第四章 辐射与健康i

辐辐 射射 与与 防防 护护 张玲玲张玲玲 土木与环境工程学院土木与环境工程学院 课堂回顾课堂回顾 辐射污染在环境中的传播辐射污染在环境中的传播 放射性污染的传播放射性污染的传播 大气中的动态大气中的动态 水中的动态水中的动态 土壤中的动态土壤中的动态 电磁污染的传播电磁污染的传播 三种传播途径三种传播途径 辐射监测辐射监测 放射性辐射监测放射性辐射监测 电磁辐射监测电磁辐射监测 第四章第四章 辐射与健康辐射与健康 一、基础概论一、基础概论 1 1、辐射生物效应的、辐射生物效应的定义定义： 指机体受到辐射而产生的各种有害效应。指机体受到辐射而产生的各种有害效应。 2 2、产生生物效应的过程产生生物效应的过程：人体和其他生物机体从受到辐射到产生生物效应，要经：人体和其他生物机体从受到辐射到产生生物效应，要经 过很多变化。过很多变化。 起初，可引起分子水平的破坏（如蛋白质分子、起初，可引起分子水平的破坏（如蛋白质分子、DNADNA链断裂等）链断裂等） 接着，可引起细胞水平、组织、器官乃至整体水平的损伤接着，可引起细胞水平、组织、器官乃至整体水平的损伤 引起机体继发性的损伤，严重的导致机体死亡引起机体继发性的损伤，严重的导致机体死亡 二、人体生物学二、人体生物学 人体是由不同器官或组织构成的有机整体，构成人体的基本单元是细胞，细人体是由不同器官或组织构成的有机整体，构成人体的基本单元是细胞，细 胞由细胞膜、细胞质和细胞核组成。胞由细胞膜、细胞质和细胞核组成。 细胞核细胞核含有含有2323对（对（4646个）染色体，它是由基因构成的细小线状物。基因个）染色体，它是由基因构成的细小线状物。基因 由脱氧核糖核酸（由脱氧核糖核酸（DNADNA）和蛋白质分子组成，带有决定子体细胞特性的）和蛋白质分子组成，带有决定子体细胞特性的 遗传密码。遗传密码。 细胞质细胞质分解食物并将它转化为能量和小分子，随后又转化为供细胞维持分解食物并将它转化为能量和小分子，随后又转化为供细胞维持 生存和繁衍所要求的复杂分子。生存和繁衍所要求的复杂分子。 细胞膜细胞膜控制可溶物质的摄取量和排泄量。控制可溶物质的摄取量和排泄量。 三、辐射与细胞的相互作用三、辐射与细胞的相互作用 细胞方面：细胞主要由水组成的。细胞方面：细胞主要由水组成的。 辐射方面：核辐射与物质的相互作用的主要效应是使其原子发生电离和激发。辐射方面：核辐射与物质的相互作用的主要效应是使其原子发生电离和激发。 辐射作用于人体细胞将使水分子产生电离，形成一种对染色体有害的物质，辐射作用于人体细胞将使水分子产生电离，形成一种对染色体有害的物质， 产生染色体畸变。产生染色体畸变。 四、辐射损伤过程四、辐射损伤过程 产生辐射损伤的过程极其复杂，大致分为产生辐射损伤的过程极其复杂，大致分为4 4个阶段个阶段 第一阶段第一阶段 （最初物理阶段最初物理阶段） 该阶段只持续很短时间（约10-16s），此时能量在细胞内积聚 并引起电离，在水中的作用过程为： H2O 辐射 H2O+ +e- 作用在原子或分子的电子 随着能量的大小，产生两种作用 游离(Ionization) 激发(Excitation) 第二阶段第二阶段 （物理物理- -化学阶段化学阶段 ） 该阶段大约持续10-6s。离子和其他水分子作用形成新的产物。 正离子分解或负离子附着在水分子上，然后分解。 H H2 2O O+ + H H+ + +OH+OH H H2 2O O +e+e- - H H2 2O O- - H H2 2O O- - H+H+ OHOH- - 借着游离或激发，造成分子损伤或产生自由基 OH和H称为自由基，它们有不成对的电子，化学活性很大。 OH和OH可生成强氧化剂过氧化氢H2O2。 H+和 OH-不参加以后的反应。 第三阶段第三阶段 （化学阶段化学阶段 ） 该阶段往往持续几秒钟，在此间内，反应产物和细胞的重要有 机分子相互作用。自由基和强氧化剂破坏构成染色体的复杂分子。 - 因辐射所损伤的分子或产生的自由基，以化学反应的方 式重新组合配对。 第四阶段第四阶段 （生物阶段生物阶段 ） 这个阶段从几十分钟到几十年，以特定的症状而定生物阶段可 能导致细胞的早期死亡，阻止细胞分裂或延迟细胞分裂，细胞永久变态， 一直可持续到子代细胞。 修补因化学效应对大分子造成的损伤 损伤若不严重，且修补完整则可恢复 损伤严重，但修补无法完整，则发生突变 损伤严重，且无法修补，则造成细胞死亡 五、辐射对人体的效应五、辐射对人体的效应 原因原因：由于单位细胞受到损伤所致 分类分类：非随机效应（确定效应）和随机效应 致热效应和非致热效应 躯体效应和遗传效应躯体效应和遗传效应 一、躯体效应 早期效应早期效应：指在大剂量或大剂量率的照射后，受照人员在短期内（几小时或几周） 就可能出现的效应。 晚期效应晚期效应：受到放射照射到出现癌症通常有5 30年潜伏期。 1、早期效应 产生原因产生原因：辐射致人体的器官或组织内细胞死亡或阻碍细胞分裂等原因，使 细胞群严重减少。 早期效应中，骨髓、胃肠道和神经系统辐射损伤程度取决于所接受剂量的大 小，引起的躯体症状称为急性放射病急性放射病。 急剧接受1Gy1Gy以上的剂量 会引起恶心和呕吐 2Gy2Gy的全身照射 可致急性胃肠型放射病 剂量大于3Gy3Gy 被照射个体的死亡概率是很大的。 在3 3 10Gy10Gy的剂量 感染死亡区。 急性照射的另一种效应是皮肤产生红斑或溃疡。 原因原因：皮肤最容易受到和射线的照射，接受较大的剂量。 例如单次接受3Gy射线或低能射线的照射，皮肤将产生红斑，剂量更大时 将出现水泡、皮肤溃疡等病变。 早期效应出现机率极低。 可能出现的情况： 2、晚期效应 了解途径了解途径：通过对长岛长崎原子弹爆炸幸存者、接受辐射治疗的病人以及职 业受照人群（如铀矿工人的肺癌发病率高）的详细调查和分析。 晚期效应指：受到高剂量照射的人们患某种癌症发病率较正常人高。 晚期效应也可能导致寿命的非特异性缩短，即由于受照射致人机体的过早衰 老或提前死亡。 二、遗传效应 产生原因产生原因：具有遗传性的生殖细胞受损伤 染色体染色体是生物遗传变异的物质基础，由蛋白质和DNADNA组成。DNA有修复损伤和 复制自己的能力，许多决定遗传信息的基因定位在DNA分子的不同区段上。电电 离辐射离辐射的作用使DNA分子损伤损伤，如果是生殖细胞中DNA受到损伤，并把这种损 伤传给子孙后代传给子孙后代，后代身上就可能出现某种程度的遗传疾病。 辐射与辐射与DNADNA的作用的作用 遗传效应产生的基因突变可能导致可能导致智能或身材的差异，如侏儒、智能减退、 早产、多病或白痴等。 辐射的遗传效应辐射的遗传效应 辐射遗传的流行病学调查 调查对象调查对象 调查项目调查项目 广岛、长崎核爆炸的第二代（日本） 流产、早产、死产、畸形、婴儿死亡、性别比、染 色体变异、遗传基因突变（细胞、DNA） 、癌症发 生率、死亡率 高天然辐射区的子女（印度、中国） 唐氏症、畸形、死产、性别比、严重精神异常 放射科医师的后代（英、美） 性别比 电离辐射是否离我们很远？电离辐射是否离我们很远？ 一、对能量代谢的影响一、对能量代谢的影响 电离辐射可抑制脾脏和胸腺等免疫器官线粒体的氧化磷酸化。氧化磷酸化作 为生物体内能量转换的重要形式，受到抑制，结果可造成机体能量消耗增加能量消耗增加。 电离辐射还影响机体三羧酸循环，从而影响能量的释放，结果使机体能量消能量消 耗增加耗增加。 电离和非电离辐射都可造成机体耗氧量增加耗氧量增加。 二、对蛋白质（氨基酸）代谢的影响二、对蛋白质（氨基酸）代谢的影响 电离辐射可引起蛋白质功能的变化蛋白质功能的变化（原因：蛋白质构象的变化），使蛋白质 的净合成减少，是氨基酸的分解加快，尿中氨基酸排出量增加。 非电离辐射 能量为3毫瓦/cm2，可引起血清氨基酸含量的变化氨基酸含量的变化。 能量为10毫瓦/cm2，可引起蛋白质代谢紊乱蛋白质代谢紊乱。 能量为10-50毫瓦/cm2，可对蛋白质合成产生较大影响蛋白质合成产生较大影响。 三、对脂类代谢的影响三、对脂类代谢的影响 电离辐射会影响脂类代谢，影响生物膜功能，并促进生物膜的老化生物膜的老化。 电离照射可使机体的抗氧化能力降低抗氧化能力降低，使机体的氧化损伤加重。 电离辐射可使甘油三酯合成加快，分解减少，血清里总脂、甘油三酯、胆固 醇含量增加，从而出现高脂血症出现高脂血症。 四、对糖类代谢的影响四、对糖类代谢的影响 电离辐射可使肝糖原增加，出现高血糖症高血糖症。葡萄糖激酶活性的抑制，会使葡 萄糖分解成二氧化碳的效率降低。 非电离辐射可使肌糖原减少，引起血糖异常血糖异常，使肝糖原合成减少。 五、对维生素代谢的影响五、对维生素代谢的影响 使得抗氧化作用的维生素损失增加维生素损失增加 维生素C 维生素E 使得血液中维生素B1、维生素B2、维生素B12和叶酸的含量下降。 表现在各器官（心、肝、脾等）、各组织、血，甚至肾上腺中。 六、对矿物质代谢的影响六、对矿物质代谢的影响 由于组织分解和细胞损伤，可造成高钾血症。 电离辐射和非电离辐射都可造成血中矿物质，如铜、铁、钙、镁等含量降低。 动物自择食物研究动物自择食物研究 （CurtisCurtis等研究）表明，受辐射照射后的动物，在选择食等研究）表明，受辐射照射后的动物，在选择食 物时，受照射动物偏向于选择含蛋白质和矿物质较多的饲料物时，受照射动物偏向于选择含蛋白质和矿物质较多的饲料 辐射损伤：机体受到辐射而产生的各种不同类型和不同程度的损伤，称为辐辐 射损伤射损伤。 包括：细胞、组织、器官、系统及整个机体整个机体 切尔诺贝利事件相关视频切尔诺贝利事件相关视频 一、血液系统损伤一、血液系统损伤 辐射可使红细胞、白细胞、血小板等多种血液细胞代谢、功能和结构发生不 利变化 导致细胞早期死亡； 阻止或延迟细胞分裂； 使细胞永久性变形； 当死亡细胞达到一定数量，会引起器官或组织功能的障碍，甚至导致机体死 亡。 辐射对血液系统的严重损伤是白血病，尤其是儿童白血病（即可是白细胞增 多性白血病，也可是白细胞减少性白血病）。 二、神经系统损伤二、神经系统损伤 剂量为0.01Gy的辐射就可使神经细胞的功能发生改变。 辐射可造成中枢神经系统的功能障碍和自主神经功能紊乱中枢神经系统的功能障碍和自主神经功能紊乱，症状为：失眠、 记忆力减退。 辐射的非致热效应，在不引起体温变化的低强度作用下，出现神经衰弱。 反复经受一定强度的微波辐射，可引起神经系统功能紊乱，表现为嗜睡、疲 劳、头痛、记忆力减退等。 厘米波可影响自主神经系统，表现为心动过缓和低血压。慢性辐射可使病人 头痛和容易激动。 强烈的微波辐射可抑制已经形成的条件反射。 三、消化系统损伤三、消化系统损伤 辐射可对消化系统造成损伤。 表现为：食欲缺乏，暂时性的呃逆、呕吐，不同程度的胃肠道损伤，最终可食欲缺乏，暂时性的呃逆、呕吐，不同程度的胃肠道损伤，最终可 导致营养不良导致营养不良。 四、呼吸系统损伤四、呼吸系统损伤 研究表明，电磁辐射可引起哮喘、流行性感冒和其他呼吸系统疾病哮喘、流行性感冒和其他呼吸系统疾病。 原因原因：电磁辐射可把微小粒子（细菌、病毒、过敏原、有毒污染物质等）散 播到空气中，形成“电子烟雾”，通过空气传播被人类吸入后，可被吸附在 肺部和呼吸道内壁上，引发呼吸系统疾病。 五、内分泌系统损伤五、内分泌系统损伤 一定剂量和时间的辐射作用于甲状腺和（或）机体其他组织，可给甲状腺造 成多种损伤，引起多种原发性或继发性甲状腺功能改变和（或）器质性改变 甲状腺良性结节、甲状腺炎、甲状腺功能减退症、甲状腺肿大、甲状腺肿瘤， 甚至甲状腺癌。 六、免疫系统损伤六、免疫系统损伤 辐射可使淋巴细胞、自然杀伤细胞、免疫球蛋白、白细胞数量和功能发生变 化。 降低机体免疫力。 辐射可使机体氧化损伤加重，恢复缓慢。 七、生殖系统损伤七、生殖系统损伤 在一定条件下，辐射不仅可使男女的生育能力都降低，甚至造成不育，还可对孕妇 和胎儿造成多种损伤。 生育能力下降 对孕妇和胎儿的损伤 人受孕后的9-60天，电离辐射主要危险是致畸。 孕龄8-15和16-25周，可导致胎儿不同程度的智力迟钝。严重的可 能造成不能进行简单交流和简单计算，生活不能自理。 孕龄25-48周，可使免疫功能降低，甚至婴儿抵抗力差，体弱多病。 八、遗传性损伤八、遗传性损伤 辐射可损伤生殖细胞，导致基因突变，这种突变影响到受辐射损伤人员的后 代，可把这种缺陷或疾病遗传给后代（遗传效应）。 按辐射对生殖细胞的损伤性质，可把损伤类型分为： 基因突变 染色体结构重新排列 染色体数目异常 脱氧核糖核酸（DNA）发生可遗传的变异称为突变突变。 辐射引起的DNA损伤伴有染色体结构和数目的异常时，叫做染色体畸变染色体畸变。 辐射所致的基因突变和染色体畸变，几乎都是几乎都是DNADNA链（单链或双链）断裂的结链（单链或双链）断裂的结 果果。 九、心脏损伤九、心脏损伤 高频辐射可造成心电图的某些改变，如窦性心律不齐，ST-T压低或平坦等改 变。 微波辐射可造成一定程度的心悸、心前区疼痛。同时，心电图显示心动过缓、 ST段压低、T波低平的发生率高。 十、脑损伤十、脑损伤 微波可使脑血流图改变，甚至可改变血脑屏障的通透性。 慢性辐射可使脑电图显示出脑功能失调。 研究发现，电脑显示屏发出的低频电磁波与人类工作中的脑波相近，会刺激 并使大脑工作过度，从而引发身体出现不同症状。 十一、眼损伤十一、眼损伤 辐射可使人的眼晶状体发生浑浊，造成白内障，给人造成视觉障碍。 高强度的辐射不仅可是晶状体浑浊，形成白内障，同时还可损害角膜、虹膜 和晶状体，造成失明。 原因原因：眼的晶状体含有较多的水分，可吸收较多的辐射能，而且，眼的晶状 体血管较少，不容易带走过量的热，这样容易产生致热效应。因此，辐射可 引起晶状体水肿，并给角膜等眼的表层组织造成损伤。 微波可诱导视网膜神经细胞的凋亡。 短波紫外线还可引起结膜炎和角膜溃疡（电光眼炎） 日光紫外线、火焰和灼热物体的紫外线、红外线、激光等都可对眼睛造成多 种损伤。 十二、皮肤损伤十二、皮肤损伤 辐射可使皮肤烧伤，并对皮肤造成其他多种损伤，甚至引起皮肤癌。 受大剂量的辐射照射可引起急性放射性皮肤损伤，包括急性放射性皮炎和放 射性皮肤溃疡。其主要症状有皮肤出现红斑、水疱，有灼烧感、瘙痒、水肿、 刺痛、水疱坏死、溃疡。 小剂量射线照射可引起慢性放射性皮肤损伤，包括慢性放射性皮炎和放射性 皮肤溃疡。其主要症状有皮肤粗糙、色素沉着、角化过度、皲裂或萎缩变薄， 毛细血管扩张、坏死溃疡、角质突起等。 电离辐射可导致放射性皮肤