电离辐射的生物学效应

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1、电离辐射生物学效应广东省职业病防治院 苏世标内容简介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X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 照射的来源，在使用过程中，若管理不当，往往会引起一系 列的生物学效应问题。 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

2、混合照射放射性核素体表污染外照射内照射 定义：放射性物质经吸入、食入或皮肤(完好的或伤口)进入 体内，从而造成放射性核素的体内污染，称为内照射 特点：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，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

3、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 离 辐 射直接致 电离 粒子间接致 电离 粒子粒子、粒子、质子、电子射线、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生物学效应原发作用直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 物大分子、DNA、组织细胞等的微结构的损伤原发作用分类 o直接作用：射线作用于蛋白质、核 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 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。o间接作用：射线作用于体内水分子 ，引起水分子活化，生成自由基并 通过自由基又间

4、接作用于生物大分 子，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 组织细胞代谢的变化、功能和结构的破坏 等作用。o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 或有的个体在修复后可在DNA中发生基因 突变，这是导致遗传效应和远期癌变的重 要原因。电离辐射的生物学效应电 离 辐 射 生 物 学 效 应 分 类效应对象躯体效应全身效应局部效应遗传效应效应时间远期效应近期效应效应规律随机效应确定效应慢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躯体效应。 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

5、表现出 的效应称遗传效应。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 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 大，一种是导致第一代遗传疾病的显著突变, 引 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 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 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腹部 盆腔 胸部 头部 四肢。 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。近期效应及远期效应o近期效应是指受照射数小时至几周内出

6、现的效应 .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 效应；而慢性放射病和慢性皮肤放射损伤则属于 慢性效应。o远期效应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 ，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。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。o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；o特点是有剂量阈值，即剂量超过一定数值时才会发 生。o不同的受照对象，不

7、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。 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。o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 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。o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 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

8、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 不同照射剂量的、射线对 人体损伤 估计剂剂量Gy对对人体损伤损伤 的估计计 50.0 脑脑型急性放射病(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 几种放射损伤的阈剂量 放射损伤损伤 名称剂剂量阈值阈值外照射慢性放射病1.5Sv外照射急性放射病1.0Gy 急性放射性皮肤损损 伤伤3.0Gy慢性放射性皮肤损损 伤伤15.0Gy放射性白内障2.0Gy内照射放射病 1.0Sv以上成人四种较敏感组织确定性效 应的阈剂量的估算值 受照 组织有害效应阈剂量 一次短时间照射（Sv ）多年分次照射（Sv/a ） 睾丸暂时不育0.150.4

9、永久不育3.56.02.0卵巢不育2.56.00.2 眼晶 体可查出混浊0.52.00.1视力障碍（白内障）5.00.15骨髓造血机能低下0.50.4再生障碍性贫血1.50.1对其它系统的确定性效应o皮肤n35Gy，红斑和干性脱皮；20Gy，湿式脱 皮；50Gy，组织坏死。o消化系统n10Gy以上，小肠损伤确定效应-全身照射后的死亡全身吸收剂剂 量 （Gy)造成死亡的主 要效应应照后死亡时时 间间（d)35骨髓损伤损伤 （ LD50/60）3060515胃肠肠道及肺 损伤损伤102015神经经系统损统损 伤伤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

10、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 低剂剂量低 LET辐辐射 照射诱发诱发 人类类癌瘤 的种类类和 致死性癌 症的终终生 死亡概率 系数（全 部年龄龄人 群）(10- 2Sv-1)ICRP(1990) 膀胱0.3 骨髓0.5 骨表面0.05 乳腺0.20 结肠结肠0.85 肝脏脏0.15 肺脏脏0.85 食管0.30 卵巢0.10 皮肤0.02胃1.10 甲状腺0.08其余癌症0.50 癌症合计计5.00注：其 余癌症包 括肾肾上腺 、脑脑、上 段大肠肠、 小肠肠、肾肾 脏脏、肌肉 、胰腺、 脾脏脏、胸 腺和子宫宫 等10种癌

11、 症；这这一 癌症总计总计 值仅值仅 用于 一般公众 。用于工 作人员员人 群的致死 性癌症总总 危险险取 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 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 或是全身放射性疾病。o分为11类：n外照射急性放射病；外照射亚急性放射病； 外照射慢性放射病；内照射放射病；放射性皮 肤病；放射性肿瘤；放射性骨损伤；放射性 甲状腺疾病；放射性性腺疾病；放射性复合伤 ；11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。用源不当造成超剂量照射事件oIAEA

12、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8月，美国某医疗单位进行诊断时，为一 名病人静脉注射198Au。按要求本应注入7.4MBq ，但却错误地注入了7400MBq。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， 肝脏和脾脏分别达73 Gy，肠6Gy，红骨髓为 4.4Gy。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68d 突然

13、出现头晕，剧烈头疼，感觉迟钝等。后来 症状不断加重，意识未能恢复，导致死亡。 o有一患者因突眼性甲状腺肿，用555MBq I-131 治疗，一般商用源活度为1 073MBq，医生未核 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 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 和监测设备；o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

14、；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 学变化 受照剂剂量（Gy ）临临床症状血液学变变化0.10无明显变显变 化 0.100.25无明显变显变 化淋巴细细胞数略降后升高，逐渐渐恢复 ，白细细胞数变变化不明显显。0.260.50个别别人（约约2%）出现轻现轻 微症状：头头 晕晕、乏力、食欲下降、睡眠障碍 等淋巴细细胞和白细细胞数略低于正常 值值，有的下降25%左右，但较较快 恢复到正常水平。0.511.00少数人（约约5%）出现轻现轻 度症状： 头晕头晕 、乏力、不思食、失眠、口 渴等淋巴细细胞、白细细胞、血小板可降低 到照前的25%50

15、%，半年内可 能恢复到正常水平。1.011.50一部分人（约约550%）出现恶现恶 心 ，少数人可能出现现呕吐淋巴细细胞和血小板可降低50%以上 ，白细细胞可降低至50%，可能恢 复到正常值值。低剂量辐射对生物体效应展现多样 性 o适应性反应或兴奋效应o低剂量辐射的超敏感性o旁效应适应性反应或兴奋效应 o适应性反应或兴奋效应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， 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cGy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 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

16、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 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。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 氧化能力提高、DNA损伤修复能力提高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o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 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 些信号或分泌一些物质，引起未受照细