辐射剂量与防护 第4章 电离辐射的生物效应

电离辐射的生物效应电离辐射的生物效应2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胎内照射效应电离辐射的生物效应3电离辐射的生物效应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。ionizingradiationbiologicaleffect电离辐射的生物效应4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电离辐射对人体是有害的：人体组织受到损伤（当代）植物和动物的生殖组织受到照射后也会对其后代产生效应电离辐射的生物效应5加:常见的电离辐射的危害性从人类出现在地球上时开始，就一直受到自然环境中本底辐射的照射近几十年来的科技发展，人类还受到人工辐射的照射对于放射性工作人员来讲，除受到上述照射之外，还受到由于工作条件和环境导致的职业照射核电厂常遇到的电离辐射：α、β、γ、中子，电离辐射的类型不同，对人体的危害程度不同外照射：体外辐射源对人体造成的照射内照射：进入人体内部的放射性核素对人体造成的照射电离辐射的生物效应61）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电离辐射的生物效应72）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小内照射电离辐射的生物效应8特点γ射线在空气中和其他物质中的“射程”较大，穿透力强3）γ射线的相对危害性因为：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所以：与α、β相比，γ外照射具有更大的危害性因为：γ射线在人体组织的“射程”较大，甚至穿透人体在组织中某一小体积内沉积的能量较小对人体组织的损伤较小所以：与α、β相比，γ内照射危害性小得多电离辐射的生物效应93）中子的相对危害性特点：中子不带电不论在空气中还是其他物质中都具有较大射程因为：穿透力强所以：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电离辐射的生物效应10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电离辐射的生物效应11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。电离辐射的生物效应12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电离辐射的生物效应13分类照射方式照射剂量率效应出现的时间效应表现的个体效应发生和照射剂量的关系全身照射早期效应急性效应慢性效应远期效应躯体效应遗传效应内照射外照射局部照射确定性效应随机性效应电离辐射的生物效应141）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。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。电离辐射的生物效应15局部照射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、肠型和脑型三种类型。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。电离辐射的生物效应16急性效应：高剂量率照射，短时间内达到较大剂量，效应迅速表现。慢性效应：低剂量率长期照射，随着照射剂量增加，效应逐渐积累，经历较长时间表现出来。2）按照射剂量率分类电离辐射的生物效应173）按效应出现时间分类远期效应：亦称远后效应。照射后经历一段时间间隔（一般6个月以上，几年到几十年）表现出的变化。如癌、白内障、辐射遗传效应等早期效应：照射后立即或数小时后出现的变化。几天~几个月，如急性放射性损伤电离辐射的生物效应18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。4）按效应表现的个体分类电离辐射的生物效应19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：1）遗传效应并不在受到照射的个体本身出现，而是出现在该个体所繁衍的某些后代身上，因而效应的产生与个体受照射情况的联系不易被发现；2）从生物体受照到显现出遗传效应之间相隔的时间过长（超过了生物体寿命，有时甚至为寿命的数倍，即几个世代）3）遗传效应具有可遗传性，所以，从理论上，其影响可能极大。4.4专门讲电离辐射的生物效应20电离辐射的生物效应主要类型现象：应细胞丢失导致的组织或器官功能失常或功能丧失原因：大剂量照射引起特点：存在阈值确定性效应(组织反应)deterministiceffects(tissuereaction)随机性效应stochasticeffects现象：癌症、有动物实验结果所推论的遗传疾患的增加，可能在受照后很久显现出来原因：随机的剂量照射引起特点：没有阈值，其发生率与剂量成正比电离辐射的生物效应214.1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胎内照射效应电离辐射的生物效应224.1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，病毒等也不例外电离辐射的生物效应23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。体细胞构成个体本身(躯体)的各种细胞生殖细胞专为繁殖后代的细胞细胞的功能分类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，沉积能量造成细胞受损或死亡电离辐射的生物效应24核核内有特定数目的染色体，染色体是生物遗传、变异的物质基础。染色体的主要成分DNA(脱氧核糖核酸Deoxyribonucleicacid)蛋白质DNA是细胞繁殖、遗传的物质基础细胞是由一个核和围绕细胞核的细胞质、细胞膜构成。电离辐射的生物效应25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。电离辐射的生物效应264.1.1辐射生物效应的发生过程核辐射的生物学效应电离辐射的生物效应27水合电子aqe自由基电离辐射的生物效应28辐射诱发损伤形成过程示意图电离辐射的生物效应29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电离辐射的生物效应30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；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；结蒂组织电离辐射的生物效应31表3.2不同组织或器官的组织权重因子wT组织或器官ICRP(60)wTICRP(103)wTΣwT性腺0.200.080.08红骨髓0.120.120.72结肠0.12肺0.12胃0.12乳腺0.05其它组织0.05膀胱0.050.040.16肝0.05食道0.05甲状腺0.05皮肤（脑、唾腺）0.010.010.04骨表面0.01总计1.00P27电离辐射的生物效应32电离辐射损伤：辐射对DNA的损伤辐射对细胞的损伤辐射对染色体的损伤电离辐射的生物效应334.1.2辐射对DNA的损伤基因DNA是细胞繁殖、遗传的物质基础是引起细胞一系列生化、生理的关键物质辐射生物效应是通过对DNA损伤表现的电离辐射的生物效应34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。图4.1辐射对DNA直接作用和间接作用示意图原子的半径：~0.15nm电子的半径：2.82E-15m电离辐射的生物效应35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。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。电离辐射的生物效应36中文名称：自由基英文名称：freeradical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。电离辐射的生物效应37辐射对DNA的损伤主要有以下几种方式：①碱基变化(DNABaseChange)②DNA单链断裂(SingleStrandBreaks)③双链断裂(DoubleStrandBreaks)④DNA交联(DNACrossLinkage)⑤簇损伤(Clustereddamage)电离辐射的生物效应38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：TCAGT(THYMINE胸腺嘧啶)C(CYTOSINE胞嘧)A(ADENINE腺嘌呤)G(GUANINE鸟嘌呤)①碱基变化（DNABaseChange）电离辐射的生物效应39根据它们英文名称的首字母分别称在形成稳定螺旋结构的碱基对中，共有4种不同碱基：A(ADENINE腺嘌呤)T(THYMINE胸腺嘧啶)G(GUANINE鸟嘌呤)C(CYTOSINE胞嘧啶)电离辐射的生物效应40每种碱基分别与另一种碱基的化学性质完全互补，这样A总与T配对，G总与C配对。这四种化学字母沿DNA骨架排列。字母(碱基)的一种独特顺序就构成一个词(基因)。每个基因有几百甚至几万个碱基对。基因是指携带有遗传信息的DNA序列，基因通过指导蛋白质的合成来表达自己所携带的遗传信息，从而控制生物个体的性状表现。电离辐射的生物效应41②DNA单链断裂DNASSB(SingleStrandBreaks)原因：磷酸二脂键断裂，脱氧核糖分子破坏，碱基破坏或脱落。结果：造成一条核苷酸链断裂可以修复电离辐射的生物效应42③DNA双链断裂DS