实验核医学(第三章)

第三章电离辐射生物效应与放射卫生防护 第一节辐射防护常用量及其单位 剂量 某一对象所接受或 吸收 的辐射的一种度量 指吸收剂量 器官剂量 当量剂量 有效剂量 待积当量剂量 待积有效剂量等 剂量率 单位时间内接受的剂量 表示辐射场的强弱 一 照射量 X 定义 X射线或 射线在单位质量空气中释放出来的所有电子被完全阻止时 产生的同一符号离子的总电荷 即 X dQ dm 直接度量X射线和 射线对空气的电离能力 间接反应了辐射场的强弱 SI 库仑 千克 1 C kg 1 旧单位 伦琴 R 1R 2 58 10 4C kg 1只适用于能量在10keV 3MeV的X射线和 射线照射空气 不能用于其它射线和靶物质 二 吸收剂量 D 定义 单位质量受照物质吸收的任何电离辐射的平均能量 即 D dE dm 适用于任何类型电离辐射和被照射的任何物质 SI 焦耳 千克 J kg 专用单位 戈 瑞 Gy 旧单位 拉德 rad 1Gy 100rad吸收剂量率 单位时间内的吸收剂量 Gy s X与D的换算 D 33 84X 三 剂量当量 H 国际辐射单位与测量委员会 ICRU 用以定义实用量 周围剂量当量 定量剂量当量和个人剂量当量 H D Q ND 组织中某点的吸收剂量Q 辐射品质因数 区别不同类型射线相对危害效应N 其它修整因数与吸收剂量区别 D表征单位质量的介质吸收辐射能量的多少 而H表征吸收上述能量对人体可能带来危害的大小 限于辐射防护领域应用 不适用于高于限值水平的事故照射 四 当量剂量 HT R 定义 特定种类及能量的辐射在一个组织或器官中引致的当量剂量 即该辐射在组织或器官的平均吸收剂量与该辐射权重因数 WR 的乘积 即 HT R DT R WRHT R R类辐射在组织或器官T中所致的当量剂量DT R R类辐射在组织或器官T中所致的平均吸收剂量WR R类辐射的辐射权重因数 反映不同种类及能量的辐射对人体产生不同程度的影响 SI 焦耳 千克 J kg 名称 希沃特 Sv旧单位 雷姆 rem 1Sv 100ram以防护为目的 考虑不同类型辐射的相对危害效应 五 有效剂量 E 当人体受到电离辐射时 同一个当量剂量对不同器官或组织有不同的效应 表示在多个器官或组织同时受照时 辐射对人体的总危害 定义 人体各组织或器官的当量剂量乘以相应的组织权重因数后的和 即 SI J kg Sv考虑不同组织或器官对发生辐射随机性效应的不同敏感性 六 集体剂量与集体有效剂量辐射的效应以一定的几率发生在某些个体上 并非受到照射的每个人都会发生 评价群体所受的健康危害时 引用S SE N 受某一辐射源照射的群体成员数 平均辐射剂量Ei 群体分组i组中的平均有效剂量Ni 该分组成员数SI 人 希 man Sv 第二节电离辐射的生物学作用 一 电离辐射的分类1 直接电离辐射 与物质作用直接使物质电离或激发 带电粒子 电子 质子 粒子等 2 间接电离辐射 与物质作用不能直接引起物质电离 而使靶物质释放直接电离粒子或引起核反应 能再度使物质发生电离 不带电粒子 X射线 射线 中子等 二 电离辐射生物学作用原理1 直接作用辐射能量在组织中的传递首先表现在物理水平上 接着就是物理 化学 化学 生物学水平的高层次效应 射线的能量直接被DNA或其它功能性分子吸收 而使生物分子发生化学变化 溶液系统 作用于溶质分子 引起损伤 生物机体 作用于活性分子 核酸 蛋白质 使发生电离 激发或化学键断裂等 结构改变 引起正常功能和代谢作用障碍 或直接破坏膜系分子结构 干扰细胞器正常工作 核酸大分子 引起碱基破坏或脱落 单链或双链断裂 氢键破坏 螺旋结构出现交联 或核酸间 核酸与蛋白质间出现交联 蛋白质 引起蛋白质侧链变化 氢键 二硫键断裂 导致胎链出现伸展 空间结构改变 2 间接作用辐射能量的传递是通过扩散的离子及自由基起作用 被生物分子吸收 产生的生物学效应 主要产生大量高活性的自由基和活性粒子 造成组织或细胞的损坏 破坏细胞膜 膜脂质过氧化 引起膜结构破坏 蛋白质氧化 脱氢 使蛋白质失活 结构改变 化学链断裂 蛋白质交联和聚合 影响蛋白质正常功能 糖链断裂 失活 引起核酸损伤 造成细胞死亡 一般来说 对于机体活细胞 电离辐射的两种作用是同时存在的 三 影响因素 一 辐射源相关因素1 辐射种类 电离密度 穿透能力 射线 电离密度大 穿透能力弱 外照射损伤小 内照射生物效应明显 射线 电离密度小 穿透能力较强 内 外照射均能引起明显的生物效应 高能X射线 射线 穿透能力更强 会产生次级效应 且能穿透深层组织 生物效应明显 2 照射剂量与生物效应存在一定关系 剂量大 效应显著 但不是线性关系 3 剂量率一般情况下 剂量率越大 效应越显著 剂量率达到一定程度 效应与剂量率失去比例关系 4 照射次数同一剂量照射 分次给予的生物效应小于一次给予的效应 分层愈多 间隙照射时间愈久 生物效应愈小 5 照射部位机体不同部位的敏感性不同 所产生的生物效应也不同 腹部受照引起的效应最严重 依次为盆腔 头颈 胸部 四肢最轻 6 照射面积当照射条件相同时 受照面积越大 生物效应越明显 7 照射方式外照射 射线在体外作用于机体 一般来说 照射条件相同时 多方向照射的生物效应大于单向照射 内照射 放射源或核素进入体内产生的照射 受核素的物理化学性质 侵入途径 分布排泄特点及物理和生物半衰期等影响 二 靶相关因素放射敏感性 照射条件完全相同时 机体或其组织 器官对辐射作用的反应强弱或速度快慢不同 反应强 速度快 敏感性高 1 生物种系的放射敏感性种系演化越高 机体组织结构越复杂 其放射敏感性越高 敏感性随个体发育过程而逐渐降低 2 不同器官 组织和细胞的放射敏感性一般与细胞分裂活动成正比 与分化程度成反比 一般以形态学损伤为标准 若考虑机体功能的反应 则需另外考虑 人体各种组织的放射敏感性 3 亚细胞和分子水平的放射敏感性同一细胞的不同亚细胞结构的放射敏感性存在较大差异 细胞核的敏感性高于胞浆 细胞内 DNA mRNA rRNA和tRNA 蛋白质 第三节电离辐射的生物效应 电离辐射对人体可产生各种生物效应 按发生个体可分为躯体效应 遗传效应 按辐射效应出现早晚可分为近期效应 远期效应 躯体效应 发生在被照射个体本身的 包括白内障 白血病 生殖腺损伤 皮肤损伤等 遗传效应 由于生殖细胞收到照射而损伤并体现在其后代活体上的生物效应 近期效应可分为急性效应 慢性效应 远期效应一般发生在受照后数年至数十年 ICRP60号出版物正式将辐射的有害效应分为随机效应和确定性效应 一 随机效应与确定性效应随机效应 效应的发生几率与剂量之间是线性无阈的关系 从防护角度来说 不存在剂量阈值 包括了致癌效应和遗传效应 即使很小的剂量 也可能诱发疾患 不过发生几率很小 因此 一切不必要的照射都应避免 确定性效应 效应的发生几率和严重程度随剂量而变化 存在剂量的阈值 剂量越大 损害越严重 包括眼晶体白内障 骨髓损伤的造血障碍 生殖腺损伤的生育能力下降及皮肤良性损伤等 在防护工作中 首要关注的是随机效应 二 致突变及致癌效应1 致突变效应引起了遗传物质的遗传密码的改变和染色体的结构变化 射线诱发的频率与辐射剂量成正比 没有剂量阈值 难以制定防护标准 效应可受或不受剂量率的影响 高LET辐射的效应大于低LET辐射 2 致癌效应辐射可以诱发几乎所有种系哺乳动物的所有组织肿瘤的能力 既可以是致癌的始动因子 又可以是促进因子 三 对造血和免疫系统的作用1 造血系统抑制或破坏造血干细胞和增殖池细胞的增殖能力 敏感性 淋巴细胞 幼稚红细胞 幼稚单核细胞 幼稚粒细胞 巨核细胞 各系成熟血细胞 网状内皮细胞与脂肪细胞损伤出现早 且严重 修复能力较弱 一旦造血系统辐射损伤 可导致造血功能低下 衰竭 白 红细胞核血小板明显减少 从而诱发感染 贫血 出血等并发症 甚至死亡 2 免疫系统明显抑制先天免疫系统和获得性免疫系统 造成细胞和体液免疫功能低下 由于辐射对造血系统的影响 使造血功能低下或抑制 新生成的免疫细胞受阻 导致出血症状和并发感染 甚至死亡 造成并非感染的因素 辐射使外周血细胞极度下降 机体的非特异免疫系统和特异免疫系统高度抑制 机体失去对外界的抗病能力 病原微生物繁殖和入侵 致病作用增强 四 寿命缩短尚有争议 一般认为是辐射的致癌效应或其它效应而使平均寿命缩短 五 小剂量低剂量率的兴奋效应低剂量的辐射对免疫系统有一定的刺激作用 对生长发育 延长寿命 防癌 抗感染有有益的作用 一般认为主要与T细胞亚群之间的平衡失调和淋巴因子免疫放大网络被激活有关 第四节电离辐射防护安全标准 相关法律文件 2003年10月1日起施行的中华人民共和国主席令第六号 中华人民共和国放射性污染防治法 2005年12月1日起施行的中华人民共和国国务院令第449号 放射性同位素与射线装置安全和防护条例 2006年3月1日起施行的国家环境保护总局令第31号 放射性同位素与射线装置安全许可管理办法 2003年4月1日起施行的国家质量监督检疫总局的国标号GB18871 2002 电离辐射防护与辐射源安全基本标准 一 辐射防护的目的与基本原则目的 防止有害的确定性效应发生 限制随机性效应的发生率 使之达到可以接受的水平 基本原则 实践的正当性剂量限制和潜在照射危险限制辐射安全与防护的最优化剂量约束和潜在照射危险约束 1 实践的正当性 对于一项实践 只有在考虑了社会 经济和其它因素之后 其对受照个人或社会带来的利益足以弥补其可能引起的辐射危害 该实践才是正当的 否则就不予以批准 注意要点 利益与危害的比较是对同一实践而言 涉及潜在照射时 正当性的判断会变得复杂 可能需要在明确的政治指导原则或行政授权的前提下进行 医疗照射实践的正当性判断应遵循专用准则 除正当医疗照射实践外 通过活化或添加放射性物质而使有关日用商品或产品活度增加的实践都是不正当的 不应予以批准 2 剂量限制和潜在危险限制 对于个人受到正常照射以及受到潜在照射危险加以限制 注意要点 限制 对个人所受的来自所有有关获准实践的综合照射的限制 以保证个人不会受到不可接受的健康危险 剂量限制是对个人所受的正常照射的限制 目的是保证各项有关获准实践所致的个人总有效剂量和器官或组织的总当量剂量不超过所规定的相应剂量限值 危险限制是对个人所受的潜在照射的限制 目的是保证各项有关获准实践所致的个人总潜在危险不超过危险限值 危险限值应与正常照射剂量限值所相应的健康危险处于同一数量级水平 3 辐射安全与防护的最优化 考虑了经济和社会因素之后 使个人受照剂量的大小 受照人数及受照可能性均保持可合理达到的尽量低水平 对象 实践中特定源的防护与安全 目标 可合理达到的尽量低的水平 约束条件 剂量约束值和危险约束值 过程 从直观的定性分析到使用辅助决策技术的定量分析 应以某种适当方法将一切有关因素加以考虑 最终目的 对于正常照射防护 确定出最优化的防护与安全措施 对于潜在照射的防护 确立同限制照射大小及其可能性的原则 以及相应事故预防及其后果缓解措施 4 剂量约束和潜在照射的危险约束 对源可能造成的个人剂量预先确定一种限制 用作对所考虑进行防护和安全最优化时的约束条件 对于职业照射 用于限制最优化过程所考虑的选择范围 对公众照射 是公众成员从一个受控源的计划运行中接受年剂量的上限 对任何一个特定源 其剂量约束和潜在照射危险约束应不大于审管部门对这类源的规定或认定值 当前一般采用的剂量约束值是 职业照射为5mSv 年 公众照射为0 1mSv 0 3mSv 年 二 辐射防护的基本方法外照射 时间防护 距离防护和屏蔽防护 内照射 阻止或减少放射性核素进入体内 加快进入体内的放射性核素的排出 1 时间防护工作人员照射的累积剂量和受照的时间成正比 在一切操作中应以尽量缩短受照时间为原则 工作中应力求熟练 迅速和正确 2 距离防护增大人与辐射源的距离可降低工作人员的照射量率 对于点状辐射源 辐射剂量率水平与离辐射源的距离平方成反比 3 屏蔽防护对 射线屏蔽可选用低原子序数材料 如铝 有机玻璃 塑料等 对X 射线屏蔽可采用高原子序数材料 如铅 铁 混凝土等 对中子可采用含氢原子较高的材料 如水 石蜡 含硼材料等 屏蔽材料的选择应力求经济实用 4 防止放射性物质进入体内一般在操作中应加强个人防护 尽量选择活度小 能量低 容易防护的辐射源 三 职业照射的控制1 职业照射剂量限制对任何工作人员的职业照射水平需进行控制 使之不超过如下限值 连续5年的年平均有效剂量 20mSv 任何一年的有效剂量 50mSv 眼晶体年当量剂量 150mSv 四肢或皮肤的年当量剂量 500mSv 16 18岁的接受培训徒工 实习人员等 年有效剂量 6mSv 眼晶体年当量剂量 50mSv 四肢或皮肤年当量剂量 150mSv 2 放射性表面污染的控制限制各种放射性表面污染对工作人员和居民所造成的内外照射 控制环境放射性污染 工作场所的放射性表面污染控制水平 单位 Bq cm2 3 辐射工作场所的分级和分区非密封源工作场所按放射性核素最大等效日操作量分为三级 常用放射性核素毒性分组及组别修正因子 不同操作性质修正因子 一般非密封源放射性工作场所应按三区原则布置 控制区 监督区 非限制区 清洁区 控制区 工作人员一年内受到的照射剂量可能超过年限值3 10的区域 如放射性核素生产制备实验室 分装室以及核医学中给药室 治疗病人床位等 监督区 工作人员一年内受到的照射剂量可能超过年限值3 10的区域 如放射性标记实验室 显像室 放射性核素或药物贮存室 诊断病人床位区等 非限制区 工作人员一年内受到的照射剂量可能超过年限值1 10的区域 如办公室 一般材料贮存室 电梯等 一般核医学实验室的布局是按照活性由低到高排列 应设有更衣室 淋浴室和污染检查卫生通过间 4 防护 监测用具的配备与应用根据工作需要为工作人员提供适用 足够和符合有关标准的工作场地及个人防护 监测用具 工作场地 室内各材料应易去污 吸附性 渗透性小 抗酸碱 耐老化 相关线路应暗装 供水开关为脚踏式 肘开式 通风厨 手套箱 屏蔽材料 铅砖 铅玻璃 有机屏蔽板等 个人防护 防护服 防护围裙 防护手套 防护面具 防护眼镜等 监测仪器 表面污染监测仪 X 辐射监测仪 个人剂量计等 5 健全的实验室安全管理制度放射