辐射剂量与防护 第4章 电离辐射的生物效应
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电离辐射生物学效应基础
radioactive.
医学放射生物学
研究电离辐射对机体（特别是人体）的各种细 胞、组织、器官和系统的作用规律和机理的一 门科学。
为保障机体安全和健康，探索有效防护措施和提高 临床放射治疗水平提供理论基础，使射线和核技术更 好地为人类服务。
第一节
辐射生物学效应基本概念
辐射生物效应
（biological effect of ionizing radiation）
Hydrogen peroxide radical Hydroxyl radical Oxygen organic free radical Organic peroxide radical
单线态氧
Singlet oxygen
脂自由基 脂过氧基
Lipid free radical Lipid peroxide radical
离辐射引起某一特定效应的效率的差别。即：剂量相 同、辐射种类不同，产生的效应也不同；若要产生相 同效应，则不同种类的辐射所需的剂量就不同。
（二）LET与RBE的关系
RBE的变化是LET的函数（正相关）
LET：<10kev/um时；LET∝RBE(缓慢） LET：10～100kev/um时；LET∝RBE（迅速） LET：>100kev/um时；LET继续增加，RBE反而下
• 在稀释溶液系统中，间接作用占主要地位
2. 温度效应（temperature effect）：
指在一定实验条件下，受照射系统（如酶浓度）的 辐射效应，随着周围温度升高而加重。
因为温度升高，增加了自由基接近酶的机会，使酶 分子损伤加重，反之亦然。
对于恒温生物表面来讲（包括人体），通常条件下 的照射所产生的辐射效应不受环境温度变化的影响。
医学放射生物学
研究电离辐射对机体（特别是人体）的各种细 胞、组织、器官和系统的作用规律和机理的一 门科学。
为保障机体安全和健康，探索有效防护措施和提高 临床放射治疗水平提供理论基础，使射线和核技术更 好地为人类服务。
第一节
辐射生物学效应基本概念
辐射生物效应
（biological effect of ionizing radiation）
Hydrogen peroxide radical Hydroxyl radical Oxygen organic free radical Organic peroxide radical
单线态氧
Singlet oxygen
脂自由基 脂过氧基
Lipid free radical Lipid peroxide radical
离辐射引起某一特定效应的效率的差别。即：剂量相 同、辐射种类不同，产生的效应也不同；若要产生相 同效应，则不同种类的辐射所需的剂量就不同。
（二）LET与RBE的关系
RBE的变化是LET的函数（正相关）
LET：<10kev/um时；LET∝RBE(缓慢） LET：10～100kev/um时；LET∝RBE（迅速） LET：>100kev/um时；LET继续增加，RBE反而下
• 在稀释溶液系统中，间接作用占主要地位
2. 温度效应（temperature effect）：
指在一定实验条件下，受照射系统（如酶浓度）的 辐射效应，随着周围温度升高而加重。
因为温度升高，增加了自由基接近酶的机会，使酶 分子损伤加重，反之亦然。
对于恒温生物表面来讲（包括人体），通常条件下 的照射所产生的辐射效应不受环境温度变化的影响。
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
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）。
电离辐射的生物效应及健康影响
电离辐射的生物效应及健康影响摘要：人们在日常生活中经常接触辐射，却又因为辐射的不易感知等特性对医疗辐射等低剂量电离辐射产生恐惧心理。
介绍了电离辐射的来源、生物效应和对健康的影响，讨论了低剂量电离辐射诱导的兴奋效应和适应性反应。
通过引导人们正视电离辐射，并采用适当的防护措施，使电离辐射在人类生活中产生的危害作用降低到人体可接受的水平，可让辐射在医学、工业和科研等领域造福人类。
关键词：电离辐射；生物效应；健康影响1电离辐射的生物效应和健康影响1.1电离辐射在机体内的作用机制电离辐射对生物大分子的作用分为直接作用和间接作用。
直接作用是指射线的能量直接作用于生物分子，引起生物分子的电离和激发，破坏蛋白质、核酸、酶等生物大分子的结构和功能。
在照射大剂量时，处于分裂间期的细胞可因细胞遭到破坏而立即死亡。
间接作用是指射线首先作用于水，引起水分子的活化和自由基的生成，自由基再作用于生物分子，造成损伤。
电离辐射对人体产生的作用主要是通过诱导生物体发生电离反应生成自由基，生成的自由基会引起人体内分子、代谢、基因等多方面发生变化。
这一过程会根据电离辐射受照时间长短的不同，而导致机体出现微损伤、细胞死亡、辐射诱发疾病等现象。
1.2电离辐射在机体内的生物效应电离辐射可以诱发基因突变，如果突变发生在体细胞，就可能诱发白血病、皮肤癌、肺癌等各种癌症；如果性腺受到照射，突变发生在生殖细胞，就会引起后代智力低下和先天性畸形等遗传效应。
电离辐射诱发的癌症和遗传效应不存在阈值，发生的概率和照射剂量成正比，称为随机效应。
事故情况下，大剂量照射引起较多的细胞死亡或受伤，细胞数目减少或功能受损，影响了受照射组织器官的功能，表现为确定性效应，如急性放射病，造血功能障碍。
辐射在分子、细胞、组织器官和机体水平的生物效应。
1.3电离辐射对机体产生的健康影响生物效应是对环境中的刺激物或者改变做出的可以检测到的反应。
这些改变并不一定对你的身体健康有害。
第章电离辐射生物学作用原理
α：单击所致的细胞死亡(不可修复) β：双击所致的细胞损伤(可修复)
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第十八页，编辑于星期五：二十点 二十分。
放射物理与防护学
第四章 电离辐射生物学作用原理
其方程是由二元辐射作用理论 (theory of dual radiation)提出的，认为单 击和多击效应同时存在，总辐射效应由 αD和βD2的相对重要性决定。
靶学说的基础
细胞生物曲线数学模型的理论基础
是
细胞存活分子
单靶单击模型
表达
式 SF
e D D0
平均致死剂量
假设：受照生物体仅有
应
一个对射线敏感的结构， 用
于
即单靶；
在此单靶中仅发生一次电 离事件或仅一个电离粒子穿 过，即单击。
生物大分子、某些小病毒和细菌，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化性转化。
行为特点：其质量大，运动缓慢，有足够时间在短距离内引起
较多电离。当α粒子入射介质时，随着深度增加和更多电离事件的发生，
能量逐渐被消耗，粒子变慢，慢速粒子又引起更多的电离事件，在其径 迹末端，电离密度明显增大，形成布拉格峰
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第二十五页，编辑于星期五：二十点 二十分。
放射物理与防护学
第四章 电离辐射生物学作用原理
放射物理与防护学
第四章 电离辐射生物学作用原理
未失活部分和击中部分按等比级数下降， 呈指数曲线，尽管剂量增加生物效应并不按 比例增加，呈下凹曲线如左图所示
若将存活部分改为对数坐标，则 可得如右图所示的直线。
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第十四页，编辑于星期五：二十点 二十分。
放射物理与防护学
第四章 电离辐射生物学作用原理
电离辐射安全与防护基础真题考点版
核技术利用辐射安全与防护考核电离辐射安全与防护基础主讲人：吉俊时间：2020第一章 原子与辐射第二章 辐射剂量与生物效应第三章 辐射来源及其影响第四章 辐射防护第五章 辐射监测第六章 辐射事故应急第一节电离辐射的发现Ø1895年，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴做电子管实验发现X射线 1901 年伦琴获得第一届诺贝尔物理学奖。
Ø1896年，法国科学家亨利·贝克勒尔在研究铀矿荧光现象的过程中，铀矿物能发射出穿透力很强并能使照相底片感光的不可见的射线。
这种现象被称为放射性，放射性活度单位用贝克（Bq）表示，是以亨利·贝克勒尔的名字命名的。
Ø1898年，居里夫妇发现镭元素，镭元素衰变成钋（以居里夫人祖国名字命名），玛丽·思克多夫斯卡·居里做了进一步研究，第一个提出了放射性术语。
第一章原子与辐射第二节电离辐射与非电离辐射辐射，是以波或粒子的形式向周围空间传播能量的统称。
换句话说，也就是携带能量的波或者粒子。
电离辐射的全称是致电离辐射，是指其携带的能量足以使物质原子或分子中的电子成为自由态，从而使这些原子或分子发生电离现象的辐射。
电离辐射概念：凡是波或者粒子能量大于12.4eV（教材是10eV或者波长＜100nm）的都是电离辐射，这个能量阈值足以使物质原子或分子中的电子成为自由电子，从而使这些原子或分子发生电离现象的辐射。
非电离辐射：很简单能量小于12.4eV的波或者粒子，不能使原子和分子发生电离第一章原子与辐射第二节电离辐射与非电离辐射电离辐射和电磁辐射的异同，有助于大家深入理解，理解了就记住了，死记硬背不现实。
Ø首先电磁辐射里面有非电离辐射，也有电离辐射（除了x和γ射线，其他电磁辐射都是非电离辐射）。
Ø电离辐射里面的x和γ射线本质属于高频电磁波，如下图所示。
但是电离辐射还有其他不属于电磁辐射的比如α粒子，β射线，中子等。
电离辐射生物效应
从时间上来讲：原发作用是指射线作用于 机体之后到出现明显症状之前的一系列变化过 程；继发作用是：指症状出现后的一系列变化 过程。 从研究内容上讲：原发作用包括了机体在 射线的作用下的能量吸收、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。继发作用则包括由原发作用后进一步引起 的生物化学变化、代谢紊乱、功能障碍、病理 形态的改变；以及临床症状的出现和发展。
2、晚期放射性溃疡：（注：以半年 为界，半年以上为晚期）， 其特点：边缘特别齐类拟木工的着子； 血凝不好；溃疡创面肉芽不好。
3、放射性皮肤癌： 放射性皮肤癌是在射线所致的角化过 度或溃疡长期不愈的基础上恶变而成。 四肢多为鳞状上皮细胞癌而颈部多为基 底细胞癌。放射性皮肤癌通常是局部的， 其恶性程度较低，但如忽视或治疗不当， 则可扩展或向远处转移。
恢复期
皮肤脱屑， 轻度色素沉 着，3周后 毛发再生
红班区干 性皮色素 沉着
上皮薄，弹性差， 干燥脱屑 ，皮肤 色素沉着或微血管 扩张约有疤痕
溃疡边缘可再生上皮， 大溃疡长期限不愈形成 疤痕，易破溃，遗留功 能障碍
慢性放射皮肤损伤
1、放射性皮炎 主要表现在皮肤营养障碍，脱形性性 变，指甲变暗，指纹变浅变薄、平滑， 硬，第一指节汗毛消失。 血管改变，充血，渗出，闭塞。 角化增殖，煤黑点 色素：可加深或变浅 鉴别：手癣
二、影响辐射生物效应的因素
1、与辐射有关的因素 1）辐射种类 2）照射剂量 3 ）剂量率（总剂量相同，剂量率高 生物效应越显著） 4）分次照射 5）照射方式 6）照射部位与面积
2、与机体有关因素 1）种系的放射性敏感性。（种系演化越高， 组织结构越复杂。放射敏感性越高） 2)个体的放射敏感性。个体发育所处阶段 不同而有很大差别,总体说来，放射敏感性随 个体发育过程而遂渐降低。 3）不同器官、组织与细胞的放射敏感性不 同 。
高等电离辐射防护教程夏益华6第四章电离辐射生物效应
癌的部位和类型
癌的自发程度
辐射致癌的 相对敏感性
备 注
1.较高的辐射致癌率 乳腺 甲状腺 肺（支气管） 白血病 消化道
非常高 低 很高 中等 高
高 非常高特别是女性 中等 很高 中到低
青春期增加敏感性 低死亡率 吸烟的定量影响不确知 尤其骨髓性白血病 特别是在结肠发生
中 很低 很低 中 很低
低 低 低 低 低
— — — — —
4.未观察到辐射致癌的部位和组织 前列腺 子宫和子宫颈 睾丸 系膜和间皮 慢性淋巴性白血病
很高 很高 低 很低 低
— — — — —
辐射致癌的潜伏期：
白血病：10～13年； 甲状腺癌：20年； 乳腺癌：23年； 皮肤癌：25年； 一般潜伏期取25年。
主要器官形成期损害导致的畸形，主要是对中枢神经系统的致畸。 严重智力障碍存在阈值。对群体估计阈值位于0.1—0.2，个体约0.48。
儿童智力障碍发生率与孕龄关系的分析，孕龄10一17周时最为敏感。孕龄＞18周后也可能发生，但其危险度已降至其前的1／4。 孕龄＜7周和＞26周者，未发现诱发智力低下。 每年接受0.01的女性群体中胚胎的平均危险度约为10-5年。
引起女性不育的阈剂量
卵巢也有较高辐射敏感性但略低于睾丸； 年龄是决定性因素，35岁以下耐受力最强； 含有生殖细胞的数量是一定的 (成人约100000个)，一旦完全破坏，就绝育了； 对性激素的生成有较大影响。
胚胎和胎儿的辐射效应
胚胎不同发育阶段，2Gy X射线照射下死胎或畸形的发生率
胚胎和胎儿的辐射效应
白血病
受照低于1.0组，在长崎看不到白血病发病率的明显增加，而广岛则不同。 中子对诱发慢性白血病贡献较大。
癌的自发程度
辐射致癌的 相对敏感性
备 注
1.较高的辐射致癌率 乳腺 甲状腺 肺（支气管） 白血病 消化道
非常高 低 很高 中等 高
高 非常高特别是女性 中等 很高 中到低
青春期增加敏感性 低死亡率 吸烟的定量影响不确知 尤其骨髓性白血病 特别是在结肠发生
中 很低 很低 中 很低
低 低 低 低 低
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4.未观察到辐射致癌的部位和组织 前列腺 子宫和子宫颈 睾丸 系膜和间皮 慢性淋巴性白血病
很高 很高 低 很低 低
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辐射致癌的潜伏期：
白血病：10～13年； 甲状腺癌：20年； 乳腺癌：23年； 皮肤癌：25年； 一般潜伏期取25年。
主要器官形成期损害导致的畸形，主要是对中枢神经系统的致畸。 严重智力障碍存在阈值。对群体估计阈值位于0.1—0.2，个体约0.48。
儿童智力障碍发生率与孕龄关系的分析，孕龄10一17周时最为敏感。孕龄＞18周后也可能发生，但其危险度已降至其前的1／4。 孕龄＜7周和＞26周者，未发现诱发智力低下。 每年接受0.01的女性群体中胚胎的平均危险度约为10-5年。
引起女性不育的阈剂量
卵巢也有较高辐射敏感性但略低于睾丸； 年龄是决定性因素，35岁以下耐受力最强； 含有生殖细胞的数量是一定的 (成人约100000个)，一旦完全破坏，就绝育了； 对性激素的生成有较大影响。
胚胎和胎儿的辐射效应
胚胎不同发育阶段，2Gy X射线照射下死胎或畸形的发生率
胚胎和胎儿的辐射效应
白血病
受照低于1.0组，在长崎看不到白血病发病率的明显增加，而广岛则不同。 中子对诱发慢性白血病贡献较大。
第4章 放射的生物效应 第2节 辐射生物效应分类
远期效应
远期效应是指受照后数月至数年乃至 远期效应是指受照后数月至数年乃至 数十年后才发生的效应，例如辐射致癌、 数十年后才发生的效应，例如辐射致癌、 辐射致白内障、辐射性遗传效应等。 辐射致白内障、辐射性遗传效应等。远 期效应包括躯体晚期效应和遗传效应。 期效应包括躯体晚期效应和遗传效应。
第四章 放射的生物效应
§2. 辐射生物效应分类
4、躯体效应和遗传效应 、 受照射个体本身发生的各种效应称为躯体 效应.如辐射所致的骨髓造血障碍 白内障等. 如辐射所致的骨髓造血障碍、 效应 如辐射所致的骨髓造血障碍、白内障等 受照射个体生殖细胞突变,而 受照射个体生殖细胞突变 而在子代身上表现 出的效应称遗传效应.这是由于电离辐射造成 出的效应称遗传效应 这是由于电离辐射造成 受照者生殖细胞遗传物质的损伤,引起基因突 受照者生殖细胞遗传物质的损伤 引起基因突 变和染色体畸变, 导致后代先天畸形、流产、 变和染色体畸变 导致后代先天畸形、流产、 死胎和某些遗传性疾病。 死胎和某些遗传性疾病。
第四章 放射的生物效应
§2. 辐射生物效应分类
1、外照射与内照射 、 2、 2、局部照射和全身照射 3、近期效应与远期效应 、 4、躯体效应和遗传效应 、 5、确定性效应和随机性效应 、
第四章 放射的生物效应
§2. 辐射生物效应分类
1、外照射与内照射 、 辐射源在体外,从体外对肌体进行照射称外 辐射源在体外 从体外对肌体进行照射称外 照射. 射线、中子、 射线等穿透力强 射线等穿透力强,一般 照射 γ 射线、中子、X射线等穿透力强 一般 用于外照射.放射性核素通过各种途径进入肌 用于外照射 放射性核素通过各种途径进入肌 体,在肌体内发射出射线产生生物效应称内照 在肌体内发射出射线产生生物效应称内照 内照射一般以射程短、 射.内照射一般以射程短、电离强的 、β射线 内照射一般以射程短 电离强的α、 射线 为主。 为主。
高等电离辐射防护教程 夏益华 6第四章 电离辐射的生物效应
1905 年， 布朗(Broun)和奥斯古德(Osgood)对 10 名从事 X 射线工 作的人员进行了调查，结果发现有的人没有精子，有的人好几年没有 精子，但在脱离 X 射线数年后，他们的妻子又生育了子女。另外，也 发现妇女在妊娠初期接受 X 射线照射后， 胎儿会受到损伤， 引起死胎、 畸形和流产。 1907 年， 报道了用 x 射线治疗小儿胸腺肥大症引起了甲状腺癌病 例。 l911 年，有人搜集了 94 例由辐射引起的皮肤癌和其它恶性疾患， 也有辐射致死的报道。 1922 年， Ledoux-Lebard 计算约有 100 名放射性工作者死于恶性 疾病。 1925 年，Martland 报告说美国新泽西州夜光涂料厂标度盘绘制 女工发生了职业性镭中毒，以至后来有超过 50 人得了骨癌。 人们很早就注意到了辐射会引起眼睛结膜炎，在发现 x 射线 10 年后，认识到辐射损伤严重时会诱发白内障。l948 年前后，观察了数 例受到来自回旋加速器中子照射的工作者，证实了中子照射容易引起 白内障
电离粒子穿过原子，同原子的轨道电 子相互作用，通过电离和激发发生能 量沉积。
从原子的激发和电离引起分子的激发 和电离，分子变得很不稳定，极易发 生反应形成自由基。 自由基扩散并与关键的生物分子相作 用，形成分子损伤。 分子损伤逐渐发展表现为细胞效应， 如染色体畸变、细胞死亡、细胞突变 等，最终可能造成机体死亡、远期癌 变以及后代的遗传改变等。
胚胎不同发育阶段，2Gy X射线照射下死胎或畸形的发生率
胎内照射效应
胚胎的致死效应
主要发生在植入前期 由细胞遗传学损伤引起
畸形
主要发生在器官形成期 器官特异缺陷
可能伴有智力低下
智力迟钝和智力下降
04电离辐射的生物效应
8
9
电离辐射致癌的潜伏期 潜伏期是指受照后到肿瘤显现所经历的时 间，它分为： 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。 临床潜伏期：指从受照到肿瘤被确诊的时 间；
10
表3-1 辐射诱发人体恶性肿瘤的潜伏期（年）
肿瘤类型 最 低 平 均 全部表现期
白血病
2～4
10
25～30
骨肉瘤
电离辐射的生物 效应
分类
按效应范围分：
1、躯体效应 2、遗传效应 按效应出现的时间分： 1、近期效应：几天~几个月，如急性放损 2、远期效应：几年到几十年，如癌、白内障、 辐射遗传效应等。
2
按效应发生规律的性质可分： 1、随机效应： 发病率与受照剂量有关，严重 程度与剂量无关、无阈值、如癌症和遗传性疾病 等。 2、确定性效应 以前叫非随机性效应， 也有人译为肯定性效应。有阈值、不超过阈值不 会发生、剂量越大，损害越严重 如急性放射病、 皮肤放射损伤等。可制订防护标准。
2～4
15
25～30
甲状腺癌
5～10
20
＞40
乳腺癌
5～15
23
＞40
其他实体瘤
10
20～30
＞40
11
影响电离辐射致癌的因素 1、敏感性因素： 人体不同组织对辐射致癌效应明显不同（表3-2）， 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。
26
24
4、动物实验有寿命缩短，小鼠每照射1Gy寿命缩 短5% 目前人们倾向于承认： 对辐射防护具有实际意义的低等到中等剂量 的电离辐射所致寿命缩短主要是辐射致癌效应， 由肿瘤引起超额死亡而使平均寿命缩短。
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36
电离辐射的生物效应 辐射对DNA的损伤主要有以下几种方式： ① 碱基变化(DNA Base Change) ② DNA单链断裂(Single Strand Breaks) ③ 双链断裂(Double Strand Breaks)
④ DNA交联(DNA Cross Linkage)
⑤ 簇损伤(Clustered damage)
高度敏感 淋巴组织、胸腺、性腺、胚胎、骨髓
中度敏感 感觉器官、内皮细胞、皮肤…..
轻度敏感 中枢神经系统、内分泌、心脏
不敏感
肌肉组织、软骨和骨组织；结蒂组织
30
电离辐射的生物效应
表3.2 不同组织或器官的组织权重因子wT
组织或器官 性腺 红骨髓 结肠 肺 胃 乳腺 其它组织 膀胱 肝 食道 甲状腺 皮肤（脑、唾腺） 骨表面 总计 ICRP(60) wT 0.20 0.12 0.12 0.12 0.12 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.01 0.01 ICRP(103)
33
电离辐射的生物效应
核辐射的作用过程
直接作用: 辐射粒子照射活 细胞时，通过电离 与激发，与生物大 分子DNA直接发生作 用，导致细胞的损 伤。
原子的半径：~0.15nm 电子的半径：2.82E-15m
图4.1 辐射对DNA直接作用 和间接作用示意图 34
电离辐射的生物效应 间接作用: 辐射粒子与细胞内环 境成份(主要是水) 通 过电离与激发发生作用， 产生自由基，自由基扩 散再与DNA作用，导致 细胞的损伤。
照射方式
照射剂量 率
效应出现 效应表现 的时间 的个体
局 内 外 部 照 照 照 射 射 射
全 身 照 射
急 性 效 应
慢 性 效 应
早 期 效 应
远 期 效 应
躯 体 效 应
遗 传 效 应
确 定 性 效 应
随 机 性 效 应 13
电离辐射的生物效应 1） 照射方式 内照射 摄入放射性物质会对人体某些器官或组 织形成的照射 内照射的作用主要发生在放射性物质 通过途径和沉积部位的组织器官，但其 效应可波及全身。
所以：与γ射线一样 对人体的危害主要是外照射
但其对人体组织的损伤程度要比γ射线大 因为：不论是天然中子源 人工中子源 进入人体的机会极小
所以：中子引起内照射的机会极小
9
电离辐射的生物效应
结论：
对于核电厂常见的几种辐射，及其危害而言：
α和β辐射的潜在危害主要来自于内照射
γ和中子辐射的潜在危害主要来自于外照射
10
பைடு நூலகம்
电离辐射的生物效应 核辐射生物效应的特点 (1)不存在阈值剂量： 辐射的生物学效应的剂量曲线，是随着剂量的 增大而逐渐升高，即使在很小剂量作用下，也会 出现一些效应。 (2)辐射能量的高效率： 生物机体吸收较小的辐射能量，却能产生极其 严重的后果。 (3)辐射效应具有潜伏期： 潜伏期的长短取决于照射剂量和剂量率，还因 生物种类而异。
电离辐射将能量传递给有机体引起的任 何改变（包括发生各种变化，其中有物理学 的、化学的，当生物体受照时，还有生物学 的变化，）统称为电离辐射生物学效应，或 者辐射的生物学效应。
3
电离辐射的生物效应 问题的发现 1895年 发现X射线
1896年 发现天然放射性
电离辐射对人体是有害的： 人体组织受到损伤（当代）
37
电离辐射的生物效应 ① 碱基变化 （DNA Base Change ） 碱基
碱基指嘌呤和嘧啶的衍生物，是核酸、 核苷、核苷酸的成分
碱基对
形成DNA、RNA单体以及编码遗传信息的化学结构
碱基变化
碱基环破坏、碱基脱落丢失、碱基替代、形成嘧啶二聚体
碱基的辐射敏感性：T > C >A> G
T(THYMINE 胸腺嘧啶) > C(CYTOSINE 胞嘧)>A(ADENINE 腺嘌呤)> G(GUANINE 鸟嘌呤)
4.5 胎内照射效应
21
电离辐射的生物效应 4.1 生物体对电离辐射的反应 生物体：是有生命的个体
生物体的共同物质基础是：
在基本组成物质中都含有蛋白质和核酸。
生物体的结构基础是：
生物体都是由细胞构成的(除病毒等少数种类以
外) 。所以生命都需要细胞来表现，病毒等也不例
外
22
电离辐射的生物效应
细胞
是由一个核和围绕细胞核的细胞质、细胞膜 构成，核和细胞质中均含有70%左右的水。
电离辐射的生物效应
电离辐射的生物效应
主要内容
4.1 生物体对电离辐射的反应
4.2 大剂量照射——确定性效应(组织反应)
4.3 辐射的随机效应——致癌效应
4.4 辐射的随机效应——遗传效应
4.5 胎内照射效应
2
电离辐射的生物效应
电离辐射的生物效应
ionizing radiation biological effect
11
电离辐射的生物效应 核辐射生物学效应的分类
机体受辐射作用时，根据照射剂量、照射方式以
及效应表现的情况，在实际工作中常将核辐射生物 效应按照以下几种方式分类： 照射方式 照射剂量率
效应出现时间
效应表现的个体 效应的发生和照射剂量的关系
12
电离辐射的生物效应 分类
效应发生 和 照射剂量 的关系
若α 粒子沉积在体内某一器官，其能量可被该器官 全部吸收，因而器官受到严重的伤害 所以： α粒子的内照射必须重视
6
电离辐射的生物效应 2）β粒子的相对危害性
特点：与α粒子相比的质量小、电荷少，
穿透力强，电离本领弱
因为： 能量较高的β粒子能穿透人体皮肤进入浅表组织 所以： β粒子具有较小的外照射危害
因为： β粒子在人体组织中射程较大，穿透力强
在组织的某一小体积沉积的能量较α粒子小
所以： β粒子对小体积内组织引起的损伤比α小 内照射
7
电离辐射的生物效应 3）γ射线的相对危害性
特点 γ射线在空气中和其他物质中的“射程”较大，穿透力强 因为： 即使离辐射源远处的组织，也会受到伤害
当人体处于γ辐射场中时，会使器官和组织受到伤害
5
电离辐射的生物效应 1）α粒子的相对危害性
特点：α粒子的质量大、电荷多、在物质中射程短 因为：射程短 由核衰变而产生的能量最大的α粒子， 在空气中的射程只有几个厘米 难以穿透人体外表的角质层 所以： α 粒子几乎不存在外照射危害问题 因为：射程短、电离本领强 α 辐射源一旦被人体组织包围，
损伤几乎集中在α辐射源附近
自由基：指化合物的分子 在外界条件下，共价键发 生均裂而形成的具有不成 对电子的原子或基团。
35
电离辐射的生物效应
中文名称：自由基 英文名称： free radical 定义： 具有不成对电子的原子 或分子。其化学性质普遍 非常活泼 自由基， 机体氧化反应中产生的有害 化合物，具有强氧化性，可损 害机体的组织和细胞，进而引 起慢性疾病及衰老效应。
25
电离辐射的生物效应 4.1.1 辐射生物效应的发生过程
核辐射的生物学效应
26
电离辐射的生物效应
自由基
eaq 水合电子
27
电离辐射的生物效应
辐射诱发损伤形成过程示意图
28
电离辐射的生物效应 加：影响辐射生物学作用的因素 物理因素：辐射类型、辐射能量、吸收剂量、剂 量率、照射方式 生物因素：生物体对辐射的敏感性
表现出的变化。
如癌、白内障、辐射遗传效应等
17
电离辐射的生物效应 4）按效应表现的个体分类 躯体效应：发生在受照者本人 身上的各种效应 遗传效应：发生在受照者后代
身上的效应
受照射个体生殖细 胞突变，而在子代 表现出的效应。
18
电离辐射的生物效应 辐射遗传效应是生物体的生殖细胞受到照射而产生
的后果，通常辐射遗传效应具有以下一些特点：
染色体的主要成分 DNA(脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic acid ) 蛋白质 DNA 是细胞繁殖、遗传 的物质基础
24
电离辐射的生物效应 染色体结构图 染色体为双股螺旋 之去氧核糖核酸， 与生物基因有密切 关系。染色体的主 要化学成份是脱氧 核糖核酸和5种称为 组蛋白的蛋白质， 为真核生物特有的 构造。
不同的细胞、组织、器官会个体对辐 射的敏感程度不同 辐射敏感性：把照射条件完全一致的情况下，细胞、 组织、器官或个体对辐射作用反应的 强弱或其迅速程度，称为所论细胞、 组织或器官或个体的辐射敏感性 29
电离辐射的生物效应
分类:
1）不同生物种系的辐射敏感性； 2）个体不同发育阶段的辐射敏感性；
3）不同细胞、组织或器官的辐射敏感性；
细胞的功能分类
体 细 胞 生殖细胞
构成个体本身(躯体)的各种细胞 专为繁殖后代的细胞
为什么射线能够杀死细胞？ 电离辐射
直接
间接
的方式
相互作用，沉积能量
23
造成细胞受损或死亡
电离辐射的生物效应
细胞 是由一个核和围绕细胞核的 细胞质、细胞膜构成。 核内有特定数目的染色体， 染色体是生物遗传、变异
核
的物质基础。
内照射的效应以射程短、电离强的α、 β射线作用为主。
外照射 人体处在空间辐射场中所受到的照射 γ线、中子、X线等穿透力强的射线， 外照射的生物学效应强。
14
电离辐射的生物效应 局部照射 当外照射的射线照射身体某一部位，引起 局部细胞的反应者称局部照射。 局部照射时身体各部位的辐射敏感性依次 为腹部＞胸部＞头部＞四肢。 全身照射 当全身均匀地或非均匀地受到照射而产生 全身效应时称全身照射。 大面积的胸腹部局部照射也可发生全身效 应，甚至急性放射病。 根据照射剂量大小和不同敏感组织的反应 程度，辐射所致全身损伤分为骨髓型、肠 15 型和脑型三种类型。
电离辐射的生物效应 辐射对DNA的损伤主要有以下几种方式： ① 碱基变化(DNA Base Change) ② DNA单链断裂(Single Strand Breaks) ③ 双链断裂(Double Strand Breaks)
④ DNA交联(DNA Cross Linkage)
⑤ 簇损伤(Clustered damage)
高度敏感 淋巴组织、胸腺、性腺、胚胎、骨髓
中度敏感 感觉器官、内皮细胞、皮肤…..
轻度敏感 中枢神经系统、内分泌、心脏
不敏感
肌肉组织、软骨和骨组织；结蒂组织
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电离辐射的生物效应
表3.2 不同组织或器官的组织权重因子wT
组织或器官 性腺 红骨髓 结肠 肺 胃 乳腺 其它组织 膀胱 肝 食道 甲状腺 皮肤（脑、唾腺） 骨表面 总计 ICRP(60) wT 0.20 0.12 0.12 0.12 0.12 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.01 0.01 ICRP(103)
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电离辐射的生物效应
核辐射的作用过程
直接作用: 辐射粒子照射活 细胞时，通过电离 与激发，与生物大 分子DNA直接发生作 用，导致细胞的损 伤。
原子的半径：~0.15nm 电子的半径：2.82E-15m
图4.1 辐射对DNA直接作用 和间接作用示意图 34
电离辐射的生物效应 间接作用: 辐射粒子与细胞内环 境成份(主要是水) 通 过电离与激发发生作用， 产生自由基，自由基扩 散再与DNA作用，导致 细胞的损伤。
照射方式
照射剂量 率
效应出现 效应表现 的时间 的个体
局 内 外 部 照 照 照 射 射 射
全 身 照 射
急 性 效 应
慢 性 效 应
早 期 效 应
远 期 效 应
躯 体 效 应
遗 传 效 应
确 定 性 效 应
随 机 性 效 应 13
电离辐射的生物效应 1） 照射方式 内照射 摄入放射性物质会对人体某些器官或组 织形成的照射 内照射的作用主要发生在放射性物质 通过途径和沉积部位的组织器官，但其 效应可波及全身。
所以：与γ射线一样 对人体的危害主要是外照射
但其对人体组织的损伤程度要比γ射线大 因为：不论是天然中子源 人工中子源 进入人体的机会极小
所以：中子引起内照射的机会极小
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电离辐射的生物效应
结论：
对于核电厂常见的几种辐射，及其危害而言：
α和β辐射的潜在危害主要来自于内照射
γ和中子辐射的潜在危害主要来自于外照射
10
பைடு நூலகம்
电离辐射的生物效应 核辐射生物效应的特点 (1)不存在阈值剂量： 辐射的生物学效应的剂量曲线，是随着剂量的 增大而逐渐升高，即使在很小剂量作用下，也会 出现一些效应。 (2)辐射能量的高效率： 生物机体吸收较小的辐射能量，却能产生极其 严重的后果。 (3)辐射效应具有潜伏期： 潜伏期的长短取决于照射剂量和剂量率，还因 生物种类而异。
电离辐射将能量传递给有机体引起的任 何改变（包括发生各种变化，其中有物理学 的、化学的，当生物体受照时，还有生物学 的变化，）统称为电离辐射生物学效应，或 者辐射的生物学效应。
3
电离辐射的生物效应 问题的发现 1895年 发现X射线
1896年 发现天然放射性
电离辐射对人体是有害的： 人体组织受到损伤（当代）
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电离辐射的生物效应 ① 碱基变化 （DNA Base Change ） 碱基
碱基指嘌呤和嘧啶的衍生物，是核酸、 核苷、核苷酸的成分
碱基对
形成DNA、RNA单体以及编码遗传信息的化学结构
碱基变化
碱基环破坏、碱基脱落丢失、碱基替代、形成嘧啶二聚体
碱基的辐射敏感性：T > C >A> G
T(THYMINE 胸腺嘧啶) > C(CYTOSINE 胞嘧)>A(ADENINE 腺嘌呤)> G(GUANINE 鸟嘌呤)
4.5 胎内照射效应
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电离辐射的生物效应 4.1 生物体对电离辐射的反应 生物体：是有生命的个体
生物体的共同物质基础是：
在基本组成物质中都含有蛋白质和核酸。
生物体的结构基础是：
生物体都是由细胞构成的(除病毒等少数种类以
外) 。所以生命都需要细胞来表现，病毒等也不例
外
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电离辐射的生物效应
细胞
是由一个核和围绕细胞核的细胞质、细胞膜 构成，核和细胞质中均含有70%左右的水。
电离辐射的生物效应
电离辐射的生物效应
主要内容
4.1 生物体对电离辐射的反应
4.2 大剂量照射——确定性效应(组织反应)
4.3 辐射的随机效应——致癌效应
4.4 辐射的随机效应——遗传效应
4.5 胎内照射效应
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电离辐射的生物效应
电离辐射的生物效应
ionizing radiation biological effect
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电离辐射的生物效应 核辐射生物学效应的分类
机体受辐射作用时，根据照射剂量、照射方式以
及效应表现的情况，在实际工作中常将核辐射生物 效应按照以下几种方式分类： 照射方式 照射剂量率
效应出现时间
效应表现的个体 效应的发生和照射剂量的关系
12
电离辐射的生物效应 分类
效应发生 和 照射剂量 的关系
若α 粒子沉积在体内某一器官，其能量可被该器官 全部吸收，因而器官受到严重的伤害 所以： α粒子的内照射必须重视
6
电离辐射的生物效应 2）β粒子的相对危害性
特点：与α粒子相比的质量小、电荷少，
穿透力强，电离本领弱
因为： 能量较高的β粒子能穿透人体皮肤进入浅表组织 所以： β粒子具有较小的外照射危害
因为： β粒子在人体组织中射程较大，穿透力强
在组织的某一小体积沉积的能量较α粒子小
所以： β粒子对小体积内组织引起的损伤比α小 内照射
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电离辐射的生物效应 3）γ射线的相对危害性
特点 γ射线在空气中和其他物质中的“射程”较大，穿透力强 因为： 即使离辐射源远处的组织，也会受到伤害
当人体处于γ辐射场中时，会使器官和组织受到伤害
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电离辐射的生物效应 1）α粒子的相对危害性
特点：α粒子的质量大、电荷多、在物质中射程短 因为：射程短 由核衰变而产生的能量最大的α粒子， 在空气中的射程只有几个厘米 难以穿透人体外表的角质层 所以： α 粒子几乎不存在外照射危害问题 因为：射程短、电离本领强 α 辐射源一旦被人体组织包围，
损伤几乎集中在α辐射源附近
自由基：指化合物的分子 在外界条件下，共价键发 生均裂而形成的具有不成 对电子的原子或基团。
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电离辐射的生物效应
中文名称：自由基 英文名称： free radical 定义： 具有不成对电子的原子 或分子。其化学性质普遍 非常活泼 自由基， 机体氧化反应中产生的有害 化合物，具有强氧化性，可损 害机体的组织和细胞，进而引 起慢性疾病及衰老效应。
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电离辐射的生物效应 4.1.1 辐射生物效应的发生过程
核辐射的生物学效应
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电离辐射的生物效应
自由基
eaq 水合电子
27
电离辐射的生物效应
辐射诱发损伤形成过程示意图
28
电离辐射的生物效应 加：影响辐射生物学作用的因素 物理因素：辐射类型、辐射能量、吸收剂量、剂 量率、照射方式 生物因素：生物体对辐射的敏感性
表现出的变化。
如癌、白内障、辐射遗传效应等
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电离辐射的生物效应 4）按效应表现的个体分类 躯体效应：发生在受照者本人 身上的各种效应 遗传效应：发生在受照者后代
身上的效应
受照射个体生殖细 胞突变，而在子代 表现出的效应。
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电离辐射的生物效应 辐射遗传效应是生物体的生殖细胞受到照射而产生
的后果，通常辐射遗传效应具有以下一些特点：
染色体的主要成分 DNA(脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic acid ) 蛋白质 DNA 是细胞繁殖、遗传 的物质基础
24
电离辐射的生物效应 染色体结构图 染色体为双股螺旋 之去氧核糖核酸， 与生物基因有密切 关系。染色体的主 要化学成份是脱氧 核糖核酸和5种称为 组蛋白的蛋白质， 为真核生物特有的 构造。
不同的细胞、组织、器官会个体对辐 射的敏感程度不同 辐射敏感性：把照射条件完全一致的情况下，细胞、 组织、器官或个体对辐射作用反应的 强弱或其迅速程度，称为所论细胞、 组织或器官或个体的辐射敏感性 29
电离辐射的生物效应
分类:
1）不同生物种系的辐射敏感性； 2）个体不同发育阶段的辐射敏感性；
3）不同细胞、组织或器官的辐射敏感性；
细胞的功能分类
体 细 胞 生殖细胞
构成个体本身(躯体)的各种细胞 专为繁殖后代的细胞
为什么射线能够杀死细胞？ 电离辐射
直接
间接
的方式
相互作用，沉积能量
23
造成细胞受损或死亡
电离辐射的生物效应
细胞 是由一个核和围绕细胞核的 细胞质、细胞膜构成。 核内有特定数目的染色体， 染色体是生物遗传、变异
核
的物质基础。
内照射的效应以射程短、电离强的α、 β射线作用为主。
外照射 人体处在空间辐射场中所受到的照射 γ线、中子、X线等穿透力强的射线， 外照射的生物学效应强。
14
电离辐射的生物效应 局部照射 当外照射的射线照射身体某一部位，引起 局部细胞的反应者称局部照射。 局部照射时身体各部位的辐射敏感性依次 为腹部＞胸部＞头部＞四肢。 全身照射 当全身均匀地或非均匀地受到照射而产生 全身效应时称全身照射。 大面积的胸腹部局部照射也可发生全身效 应，甚至急性放射病。 根据照射剂量大小和不同敏感组织的反应 程度，辐射所致全身损伤分为骨髓型、肠 15 型和脑型三种类型。