醫(yī)學(xué)輻射防護(hù)學(xué)教學(xué)課件：第5章 電離輻射的生物效應(yīng)

1、電離輻射的生物效應(yīng) 第五章 1效應(yīng)分類(lèi) 按效應(yīng)范圍分： 1、軀體效應(yīng)somatic effects 2、遺傳效應(yīng) genetic effects 按效應(yīng)出現(xiàn)的時(shí)間分： 1、近期效應(yīng)short-term effects：幾天幾個(gè)月，如急性 放損。 2、遠(yuǎn)期效應(yīng)long-term effects：幾年到幾十年，如癌、白內(nèi)障、輻射遺傳效應(yīng)等。2按效應(yīng)發(fā)生規(guī)律的性質(zhì)可分： 1、隨機(jī)性效應(yīng)(stochastic effects)： （理解要點(diǎn)!）發(fā)病率與受照劑量有關(guān)，嚴(yán)重程度與劑量無(wú)關(guān)、無(wú)閾值、如癌癥和遺傳性疾病等。2、確定性效應(yīng)(deterministic effects) 以前叫非隨機(jī)性效應(yīng)，也有人

2、譯為肯定性效應(yīng)。有閾值、不超過(guò)閾值不會(huì)發(fā)生、劑量越大，損害越嚴(yán)重 如急性放射病、皮膚放射損傷等?？芍朴喎雷o(hù)標(biāo)準(zhǔn)。3 機(jī)體對(duì)輻射反應(yīng)是群體現(xiàn)象，輻射除可損傷直接受照的細(xì)胞外，還可通過(guò)受照細(xì)胞產(chǎn)生一些信號(hào)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)稱(chēng)為旁效應(yīng)（bystander effect）或旁觀者效應(yīng)。 電離輻射旁效應(yīng)可以是隨機(jī)效應(yīng)也可以是確定性效應(yīng)。電離輻射旁效應(yīng)近年發(fā)現(xiàn)4 近年來(lái)，ICRP、IAEA和歐盟等新建議案中又提出了“組織反應(yīng)”的概念來(lái)取代確定性效應(yīng)。 原因: 組織反應(yīng)是從組織損傷動(dòng)態(tài)過(guò)程等考慮，以前認(rèn)為某種效應(yīng)在閾劑量是確定發(fā)生或未發(fā)生，現(xiàn)在認(rèn)為有“不確定性”，因?yàn)?/p>

3、有些效應(yīng)臨床可能還沒(méi)有觀察到，但有組織或細(xì)胞反應(yīng)，或者臨床可能有該效應(yīng)但通過(guò)治療又可以使效應(yīng)不發(fā)生，它有較多的不確定性；還有一些組織反應(yīng)到很晚（晚期）才表現(xiàn)出來(lái)，這些組織反應(yīng)與發(fā)生時(shí)間、隨訪時(shí)間、個(gè)體敏感性差異、放療及核事故后風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、遷延照射等因素有關(guān)，所以國(guó)際組織提倡用組織反應(yīng)取代確定性效應(yīng)。5輻射致細(xì)胞損傷 立即死亡或“間期死亡” ：細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)凝固；增殖死亡（reproductive death）：照射后并不立即死亡，在停止有絲分裂之前保持正常顯微結(jié)構(gòu)，但經(jīng)幾次分裂后突然變性而死亡。受照射劑量愈大則可分裂次數(shù)愈少。凋亡（apoptosis）是指為了維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞自主

4、的有序的死亡。 死亡方式6 橫坐標(biāo). 劑量 縱坐標(biāo). 細(xì)胞存活率 10000100010037101掌握兩個(gè)參數(shù)的意義1、參數(shù)D0值的大小反映各類(lèi)細(xì)胞的輻射敏感性，D0值越小表明細(xì)胞的輻射敏感性越大。2、參數(shù)Dq值作為一種修復(fù)能力的尺度，Dq值越大提示細(xì)胞修復(fù)輻射損傷的能力越強(qiáng)。7電離輻射致突變效應(yīng) 引起遺傳物質(zhì)的變化不僅能引起點(diǎn)突變，也能引起染色體的結(jié)構(gòu)變化。 電離輻射引起的突變效應(yīng)特點(diǎn)： 1、射線誘發(fā)突變的頻率與輻射劑量成正比； 2、 沒(méi)有劑量閾值，難以制定防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)防止它的 發(fā)生； 3、 效應(yīng)可受或不受劑量率的影響； 4、高LET輻射的效應(yīng)大于低LET輻射。 8電離輻射致癌效應(yīng) 特點(diǎn)：

5、1，輻射既可以是致癌的始動(dòng)因子，又可以是促進(jìn)因子；既是致癌劑，又是致突變劑。 2，電離輻射有誘發(fā)幾乎所有種系哺乳動(dòng)物的所有組織腫瘤的能力，這是任何一種化學(xué)致癌物都不能比擬的。 9 電離輻射致癌的劑量-效應(yīng)關(guān)系 在較低劑量階段，腫瘤的誘發(fā)占優(yōu)勢(shì)，隨著劑量的增加，殺死細(xì)胞的概率比腫瘤轉(zhuǎn)化的概率大得多，所以大劑量時(shí)癌變細(xì)胞的滅活占優(yōu)勢(shì)，而頂峰時(shí)的劑量是兩者持平的。（圖）1011圖 輻射引起的隨機(jī)性性效應(yīng)陰影表示非受照人群的對(duì)照發(fā)病率；虛線部分表示向低劑量的外推，此處沒(méi)有相應(yīng)效應(yīng)的可靠證據(jù)。12劑量（Gy）出現(xiàn)頻度F0（%）0基線12電離輻射致癌的潛伏期 incubation period潛伏期 是指

6、受照后到腫瘤顯現(xiàn)所經(jīng)歷的時(shí)間，它分為：1, 真潛伏期：指從照射到細(xì)胞開(kāi)始不受控制生長(zhǎng)所需要的時(shí)間。2, 臨床潛伏期：指從受照到腫瘤被確診的時(shí)間； 13表3-1 輻射誘發(fā)人體惡性腫瘤的潛伏期（年）腫瘤類(lèi)型最 低平 均全部表現(xiàn)期白 血 病24102530骨 肉 瘤24152530甲狀腺癌5102040乳 腺 癌5152340其他實(shí)體瘤1020304014重要含義：閾劑量（threshold dose）與劑量限值含義不同（詳見(jiàn)第八章第三節(jié)） 閾劑量指生物效應(yīng)研究中的一個(gè)推薦值，而劑量限值是國(guó)際（或國(guó)家）基本安全標(biāo)準(zhǔn)給出的一個(gè)法定值。 超過(guò)閾劑量，那么有害的組織反應(yīng)（效應(yīng)）將會(huì)發(fā)生（但發(fā)生率只占1%）

7、。 ICRP第118號(hào)出版物給出的眼晶體和心腦血管器官放射檢查的閾劑量為：500 m Gy ，而我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（GB18871-2002）規(guī)定職業(yè)人員一年內(nèi)眼晶狀體當(dāng)量劑量限值不許超過(guò)150 mSv（如為X和線照射可換算為：150 m Gy），公眾成員眼晶狀體當(dāng)量劑量限值為15 mSv（X和線可換算為15 m Gy）。 15影響電離輻射致癌的因素 UNSCEAR 2010將輻射致癌過(guò)程描述為身體器官原始細(xì)胞生長(zhǎng)模式出現(xiàn)的嚴(yán)重紊亂。 1、敏感性因素： 人體不同組織對(duì)輻射致癌效應(yīng)明顯不同，敏感性最高的組織是甲狀腺和骨髓而前列腺、 睪丸和子宮幾乎不被輻射所誘發(fā)。2、年齡因素： 年齡是影響自發(fā)癌的重要因素，

8、10歲以下白血病危險(xiǎn)系數(shù)最高；20歲左右的女性乳腺癌危險(xiǎn)系數(shù)最高；肺癌隨受照時(shí)年齡增加而增加。163、性別因素：乳腺癌、甲狀腺癌女性高于男性，白血病男性略高于女性。其他類(lèi)腫瘤在性別上差別不大。4、其他因素： 輻射致癌還受遺傳因素和環(huán)境因素的影響如猶太人兒童的甲狀腺癌發(fā)生率比其他少數(shù)民族高；吸煙可使鈾礦工肺癌的發(fā)生率增高。 17 流行病學(xué)研究證實(shí)，人體受到中等和高劑量照射可引發(fā)很多器官中實(shí)體瘤及白血病發(fā)病率增高。 即便是低劑量照射也存在著DNA變異可能（幾率極小，但并非不存在），因而增加了癌癥誘發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。 根據(jù)線性無(wú)閾模型理論，目前認(rèn)為放射性引起癌癥沒(méi)有閾值劑量，接受放射性劑量越大癌癥發(fā)生率越高，

9、但接受放射性劑量很低時(shí)也不能保證癌癥不發(fā)生。18電離輻射對(duì)染色體的損傷 19電離輻射誘發(fā)染色體畸變1、數(shù)目改變 “多倍體”和“非整倍體”。2、結(jié)構(gòu)上的改變斷裂 ?；冾?lèi)型：見(jiàn)后頁(yè)染色體圖 20應(yīng)用：用染色體畸變率來(lái)估算人體接觸輻射劑量大小的方法被稱(chēng)為生物劑量估算法（生物劑量計(jì)）。211、胎內(nèi)照射效應(yīng) 胎內(nèi)照射或?qū)m內(nèi)照射：胚胎發(fā)育過(guò)程中受到電離輻射照射，指精子和卵子結(jié)合后經(jīng)過(guò)植入前期、器官形成期和胎兒期任何一段時(shí)間受到射線照射。 胎內(nèi)照射效應(yīng)分為： 致死性效應(yīng) 畸形 發(fā)育障礙電離輻射其他效應(yīng) 22（1）著床（植入）前期受照的致死性效應(yīng)： 在受精卵植入子宮壁以前（小鼠為受精后5日，人為9日）受照，

10、其特點(diǎn)是胚胎的死亡，檢查不出死產(chǎn)的特定指征，像一次錯(cuò)后的月經(jīng)。若著床前期受到照射，如果能存活下來(lái)，則胚胎可以正常發(fā)育，呈“全”或“無(wú)”反應(yīng)。 新的動(dòng)物研究數(shù)據(jù)證實(shí)：植入前期胚胎對(duì)輻射的致死效應(yīng)敏感。在劑量低于100mGy的情況下，這種致死效應(yīng)是非常少見(jiàn)的?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)無(wú)法使人們相信，這將會(huì)對(duì)出生后健康產(chǎn)生顯著的影響。23（2）器官形成期受照的畸型效應(yīng) 受精卵植入后（小鼠為受精后513日，人為9日8周），此期對(duì)射線感受性高，其特點(diǎn)是新生兒死亡和畸形，該期受照新生兒死亡率增加，嚴(yán)重的畸形可能不到足月分娩便夭折。 沒(méi)有證據(jù)證明人妊娠815周內(nèi)，在短期內(nèi)受到小于0.1Gy的照射，能產(chǎn)生致畸效應(yīng)。根據(jù)動(dòng)物數(shù)

11、據(jù)判斷，對(duì)于誘發(fā)畸形，存在著一個(gè)約為100mGy真實(shí)的劑量閾，因此，ICRP認(rèn)為，遠(yuǎn)低于100mGy的宮內(nèi)照射預(yù)計(jì)不會(huì)產(chǎn)生畸形危險(xiǎn)。24（3）胎兒期受照的發(fā)育障礙 胎兒期（小鼠為受精后14日、人為938周）。此期受照發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)畸形減少，主要是引起胎兒發(fā)育障礙，包括有繼續(xù)分化作用的神經(jīng)和泌尿生殖系統(tǒng)。表現(xiàn)為小頭癥和伴有智力低下的發(fā)生率增高，出現(xiàn)永久性發(fā)育延遲等確定效應(yīng)。 2526概括起來(lái)1，著床期（9天）：全和無(wú)2，器官形成期（9天8周）：死亡、畸形3，胎兒期（938周）：發(fā)育障礙、小頭癥、 智力下降（ICRP 60：下降 30IQ / Sv）注意：由老鼠結(jié)果外推結(jié)果？ICRP第90號(hào)出版物

12、對(duì)日本原爆幸存者在生前最敏感時(shí)期（受孕后815周）受照誘發(fā)的嚴(yán)重智力遲鈍資料的審議，支持該效應(yīng)具有至少300mGy閾劑量的意見(jiàn)。但在小劑量情況下沒(méi)有這種危險(xiǎn)。低于100mGy的劑量對(duì)智商（IQ）產(chǎn)生的任何影響都可能是探測(cè)不到的。 27 放射性不孕癥：性腺受到電離輻射作用可引起暫時(shí)性不孕癥和永久性不孕癥。 放射性不孕癥28生殖細(xì)胞受照的變化1、精細(xì)胞的變化 雄性生殖細(xì)胞敏感性：精原細(xì)胞、初級(jí)和次級(jí)精母細(xì)胞、精細(xì)胞和精子（從高到低的順序）。 與體細(xì)胞輻射效應(yīng)相反，在同等劑量照射時(shí)，分次照射的損傷高于單次受照。這是因?yàn)榫?xì)胞對(duì)射線敏感，小劑量受照即可以使精子發(fā)生減少，恢復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)，所以分次照射要比

13、單次照射時(shí)恢復(fù)得慢。292、卵細(xì)胞的變化 卵細(xì)胞輻射敏感性與雄性相反，以成熟卵細(xì)胞、次級(jí)卵泡、初級(jí)卵泡順序遞減。 不同種系動(dòng)物誘發(fā)永久不孕的耐受劑量差別很大，如小鼠為1Gy，大鼠為8Gy，猿為20Gy，人為56Gy。 30放射性不孕癥的臨床特征 所謂不孕系指夫妻同居年以上，又未采取避孕措施而未懷孕者。放射性不孕癥必須有明確的放射線接觸史和確切的個(gè)人受照劑量。放射性不孕癥為確定性效應(yīng)，存在著閾值。 31輻射所致的壽命縮短電離輻射所致壽命縮短尚有爭(zhēng)議，目前現(xiàn)狀是： 1、美國(guó)早年調(diào)查醫(yī)用X射線工作者，平均壽命比非放射性工作人員縮短5.2年，但隨防護(hù)條件的改善，2組人群的期望壽命逐漸接近； 2、英國(guó)的

14、統(tǒng)計(jì)資料卻未見(jiàn)到壽命縮短現(xiàn)象。 3、日本原子彈爆炸幸存者死亡調(diào)查表明，其死亡率比一般日本居民高，主要是白血病和惡性腫瘤死亡增長(zhǎng)率增加所致，未見(jiàn)其他引起早死的原因。 4、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)有壽命縮短，小鼠每照射1Gy壽命縮短5%32人們傾向于承認(rèn)： 對(duì)輻射防護(hù)具有實(shí)際意義的低等到中等劑量的電離輻射所致壽命縮短主要是輻射致癌效應(yīng)，由腫瘤引起超額死亡而使平均壽命縮短。33電離輻射的遺傳效應(yīng) 遺傳效應(yīng)在臨床上表現(xiàn)為先天出生缺陷、死胎、流產(chǎn)、死產(chǎn)和新生兒死亡等。 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)不容置疑地證明了輻射的遺傳效應(yīng)。比如果蠅作為實(shí)驗(yàn)材料證實(shí)了輻射的遺傳效應(yīng)。但不能拿人實(shí)驗(yàn)，從果蠅實(shí)驗(yàn)結(jié)果外推到人的把握有多大？仍不清楚。 Iwa

15、saki用3Gy60CO照射C57BL/6雄性小鼠，結(jié)果表明，輻射使得平均產(chǎn)仔量從7.1降為4.9，但性別比例沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的改變。34 雖然在迄今為止在人的輻射流行病學(xué)調(diào)查中，尚未發(fā)現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的遺傳效應(yīng)，但大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中卻早已觀察到輻射能誘發(fā)遺傳效應(yīng)，包括染色體畸變（結(jié)構(gòu)改變或數(shù)目改變）和基因突變（顯性的和隱性的），因此不能排除輻射對(duì)人類(lèi)有產(chǎn)生遺傳損害的危險(xiǎn)。 35性別比例?。?日本結(jié)果：男 中國(guó)結(jié)果：女 其它國(guó)家：沒(méi)做或較亂沒(méi)規(guī)律36其他器官的損傷效應(yīng) 不論是大劑量急性全身意外照射還是大劑量局部放療照射，都可以引起體內(nèi)其他重要功能系統(tǒng)例如消化、呼吸、循環(huán)、泌尿、神經(jīng)系統(tǒng)器官的損傷

16、 ，產(chǎn)生確定性效應(yīng)的近似吸收劑量閾值見(jiàn)表5-8。相關(guān)內(nèi)容見(jiàn)第六章。37第五節(jié) 小劑量低劑量率照射的 幾種觀點(diǎn)爭(zhēng)論焦點(diǎn)：低劑量有益；超過(guò)閾值有害；線性無(wú)閾有害三種觀點(diǎn)。 38 80年代美國(guó)密蘇里大學(xué)的Luckey發(fā)現(xiàn)低劑量電離輻射對(duì)免疫系統(tǒng)具有一定的刺激性作用，同時(shí)它對(duì)生物生長(zhǎng)發(fā)育、延長(zhǎng)壽命、提高生育力、防癌和抗感染等方面具有有益的作用，并稱(chēng)之為Hormesis效應(yīng)。 目前低水平輻射就是指低劑量、低劑量率的照射。低劑量指0.2Gy以?xún)?nèi)的低LET輻射或 0.05Gy的高LET輻射，而低劑量率指0.05mGy/min以?xún)?nèi)的各種照射。 有關(guān)輻射增強(qiáng)免疫效應(yīng)的機(jī)制，免疫界普遍認(rèn)為主要與T細(xì)胞亞群之間的平

17、衡失調(diào)和淋巴因子免疫放大網(wǎng)絡(luò)被激活有關(guān)。Hormesis39 低水平指低劑量、低劑量率的持續(xù)照射，就人群照射而言，低劑量指0.2Gy以?xún)?nèi)的低LET輻射或0.05Gy的高LET輻射，而低劑量率則指0.05mGy/min以?xún)?nèi)的各種照射。小劑量低劑量率照射40 用植物種子、原生物種、哺乳動(dòng)物等實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電離輻射刺激現(xiàn)象的存在，可刺激生物生長(zhǎng)、發(fā)育，還發(fā)現(xiàn)有增強(qiáng)動(dòng)物和人體的免疫功能，降低腫瘤發(fā)生率等現(xiàn)象，被稱(chēng)為興奮性效應(yīng) 刺激效應(yīng)和適應(yīng)現(xiàn)象 41目前的幾種觀點(diǎn)42低劑量有益 適應(yīng)性反應(yīng)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及流行病學(xué)研究結(jié)果，還提不出適應(yīng)性現(xiàn)象和低劑量照射可使癌癥降低的確切證據(jù)。因此，細(xì)胞適應(yīng)性反應(yīng)能給機(jī)體帶來(lái)有

18、益作用，并能勝過(guò)低劑量照射的有害作用尚為時(shí)過(guò)早。 雖然有不少流行病學(xué)調(diào)查資料及生物學(xué)實(shí)驗(yàn)支持小劑量電離輻射照射對(duì)人類(lèi)有益的觀點(diǎn)，但很難界定小劑量的水平，無(wú)法作為輻射防護(hù)的依據(jù)。OK？43 用低劑量有益的某些現(xiàn)象作為忽視輻射防護(hù)的依據(jù)也是不能接受的。對(duì)低劑量照射刺激現(xiàn)象還應(yīng)該繼續(xù)進(jìn)行深入的研究，在沒(méi)有足夠證據(jù)證明低劑量對(duì)人類(lèi)健康有益之前，應(yīng)避免一切不必要的照射。44超過(guò)閾值有害 盡管無(wú)閾假設(shè)被ICRP采納為輻射防護(hù)依據(jù)，但也受到質(zhì)疑. 超過(guò)閾值有害者認(rèn)為受到一定劑量（閾劑量），機(jī)體才會(huì)出現(xiàn)有實(shí)際意義的損害，低于這個(gè)劑量觀察不到損害，或這種危害的機(jī)率小到可以忽視的程度。？45 支持有閾有害論點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)研究和流行病學(xué)觀察有下列一些事例：(1)果蠅實(shí)驗(yàn)在25cGy以下未觀察到遺傳損傷。(2)高天然本底輻射地區(qū)未記錄到癌癥發(fā)病率增高。(3)對(duì)從事有關(guān)電離輻射的職業(yè)工作人員健康影響研究中，低劑量/率組未見(jiàn)癌癥發(fā)病率增高。(4)對(duì)放射性鐳表盤(pán)工人流行病學(xué)調(diào)查腫瘤發(fā)生率表現(xiàn)出實(shí)際閾值。46線性無(wú)閾有害 認(rèn)為隨機(jī)性效應(yīng)也應(yīng)當(dāng)有劑量限值，現(xiàn)行的線性無(wú)閾模型在放射防護(hù)中評(píng)價(jià)輻射危害過(guò)于嚴(yán)格