[基础医学]辐射损伤效应与防护原则

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1、辐射损伤效应 与防护原则,新疆卫生厅卫生监督所 孙 长 福,一、电离辐射的基本概念 二、电离辐射的生物效应 三、放射防护基本原则 四、放射诊疗的防护管理 五、开展医疗照射的质量保证工作 六、我国医疗照射存在的问题,电离辐射是广泛存在于宇宙和人类生存环境中的自然现象。由于它的特殊性：看不见、闻不到、摸不着，长久以来人们没有感觉到它的存在。其实人类就是在天然本底辐射条件下进化、繁衍和发展的。 1895年德国物理学家伦琴发现了一种具有很强穿透能力的射线，称其为X射线； 1896年法国学者贝可勒尔发现铀盐可放射出射线，并能使胶片感光，进一步证实了电离辐射的存在； 1898年居里夫人证实钍与铀一样具有放

2、射性，不久又发现了同位素钋和镭。此后，核辐射技术有了很快的进展。 1924年, G. Hevesy发明放射性示踪技术 电离辐射被发现后，X射线最早被用于医学诊断和治疗。,X-线的发现,伦琴（W K RONTGEN，1845-1923）,伦琴夫人 安娜,居里夫人,Hevesy,电离辐射损伤效应的发现 居里夫人及其女儿死于白血病 线球管的制造者格鲁伯的手部发生了特异性皮炎。 涂夜光表的许多工人因镭积蓄于骨骼中而死于贫血或骨癌。 从上述教训中使人们认识到研究辐射生物效应和放射防护的重要性和必要性。,第二次世界大战、核能工业出现以后，真正引起世界各国的重视。 我国从50年代末期开始辐射损伤的研究工作。

3、 目前对辐射损伤已有了比较全面的认识,并制定了一系列的防护法规和标准。 使人们在充分利用放射性获得效益的同时能有效地保护好自己。,一、 电离辐射的基本概念,辐射的种类 辐射是不需要介质参与而传递能量的一种现象。根据辐射性质的不同可分为： 电磁辐射（宇宙线、射线、x射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等），电磁辐射仅有能量而无静止质量。 粒子辐射是高速运动的粒子，既有能量，又有静止质量。如粒子、电子、质子、中子、负介子和带电重离子等。,电磁辐射：实质上是电磁波，按波长分为 射线、x射线、紫外线是涉及放射医学和放射生物学的主要电磁辐射,电离辐射的基本概念,电离辐射的基本概念,按与物质的作用

4、方式分为 电离辐射和非电离辐射 物质的电离：物质的原子或分子从辐射吸收能量而导致电子轨道上的一个或几个电子从基态激发到脱离原子的现象称为电离。 非电离辐射：只能引起原子或分子的振动、转动或电子在轨道上能级的改变，不能引起物质的电离。,作用于人体的电离辐射源,天然辐射 宇宙射线、陆地辐射、氡、开采工业 人工辐射 人工辐射源包括射线装置、粒子加速器和 核反应堆等 医疗照射 医用诊断射线装置、核医学检查、放射治疗 职业照射 核燃料循环、国防活动、工农业应用、 医学应用、天然辐射源（煤开采、航空）,电离辐射的基本概念,我国的放射防护法规把产生射线的设备分为两类：放射性同位素和射线装置。 放射性同位素：

5、可根据需要制成放射源，在任何时间、任何环境下一直放射出射线。如-辐照装置、Co-60治疗机、Ir-192探伤机等。 射线装置：只有在通电状态下产生射线。如X射线机、CT机、加速器等。,电离辐射的基本概念,电离辐射作用于人体的方式,电离辐射作用于人体的方式基本上可以分为两种： 辐射源位于人体外部，其射线作用于人体称外照射； 辐射源（放射性核素）通过各种途径进入人体内进行照射。称内照射。,外照射的方式简单，较易防护 时间防护缩短照射时间 距离防护增大与源的距离 屏蔽防护设置防护屏障 内照射情况复杂，防护较难 围封隔离 保洁去污 个人防护 建立内照射监测系统 放射性废物处理,二、电离辐射的生物效应,

6、电离辐射作用于机体后，其能量传递给机体的分子、细胞、组织和器官所造成的形态和功能的后果，称为电离辐射的生物效应。 在机体受照后，细胞内发生连续而复杂的变化过程。其中原初作用十分重要，是生物损伤效应的始动阶段。 射线照射后能量的吸收和传递、分子的激发和电离，在10-18-10-12秒内完成；自由基产生、化学建断裂等生化过程，则在1秒之内完成。生物学阶段出现临床表现多在数小时内甚至数天内乃至数月内才出现，这与照射剂量有关。,（一）电离辐射损伤的机理,电离辐射 物质分子 电离和激发 生物大分子的损伤 发生细胞代谢、功能和结构的改变 机体损伤 发展过程如图4-1。,直接电离 直接作用 直接激发 化学键

7、断裂 原发作用 水的电离激发 间接作用 水的辐解产物 损伤机制 和大分子反应 继发作用 是个漫长的过程,1、原发作用：指射线作用于机体之后到机体出现明显症状与体征之前所经历的一系列变化过程。包括机体在射线作用下的能量吸收、传递、转化，以及与此相应的生物分子和细胞微细结构的损伤和破坏（1）直接作用： 直接电离作用 直接激发作用 化学键的断裂 （2）间接作用：水的原发辐射分解产物和生物大分子反应引起生物大分子的损伤。 2、继发作用包括由原发作用引起的生物化学变化、代谢紊乱、功能障碍、病理形态改变以及临床症状的出现和发展。,由于机体的多数细胞含水量很高(一般都在70以上)，细胞内的生物大分子处于含大

8、量水分子的环境中，所以间接作用在辐射损伤的发生机理上占有很重要的地位。 电离辐射的作用从10-18秒直至若干年。,电离辐射 生物机体吸收能量 生物分子电离、激发 介质分子电离、激发 （直接作用） （间接作用） 生物大分子 生理效应 突变 生化损伤 (可逆) 亚细胞损伤 可见损伤 细胞死亡 远期效应 机体死亡 图4-1 电离辐射损伤发展图解,（二）影响辐射损伤的因素,与辐射有关的因素 辐射种类、照射剂量、剂量率、分次照射、 照射部位、照射面积、照射方式 与机体有关的因素 种系的敏感性、发育个体的辐射敏感性、 器官、组织和细胞的敏感性、 与环境有关的因素 温度、氧含量,（三）电离辐射的生物效应分类

9、 1、确定性生物效应： 机体受射线照射后，若某一组织损失的细胞足够大，而且这些细胞又相当重要，就会出现组织或器官功能不同程度的丧失。 当照射剂量很小时，这种损失发生的概率为0，若受照剂量高于某一水平（阈值）时，损伤的概率很快增加到1（100发生）。在超过阈值后，损伤的严重程度随受照剂量的增加而越严重。 电离辐射这种生物效应称为确定性效应。只要超过阈剂量，这种效应就一定会发生。,不同剂量X、射线对人体的损伤,剂量（cGy） 损伤程度 25 无明显病变 25-50 可恢复的机能变化 50-100 机能、血液变化，无临床征象 100-1000 各类骨髓型急性放射病（部分死亡） 1000-5000 肠

10、型、脑型急性放射病（全部死亡）,2.随机性生物效应 受照后细胞的结局有三： 细胞死亡； 细胞未受损伤或损伤后修复正常。 细胞发生变异但没有死亡，有可能形成变异了的子细胞克隆，当机体免疫监控不健全时，经过不同的潜伏期后，变异了的子细胞克隆可能恶性变，发生肿瘤。,这种发生概率（不是严重程度）随照射剂量的增加而增大，其严重程度与照射剂量无关，不存在阈值的辐射生物效应称为随机性效应。 辐射致癌效应就是典型的随机性效应。若这种变异在性细胞（精子或卵子），基因突变的信息有可能传给后代，则称为遗传效应，是另一种随机性效应。,图1 确定性效应与随机性效应剂量-效应曲线的特征 右下图的(a)、(b)和(c)表示

11、受照射个体中不同敏感性的变动情况。,辐射造成的健康效应,辐射的致癌性,放射性疾病,放射性疾病 ： 电离辐射所致损伤或疾病的总称。 我国职业病目录中的职业性放射性疾病名单中共11种。 2002年公布的放射性疾病诊断标准共18种 （GBZ 95-1122002）。 至2009年新发布的放射性疾病诊断标准有10个，修订4个，已审定待公布4个。,放射性疾病,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 放射性白内障 放射性肿瘤 外照射放射性骨损伤 放射性甲状腺疾病 放冲复合伤 放烧复合伤 放射性性腺疾病 急性铀中毒 放射性膀胱疾病 急性放射性肺炎 放射性直肠炎 （

12、2002年）,三、放射防护基本原则,辐射防护管理目的： 防止确定性效应的发生(应用安全) 将随机性效应发生的几率降低到可以接受的尽可能低的水平(防护最优化) 保障工作人员、受检者与患者以及公众的健康与安全，确保电离辐射的医学应用获取最佳效益。,体现国际标准新进展的基本原则 (IAEA-ICRP) 电离辐射实践的正当性 防护或干预措施的最优化 所有相关实践的复合照射不应超过标准 规定的限值 责任明确，各司其职，各负其责 源的设计和运行中引入纵深防御措施 通过优质管理和质保等系列措施确保安全 提高安全文化素养,（一）辐射实践的正当性 为了防止不必要的照射，在进行任何一种包含辐射照射的实践活动之前，

13、都必须经过充分的论证分析，权衡利弊。只有当带来的个人和社会利益大于所付出的代价时，才能认为是正当的。 如果引进的某种实践的净利益不能超过代价（包括基本生产代价、辐射防护代价及辐射所致机体损伤代价等），属于不正当性实践，应当终止这种实践。,在医疗照射中，其正当性意味着一次比较准确的诊断，或者从治疗中使患者获得了健康。 从医学角度判断，接受这种照射比辐射可能诱发的随机性效应或确定性效应的危险更为重要。反之，不做这种照射对患者带来的危险大于预期的辐射危险。因此，这种实践的理由是正当的。 医疗照射实践的正当性直接关系到公众所受照射剂量和人群的生物效应发生率。,医疗实践中的正当性有三个层次,在第一个，也

14、是最基本的层次上：医疗中使用辐射被认为好处多于损害 在第二个层次上，针对特定对象的特定医疗过程已被认定，认为是正当的，即总的正当性的判断。 除考虑患者的医疗照射，也要考虑对工作人员和公众的照射，以及存在潜在照射（事故和意外）的可能性。这是国家专业机构和审管部门的职责 在第三个层次上，要考虑为某个患者使用的该医疗过程是正当的，即判断该次特定的应用带来的好处多于损害,（二）辐射防护的最优化 在辐射实践的正当性分析之后，确定要照射的实践，此时应进行辐射防护的最优化分析。 对于所有的辐射照射，在考虑了经济、技术和社会等诸因素之后，使个人剂量的大小、受照人数的多少和不确定发生照射事件的发生概率，都应保持

15、在可做到的合理的尽可能低的水平，避免一切不必要的照射。 在某项辐射防护实践中，不是剂量越低越好，应当使照射剂量降低到合理的可以做到的程度。否则，将会增加辐射防护的代价，所获得的纯利益反而减少。,防护最优化应贯穿于医疗应用辐射的所有阶段，从工作场所、设备和设施的设计、医疗过程的设计到每天的应用（操作规程） 防护的最优化包括医疗照射（患者）和职业照射（工作人员）的防护 剂量限值：适用于职业照射和公众照射 剂量约束值：适用于职业照射、公众照射、科学研究中的志愿者和非职业性护理患者的志愿者 诊断用参考水平：适用于医疗照射，与剂量限值和约束值没有联系,（三）个人剂量限值 在进行了上述两项分析之后，从安全角度考虑，还要对个人在行动中接受的剂量加以限制，以保证个人不会受到不可接受的辐射危险。 辐射实践的正当性及其防护的最优化原则主要与辐射源有关，涉及对某项辐射源的使用和防护是否适宜；而个人剂量限值涉及职业性人员个人和公众个人，与人有关。,国际剂量限值的变迁,国际放射防护委员会（ICRP） 1936 0.2R/日 耐受剂量 1950 0 .05R/日 最大允许剂量 1958 5rem/年 最大允许剂量 1977 50mSv/年 有效剂量当量 1990 20mSv/年 5年平均 有效剂量,我国现行辐射防护的基本剂量