电离辐射的生物学效应-医学辐射防护学教学课件-精品文档
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电离辐射的生物学效应PPT课件
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照射方式图例
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10
电离辐射的介质
直接致
电离
α粒子、β粒子、质子、电子
电
粒子
离
辐
射 间接致
电离 γ射线、χ射线、中子
粒子
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电离辐射生物学效应的基础
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12
电离辐射生物效应作用和类型
生物学效应
原发作用 继发作用
直接作用 间接作用
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10~20 1~5
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31
随机性效应-致癌效应
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。
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32
致癌危险概率
低剂量低 LET辐射 照射诱发 人类癌瘤 的种类和 致死性癌 症的终生 死亡概率 系数（全 部年龄人 群）(10-
暂时不育 永久不育
不育 可查出混浊
阈剂量
一次短时间照射（Sv）多年分次照射（Sv/a）
0.15
0.4
3.5—6.0 2.5—6.0 0.5—2.0
2.0 ＞0.2 ＞0.1
视力障碍（白内障）
5.0
＞0.15
造血机能低下
0.5
骨髓
再生障碍性贫血
1.5
＞0.4 ＞0.1
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29
对其它系统的确定性效应
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15
继发作用
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。
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。
电离辐射生物学效应医学辐射防护学106页PPT
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
电离辐射生物学效应医学辐 射防护学
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
电离辐射生物学效应医学辐 射防护学
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
第二章放射生物效应与放射防护PPT课件
随机效应主要包括辐射诱发癌症和遗传效应两类。辐射对受照者本人，除了诱发癌症外，并不引起其他随机性效应。由于遗传与生理的差异，个体对辐射诱发癌症的敏感性是不同的。但总的来说，辐射诱发癌症的概率是很低的。如果辐射引起生殖细胞的损伤，这个损伤可以传递下去并表现为受照者后代的遗传紊乱。这种随机性效应称为遗传效应。遗传效应只在动植物研究中出现，尚未被确认在人类发生。
机体组织的放射敏感性分类
（三）与环境有关的因素（介质因素） 比如温度增高，效应增大，相反则降低；氧气浓度增大，效应增大；某些激素(如雌激素)和化学制剂（比如甘露醇）对辐射有抗辐射作用，称为辐射保护剂；还有一些能起增强的作用，称为辐射增敏剂。前者保护正常组织，后者为提高放疗效果。
三、放射生物效应效应分类 国际辐射防护委员会(ICRP) 建议将辐射生物效应按其发生机制分为随机效应和确定性效应两大类。 1、随机效应(stochastic effects)：是 指辐射效应的发生几率(而非重严程度)与剂量相关的效应。随机效应的发生几率随受照剂量的增加而增大，但效应的严重程度与剂量大小无关。一般认为，随机效应的发生没有剂量阈值，即生物效应的发生概率与受照剂量呈线性无阈关系。
辐射诱发遗传性伤害有二种形式，即基因突变和肉眼能见的染色体畸变（染色体结构或数目的改变）。 2、确定性效应(deterministic effects)：指效应发生的严重程度与受照剂量相关，有剂量阈值，阈值以下不会发生这种效应，阈值以上可能发生这种效应。如不育、白内障、造血机能低下、寿命缩短等皆属于。
(三)内照射防护 1、围封隔离：把开放源控制在有限的空间内，防止它向环境扩散。如应用通风橱、手套箱等以达到防扩散的目的。 2、除污保洁：随时消除环境介质的污染，监测污染水平，控制向周围环境的大量扩散，使环境介质的污染浓度尽可能低于国家规定的限值。 3、个人防护：遵守个人防护准则；合理使用个人防护用品。
机体组织的放射敏感性分类
（三）与环境有关的因素（介质因素） 比如温度增高，效应增大，相反则降低；氧气浓度增大，效应增大；某些激素(如雌激素)和化学制剂（比如甘露醇）对辐射有抗辐射作用，称为辐射保护剂；还有一些能起增强的作用，称为辐射增敏剂。前者保护正常组织，后者为提高放疗效果。
三、放射生物效应效应分类 国际辐射防护委员会(ICRP) 建议将辐射生物效应按其发生机制分为随机效应和确定性效应两大类。 1、随机效应(stochastic effects)：是 指辐射效应的发生几率(而非重严程度)与剂量相关的效应。随机效应的发生几率随受照剂量的增加而增大，但效应的严重程度与剂量大小无关。一般认为，随机效应的发生没有剂量阈值，即生物效应的发生概率与受照剂量呈线性无阈关系。
辐射诱发遗传性伤害有二种形式，即基因突变和肉眼能见的染色体畸变（染色体结构或数目的改变）。 2、确定性效应(deterministic effects)：指效应发生的严重程度与受照剂量相关，有剂量阈值，阈值以下不会发生这种效应，阈值以上可能发生这种效应。如不育、白内障、造血机能低下、寿命缩短等皆属于。
(三)内照射防护 1、围封隔离：把开放源控制在有限的空间内，防止它向环境扩散。如应用通风橱、手套箱等以达到防扩散的目的。 2、除污保洁：随时消除环境介质的污染，监测污染水平，控制向周围环境的大量扩散，使环境介质的污染浓度尽可能低于国家规定的限值。 3、个人防护：遵守个人防护准则；合理使用个人防护用品。
第二章 电离辐射的生物学效应及放射防护PPT课件
2．随机性效应(stochastic effect)：指效应的发生率（不是 严重程度）与照射剂量的大小有关，这种效应在个别细 胞损伤（主要是突变）时即可出现。不存在阈剂量。遗 传效应和辐射诱发癌变等属于随机性效应（图2-3）。
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二、影响辐射生物学效应的因素
（一）与辐射有关的因素
1．辐射类型 高电离密度的电离辐射，电离密度大， 射程小，如、射线，在组织内能量分布密集，内照射时 生物学效应相对较强。而γ（X）射线是低电离密度的电 离辐射，电离密度小，射程大，因此外照射时生物学效 应强。
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二、放射卫生防护的基本原则
为了实现放射防护的目的，ICRP提出放射卫生防护的基 本原则。（International Commission on Radiological Protection，国际辐射防护委员会）
1．放射实践的正当化（justification of radiological practice） 2．放射防护的最优化（optimization of radiological
时内死亡。
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2．缓发效应 在照射后的几年乃至二、三十年内出现， ①小剂量外照射 ②慢性内照射
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四、低剂量辐射的兴奋效应
低剂量辐射对生物体的影响尚有不少争议。但有一点可 以肯定：低剂量辐射既可使人体出现防御和免疫功能增 强等有益的生物学反应，也可以出现染色体畸变、癌变 发生率增加等不利的反应，说明低剂量辐射的效果可能 是由其所引起的不同的生物学反应之间的竞争决定的。
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三、剂量与效应的关系
（一）早期效应和缓发效应 1．早期效应 人体受辐照剂量当量： <1Sv，看不到明显症状 <5Sv，出现以造血系统损伤为主的放射病 >8Sv，出现以消化道损伤为主的胃肠急性放射病，症状
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二、影响辐射生物学效应的因素
（一）与辐射有关的因素
1．辐射类型 高电离密度的电离辐射，电离密度大， 射程小，如、射线，在组织内能量分布密集，内照射时 生物学效应相对较强。而γ（X）射线是低电离密度的电 离辐射，电离密度小，射程大，因此外照射时生物学效 应强。
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二、放射卫生防护的基本原则
为了实现放射防护的目的，ICRP提出放射卫生防护的基 本原则。（International Commission on Radiological Protection，国际辐射防护委员会）
1．放射实践的正当化（justification of radiological practice） 2．放射防护的最优化（optimization of radiological
时内死亡。
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2．缓发效应 在照射后的几年乃至二、三十年内出现， ①小剂量外照射 ②慢性内照射
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四、低剂量辐射的兴奋效应
低剂量辐射对生物体的影响尚有不少争议。但有一点可 以肯定：低剂量辐射既可使人体出现防御和免疫功能增 强等有益的生物学反应，也可以出现染色体畸变、癌变 发生率增加等不利的反应，说明低剂量辐射的效果可能 是由其所引起的不同的生物学反应之间的竞争决定的。
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三、剂量与效应的关系
（一）早期效应和缓发效应 1．早期效应 人体受辐照剂量当量： <1Sv，看不到明显症状 <5Sv，出现以造血系统损伤为主的放射病 >8Sv，出现以消化道损伤为主的胃肠急性放射病，症状
实验核医学第三章.ppt
五、有效剂量（E）
当人体受到电离辐射时，同一个当量剂量对不同 器官或组织有不同的效应。表示在多个器官或组织同 时受照时，辐射对人体的总危害。
定义：人体各组织或器官的当量剂量乘以相应的
组织权重因数后的和。即： E WT HT ,R
SI：J/kg，Sv
T
考虑不同组织或器官对发生辐射随机性效应的不 同敏感性。
核酸大分子──引起碱基破坏或脱落、单链或双 链断裂、氢键破坏、螺旋结构出现交联，或核酸间、 核酸与蛋白质间出现交联。
蛋白质──引起蛋白质侧链变化，氢键、二硫键 断裂，导致胎链出现伸展，空间结构改变。
2.间接作用
辐射能量的传递是通过扩散的离子及自由基起作 用，被生物分子吸收，产生的生物学效应。
主要产生大量高活性的自由基和活性粒子，造成 组织或细胞的损坏。
即： HT,R＝ DT,R·WR HT,R：R类辐射在组织或器官T中所致的当量剂量 DT,R：R类辐射在组织或器官T中所致的平均吸收剂量 WR ： R类辐射的辐射权重因数，反映不同种类及能 量的辐射对人体产生不同程度的影响。
SI：焦耳/千克，J/kg，名称：希沃特，Sv 旧单位：雷姆，rem，1 Sv＝100ram 以防护为目的，考虑不同类型辐射的相对危害效应
适用于任何类型电离辐射和被照射的任何物质。 SI：焦耳/千克，J/kg，专用单位：戈(瑞)，Gy。 旧单位：拉德，rad，1Gy＝100rad 吸收剂量率：单位时间内的吸收剂量，Gy/s。 X与D的换算：D＝33.84X
三、剂量当量（H）
国际辐射单位与测量委员会（ICRU）用以定义实 用量──周围剂量当量、定量剂量当量和个人剂量当 量。
三、影响因素
（一）辐射源相关因素
1.辐射种类：电离密度、穿透能力
医学辐射防护学课件 04电离辐射的生物效应
影响电离辐射致癌的因素
UNSCEAR 2010将辐射致癌过程描述为身体器官 原始细胞生长模式出现的严重紊乱。
1、敏感性因素：
人体不同组织对辐射致癌效应明显不同，敏感性最 高的组织是甲状腺和骨髓而前列腺、 睾丸和子宫几 乎不被辐射所诱发。
2、年龄因素：
年龄是影响自发癌的重要因素，10岁以下白血病 危险系数最高；20岁左右的女性乳腺癌危险系数最高； 肺癌随受照时年龄增加而增加。
辐射所致的寿命缩短
电离辐射所致寿命缩短尚有争议，目前现状是：
1、美国早年调查医用X射线工作者，平均寿命比非放射 性工作人员缩短5.2年，但随防护条件的改善，2组人群 的期望寿命逐渐接近；
2、英国的统计资料却未见到寿命缩短现象。 3、日本原子弹爆炸幸存者死亡调查表明，其死亡率比 一般日本居民高，主要是白血病和恶性肿瘤死亡增长率增 加所致，未见其他引起早死的原因。
出 现 频 度
基线F001 Nhomakorabea2
剂量（Gy）
图 辐射引起的随机性性效应
阴影表示非受照人群的对照发病率；虚线部分表 示向低剂量的外推，此处没有相应效应的可靠证 据。
电离辐射致癌的潜伏期
incubation period
潜伏期 是指受照后到肿瘤显现所经历的时 间，它分为：
1, 真潜伏期：指从照射到细胞开始不受控 制生长所需要的时间。
Iwasaki用3Gy60COγ照射C57BL/6雄性小鼠， 结果表明，辐射使得平均产仔量从7.1降为4.9，但 性别比例没有统计学意义的改变。
虽然在迄今为止在人的辐射流行病学调 查中，尚未发现有统计学意义的遗传效应， 但大量的动物实验研究中却早已观察到辐射 能诱发遗传效应，包括染色体畸变（结构改 变或数目改变）和基因突变（显性的和隐性 的），因此不能排除辐射对人类有产生遗传 损害的危险。
医学辐射防护学课件 03辐射的生物学作用原理
（四）分次照射
同一剂量的辐射，在分次给予的情况下， 其生物效应低于一次给予的效应。分次愈多， 各次间隔时间愈久，则生物效应愈小…….机 理修复
（五）照射部位
当照射剂量和剂量率相同时，腹部照射的 全身后果最严重，依次为盆腔、头颈、胸部 及四肢。
（六）照射面积
当照射的其他条件相同时，受照射的 面积愈大，生物效应愈显著
Ｘ和γ射线对生物体的作用基本 相同，它们与组成机体的各种物质 （靶原子和分子）相互作用，产生 光电效应、康普顿—吴有训效应和 形成电子对，转移其能量。从而使 作用的物质电离。
图 3-2
β射线与物质的作用
β射线即电子流 （electron streams）， 带有负电，其质量很小， 其径迹曲折，其实际穿 透深度（射程）小于其 径迹长度。
物结构中敏感的“靶”区，可引发辐射生 物效应。
认为辐射效应是粒子击中了某些分子 特定(靶)结构的结果。引起生物大分子失 活、基因突变和染色体断裂等都是由于电 离粒子击中了其中的“靶” 。
三种主要的靶数学模型
1.单靶单击模型（one target and onehit model） 生物体仅有一个对射线敏 感的结构，是数学模型的理论基础。 用于生物大分子、某些小病毒、细菌， 在少数情况下，也适用于描述高LET 辐射（如α粒子）所致的哺乳动物细胞 恶性转化。
(四) 亚细胞和分子水平的敏感性
DNA>mRNA>rRNA和rRNA>蛋白质
与环境相关因素
温度 降温或冰冻可减轻辐射作用。
氧含量 氧浓度升高后，再给予射线照 射可使辐射损伤程度加重 。
化学物质 物质包括辐射防护剂 （radioprotectors）和辐射增敏剂 （radiosensitizers）
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染色体型畸变：处于G1期或G0期的细胞受到电离 辐射作用时，因为这时染色体尚未复制，其中单根染色 丝被击断，经S期复制后，在中期分裂细胞见到的是两 条单体在同一部位显示变化，因此导致的是染色体型畸 变。按畸变在体内的转归，可以分为非稳定型畸变和稳 定型畸变两类。前者包括双着丝粒、双着色环、和无着 丝粒断片；后者包括相互易位,倒位和缺失。
电离辐射的生物学效应
电离辐射生物效应分类
早期效应(early effect)
按生物效应出现的时间 迟发效应(late effect) 躯体效应(somatic effect) 按生物效应出现的个体 遗传效应(genetic effect) 随机性效应 (stochastic effects) 确定性效应 (deterministic effect)
计算单位剂量照射引起的危险称为危险系数 (Risk coefficient)。EAR系数为单位剂量增加的例 数，用10-6人· 年-1· Sv-1表示，即每106人· 年· Sv的增 加例数。ERR系数为单位剂量的增加百分比 (%/Sv)。 ICRP-60的辐射致癌危险系数是以原爆人群 癌症死亡的EAR年增加值和ERR值为基础，通过 预测模型，向5个国家进行人群转移后得到的两性 平均值。
经过始动与促进两个阶段，正常细胞出现转 化，逐步发展为癌细胞，此期是朝恶性方向越来 越快的发展，成了独立的和侵入性的发展阶段。 电离辐射致癌的评估方法 绝对危险和相对危险 照射组癌症发生率与对照组或参与人群癌 症发生率之差，称为绝对危险(Absolute risk, AR)，也称为超额绝对危险(excess absolute risk, EAR)。 两组发生率之比，称为相对危险(Relative risk, RR),相对危险的增加数RR-1，称为超额相 对危险(ERR）。
肿瘤的始动可通过原癌基因的激活形成癌 基因，导致过度表达，激活机制包括基因易位和 重排、基因扩增、点突变及高表达等。 促进期的重要特征是可以促进细胞的分 裂增殖，使被始动的干细胞克隆扩展成一个非 终末细胞组成的病灶—癌前病变。辐射是一种 弱的促进因子。始动后再给予，致癌后果显著 增强。在低浓度下，可起明显作用。通常可以 逆转。
按生物效应出现的几率
电离辐射的细胞生物学效应 电离辐射的杀伤效应 间期死亡(interphase death) 按时间分类 增殖死亡(reproductive death) 按形式分类
凋亡(apoptosis) 坏死(necrosis )
电离辐射诱发细胞染色体畸变
染色体的特征
satellite
电离辐射的确定性效应
受照射生物机体产生效应的严重程度在阈值以 上随剂量的增加而增加，存在剂量阈值。通常为0.10.2Gy。 确定性效应包括除了癌症、遗传和突变以外的所 有躯体效应和胚胎效应及不育症等。 出生前确定性效应 胚胎效应 自发性流产 各类畸形和脑发育异常
严重智力迟钝和智商下降
出生后的确定性效应 全身性放射损伤 皮肤的电离辐射效应 红斑 、脱毛、脱屑和表皮坏死 远期效应为表皮、汗腺、皮脂腺及毛囊 萎缩，真皮纤维化，血管扩张，皮肤溃疡和 皮肤癌等。
(centromere)
染色体的各部分名称
电离辐射引起的染色体改变
基本规律：断裂和重接 最初变化是断裂。 原位重接 结局 形成缺失、断片 发生互换重接
染色单体型畸变：当细胞处于S期或G2期受到电离 辐射作用时，断裂可以发生在一条单体上，也可以发生 在两条单体上，常见的染色单体畸变有以下类型：染色 单体间隙、染色单体等点间隙、染色单体断裂，染色单 体缺失、三射体、四射体。对评价辐射效应染色单体畸 变意义不大。
Байду номын сангаас
辐射对生殖细胞的损伤，在雄性中最危险的精 原干细胞，在雌性中最危险的是未成熟的卵泡。
男性暂时不育剂量的阈值，睾丸单次照射的吸收 剂量为0.15Gy,在迁延照射条件下，剂量率为0.4Gy/a ；永久性不育剂量的阈值为3.5—6Gy，剂量率的阈值 为2Gy/a。 在急性照射条件下，女性永久性不育剂量的阈值 为2.5—6Gy；在迁延照射条件下，永久性不育剂量率 的阈值为0.2Gy/a。辐射造成女性不育时，伴有与绝经 期相似的明显的激素水平改变。
电离辐射的随机性效应
效应的发生机率与受照剂量的大小呈正比， 但效应的严重程度与受照剂量无关，不存在阈值 剂量。 致癌效应的基础 基因组DNA损伤时辐射致癌的分子基础 射线的直接和间接作用引起DNA断裂， 导致染色体畸变，进而诱发细胞突变。 肿瘤的单细胞起源学说
肿瘤发展的多阶段学说
经历“始动-促进-发展”三阶段。
辐射致癌的潜伏期
最小潜伏期 白血病 其他癌症 2年 10年 中央值 8年 16-24年 最大潜伏期 40年 终生
ICRP Publ. 60(1990)
影响人类辐射致癌的因素
宿主因素: 遗传学易感性 性别与激素 年龄与时间因素: 环境及生活因素的复合作用: 剂量学因素:
电离辐射遗传效应 由生殖细胞的变异引起 辐射照射引起的遗传效应没有特异性 迄今没有人类资料肯定辐射所致遗传效 应的发生
染色体的辐射剂量估算
染色体对电离辐射具有高度的敏感性，即使受 照剂量在0.05Gy，受照射后早期即可见畸变率增高。 通过建立的射线诱发染色体畸变—剂量效应关 系，在发生电离辐射事故时，可抽取受照者血液分 离淋巴细胞体外培养，做染色体畸变分析，通过染 色体畸变—剂量效应关系估算受照剂量。但该方法 只能用于比较均匀的急性照射，对不均匀和局部照 射只能给出相当于均匀照射的剂量，也不能用于内 照射、分次照射和慢性小剂量照射的剂量估算。
X射线或γ射线在面积 10cm2引起皮肤红斑的剂量在 一次短时间照射时约为6～ 8Gy，多次分割照射时大于 30Gy。
性腺的电离辐射效应 精原干细胞 精原细胞 初级精母细胞 次级精母细胞 精细胞 精子 10W 卵原细胞(胚胎期) 卵母细胞(静止) 未成熟的卵泡 接近成熟的卵泡 成熟的卵泡 成熟的 雌性