電離輻射的生物學(xué)效應(yīng)

1、電離輻射生物學(xué)效應(yīng)廣東省職業(yè)病防治院蘇世標(biāo),內(nèi)容簡介,概述電離輻射的作用方式 輻射危害的機(jī)理 電離輻射的生物學(xué)效應(yīng) 電離輻射對人體損傷效應(yīng)的影響因素放射工作人員健康標(biāo)準(zhǔn),隨著X射線診斷學(xué)、介入放射學(xué)、核醫(yī)學(xué)、放射治療學(xué)等的發(fā)展和普及，使醫(yī)療照射成為不斷增加的最大人工電離輻射照射的來源，在使用過程中，若管理不當(dāng)，往往會引起一系列的生物學(xué)效應(yīng)問題。,概述,基本概念,電離輻射：凡能使受作用物質(zhì)發(fā)生電離現(xiàn)象的輻射。電離輻射生物

2、學(xué)效應(yīng)：電離輻射將能量傳遞給有機(jī)體引起的任何改變，統(tǒng)稱為電離輻射生物學(xué)效應(yīng)，人類的放射損傷是一種嚴(yán)重的病理性輻射生物效應(yīng)。,放射性危害人體的方式,內(nèi)照射,定義：放射性物質(zhì)經(jīng)吸入、食入或皮膚(完好的或傷口)進(jìn)入體內(nèi)，從而造成放射性核素的體內(nèi)污染，稱為內(nèi)照射,特點(diǎn)：①在體內(nèi)長期停留，持續(xù)照射 　 　 ②按衰變規(guī)律不斷放出射線，只有全部衰變或排出后，　　　對機(jī)體的照射作用才會停止,外照射,定義：外照射是輻射源處于機(jī)體或生物體外部所產(chǎn)

3、生的照射。,特點(diǎn)：只有機(jī)體或生物體處于輻射場中，才接受照射，離開輻射場時，即不再接受照射。,放射性核素體表污染,定義：指放射性核素沾染于人體表面(皮膚或粘膜)。,特點(diǎn)：以外照射為主，若有傷口，易形成內(nèi)照射。,混合照射,指上述一種以上作用方式作用于人體，也可以是一種或一種以上上述作用方式與其他類型非放射性損傷復(fù)合作用于人體，如放射復(fù)合燒傷、放射復(fù)合創(chuàng)傷等,照射方式圖例,電離輻射的介質(zhì),電離輻射,直接致電離粒子,間接致電離粒子

4、,,α粒子、β粒子、質(zhì)子、電子,,γ射線、χ射線、中子,,電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的基礎(chǔ),電離輻射生物效應(yīng)作用和類型,原發(fā)作用,是指機(jī)體在電離輻射作用下導(dǎo)致相應(yīng)的生物大分子、DNA、組織細(xì)胞等的微結(jié)構(gòu)的損傷,原發(fā)作用分類,直接作用：射線作用于蛋白質(zhì)、核酸等生物活性大分子，產(chǎn)生電離或激發(fā)，或引起化學(xué)鍵斷裂，造成分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的改變，進(jìn)而導(dǎo)致正常功能和代謝作用的障礙。間接作用：射線作用于體內(nèi)水分子，引起水分子活化，生成自由基并通過自由基又間接作

5、用于生物大分子，造成輻射損傷。,繼發(fā)作用,由于生物活性大分子的損傷，繼而發(fā)生的組織細(xì)胞代謝的變化、功能和結(jié)構(gòu)的破壞等作用。繼發(fā)作用所致的細(xì)胞和組織器官的損傷可以被機(jī)體的再生和代償能力修復(fù)，但有時或有的個體在修復(fù)后可在DNA中發(fā)生基因突變，這是導(dǎo)致遺傳效應(yīng)和遠(yuǎn)期癌變的重要原因。,電離輻射的生物學(xué)效應(yīng),軀體效應(yīng)和遺傳效應(yīng),受照射個體本身發(fā)生的各種效應(yīng)稱為軀體效應(yīng)。如輻射所致的骨髓造血障礙、白內(nèi)障等。受照射個體生殖細(xì)胞突變，而在子代身上表

6、現(xiàn)出的效應(yīng)稱遺傳效應(yīng)。這是由于電離輻射造成受照者生殖細(xì)胞遺傳物質(zhì)的損傷，引起基因突變和染色體畸變，導(dǎo)致后代先天畸形、流產(chǎn)、死胎和某些遺傳性疾病。遺傳效應(yīng)嚴(yán)重程度的變化范圍很大，一種是導(dǎo)致第一代遺傳疾病的顯著突變, 引起兒童的先天畸形，有時會威脅生命；另一種是隱性突變，對最初幾個子代的影響很小，但后代遺傳損傷的總數(shù)增加了。,全身照射和局部照射,當(dāng)外照射的射線照射身體某一部位，引起局部細(xì)胞反應(yīng)者稱局部照射。局部照射時身體各部位的敏感性依次

7、為腹部 > 盆腔 > 胸部 > 頭部 > 四肢。當(dāng)全身均勻或非均勻受到照射而產(chǎn)生全身效應(yīng)時稱全身照射。,近期效應(yīng)及遠(yuǎn)期效應(yīng),近期效應(yīng)是指受照射數(shù)小時至幾周內(nèi)出現(xiàn)的效應(yīng).可分為急性效應(yīng)和慢性效應(yīng)兩種。主要發(fā)生于核事故或核武器襲擊的受害者，或在較長時間內(nèi)受到超過劑量限值的輻射引起的全身慢性損傷。例如急性放射病和急性皮膚放射損傷均屬于急性效應(yīng)；而慢性放射病和慢性皮膚放射損傷則屬于慢性效應(yīng)。遠(yuǎn)期效應(yīng)是指在照后數(shù)月才表

8、現(xiàn)出來則稱之為遠(yuǎn)期效應(yīng)，它也可以在照后幾年或更長時間才出現(xiàn)，例如輻射致癌、輻射致白內(nèi)障、輻射性遺傳效應(yīng)等。遠(yuǎn)期效應(yīng)包括軀體晚期效應(yīng)和遺傳效應(yīng)。,確定性效應(yīng),指受到較大劑量的照射后肯定要發(fā)生的效應(yīng)。嚴(yán)重程度與劑量大小有關(guān)，劑量愈高則效應(yīng)的嚴(yán)重程度愈大；特點(diǎn)是有劑量閾值，即劑量超過一定數(shù)值時才會發(fā)生。不同的受照對象，不同的器官組織其劑量閾值不同，一般從十分之幾戈瑞至幾戈瑞。,確定性效應(yīng)劑量效應(yīng)曲線特征,隨機(jī)性效應(yīng),指發(fā)生的幾率與劑量大

9、小有關(guān)的效應(yīng)。特點(diǎn)：效應(yīng)嚴(yán)重程度與劑量大小無關(guān)，沒有閾值。從輻射防護(hù)的角度來看，任何大小的電離輻射對人都是有害的，都可能導(dǎo)致隨機(jī)性效應(yīng)，只不過當(dāng)劑量很小時效應(yīng)發(fā)生的幾率很低。隨機(jī)性效應(yīng)的表現(xiàn)是誘發(fā)癌癥。,隨機(jī)性效應(yīng)劑量效應(yīng)曲線特征,閾值與閾劑量,閾值：一種刺激達(dá)到開始引起感覺，或者引起受激發(fā)的組織、器官基本全身器官反應(yīng)的強(qiáng)度。閾劑量：是指電離輻射的某個劑量，當(dāng)?shù)陀谠搫┝繒r不出現(xiàn)有害效應(yīng)；從另一個角度看，則是指至少使1%-5%的受

10、照個體發(fā)生特異性效應(yīng)所需的輻射劑量。,電離輻射所致健康效應(yīng)的定量評價,不同照射劑量的?、?射線對人體損傷估計,隨著受照劑量的增大，對人體的放射損傷逐漸加重,幾種放射損傷的閾劑量,成人四種較敏感組織確定性效應(yīng)的閾劑量的估算值,對其它系統(tǒng)的確定性效應(yīng),皮膚3~5Gy，紅斑和干性脫皮；20Gy，濕式脫皮；50Gy，組織壞死。消化系統(tǒng)10Gy以上，小腸損傷,確定效應(yīng)-全身照射后的死亡,隨機(jī)性效應(yīng)-致癌效應(yīng),癌癥的起始跟誘發(fā)基因組DNA損害

11、有關(guān)，該損害導(dǎo)致特異基因的丟失和／或基因結(jié)構(gòu)和活性的改變。DNA的某些特定部位發(fā)生的變化，有可能成為誘發(fā)癌的起因。,致癌危險概率,低劑量低LET輻射照射誘發(fā)人類癌瘤的種類和致死性癌癥的終生死亡概率系數(shù)（全部年齡人群）(10-2Sv-1),注：①其余癌癥包括腎上腺、腦、上段大腸、小腸、腎臟、肌肉、胰腺、脾臟、胸腺和子宮等10種癌癥； ②這一癌癥總計值僅用于一般公眾。用于工作人員人群的致死性癌癥總危險取4.00×10-2S

12、v-1。,電離輻射引起的法定職業(yè)病,職業(yè)性放射性疾病是指勞動者在職業(yè)活動中所患的放射性疾病。放射工作人員所受到的職業(yè)照射劑量達(dá)到或超過一定的水平時，則可能引起局部或是全身放射性疾病。分為11類：①外照射急性放射??；②外照射亞急性放射??；③外照射慢性放射??；④內(nèi)照射放射??；⑤放射性皮膚病；⑥放射性腫瘤；⑦放射性骨損傷；⑧放射性甲狀腺疾?。虎岱派湫孕韵偌膊?；⑩放射性復(fù)合傷；11根據(jù)《職業(yè)病放射性疾病診斷標(biāo)準(zhǔn)（總則）》可以診斷的其它放射性

13、損傷。,用源不當(dāng)造成超劑量照射事件,IAEA第17號安全叢書報告 在放療中由于種種原因，例如源劑量刻度的誤差、放療時間計算錯誤、源與病灶距離計算錯誤、患者姓名的混淆、腫瘤部位判斷錯誤、治療方案的誤用、總劑量與分次劑量的混淆以及源活度單位的混淆等，先后已發(fā)生患者受到超劑量照射事件92起，,1968年8月，美國某醫(yī)療單位進(jìn)行診斷時，為一名病人靜脈注射198Au。按要求本應(yīng)注入7.4MBq，但卻錯誤地注入了7400MBq。估算結(jié)

14、果表明，患者不同組織器官受到了大劑量輻射的照射，肝臟和脾臟分別達(dá)73 Gy，腸6Gy，紅骨髓為4.4Gy。臨床表現(xiàn)為肝、脾縮小，持續(xù)性血小板減少，間歇性血尿及結(jié)膜下出血等。入院后68d突然出現(xiàn)頭暈，劇烈頭疼，感覺遲鈍等。后來 癥狀不斷加重，意識未能恢復(fù)，導(dǎo)致死亡。,有一患者因突眼性甲狀腺腫，用555MBq I-131治療，一般商用源活度為1 073MBq，醫(yī)生未核對計算，造成患者甲狀腺超劑量照射達(dá)91％。,使用單位的主要責(zé)任,按照法律、

15、法規(guī)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求建立防護(hù)放射防護(hù)規(guī)章制度、程序和組織機(jī)構(gòu)；提供適當(dāng)而足夠的防護(hù)與安全設(shè)施、設(shè)備、裝置和監(jiān)測設(shè)備；對工作人員提供必要的健康監(jiān)護(hù)和服務(wù)；提供適當(dāng)而足夠的人力資源，并根據(jù)需要定期培訓(xùn)工作人員；,工作人員的主要責(zé)任,遵守有關(guān)防護(hù)與安全規(guī)定、規(guī)則和程序； 正確使用監(jiān)測儀表和防護(hù)設(shè)備與衣具；接受必要的防護(hù)與安全培訓(xùn)和指導(dǎo)；發(fā)現(xiàn)違反或不利于遵守標(biāo)準(zhǔn)的情況，應(yīng)盡快向使用單位報告。,小劑量外照射時早期臨床表現(xiàn)及血液

16、 學(xué)變化,低劑量輻射對生物體效應(yīng)展現(xiàn)多樣性,適應(yīng)性反應(yīng)或興奮效應(yīng)低劑量輻射的超敏感性旁效應(yīng),適應(yīng)性反應(yīng)或興奮效應(yīng),適應(yīng)性反應(yīng)或興奮效應(yīng)是指細(xì)胞預(yù)先接受低劑量刺激后，隨后一定時間內(nèi)能夠?qū)Υ髣┝枯椪债a(chǎn)生一定的保護(hù)作用，主要表現(xiàn)在遺傳損傷和基因突變，誘導(dǎo)這種適應(yīng)性反應(yīng)的劑量一般是在幾個cGy的范圍。越來越多的實驗證據(jù)表明這種低劑量或低劑量率的電離輻射所誘發(fā)的適應(yīng)性反應(yīng)的普遍存在。這種反應(yīng)表現(xiàn)為細(xì)胞對隨后作用的高劑量輻射

17、所導(dǎo)致的遺傳損傷效應(yīng)減弱，包括染色體損傷的減少、基因突變率甚至細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化率或腫瘤生長速率的降低、細(xì)胞周期調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)變化等。低劑量輻射興奮效應(yīng)還可體現(xiàn)在整體的免疫刺激效應(yīng)、抗氧化能力提高、DNA損傷修復(fù)能力提高,低劑量輻射的超敏感性,細(xì)胞低劑量輻射超敏感性是指一定范圍的低劑量照射所表現(xiàn)出來的單位劑量的急性損傷效應(yīng)比較高劑量照射損傷的更大，產(chǎn)生這種效應(yīng)的劑量大小通常在0.2~0.5Gy范圍。此后，隨著劑量的增加，細(xì)胞對輻射的誘導(dǎo)

18、抵抗性也相對增強(qiáng)，因而出現(xiàn)增加的輻射耐受性現(xiàn)象。,旁效應(yīng),由于微束照射技術(shù)的應(yīng)用，可以精確地將單個α粒子定點(diǎn)注入某個細(xì)胞的特定部位，由此而觀察到周圍臨近的未受照細(xì)胞也產(chǎn)生類似的輻射效應(yīng)。人們發(fā)現(xiàn)機(jī)體對輻射的反應(yīng)是群體現(xiàn)象而不僅是單個獨(dú)立細(xì)胞對損傷的累積反應(yīng)，輻射除可損傷直接受照的細(xì)胞外，還可通過受照細(xì)胞產(chǎn)生一些信號或分泌一些物質(zhì)，引起未受照細(xì)胞產(chǎn)生同樣的損傷效應(yīng)，這種效應(yīng)為旁效應(yīng)或旁觀者效應(yīng)。電離輻射的旁效應(yīng)可能是隨機(jī)性效應(yīng)也可以是確定

19、性效應(yīng)。,輻射效應(yīng)的影響因素,照射方式和射線種類,?和?射線：其穿透力強(qiáng)，造成皮膚和深部組織或器官的損傷。絕大多數(shù)放射事故導(dǎo)致的放射損傷是?射線照射引起的。?射線、?射線因其穿透力較弱，是內(nèi)照射中主要應(yīng)當(dāng)考慮的射線種類。中子射線不帶電荷，穿透力也很強(qiáng)，可引起嚴(yán)重的生物效應(yīng)。從生物效應(yīng)的作用：?射線和中子>?射線>?和?射線．,照射劑量和劑量率,照射劑量或劑量率越大，生物效應(yīng)越顯著。在一定的劑量范圍內(nèi)，照射劑量與生物效應(yīng)

20、呈線形關(guān)系。,受照部位和放射敏感性,全身照射的效應(yīng)大于局部照射，照面積愈大效應(yīng)愈顯著。受照部位不同，損傷的嚴(yán)重程度也不同。相同的劑量和劑量率照射　　腹部損傷>盆腔>頭頸>胸部>四肢。敏感性與年齡　　　胎兒>幼年>少年>青年>成年,人體器官和組織對放射性的敏感性,高度敏感組織：淋巴、胸腺、骨髓、胃腸上皮、性腺和胚胎；中度敏感組織：角膜、晶狀體、結(jié)膜、內(nèi)皮細(xì)胞、皮膚上皮、 唾液腺

21、、腎、肝、肺組織的上皮細(xì)胞；輕度敏感組織：中樞神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌腺、心臟；不敏感組織：肌肉、軟骨和骨組織、結(jié)締組織。,放射工作人員健康標(biāo)準(zhǔn)1,健康狀況良好,具有正常的呼吸﹑循環(huán)﹑消化﹑內(nèi)分泌﹑免疫﹑泌尿生殖系統(tǒng),以及正常的皮膚粘膜毛發(fā)﹑物質(zhì)代謝功能﹑神經(jīng)系統(tǒng)功能﹑精神狀態(tài)和穩(wěn)定的情緒。,健康標(biāo)準(zhǔn)2,具有正常的造血功能,如紅系﹑粒系﹑巨核細(xì)胞系,均在正常范圍內(nèi)。男 血紅蛋白 120～160 g/L， 紅細(xì)胞數(shù)(4.0～5.5)

22、5;1012/L； 女 血紅蛋白 110～150 g/L， 紅細(xì)胞數(shù)(3.5～5.0)×1012/L；就業(yè)前 白細(xì)胞總數(shù)(4.5～10)×109/L，血小板數(shù)(110～300)×109/L；就業(yè)后 白細(xì)胞總數(shù)(4.0～11)×109/L，血小板數(shù)(90～300)×109/L。高原地區(qū)應(yīng)參照當(dāng)?shù)卣７秶幚怼?健康標(biāo)準(zhǔn)3,具有正常的視覺、聽覺、嗅覺和觸覺，以及正常的語言表達(dá)和書寫能