织、器官对辐射作用的反应强弱或速度 快慢不同，若反应强、速度快，其敏感性就高，反之 则低。（1）种系和品系的放射敏感性不同种系的成年动物对射线的敏感性是不一样的 ，演化越高、机体组织结构越复杂，则放射敏感性就 越高。不同生物种系对辐射的敏感性不同生物种系 人 猴 大鼠 鸡鸡 龟龟 大肠肠杆菌 病毒 LD50（Gy ） 4.06.07.07.15 15.056.02104（2）个体发育的放射敏感性哺乳动物：胚胎幼年少年青年老年成 年孕体发育：植入前期(08天)主要器官发生时期 (960天)胎儿发育时期(60270天)自受精卵至孕龄8周前
7、称为胚胎，8周以后称 为胎儿。胚胎不同发育阶段，2Gy X射线照射下死胎或畸形的发生率（3）组织与细胞的放射敏感性不同的组织与细胞的辐射的敏感性不同，一般分裂旺盛的细胞，以及那些比别的细胞需要更多营养的细胞，对射线更为敏感。不同组织或器官对辐射的敏感性不同 高度敏感: 淋巴组织、 胸腺、骨髓、性腺、胚胎、 肠胃上皮 中度敏感: 感觉器官（角膜、晶状体、结膜）、内皮细胞、皮肤上皮、唾液腺、肾、肝等 轻度敏感: 中枢神经系统、内分泌腺、心脏不敏感: 肌肉组织、软骨组织、结缔组织 不同组织和器官对辐射致癌作用的敏感性 癌的部位和类类型 癌的自发发 程度 辐辐射致癌的 相对对敏感性 备备 注 1.较较
8、高的辐辐射致癌 率 乳腺 甲状腺 肺（支气管） 白血病消化道 非常高 低 很高 中等高 高 非常高特别别是女性 中等 很高中到低 青春期增加敏感性 低死亡率 吸烟的定量影响不确知 尤其骨髓性白血病 特别别是在结肠发结肠发 生 2.较较低的辐辐射致癌 率 咽 肝和胆道 胰腺 淋巴瘤 肾肾和膀胱 大脑脑和神经经系统统低 低 中 中 中 低中 中 中 中 低 低 淋巴肉瘤和多发发性骨髓 瘤可致何杰金氏病唾液腺 骨 皮肤 很低 很低 高 低 低 低 低死亡率，需很高剂剂 量 3.辐辐射致癌率不确 知的部位和组织组织 喉 鼻窦窦 副甲状腺 卵巢 结缔组织结缔组织中 很低 很低 中 很低 低 低 低 低
9、低 4.未观观察到辐辐射致 癌的部位和组织组织 前列腺 子宫宫和子宫颈宫颈 睾丸 系膜和间间皮 慢性淋巴性白血病 很高 很高 低 很低 低 （4）亚细胞和分子水平的放射敏感性DNA mRNA rRNA tRNA 蛋白质质一般认为细认为细 胞内DNA损伤损伤 是细细胞致死的主要因 素。二、电离辐射对生物体作用的机理（一）电离和激发电离辐射对生物体的作用主要是使机体分子产生 电离和激发。（二）直接作用(direct effect) 射线直接作用于具有生物活性的大分子（如:核酸 、蛋白质等），使其发生电离、激发或化学键断裂，造 成分子结构和性质的改变。 （三）间接作用(indirect effect
10、) 射线首先引起机体的水分子的电离和激发，生成一 系列性质活泼的产物（如: H、OH、HO2、 H2O2、 e-1aq等），此类产物具有很强的氧化能力，可导 致生物活性大分子的损伤。 间接作用其主要过程为：1、射线作用于水分子，将水分子中的电子击出，引起电离 ，生成带正电荷的水分子H2O+和高能电子e（又称热电 子）。H2O H2O+ + e 2、带正电荷的水分子不稳定，在水中解离成氢氧自由基 OH。H2O H+ OH 3、部分热电子与氢离子作用形成氢自由基。e + H+ H间接作用4、热电子在运动中，又与水分子作用，击出水分 子中的电子，引起次级电离，直到最后被水分子 捕获而形成带负电荷的水
11、分子，后者不稳定，又 在水中解离成氢自由基。e + H2O H+ OH 5、热电子与水分子作用过程中，不断损失能量， 当其能量降至100eV以下而未被捕获时，可吸收 若干水分子形成水化电子。e + H2O e aq（水化电电子） 6、 H、 OH 、 e aq可发生重新组合，反应形 成H2、H2O2。间接作用总起来可以下式表示：H2O H + OH + e aq + H2 + H2O2 + H3O+等自由基和分子统称为“水的原发辐解产物”。 水的原发解射产物又作用于生物大分子，引起生物 大分子的损伤。间接作用水辐射分解生成自由基简图水辐射分解生成的自由基与生物分子作用电离辐射的能量转移过程DN
12、A损伤（分子水平）单链断裂：可以实现无差错可以实现无差错修复修复双链断裂：双链断裂：错误修复错误修复C分子水平细胞死亡细胞变异体细胞生殖细胞体细胞生殖细胞功能障碍不孕肿瘤遗传效应确定性效应 多细胞死亡导致随机性效应 单一细胞变异导致DNA损伤细胞水平临床症状效应第三节 电离辐射对机体的影响一、电离辐射对机体物质代谢的影响（一）蛋白质代谢的变化射线在使蛋白质分子结构破坏的同时，也使其代谢发生紊乱，主要表现为分解代谢增强以及合成代谢的抑制。 （二）糖代谢的紊乱急性放射病初期，由于组织蛋白质大量分解，供给生糖氨基酸，生成大量葡萄糖，以及肌糖原分解，糖原异生作用加强、肝糖原增加，血糖增高。稍后期，由于
13、损伤的加重食欲下降，机体吸收减少，肝脏合成功能减弱或受到破坏，导致肝糖原减少。（三）脂肪代谢的变化放射损伤早期，一方面体内总脂肪减少。随着病程的进展，体内肝糖原和组织糖原的减少而动用脂肪，使脂肪在肝内的氧化过程增加，血中酮体含量增加，可引起酸中毒。另一方面血液及骨髓中的脂类（主要是甘油三脂）含量增高。二、电离辐射对机体各系统的影响（一）辐射对调节系统的影响1、神经系统的变化2、内分泌功能紊乱（1）垂体 （2）肾上腺 （3）甲状腺 （4）性腺（二）辐射对造血系统的作用中性粒细胞绝对值和淋巴细胞绝对值下降，这是辐射损伤的重要标志之一。（三）电离辐射对免疫系统的作用射线可抑制非特异性免疫和特异性免疫
14、防御功能。（四）电离辐射对消化系统的作用急性放射病时，消化系统的症状出现最早。（五）电离辐射对其它系统的作用呼吸、心血管、泌尿系统、眼、皮肤及其附属器官以及骨等在电离辐射作用后变化不甚明显，但大剂量急性照射时，主要器官仍有一定反应。第四节 放射性损伤1、按射线作用于机体的途径，可分为：外照 射放射病；内照射放射病；内、外混合 照射所致的放射病。 2、按射线作用持续时间的长短和病情的缓急， 分为：急性放射病；慢性放射病。 3、按射线作用机体的范围，可分为：全身放 射损伤；局部损伤。 4、按损伤因子又分为：单纯性放射损伤； 复合性放射损伤。一、外照射急性放射病是指人体一次或短时间(数日)内分次受到
15、大 剂量外照射引起的全身性疾病。外照射引起的急 性放射病根据其临床特点和基本病理改变，分为 骨髓型、肠型和脑型三种类型，其病程一般分为 初期、假愈期、极期和恢复期四个阶段。（一）病因：从事外照射的职业人员中，由于防护条件 差或不遵守防护规定，造成长期受到超限量照 射。组织受损的轻重取决于放射线剂量大小、 受损伤的细胞多少、范围和受照部位的器官和 组织的重要与否。一般认为，放射的直接损伤 表现为细胞的死亡，不能再增殖新的组织，抵 抗力降低，血管破裂出血，组织崩溃，出、凝 血时间延长等。放射的间接损伤可以引发肿瘤 、白血病，寿命缩短，反复感染，发生贫血和 溃疡等。放射的局部损伤可在受照后几个月或 几年后才出现。全身性疾病只有在机体内几个 器官组织受损或全身受照时才发生。（二）分类及临床表现骨髓型 1-10Gy ：（1-2Gy轻度、2-4Gy中度、4 -6Gy重度、6-10Gy极重度）胃肠型 10-50Gy：患者一般在2周内死亡脑型 50Gy ：照后几小时或1-3天内死亡骨髓型主要临床表现：造血障碍、出血、 感染、水电解质平衡紊乱急性放射病分类分 类剂量（ Gy）临床表现病理变化骨髓型放 射病3-5出血，感染骨髓抑制肠型 （肺障碍 ）5-15高烧，腹泻电解 质失调肠上皮分裂停 止，脱落脑型15神经系统障碍脑炎，脑水肿症状体征 一、骨髓型急性放射病，又称造血型急性放
