人群急性照射遗传效应倍加剂量ppt课件.ppt

第七章电离辐射的远后效应北京大学医学部放射医学教研室李载权 第一节随机效应与远后效应第二节辐射致癌效应第三节辐射致遗传效应第四节辐射的其他远后效应第五节辐射剂量效应理论 本章基本内容 原子弹爆炸事件 1945年8月9日日本长崎 广岛 主要资料 苏联切尔诺贝利核事件 1986年4月26日切尔贝诺核电站泄露 其他联合国IEAE 历年各国流行病学或动物实验室研究资料等 电离辐射对人类健康的危害一直都是一个国际性问题 关注电离辐射危害的主要国际机构 UNSCEAR 联合国原子辐射效应科学委员会 UnitedNationsScienceCommitteeontheEffectofAtomRadiation UnitedNationsBEIR 美国国家科学院电离辐射生物效应委员会 CommitteeontheBiologicalEffectsofIonizingRadiation NationalAcademyofSciences UnitedStatesICRP 国际放射学会国际辐射防护委员会 InternationalCommissiononRadiologicalprotection theInternationalSocietyofRadiology UnitedNationsScienceCommitteeontheEffectofAtomRadiation UnitedNations 关注电离辐射的其他重要机构 还有 RERF 日本放射线影响研究所NCRP 美国辐射防护与测量国家委员会NIH 美国国立卫生研究院IEAE 联合国国际原子能机构NAS 美国国家科学院 电离辐射相关研究与调查的重要报告与文献联合国UNSCEAR 2010 报告美国BEIR VII 2007 报告国际放射防护学会ICRP 103 报告日本RERF报告 UNSCEAR系列报告包括 Sinceitsinception UNSCEARhasissued20majorpublications Thesereportsarehighlyregardedasprincipalsourcesofauthoritativeinformation ThelatestpublicationistheUNSCEAR2010Report Summaryoflow doseradiationeffectsonhealth ThepenultimatepublicationwastheUNSCEAR2008Report Sourcesandeffectsofionizingradiation UNSCEAR2006Report Effectsofionizingradiation 2010report 2008report 2006report BEIR VII报告 2007版 近日 美国科学院 NAS 发布了电离辐射生物学效应报告VII BiologicalEffectsofIonizingRadiation VII 简称BEIR VII 2007 此次报告内容的重点之一放在了医用X射线和 射线的生物学效应问题 ICRP103号辐射生物学研究报告 The2007RecommendationsoftheInternationalCommissiononRadiologicalProtectionThefactthatthesenewrecommendationsaremoreamatterofconsolidationofpreviousICRPrecommendationsandguidanceshouldprovideconfidencethatthesystemofprotectionestablishedbyandlargeinitspresentformseveraldecadesagohasreachedacertainlevelofmaturity Assuch nomajorchangestoradiologicalprotectionregulationsbasedonthe1990recommendationsshouldbenecessary 第一节随机效应与远后效应 电离辐射的人体生物学效应 确定性效应 随机性效应 急性辐射病 慢性辐射病 其他辐射损伤 辐射致癌变 辐射致遗传改变 电离辐射确定性效应 deterministiceffects 又称必然性效应 是指效应的严重程度与辐射剂量大小相关的一类生物学效应 如急性放射病 慢性放射病 放射性白内障 皮肤损伤 出生缺陷与儿童照射损伤等 电离辐射随机性效应 stochasticeffects 是指效应的发生几率 而非严重程度 与剂量大小相关的效应 如致癌效应 遗传效应 1 与电离輻射效应有关的一些基本概念 急性全身曝露的确定效应症状 不同曝露部位引发确定效应的低限剂量值 资料來源 ICRP41 1984 ICRP 60 1991 1991 1998全国省级放射性疾病组成 急性放射性疾病 慢性放射性皮肤损伤 慢性放射性白内障 29 40 5 26 6 肿瘤病人放疗过程事故性皮肤或内脏损伤3 9 急性放射病和慢性放射病 皮肤辐射的急性损伤 性腺 眼晶体与其他器官照射的辐射效应 1 2电离辐射确定性效应主要形式 包括 发育相关的急性辐射损伤 出生前胚胎期与出生后儿童期 电离辐射致癌与遗传效应统称随机效应 随机效应特点 发生概率与剂量大小有关 严重程度与剂量大小无关 1 3电离辐射的随机性效应 电离辐射远后 迟发 效应是指表现在受照本人 躯体效应 的 也可是在后代身上 遗传效应 显现的一种较远期才发生的与电离辐射相关的身体疾患 由此远后效应也可以包括部分确定性效应 但是这些确定性效应中不包括急 慢性辐射病等 因此远后效应主要是随机效应 电离辐射的人体效应 1 4电离辐射的远后效应 ICRP有关出版物将在受照后几个星期内发生的效应定义为辐射早期效应 如急性放射病 急性皮肤损伤等 将在数月甚至数年后才发生的效应定义为辐射迟发效应 如慢性放射病 辐射致白血病 辐射致癌 放射性白内障 辐射致遗传效应等 迟发效应指一次中等或大剂量的电离辐射照射 或长期小剂量累积作用 或放射性核素一次大量或多次小量侵入机体 在半年以后 通常几年或几十年 才出现的变化 或急性损伤后未恢复而一直延续下来的效应 2 电离辐射生物学效应的基本研究方法 有关辐射确定性效应的研究 沿用生物科学的基本方法 如物理学 化学 生物化学 病理学 临床医学等 探索的是电离辐射事件与生物学效应之间的因果联系 有关辐射随机性效应的研究 主要采用流行病学的调查分析方法 探索的是电离辐射剂量与生物学效应发生概率之间的数量关系 2 1电离辐射确定性效应的现代医学研究方法 辐射对人体健康效应之发展历程 自由基辐射对DNA的直接与间接伤害 2 2电离辐射随机性效应的流行病学研究方法 基因组不稳定是导致电离辐射随机性效应的物质基础 为评价人类辐射致癌危险水平经常使用绝对危险和相对危险两个指标 绝对危险 absoluterisk 是照射组癌症发生率与对照组 两组 发生率之差 因此绝对危险又称超额绝对危险 excessabsoluterisk EAR 相对危险 relativerisk RR 是两组发生率之比 一般 相对危险额RR 1 因此RR又称为相对危险增加或超额相对危险 ExcessRR 写成ExRR或ERR 归因危险 attributablerisk AR 是绝对危险EAR与癌症总数之比 说明全部癌症患者中有辐射患者多少率 的癌症病人直接起因于辐射 对明确受照且又明确患癌的个体 辐射病因概率 PC 由该受照群体的超额危险RR进行估算 PC RR I十RR 此PC大小可用于职业性保护赔偿的重要证据 辐射致癌因果几率的推算 RR照射可致危险度增加 I本底危险度 与人群电离辐射随机效应有关的其他概念 标化死亡率SMR 剂量 剂量率效应因子 DDRF 疾病发生率或死亡率95 置信区间 CI95 预期死亡率 PDR 生活危险性因素 利益风险分析 BRA 肺癌相对危险 室内氡浓度 肺癌发生的相对危险与室内氡浓度之间的剂量相关 O E 肺癌相对危险 观察5 34年 观察5 24年 垂直线 95 置信区间 实线 符合RR 1 0 00103 c 50 直线模型 虚线 符合8个室内研究综合分柝所得的结果模式 3 放射生物学探讨剂量效应关系的研究目的 第二节辐射致癌效应 1 辐射致癌的人类资料 2 电离辐射致癌的发生机理 3 辐射致癌的剂量效应关系模型 4 辐射致癌的人群流行病学资料 1 辐射致癌的人类资料 全身照射致癌 核素内照射 局部照射致癌 日本原子弹爆炸 马绍尔群岛 前苏联切尔诺贝利核电站事故 南拉乌尔事故 医源性照射 厂矿工人 医用放射性核素 癌症 Cancer 是增生失控 并能侵入周围组织或向远隔部位转移的恶性肿瘤 癌细胞生长的特点是增生失控和分化不足 并能把这种特征向后代细胞转移 2 电离辐射致癌的发生机理 多因素多阶段的致癌学说 体细胞突变的致癌学说 免疫监视功能降低的致癌学说 目前普遍认为电离辐射是一种全致癌因子 基因组不稳定的致癌学说 电离辐射是一种诱变剂 mutation 诱变剂可以损伤体细胞遗传物质DNA 导致当代细胞发生突变 使突变细胞具有能无限增殖 癌变组织内血管增生 组织细胞发生转移浸润等特征 引起癌瘤病变 分别有线性型 L 平方型 Q 或线性平方型 L Q 线性平方型 L一Q 模型为 F D a1D十a2D2式中 F D 为剂量 D时的癌症发生率 al a2值的大小因白血病或实体癌种类差异而有所不同 3 辐射致癌的剂量效应关系模型 3 1剂量一效应相关模型和剂量外推 其他剂量一效应相关模型的函数表达式 其他剂量一效应相关模型的图形 3 2人群远后发生危险率的时间转移模型 辐射致癌终生危险预测的相加模型 a 和相乘模型 b Xe为受照时年龄 l为最短潜伏期 从ICRP 60 l991 附件B中给出的原爆资料 预测中国核反应堆后处理暴露人群癌症发生的危险性 结果表明 按急性照射为6 Sv l 剂量 剂量率效应因子DDREF 2 所得的职业人群辐射暴露值为3 4 Sv 1 假如该值可供向核工业人群转移 且按线性无阈假说进行预测 中国核反应堆后处理系统8412人 两性 且接受了累积剂量平均40mSv后的终生癌症增加将为10人 按癌症显现需40年计 每年只有0 25人 此结果提示中国类似年龄居民死亡率大约为0 5 这样的发生率几乎不可能被检出 癌症发生危险率的人群转移模型 4 辐射致癌的人群流行病学资料 4 1原子弹爆炸幸存者致癌效应 4 2核工厂工作人员的辐射流行病学研究 4 3核设施周围公众受照人群的癌症危险 4 4氡子体照射诱发肺癌的调查研究 4 1原子弹爆炸幸存者致癌效应Shimizu等 1988 报告对做过DS86剂量估算的75991人 在1950 1985年间死亡率进行分层分析 以原子弹爆炸时不在广岛 长崎的26517人为对照 下表是分析后得到含两城市和两性总人群全部受照年龄1950 1985年间各种癌症的相对危险 绝对危险和归因危险平均值 原爆人群各种癌症相对 绝对和归因危险 表中所列分析是UNSCEAR l988 BEIR l990 和ICRP l99l 提出的辐射致癌危险系数的主要基础 4 2核工厂工作人员的辐射流行病学研究核工厂工作人员是直接观察人类低水平外照射致癌效应的基本人群 其致癌危险涉及对核能源的利弊分析与决策 中外各国核工厂工作人员 男性 核照射人群队列调查资料比较研究 注 SMR standardizedmortality 标化死亡比是随防期间实际观察到的死亡数O与合计预期死亡数E之比 O E 4 3核设施周围公众受照人群的癌症危险1986年4月苏联切尔诺贝利石墨慢化沸水堆核事故 10天共排出放射性核素185EBq 1 85 1018Bq 占事故当时反应堆内核素总量的35 当时污染区居民受到的照射主要来自摄入的131I 事故3个月后主要来自摄入的137Cs 1996年由IAEA WH0和欧盟共同主办的国际会议文集中 汇集报道了有关这些人群预计的长期辐射诱发癌症死亡和非致命甲状腺癌 结果表明 有3500例因辐射诱发了癌症死亡 且主要发生在晚年 此外 预计还有200000例因其它原因导致癌症死亡 因此 辐射直接使癌症死亡率的增加仅略上升0 3 左右 切尔诺贝利事故对核设施周围公众受照人群癌症发生的影响 a50例甲状腺癌 可医治 b几千例甲状腺癌 可医治 来源 0neDecadeafterChernobyl SummarizingtheConsequencesoftheAccident Proc Conf Viena 1996 IAEA Viena 1996 4 4氡子体照射诱发肺癌的研究矿工肺癌是核工业中唯一得到证实的慢性职业照射氡的一种恶性肿瘤 TomasekL汇总了1990年到2001年来自居室中氡致肺癌危险度的病例对照研究 见表 中外各国居室氡致肺癌危险度的病例对照研究 a RR 相对危险 b 氡浓度 c LubinandBoyce 1997 d Darbbyetal 1998 e 捷克中部波希米亚地区观察 第三节辐射致遗传效应 1 现有调查报告中遗传性状指标 2 估算辐射遗传疾患危险性的方法 3 辐射致遗传危险性的基本结论 电离辐射是一种诱变剂 mutation 诱变剂可以损伤生殖细胞遗传物质DNA 导致突变 并向受照者后代传递 引起遗传性异常或遗传性疾病 根据遗传疾病致病基因的遗传方式将其分为单基因病 多基因病和染色体病三种 人类辐射遗传效应最有价值的资料来自日本RERF对原爆幸存者的长期随访 经过数十年不懈努力 目前已经可以提供很多有意义的结果 并且开始成为计算人类倍加剂量和辐射遗传危险系数的重要依据 1 现有调查报告中遗传性状指标 2 估算辐射遗传疾患危险性的方法 加倍剂量法 间接估算法 加倍剂量是指使下一代群体遗传性疾病发生率较自发性遗传突变率增加1倍所需要额外的辐射剂量 因此倍加剂量数值越小 则遗传危险风险越大 历届UNSCEAR和BEIR报告根据大量动物实验结果给出低剂量率或低LET辐射的倍加剂量为1Sv 诱发概率法 直接估算法 诱发概率是指诱发实验动物发生显性遗传突变的概率 用于外推人群中产生遗传突变的危险性 诱发概率越大则遗传危险风险越大 这种外推法欠一定的科学合理性 3 辐射致遗传危险性的基本结论 Neel等 1991 根据Abrahamsen及Wolff 1976 小鼠特定位点突变结果 利用线性平方模型计算后 认为用于遗传估计中的剂量 剂量率效应因子 DDREF 大约为2 由于原爆人群双亲合计性腺暴露剂量大于0 5Sv者占40 其平方相的贡献开始增长时的DDREF取2比较保守 而实际DDREF可能大于2 假如DDRFF仅取2 慢性照射后人类配子的倍加剂量将增加到3 38 4 46Sv 此结果实际是UNSCEAR 1988 BEIR 1990 ICRP 1991 所采估计的倍加剂量1Sv的4倍 因此人类辐射遗传效应实际远比既往估计值的危险还要低4倍 人群急性照射遗传效应倍加剂量 Sv 及95 置信区间下界值 对于中度低剂量电离辐射 人类存在较低的遗传损伤危险 急性 慢性照射及不同类型的辐射间是否存在潜在的遗传效应差异 目前尚不清楚 第四节辐射的其他远后效应 眼晶体是由晶体上皮细胞产生的晶体纤维所构成 晶体细胞不断缓慢分裂迁移 持续终生 射线可以影响晶体上皮细胞正常分裂 受到损伤的晶体上皮细胞分解产物会沉积在晶体后极晶体囊下方 进而病变向其它部位扩展使晶体混浊 从而影响视力 产生白内障 一 眼晶体辐射损伤 眼晶体对辐射比较敏感 大剂量照射时数月内即可出现晶体混浊 诱发晶体混浊的阈剂量估计为0 5 2 0Gy 一次短时间照射 和5 0Gy 高度分割或连续照射的总剂量 估计人类长期职业照射伴有视力障碍型白内障的低LET照射剂量大约需要8Gy 人类放射性白内障主要见于 头面部及眼部肿瘤放疗并发症 加速器及核反应堆等事故性照射 职业性与放射性从业工作者 原子弹爆炸受害者 1 出生前死亡 2 畸形 3 新生儿死亡 二 宫内辐射损伤的出生缺陷危险 出生前照射又称宫内照射 是指胚胎或胎儿在出生前 母体内 所受到的照射 出生前照射对胚胎或胎儿产生的效应称为胚胎效应 包括以下三方面 1 胚胎致死效应在精子植入前期 接受照射的主要危险是不着床 造成胚胎死亡 ICRP 27 1977 和ICRP 45 1985 给出人类危验系数的估计值为0 8Sv 1 胚胎致死 胎儿畸形或智力损害 2 胎儿畸形 发育异常或脑发育异常妊娠笫9 60天是主要器官形成期 这时受到照射会很容易影响器官形成 进而导致畸型 也可能只影响胚胎和胎儿生长 不伴有畸形 特别是在妊娠后期受到照射时更是如此 畸形是一种先天性异常 生前在子宫内就己经出现 也可能生后甚致生后若干年后才被发现 畸形可以是胚胎发育过程中受到辐射引起的 也可以是亲代受到照射后的遗传性疾病 主要起因于照射时引起的染色体异常 3 严重智力迟钝和智商下降出生前照射引起的脑结构异常可以导致严重智力迟钝和智商下降 严重智力迟钝指不能进行简单计算和简单交谈 生活不能自理 原爆出生前照射的1544人中有30例发生严重智力迟钝 发生于受照妊娠年龄0 7 8 15 16 25和26周以上者分别各占0 4 4 9 1 4 和0 9 三 儿童期辐射的确定性效应确定性效应的发生与受照者年龄有关 年幼者的组织正在旺盛成长 因此接受相同剂量照射后出现的确定性效应要比成年人更为严重 而且可以出现生长发育障碍 激素低下 器官功能不足 智力低下等后果 下表列出一些主要儿童性晚期确定性效应的阈剂量 器官效应剂量 Gy 睾丸生殖细胞耗竭0 5Leydig细胞功能障碍10卵巢闭经 0 5不育4甲状腺机能完全丧失20甲状腺功能低下 1脑认知功能变化18组织病理学变化18 10 神经内分泌效应 18 1 儿童晚期确定性效应的阈剂量 器官效应剂量 Gy 乳腺发育不全2眼白内障2肺脏纤维增生8 11肝脏纤维增生12肾脏肌酐廓清率降低12骨骼骨骼变化10心血管系统心肌病40骨髓机能低下缺乏资料 括弧内为单次全身照射值 儿童晚期确定性效应的阈剂量 续 一 辐射暴露剂量的定义 生物剂量计二 几种有关剂量效应的基本理论线性有阈假说 遗传线性无阈假说 癌症低剂量兴奋 有益 假说三 电离辐射剂量效应学说在卫生防护中的应用 第五节电离辐射剂量效应理论 1 1辐射剂量的定义与测算 一 辐射剂量定义 生物剂量计 1 2日本原子弹爆炸模型的DS86系统与T65D系统之争 1 3生物剂量计原理简介 美国1965年建立的内华达原子弹爆炸试验场 即T65D系统 染色体畸变率或微核率与剂量之间的线性关系进行外推的 新ICRP指南就当量剂量转换中射线品质因数Q进行了更新 从辐射致癌发生的分子机理看 只要有一个细胞接受辐射打击就可使生物分子发生突变 即有诱发细胞发生癌症突变的可能 尽管目前研究结果没有找到低剂量人群有发生癌变的证据 这也并不能证明现有实验方法一定是最完全正确且可靠的 为辐射安全缘故 国际放射防护委员会 ICRP 做了一个很保守又很重要的LNT假设 人体只要接受到輻射 不管剂量是多少 都有引发癌症和不良遗传的机率存在 即沒有低限剂量的阈值 而且致癌或不良遗传的机率与接收剂量成正比 直线关系 剂量愈高 罹患癌症的机率也愈大 这种情況称为机率效应 2 1 线性无阈假设 LNT 2 2 线性有阈值假设 LTT 从日本核爆生存者长期调查显示 接受低剂量 约250毫西弗以下 者实际並无任何临床症状表现 白血病或其他实体癌的发生率都和一般人相同 许多遗传病都存在天然本底性遗传疾病的发生 这些本底是由于非电离辐射 如化学污染 造成的 因此应当扣除这些本底性遗传疾病发生的影响 从而才能公正地评价电离辐射 因此人们假定电离辐射应当有一个恰当的阈值界值 机体本身具有各种各样修复机制 这本身为电离辐射损伤提供了修复机会 也为存在线性有阈假说提供了最好的注释 1993年联合国原子辐射效应科学委员会 简称UNSCEAR 定义200毫西弗以下为低剂量 在这个剂量水平之下 全世界长期的流行病学调查仍未找出具体有害的辐射伤害证据 因此 低辐射剂量是否对健康有不利的影响 一直在争议之中 美国保健物理学会针对电离辐射这个问题 于1996年3月发表立场声明称 接受辐射剂量每年低于50毫西弗 或终生除了自然背景辐射剂量之外 接受低于100毫西弗剂量 並无明显健康 致癌 效应的发生 2 3 低辐射剂量健康有益学说 1982年美国拉