1、保健物理 第三章 電離輻射生物效應(yīng)3.1 生物效應(yīng)產(chǎn)生過(guò)程和機(jī)理3.2 電離輻射所致生物效應(yīng)分類3.3 擬定性效應(yīng)3.4 隨機(jī)性效應(yīng)第1頁(yè)第1頁(yè)基本生物學(xué)概念: DNA 鹼基對(duì)A-T；C-G無(wú)窮排列方式由兩條螺旋狀排列核苷酸鏈構(gòu)成第2頁(yè)第2頁(yè)基本生物學(xué)概念: 基因（gene）DNA鏈上含有一定功效一段核苷酸序列基因突變（mutation）:DNA發(fā)生可遺傳變異。點(diǎn)突變（point mutation)誘變劑（mutagen）:能引起突變物質(zhì)。物理誘變劑 化學(xué)誘變劑 生物誘變劑第3頁(yè)第3頁(yè) 1 物理過(guò)程與能量轉(zhuǎn)移（10-16s下列） 電離：產(chǎn)生初級(jí)電子，次級(jí)電子 作用對(duì)象：生物大分子（核酸，蛋白質(zhì)

2、，酶）3.1 生物效應(yīng)產(chǎn)生過(guò)程和機(jī)理2 物理化學(xué)作用（10-12s下列） 自由基生成: H2O2, HO2 , H- , OH-3 分子構(gòu)成及性質(zhì)改變 細(xì)胞膜； 核膜第4頁(yè)第4頁(yè)電離輻射能量轉(zhuǎn)移過(guò)程3.1 生物效應(yīng)產(chǎn)生過(guò)程和機(jī)理第5頁(yè)第5頁(yè)單鏈斷裂： DNA損傷（分子水平）雙鏈斷裂： 錯(cuò)誤修復(fù)C能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)差錯(cuò) 修復(fù)第6頁(yè)第6頁(yè)細(xì)胞水平損傷細(xì)胞死亡間期死亡增殖死亡增殖死亡間期死亡增殖死亡間期死亡間期死亡功效障礙結(jié)構(gòu)改變?cè)鲋乘劳龅?頁(yè)第7頁(yè)細(xì)胞水平損傷細(xì)胞變異（modification)異常細(xì)胞 克隆細(xì)胞轉(zhuǎn)化癌癥transformationcancer變異第8頁(yè)第8頁(yè)細(xì)胞凋亡(apoptosis)

3、變異細(xì)胞程序性死亡（programmed death）鏡下表現(xiàn)：胞核濃縮、斷裂 凋亡小體機(jī)理：P53基因 激活自我致死程序是變異細(xì)胞免于患癌主要機(jī)制第9頁(yè)第9頁(yè)細(xì)胞凋亡(apoptosis)第10頁(yè)第10頁(yè)小結(jié)分子水平細(xì)胞死亡細(xì)胞變異體細(xì)胞生殖細(xì)胞體細(xì)胞生殖細(xì)胞功效障礙不孕腫瘤遺傳效應(yīng)擬定性效應(yīng)多細(xì)胞死亡造成隨機(jī)性效應(yīng)單一細(xì)胞變異造成DNA損傷細(xì)胞水平臨床癥狀效應(yīng)第11頁(yè)第11頁(yè)3.2電離輻射所致生物效應(yīng)分類軀體效應(yīng)（somatic effects）定義：發(fā)生在受照者本人身上效應(yīng)依據(jù)效應(yīng)發(fā)生個(gè)體：遺傳效應(yīng)（hereditary effects）定義：發(fā)生在受照者后代身上效應(yīng)第12頁(yè)第12頁(yè)關(guān)于

4、遺傳效應(yīng)由生殖細(xì)胞變異引起輻射照射引起遺傳效應(yīng)沒(méi)有特異性迄今沒(méi)有些人類資料必定輻射所致遺傳效應(yīng)發(fā)生第13頁(yè)第13頁(yè)關(guān)于遺傳效應(yīng)英國(guó)兒童白血病事件起訴與敗訴放射科醫(yī)師后代流行病學(xué)調(diào)查（英、美、日、中）第14頁(yè)第14頁(yè)3.2電離輻射所致生物效應(yīng)分類依據(jù)效應(yīng)發(fā)生時(shí)期 潛伏期（latent period): 從受到照射到臨床上特定效應(yīng)發(fā)生所需時(shí)間早期效應(yīng)（early effects）受到照射后數(shù)周之內(nèi)發(fā)生效應(yīng)晚發(fā)效應(yīng)（Late effects）受到照射后數(shù)月以后發(fā)生效應(yīng)第15頁(yè)第15頁(yè)關(guān)于早期效應(yīng)日本核臨界事故（99.09.30）事故發(fā)生時(shí)位置圖S氏（10Gy）20分鐘后感覺麻木、嘔吐、腹瀉O氏（17

5、Gy）：意識(shí)喪失、嘔吐、腹瀉、淋巴細(xì)胞數(shù)第16頁(yè)第16頁(yè)關(guān)于晚期效應(yīng)潛伏期日本原爆受害者腫瘤發(fā)生率隨時(shí)間改變030年40年白血病白血病之外腫瘤2年第17頁(yè)第17頁(yè)3.2電離輻射所致生物效應(yīng)分類 擬定性效應(yīng)（deterministic effects） 隨機(jī)性效應(yīng)(stochastic effects)依據(jù)效應(yīng)-劑量關(guān)系分類有劑量閾值無(wú)劑量閾值效應(yīng)嚴(yán)重程度 與劑量成正比發(fā)生幾率與劑量 成正比嚴(yán)重程度與劑量無(wú)關(guān)第18頁(yè)第18頁(yè)擬定性效應(yīng)與隨機(jī)性效應(yīng)劑量劑量幾率嚴(yán)重程度閾值隨機(jī)性效應(yīng)擬定性效應(yīng)？第19頁(yè)第19頁(yè)3.3 擬定性效應(yīng)3.3.1 急性放射病定義：人體一次或短時(shí)間內(nèi)分次受到大 劑量照射引起全

6、身性疾患。外照射：1Gy第20頁(yè)第20頁(yè)急性放射病臨床特點(diǎn):1.損傷范圍廣,波及機(jī)體所有組織和器官, 表現(xiàn)為復(fù)雜臨床癥狀和體癥。2.主要損傷器官改變,可決定和影響病 情發(fā)展和預(yù)后3.在一定照射劑量范圍內(nèi),機(jī)體有自動(dòng)恢 復(fù)潛力.第21頁(yè)第21頁(yè)急性放射病癥狀與劑量關(guān)系: 劑量(Gy) 癥 狀0.10.51.01.53-57-10染色體改變末梢血中淋巴細(xì)胞減少10%人惡心，嘔吐死亡閾值LD50/60天(造血器官死亡)LD100/60天(消化器官死亡)第22頁(yè)第22頁(yè)急性放射病分類分 類劑量（Gy）臨床表現(xiàn)病理改變骨髓型放射病3-5出血，感染骨髓克制腸型（肺障礙）5-15高燒，腹瀉電解質(zhì)失調(diào)腸上皮分

7、裂停止，脫落腦型15神經(jīng)系統(tǒng)障礙腦炎，腦水腫第23頁(yè)第23頁(yè)3.3.2 對(duì)造血組織影響細(xì)胞類型 正常值 減少閾值(Gy)白細(xì)胞 3500-1000 0.5紅細(xì)胞 (400-500)104 1.0血小板 20 104 1.0淋巴細(xì)胞 3-4天紅細(xì)胞 120天血小板 8-9天血細(xì)胞壽命第24頁(yè)第24頁(yè)3.3.3 生殖系統(tǒng)影響不孕閾值(Gy): 1次急性照射 慢性照射 一時(shí)性不孕 0.15 0.4/年 永久性不孕 3.5-6 2.0/年男性 1次急性照射 慢性照射 一時(shí)性不孕 0.65 1.5 0.4/年 永久性不孕 2.5-6 0.2/年女性第25頁(yè)第25頁(yè)3.3.4 皮膚放射損傷劑量(Gy) 急

8、性損傷 慢性損傷0.5 染色體畸變無(wú)5一時(shí)性脫發(fā)及紅斑紅腫,疼痛,燒灼感伴有功效障礙10一時(shí)性潰瘍,水泡疤痕色素沉著WBC上升全身中毒癥狀萎縮,15永久性潰瘍,合并感染 敗血癥慢性頑固性潰瘍第26頁(yè)第26頁(yè)3.3.5 眼組織放射損傷水晶體: 放射敏感性不小于結(jié)膜等其它眼組織水晶體 前面部位上皮細(xì)胞發(fā)生分裂障礙 混濁 白內(nèi)障(從前向后推移)潛伏期：6個(gè)月-35年，與劑量成反比一次急性照射多次照射混 濁 0.5-2.0 5白內(nèi)障 5.0 8癥狀與閾值第27頁(yè)第27頁(yè)3.4 隨機(jī)性效應(yīng)-輻射致癌3.4.1 癌癥概念與起源癌癥(cancer):增生失控并侵入周圍組織或向遠(yuǎn)隔部位轉(zhuǎn)移惡性腫瘤致癌因子(c

9、arcinogen):能使正常細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)閻盒约?xì)胞最后發(fā)展為癌癥因子 化學(xué)原因 物理原因 病毒機(jī)體遺傳特性, 激素水平, 環(huán)境原因, 生活原因第28頁(yè)第28頁(yè)3.4.2 癌癥多階段發(fā)生學(xué)說(shuō)(multi-stage)始動(dòng)期(initiation):原癌基因激活, 抑癌基因失活淘汰機(jī)制:DNA修復(fù), 免疫系統(tǒng)辨認(rèn)監(jiān)視消除癌癥是否出現(xiàn)和何時(shí)出現(xiàn)增進(jìn)期(promotion): 變異細(xì)胞 癌細(xì)胞發(fā)展期(progression):癌細(xì)胞惡性性質(zhì)增長(zhǎng) 癌癥第29頁(yè)第29頁(yè)3.4.3 人類輻射致癌分析辦法流行病學(xué)(epidemiology):對(duì)人群中某種疾病時(shí)間, 空間分布及其影響原因研究癌癥危險(xiǎn):危險(xiǎn)(ris

10、k): 某種有害效應(yīng)發(fā)生概率發(fā)病率(incidence)死亡率(mortality)第30頁(yè)第30頁(yè)3.4.3 人類輻射致癌分析辦法危險(xiǎn)系數(shù)(risk coefficient): (危險(xiǎn)度) 單位劑量照射引起危險(xiǎn)超額絕對(duì)危險(xiǎn)(excess absolute risk, EAR):照射組癌癥發(fā)病率與對(duì)照組癌癥發(fā)病率之差輻射致癌危險(xiǎn)系數(shù)以EAR為指標(biāo)EAR系數(shù): 單位劑量增長(zhǎng)例數(shù)單位: 10-2Sv -1第31頁(yè)第31頁(yè)3.4.4 人類放射性癌癥(radiogenic cancer)第32頁(yè)第32頁(yè)輻射致癌潛伏期最小潛伏期中央值最大潛伏期白血病2年8年40年其它癌癥16-24年終身ICRP Publ. 60(1990)第33頁(yè)第33頁(yè)輻射致癌危險(xiǎn)系數(shù)與累計(jì)危害12種癌癥, 低LET