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第4章辐射生物效应与辐射防护 临床医学八年制核医学教学幻灯 医学生为什么要学放射防护 1 放射线作用的两面性 趋利避害 2 培养学生对放射性突发事件的应急处理能力3 由于环保和医疗放射性管理的加强 医生必须懂得防护的原则 措施 国家标准 Radiationneednotbefeared butitmustberespected 第一节辐射生物效应 射性标志 常用辐射剂量单位 照射量 exposuredose 表示射线空间分布的辐射剂量 即在离放射源一定距离的物质受照射线的多少 以X射线或 射线在空气中全部停留下来所产生的电荷量来表示 国际单位为库仑 千克 C kg 简写为C kg 1 传统的单位是伦琴 roentgen R 吸收剂量 absorbeddose 单位质量的受照物质吸收射线的平均能量 国际单位是戈瑞 gray Gy 1Gy表示1千克受射线照射物质吸收射线能量为1焦耳 简写为j kg 1 传统单位是拉德 rad 1Gy 100rad 剂量当量 equivalentdose HTR表示按照辐射权重因子 weightingfactor WR 加权的吸收剂量 单位为J kg HTR DTR WR针对特定组织或器官的量 是衡量射线生物效应及危险度的辐射剂量 国际制单位是希沃特 sievert Sv 旧制单位是雷姆 rem 1Sv 100rem ICRP 60号报告组织加权因子 吸收剂量 D 1戈瑞 1焦耳 千克1Gy 1J kg 放射源活度 A 1贝克 1次核衰变 秒 剂量当量 H 1希沃特 1焦耳 千克 任何物质 有机体 三者意义和区别 常用辐射剂量新旧单位换算表 辐射源来源 天然本底辐射naturebackground在人类生存的环境中 自然存在的多种射线和放射性物质 包括宇宙射线cosmicradiation 宇宙射线感生放射性核素cosmogenicradionuclide和地球辐射earthradiation 1 宇宙射线初级宇宙射线 星球碰撞 爆炸等形成的微粒在宇宙空间磁场的作用下形成的高能粒子流 其中主要是质子 其次是 粒子和重离子等 次级宇宙射线 初级宇宙射线从宇宙空间进入大气层后 与空气分子发生核反应形成光子 电子 质子 中子 介子等射线 2009年10月9日 法国天文台向蒙帕纳斯大楼 宇宙射线实验室 屋顶发射激光束 宇宙射线的辐射特点 能量范围宽 强度随海拔高度 纬度的不同而变化 对人体产生外照射 初级宇宙射线进入大气层后产生次级宇宙射线的级联反应示意图 2 宇生放射性核素初级宇宙射线从宇宙空间进入大气层后 与空气分子发生核反应除放出射线外 还产生3H 14C 7Be 22Na 85Kr等放射性核素 3 陆地辐射 系列 series 衰变放射性核素必须经过2代或2代以上的衰变才能转变为稳定核素的天然放射性核素 包括铀系 钍系 锕系等三大系列 是地球辐射的主要来源 共同特点 A 起始的母体放射性核素具有与地球年龄相当的半衰期 能长时间稳定的形成系列衰变 B 系列衰变元素的每一条衰变线都会产生222Rn 氡 C 最后都形成稳定核素 铅 Pb 40K 14C等单独存在的天然放射性核素 天然本底辐射年有效剂量 主要人工辐射源目前 医疗照射在公众受到的人工辐射源照射中居于首位 医疗照射总的变化趋势是 一方面受检人数逐年增加 另一方面由于技术装备的不断改进 做同样项目的检查受到的照射逐年降低 1 火力发电站火力发电站释放的主要放射性核素是钍 Th 和氡 Rn 及其衰变子体 2 消费产品中的人工辐射 公众所受辐射照射比例 1993年 人工辐射源辐射年有效剂量 辐射生物效应的分类 确定性效应和随机效应国际放射防护委员会InternationalCommissionofRadiationProtection ICRP26号出版物按剂量 效应关系把辐射生物效应分为确定性效应和随机效应 1 确定性效应determinateeffect确定性效应是指辐射损伤的严重程度与所受剂量呈正相关 有明显的阈值 剂量未超过阈值不会发生有害效应 一般是在短期内受较大剂量照射时发生的急性损害 研究对象为个体 2 随机效应stochasticeffects随机效应研究的对象是群体 是辐射效应发生的几率 或发病率而非严重程度 与剂量相关的效应 不存在具体的阈值 在放射防护中不能只满足于达到剂量限值 而对人员的照射应该达到尽可能低的剂量水平 辐射损伤的化学基础1 直接作用放射线与物质的相互作用导致的生物分子的电离和激发2 间接作用电离和激发产生的自由基导致的继发作用 主要是水自由基对生物分子的损伤作用 自由基radicals有一个或多个不配对电子而能独立存在的原子或分子 具有极高的不稳定性和化学反应性 存在的时间极其短暂 自由基对生物大分子的作用 对核酸分子主要作用于碱基 磷酸二酯键 核糖 通过脂质过氧化作用造成体内包括细胞膜 线粒体膜 溶酶体膜 核膜等生物膜的损伤 使生物膜的能量传递 物质转运 信息识别等功能受到影响 辐射生物效应作用机制 影响生物效应的因素 照射方式 照射次数 间隔时间 机体的辐射敏感性 指相同的照射条件下不同机体和不同的器官 组织和细胞对辐射反应的差异 Helloeverybody 一定的低剂量对生物生命活动的辐射兴奋效应 hormesis 低辐射剂量的兴奋效应 与传统的随机效应的理论相矛盾 还有待于进一步的探索和验证 低剂量辐射 有害 有益 沒有影响 辐射对机体组织的损伤 组织的辐射敏感性 自然界中不同种类的动物 同种动物的不同个体以及同一个体的不同组织在受到同样剂量的照射时引起的损伤都是不同的 总的来讲 高等动物比低等动物辐射敏感性高 分裂增殖活跃的细胞 分化程度较低的组织细胞辐射敏感性高 以上的规律也有例外 造血组织的辐射损伤 造血组织的辐射损伤可以通过外周血细胞的变化反映 易于观测 故有生物剂量仪之称 1 造血组织损伤的特点血液系统的辐射损伤主要是造血细胞增殖能力的抑制或丧失 2 外周血细胞的变化主要是抑制造血 使血细胞的来源减少 引起外周血细胞数量的下降 较大剂量的照射则能引起血细胞寿命的缩短 白细胞及淋巴细胞绝对数最敏感 早期指标 淋巴细胞 嗜中性细胞 血紅蛋白 Days 0102030405060 血小板 睾丸和卵巢的辐射损伤 精原干细胞 精原细胞 初级精母细胞 次级精母细胞 精子细胞到精子放射线主要抑制精原干细胞和精原细胞的分裂卵原细胞 卵母细胞 卵细胞女性的所有卵原细胞在胚胎时期就已发育到卵母细胞的阶段 故女性性腺的放射敏感性较男性性腺略低 中枢神经系统一旦发生损伤 往往是不可逆的 1 0Gy照射可出现脑电图的异常数十Gy的照射后 可引起脑组织水肿 出血 严重者发生神经细胞坏死等形态学改变 病人出现无力 嗜睡 重者昏迷等症状 50Gy以上的一次大剂量照射 引起受照者全身痉挛 乃至死亡 消化道黏膜 特别是小肠绒毛上皮细胞是更新快 增生活跃的组织 辐射敏感性很高 受射线照射后 很快引起上皮细胞的分裂抑制 肠淋巴组织破坏 由于食物残渣等的刺激 易于继发感染 所以受射线照射早期即出现恶心 呕吐 食欲不振 继而出现腹泻 血大便等消化道症状 皮肤也是辐射敏感性较高的组织之一 常见的症状是毛发脱落 指甲发育不良等 较大剂量照射可引起局部红斑 溃疡等 辐射致细胞凋亡 辐射引起的细胞凋亡具有一般的细胞凋亡的特征等 第二节辐射防护 辐射防护的目的与原则 目的 防止有害的确定性效应限制随机效应的发生率 使之降到可以接受的水平 使一切具有正当理由的照射保持在可以合理做到的尽可能低的水平 剂量限值 ICRP60号出版物建议的剂量限值 连续五年内有效剂量不超过100mSv 职业性人员 在任一年内有效剂量不超过50mSv 2004年ICRP20mSv 眼晶体 年剂量限值为150mSv 皮肤为500mSv 孕妇 在妊娠被确定以后 余下的妊娠期内 下腹部表面的剂量限值不应超过2mSv 非职业性人员 年有效剂量为1mSv 或连续五年的年平均剂量不超过1mSv 外照射防护措施 时间 time 防护距离 distance 防护屏蔽 shielding 防护 经典的外照射防护三原则 常见的辐射防护设备 内照射防护 开放性放射源可能通过口 呼吸道 皮肤 伤口进入人体 内照射防护的关键是重在预防 尽一切可能防止放射性核素进入体内 把放射性核素的年摄入量控制在国家规定的限值以内 内照射防护的总的原则是放射性物质围封 隔离防止扩散 除污保洁 防止污染 讲究个人防护 做好放射废物处理 放射性废物处理原则 放置衰变 浓缩储存 稀释排放 第三节核医学检查的安全性评估 临床核医学检查受照剂量与其他临床检查项目比较 核医学检查中脑 骨 心脏显像和肾脏功能检查给药剂量较大 所受的有效当量剂量辐射剂量超过5 0mSv 其余有效当量剂量均较低 X线检查仅有少数部位的摄片检查所受辐射剂量略低于核医学检查 大多数检查均远远高于核医学检查 临床核医学检查受照剂量与天然本底辐射比较 据报道在美国一次普通的核医学显像全身接受的平均辐射剂量约为3 6mSv 大约相当于世界上平均天然本底辐射剂量 3 7mSv 一次核医学检查患者接受的辐射剂量大概与平均天然本底辐射剂量接近 生活中的放射性辐射剂量 核医学工作人员所受的辐射剂量分析 不同工种放射工作人员外照射当量剂量水平年人均剂量0 40 2 38mSv 核医学工作人员是0 65 2 38mSv 平均1 33mSv 医学放射性工作人员 包括核医学 个人年均当量剂量均明显低