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1、电离辐射的生物效应,1,内容 序言 1、辐射生物效应研究在辐射防护中 的意义 2、细胞对电离辐射反应 3、随机性效应：致癌效应和遗传效 应 4、确定性效应（组织反应） 5、非癌症疾病,2,6、出生前照射的效应 7、辐射与其他因素的复合作用 8、小结 9 、非人类物种的辐射生物效应,3,序言 辐射生物效应权威学术机构 UNSCEAR 联合国原子辐射效应科学委员会，1955年建立 ICRP C1 BEIR 电离辐射生物效应委员会 美国,4,RERF 放射线影响研究所 日本， 1945年原爆 1947年、1948年广岛、长崎 成立ABCC（原子弹灾害调查 委员会）， 1975年改组为RERF 原爆
2、生物效应及有关研究,5,ICRP概况 成立于1928年，当时名称为国际X射线和镭防护委员会，1950年改为现在的名称。,6,国际放射防护委员会 (International Commission on Radiological Protection, ICRP ) MC主委员会 1.C1辐射生物效应 2.C2辐射照射剂量 3.C3医疗照射 4.C4建议书的应用 5.C5环境保护 主席 Dr LARS-ERIK Holm 秘书 Dr JACK Valentin,7,ICRP 建议书 1. ICRP Pub.1 Recommendations of the International Commis
3、sion on Radiological Protection ,1958 2. ICRP Pub.6 国际放射防护委员会建议书(果行译 北京:原 子能出版社,1975) 3. ICRP Pub.9 国际放射防护委员会建议书(刘增鼎 译 果行校 北京原子能出版社,1975) 4. ICRP Pub.26 国际放射防护委员会建议书(李树德 译, 北京: 原子能出版社,1978) 5. ICRP Pub.60 国际放射防护委员会1990年建议书 李德平、 孙世荃、陈明焌、周永增、郭裕中译 李树德、 吴德昌、陈丽姝校，北京:原子能出版社，1993 6. ICRP Pub.xx 国际放射防护委员会20
4、06年建议书（2006？） ICRP建议书与其出版物是有区别的,8,ICRP 2006年建议书 草案 （ICRP 1990年建议书修订情况）,9,委员会审议的辐射健康效应的大量文献没有指出需要放射防护体系作根本改变。因此，在修订的建议书中连续性多于变化。委员会现在推荐的防护体系要看作是1990年建议书的发展和进一步阐明。,10,发委员会决定发表修订的建议书，同时注意三个基本目的： 1.考虑新的生物学和物理学资料以及制定辐射安 全标准的倾向； 2.改善建议书的表达，使其准确易懂； 3.在与新科学资料相一致的同时尽量保持建议书的稳定性。,11,ICRP 60号出版物以后发表的政策性导则（13个）
5、Pub 62 (1993) 生物医学研究中的放射防护 Pub 63 (1993) 放射应急中保护公众的 原则(陈慧莉,张延生译, 吴德强校,北京:原子能出版社,1997) Pub 64 (1993) 潜在照射的防护概念框架(陈竹舟,潘自强校, 北京:原子能出版社,1997) Pub 65 (1994) 住宅和工作场所氡-222的防护(李素云译,周永增校, 北京:原子能出版社,1997) Pub 73 (1997) 医学中放射防护与安全 Pub 75 (1998) 工作人员辐射防护的一般原则 Pub 76 (1998) 潜在照射的防护:对选定辐射源的应用 Pub 77 (1998) 放射性废物处
6、置的放射防护方针 Pub 81 (2000) 用于长寿命固体放射性废物处置的辐射防护建议 (赵亚民译,潘自强校,2001辐射防护) Pub 82 (2000) 在持续辐射照射情况下公众的防护委员会辐射 防护体系应用于由天然源和长寿命放射性残存物引 起的可控制辐射(叶常青译,夏益华校,2001,辐射防护),12,ICRP Publication 84(2000c) Pregnancy and Medical Radiation ICRP Publication 91(2003b) A Framework for Assessing the Impact of Ionising Radiation
7、 on Non-Hunan Species ICRP Publication(2004a) Release of Patients after Therapy with Unsealed Radionuclides 这些政策性导则都应反应在新的建议书中。,13,1.辐射生物效应在辐射防 护中的意义 防护的生物学基础 主要防护人类（和非 人类物种）。,14,辐射防护的目的 ICRP 1：防止或减少躯体损伤，并 且减少居民的遗传性体质 的恶化。 ICRP 9：防止急性辐射效应并将 晚期效应的危险限制到 一个可以接受的水平。,ICRP 26：防止有害的非随机效应，并限制随机性效 应的发生率，使之达到
8、被认为可以接受的水平。 另一附加的目的是保证伴有辐射照射的各种实践 都具有正当的理由。 ICRP 60：放射防护的主要目的，是为人类提供一个 适宜的防护标准而不致过分地限制产生辐射照射 的有益实践。,ICRP06建议书草案 建议书的主要目的是为了防护辐射照射对人类和环境产生的有害效应提供一个适当水平的防护，而不致过分地限制跟这种照射可能相关的人类的努力和活动。,17,从上面简单的回忆中可以看出，辐射防护的主要对象是人和环境。,19,影响辐射生物效应的因素 物理因素 辐射类型：外照射 内照射 剂量率及分次照射： 吸收剂量相同，剂量率越大，生物效应越显著； 剂量相同，一次大剂量急性照射的效应大于分
9、 次慢照射，分次越多，各次照射间隔时间越长， 生物效应越小。,20,照射部位和面积： 与受照部位对应的器官的敏感性有关，如全 身5Gy照射可能产生骨髓型急性放射病，照 射局部可能不会出现临床症状；面积越大， 效应越重。 照射的几何条件： 外照射时人受照姿势、在辐射场内的取向等。 另外，内照射时核素种类、数量、理化特性、沉 积和滞留特性等。,21,生物因素 不同生物种系的辐射敏感性 种系的进化程度越高、机体结构越复杂，其辐射敏感性越高。使生物死亡50%所需要的吸收剂量称为LD50 。,22,不同生物的LD50,个体不同的发育阶段 不同阶段敏感性不同 不同细胞、组织或器官的辐射敏感性不同 骨髓、胃
10、肠上皮、性腺较敏感，肌肉和骨组织 不敏感，见WT表,23,2. 细胞对电离辐射的反应 通常认为，辐射产生的有害效应仅发生在受照细胞中，引起DNA靶损伤。近来非靶效应基因组不稳定性、旁效应及适应性反应对靶理论提出了挑战。,24,细胞的结构 细胞包括质膜、细胞质和细胞核 （或类核）。细胞结构可用以下格式表示： 质膜 细胞器 细胞 细胞质 细胞质溶质 细胞骨架 细膜核（或类核）,25,细胞核： 细胞中由膜围成的主要细胞器是细胞核。核表面是由双层膜构成的核被膜，核内含有由脱氧核糖核酸（DNA）和蛋白质构成的染色体。DNA具有链状结构，在通常状况下以双螺旋形式存在，DNA是一切细胞的基本遗传物质，即可遗
11、传信息的物质。DNA中的碱基共有4种，两种嘧啶（胸腺嘧啶和胞嘧啶）和两种嘌呤（腺嘌呤和鸟嘌呤）。4种碱基之间的联系并非任意，而是严格遵循一定的规律。,26,染色体由DNA和蛋白质构成 染色体在细胞分裂的不同时期 结构状态也各异。人类的46条 染色体长短不一，构成人类每 条染色体的DNA分子的平均长 度有数厘米，总长度约1.7m。,27,靶理论 DNA是辐射作用最主要的靶 放射生物学过程可以用靶理论的概念， 从特殊靶物质受损伤的角度予以考虑， 细胞核染色体中载有遗传信息的脱氧核 糖核酸是最主要的靶。,DNA损伤与修复 辐射径迹可将能量直接沉积 于DNA（直接效应），或使 与DNA紧密结合的其他分
12、子 （特别是水）电离，形成能 损伤DNA的自由基（间接效 应）。,30,图1 辐射对DNA的直接作用和间接作用,31,21 基因组不稳定性 基因组不稳定性是一个描述基因组变化速率增加（在细胞周期的许多代中）的含义广泛的术语。效应未在受照细胞中发生而是发生在其子代细胞中。基因组不稳定性特征是基因组中突变频率的增加。可供检测的生物学终点有染色体变化、微核形成、基因突变和扩增、小卫星和微卫星不稳定性和/或平板效率降低。,33,体外辐射诱发基因组不稳定性的报道较多，如粒子照射小鼠干细胞后，观察到了染色体组的不稳定性。与之相比，体内辐射诱发基因组不稳定性的报道较少。原爆幸存者队列中受照较重患骨髓白血病者
13、的细胞遗传学分析结果显示了他们的染色体不稳定性，微卫星不稳定性频率升高。,34,由于基因组不稳定性过程的进行，使细胞内一些关键基因突变（原癌基因活化，或抑癌基因失活），继而导致癌症发生。基基因组不稳定性的机理，非常复杂，在基因组不稳定性机理及其与癌症发生的关系未搞清楚之前，将有限的基因组不稳定性剂量响应数据向小剂量（小于100mGy）辐射诱发癌症外推是没有根据的。,35,2.2 旁效应 电离辐射除对直接受照细胞产生损伤外，还可靠受照细胞产生的一些信号或分泌的一些物质，使未受照的周围临近细胞产生类似的辐射效应。这种损伤效应称为旁效应。,36,产生的旁效应为染色体重排、微核、突变增加、转化增加和杀
14、死细胞。,37,已观察到细胞质受照后的旁效应；低注量粒子照射后的旁效应（报道较多） ； 带电粒子微束照射后的旁效应和受照细胞培养介质传递的旁效应。 .,38,与大量关于体外旁效应的研究资料相比，体内旁效应的研究要少得多。,39,对于在旁效应研究中所应用的粒子和其他高LET辐射，每通过1个粒子对细胞核产生的剂量估计为130500mGy，对于低LET辐射来说（假定RBE为3），其与高LET辐射相应的剂量则可能是0.391.5Gy。因为一个粒子穿过受照细胞产生的旁效应是受照细胞的直接效应的1/3到1/5，这样人们就可以认为，在低LET辐射的小剂量范围内（小于100mGy）可能观察不到这种旁效应。,4
15、0,在旁效应的分子机理未阐明之前及在低LET辐射剂量范围为15mGy时未观察到旁效应之前（此时平均一个电子径迹穿过该细胞核），不应假定在低LET辐射小剂量范围内存在能改变剂量响应关系的旁效应。,41,2.3适应性反应 适应性反应是指细胞预先接受小剂量刺激后，在随后一定时间内能够对大剂量照射产生一定的保所作用。这种反应常表现为对随后作用的大剂量照射的产生的遗传损伤效应的减弱，包括染色体损伤的减少、基因突变的降低等。,42,该反应在哺乳动物细胞中的诱导（或引发prining）剂量为10-50mGy。适应性反应作为细胞的早期反应，一般在照后4-6h达最高值，可持续20多个小时。,43,尚未见中子、粒子等高LET辐射诱发适应性反应的实验报道。,44,在低LET辐射诱导（或引发）剂量单次照射后，在某些有选择的细胞体系中，存在适应性反应的可靠证据.,45,从减少哺乳动物机体肿瘤诱发为指标的实验结果目前还难以证明反应的存在，因此不能轻易地将离体细胞研究中所观察到的适应性反应外推到整个受照动物的适应性反应。,46,无论是职业照射人群的研究结果，还是高本底人群和日本原爆幸存者流行病学调查，都没有就在人类身上存在适应性反应作出明确的结论。,47,美国电离辐射生物效应委员会2005年报告BEIR得出的结论是，根据当前的资料，关于小剂量电离辐射的任何刺激效应能明显地减少人体内长期有
