放射生物学基础邵老师

放射生物学基础 邵春林研究员clshao 主要参考书 夏寿萱 放射生物学 军事医学科学出版社 1998刘树铮 医学放射生物学 原子能出版社 2006 前言 人类生存环境中充满了电离辐射 直到19世纪末才认识到电离辐射的存在 放射医学作为一门独立的科学 包括诊断放射学 如X射线诊断 治疗放射学 如肿瘤放疗 核医学 如同位素治疗 等 电离辐射对人体的作用 大剂量急性辐射的危害性 环境低剂量放射性对人群的致癌危险性及其剂量下限 国际反核恐怖斗争 核事故的医学救治已引起政府和公众的严重关切 以上临床医学和预防医学问题的共同基础是放射生物学的基本原理 不同海拔高度的宇宙射线剂量 公众照射剂量限值 1mSv y 0 11 Sv h职业照射剂量限值 20mSv y 2 3 Sv h 辐射来源 Workers Population 辐射研究中的一些里程碑事件 1895 Roentgen发现X rays 1895 Becquerel发现放射性 1896 第一次观察到放射线对癌症的治疗作用 1898 居里分离出镭元素 1900 发现宇宙射线 1902 第一例辐射诱导的皮肤癌 1906 发现正在分裂细胞比未分裂细胞具有辐射敏感性 1910 第一次获得辐射诱导癌症的实验证据 X射线透视 1919 分次照射用于放射治疗 1927 辐射引起基因损伤和突变 1932 紫外辐射损伤的修复 1945 原子弹爆炸 1956 培养细胞的存活 剂量曲线 1959 体内细胞的存活 剂量曲线 1959 分次照射间的细胞辐射损伤的修复 1984 适应性效应 小剂量预辐照对进一步的大剂量照射具有保护作用 1986 前苏联切尔诺贝利核电站泄漏事故1992 辐射旁效应 受照射细胞对未受照射细胞具有生物效应 1995 重离子辐射治疗2011 日本福岛核电站泄漏事故 肿瘤放疗 放射疗法仅有几十年的历史 但发展较快 由于超高压治疗机的使用 辅助工具的改进和经验的积累 治疗效果得到显著提高 目前已成为癌症治疗中的最重要手段之一 我国约有70 以上的癌症需用放射治疗 美国统计也有50 以上的癌症需用放射治疗 放射治疗几乎可用于所有的癌症治疗 对许多癌症病人而言 放射治疗是唯一必须用的治疗方法 肿瘤放射治疗是利用放射线如放射性同位素产生的 射线和各类x射线治疗机或加速器产生的x射线 电子线 中子束 质子束及其它粒子束等治疗恶性肿瘤的一种方法 辐射效应评估 急性放射病 大剂量 慢性放射病 中等剂量 小剂量效应线性无阈模型 适应性效应刺激效应 旁效应 脏弹 危险性释放放射性铯 钴 镅等少量受重污染人员大量受轻污染人员心理混乱效应后果不太可能造成急性死亡产生长期致癌效应 Radioactivematerial Conventionalexplosive e g fertilizer semtex Timefuse Detonator 核事故 危险性核电站本身 核电站存放的核废料释放裂变产物 I 131 Cs 137等后果不太可能造成急性死亡 日本东海村核事故 产生长期致癌效应 早期效应 日本核临界事故 99 09 30 事故发生时的位置图 S氏 10Gy 20分钟后感觉麻木 呕吐 腹泻 O氏 17Gy 意识丧失 呕吐 腹泻 淋巴细胞数 切尔诺贝利核泄漏事故 27万人 27万人因切尔诺贝利核泄漏事故患上癌症 34万人 核泄漏事故发生后 前苏联立即疏散了11万多人 随后数年又从污染严重地区搬迁了23万人 前后共疏散34万余人 20亿人 建立在白俄罗斯国家科学院研究成果上的报告说 全球共有20亿人口受切尔诺贝利事故影响 近年来 我国拥有的核电站 同步辐射光源 大型辐照加工装置 医疗照射设备大量增加 存在相对复杂的辐射防护与安全等问题 快速增长的室内氡辐射水平对人体健康的影响不容忽视 我国城市居民肺癌的患病率近10年来增加了8倍 其中不乏室内氡的辐射作用 核事故属小概率事件 事实上 核电是最安全清洁的能源之一 医疗照射 环境辐射等低剂量辐射是人类生活中不可避免的 将对人体健康产生影响 辐射安全与辐射健康 电离辐射损伤是由射线的能量引起的吗 astep40cmdowntheladder a100Wbulbturnedonfor2 7s 对一个体重70kg的人体 X射线全身照射所需的致死剂量是4Gy 该照射所产生的能量为280焦耳 相当于3ml60oC茶水 100W灯点燃2 7秒 下40cm台阶的热量 可使人体温度升高0 001度 因此 辐射损伤的特性不在于射线的能量大小 而在于射线与生物分子作用的方式 67calincreaseinbodytemperature 0 0010C correspondtodrinkinga3mlsipof60oChottea 第一章放射生物学的物理化学基础 第一节电离辐射的种类第二节射线与物质的相互作用第三节自由基与辐射损伤第四节辐射生物效应及其影响因素 第一节 辐射的种类 定义 辐射 指一束束微观射线和粒子的发射过程 分为两类 电离辐射 非电离辐射 电离辐射是指一切能引起物质电离的辐射总称 包括 射线 射线 射线 射线 中子射线等 非电离辐射是指能量比较低 并不能使物质原子或分子产生电离的辐射 包括紫外线 红外线 激光 微波等 电离辐射 电磁辐射 粒子辐射 电磁辐射是电磁波 仅有能量 没有质量 粒子辐射是一些高速运动的基本粒子或它们的原子核 既有质量 又有能量 离子辐射还具有电荷效应 电离辐射来源 高能电磁辐射 X rays g rays X ray由X射线机 高能粒子减速所带来的轫致辐射 放射性核素的衰变 宇宙射线 荷能粒子放射性核素的衰变 粒子 粒子 正电子 加速器 宇宙射线 非荷能粒子 中子 核反应 聚变 裂变 宇宙辐射 简介几种粒子 1 射线和 射线 1 特点 和 射线对生物体的作用基本相同 它们与组成机体的各种物质 靶原子和分子 相互作用 通过光电效应 康普顿效应 形成电子对等转移其能量 使与之作用的分子电离 2 来源 X射线 电子加速器装置产生 射线 放射性核素衰变 3 医学应用 肿瘤放疗 刀 2 粒子或电子 1 特点 带有一个单位负电荷 其质量很小 其径迹曲折 其实际穿透深度 射程 小于其径迹长度 在其径迹的末端 由于能量逐渐降低 速度减慢 与介质原子作用概率加大 故电离密度增高 产生布喇格峰 2 来源 放射性碘 131I 129I和125I等 放射性锶 90Sr和89Sr 氚 3H 等 3 应用 4 带电粒子通过介质的速度超过光子 产生紫外线 对生物组织造成一定的损害 可见光被称为切伦科夫辐射 当 粒子穿入介质后 随着穿入深度的增加和更多电离事件的发生 能量渐被耗失 使粒子运动变得更慢 而慢速粒子又引起了更多的电离事件 故在其行径的末端 电离密度明显增大 形成峰值 称为布喇格峰 Braggpeak 3 粒子 1 特点 氦原子核 由两个质子和两个中子组成 带正电荷 质量较大 运动较慢 射程很短 3 应用 在短距离内 粒子释放全部能量 产生很高的电离密度 故引起的损伤较重 在放射治疗中用高能中子 20MeV 和负 介子照射组织时 在组织中可产生 粒子 对杀伤癌细胞起到重要作用 2 来源 有些放射性核素衰变可产生 粒子铀 234U 235U和238U 镭 224Ra和226Ra等 氡及其子体 222Rn 218Po和214Bi等 钚 239Pu和238Pu等 4 中子中子不带电荷 通过组织时不干扰带正电或带负电的物质 只有在与原子核直接碰撞时发生相互作用 慢中子或热中子 能量在0 5eV以下 易被原子核俘获 而快中子 能量大于20keV 与原子核主要发生弹性碰撞 在中子与质子 即氢原子核 的一次相撞中 中子的部分能量传给质子 产生反冲质子 这种带正电的重粒子在组织中的速度很快下降 引起高密度的电离作用 由于中子不带电 它与物质作用是损失的能量很小 因而穿透力很强 较难防护 5 负 介子 1 特点 大小介于电子和质子之间 故称为介子 介子包括 介子 和 和k介子 k k 和k 负 介子的质量为电子质量的273倍 是质子质量的1 6 也产生布喇格峰 2 来源 加速器加速质子 使其成为高能质子流来轰击重金属靶产生负 介子 它是高能质子与原子核里的中子碰撞发生核反应的结果 3 应用 当负 介子快要到射程末端时 可被组织中的某一个原子捕获 产生核衰变或裂解成为射程短 电离能力强的碎片 这些碎片形成了一个 星 状分布 故又称星裂 这种类型的剂量分布被应用于肿瘤的放射治疗 如使肿瘤位于高电离密度的峰值区 而将正常组织位于电离密度小的前区 可对肿瘤取得最大的杀伤效果 而对正常组织却损伤较小 射程的长短依赖于入射负 介子的能量 用改变负 介子入射能量的方法可调节其作用的深度 以适合肿瘤的深度 6 重离子 1 特点 带电重离子是指比氦重的原子被剥掉或部分剥掉轨道电子后的带正电荷的原子核 重离子一般具有高传能线密度和尖的布喇格峰 2 来源 高能加速器 氦 碳 硼和氩等原子被剥掉或部分剥掉外围电子后的带正电荷的原子核 3 应用 带电重离子的特性对肿瘤放疗十分有利 如将肿瘤设定在剂量高的布喇格峰区内 达到对肿瘤的最大杀伤效果 而对正常组织产生较小的损害 重离子治疗时目前疗效最高的肿瘤放疗方法之一 HIMAC NIRS 设备投资巨大 第二节 射线与物质的相互作用 一 粒子能量沉积方式 高速运动的粒子在与物质相互作用时 将部分能量转化为激发能和电离能 使物质的原子或分子激发和电离 带电粒子在物质的原子核电场的作用下 运动突然受到阻滞 运动方向发生大的变化并得到了加速度 这时带电粒子的一部分动能转化为连续能量分布的轫致辐射 带电粒子通过物质的原子和分子发生不断的弹性碰撞 将带电粒子的一部分能量转化为热能 通过电离 激发传输粒子能量至靶物质的原子分子 引起靶分子化学建的断裂 对气体靶 形成离子对所需的能量平均为30eV 电离和激发 电离辐射的一个重要特点是能够在物质局部释放很大的能量 引起电离和激发 一 电离作用 生物组织中的分子被粒子或光子流撞击时 其轨道电子被击出 产生自由电子和带正电的离子 即形成离子对 这一过程称为电离作用 二 激发作用 当电离辐射与组织分子相互作用 其能量不足以将分子的轨道电子击出时 可使电子跃迁到较高能级的轨道上 使分子处于激发态 这一过程称为激发作用 光电效应 在生物软组织中 当X或 射线的光子能量小于50keV时 光子将它的全部能量传递给轨道电子 使轨道电子具有动能而发射出去 这种能量吸收过程称为光电效应 photoelectriceffect 所发射的电子称为光电子 康普顿效应 当能量为0 2 2MeV时 此时光子与介质原子的1个轨道电子碰撞 产生1个向一定角度发射的反冲电子和1个散射的带有剩余能量的光子 此过程称为康普顿效应 Comptoneffect 光子 电子对效应 当能量为5 10MeV时 电子对的产生逐渐增加 50 100MeV时 电子对产生为主要的能量吸收形式 Electronpaireffect 质湮辐射 annihilationradiation 形成电子对时 入射的高能光子转化为一对正负电子 形成的正电子慢化后 最终与负电子结合而转变为各约0 511MeV的两个光子 这个过程称为质湮辐射 1 能量吸收 带电粒子在通过物质时 随着其能量的不断损失 运动速度越来越慢 最后停留在该物质中 这种现象称之为被吸收 2 射程 带电粒子在物质中沿着最初入射方向所能穿行的最大直线距离叫射程 3 径迹 带电粒子在物质中沿着最初入射方向所能穿行的实际路程叫径迹 二 一些基本概念 不同粒子射程比较 射线射程最长 粒子射程次之 粒子射程最短 射线射程与能量的关系 医用诊疗射线在人体内的吸收剂量分布 传能线密度 linearenergytransfer LET 指带电粒子在组织 或其他介质 中经过一定距离时由于碰撞而损失的能量 LET的单位是J m及keV m 1keV m 1 602 10 10J m LET dE dl 4 传能线密度 不同能量射线的LET值 RadiationLET water keV mgrays1MeV0 3 average X rays100keV1 average Electrons1keV12Electrons1MeV1Protons2MeV16Protons5MeV8Protons10MeV4aparticles3MeV140aparticles5MeV100 粒子能量沉积的一个特征 在径迹末端具有Bragg峰 X rays和中子的微剂量分布与LET的关系 5 布啦格峰 Braggpeak 以250kVX射线或60Co的 射线为基础 定义 上述X或 射线引起某种生物效应 往往以机体某种损伤表示之 所需要的吸收剂量与所研究的电离辐射引起相同生物效应所需吸收剂量的比值 RBE的大小随剂量而有所变化 通常在平均致死剂量下进行比较 6 相对生物效应 RelativeBiologicalEffectiveness RBE 影响RBE的因素 RBE值受诸多因素影响 生物效应的指标 生物靶所处条件 含氧量 比较时的剂量等 最好在平均致死剂量或半致死剂量下 用同一生物终点进行生物效应比较 RBE与LET的关系 RBE的变化是LET的函数 当LET增加时 RBE也缓慢增加 但当LET超过10keV m时 RBE上升加快 当LET到达100keV m时 RBE达最大值 如果LET继续增加 RBE反而下降 表明更多的射线能量并不能用于引起生物效应上 而是被浪费了 形成超杀效应 overkillingeffect 7 氧效应与氧增比 氧效应 受照射的生物系统或分子的辐射效应随介质中氧浓度的增高而增加 氧效应与氧浓度的关系在氧分压为P时的辐射敏感性 SP 与缺氧时的辐射敏感性 SN 之比为 m约等于3 k为达到最大增敏效应1 2时的氧分压 约为5 10 M 当氧浓度从0增加至0 5 1 时 辐射敏感性迅速增加 当氧浓度增加至21 时 辐射敏感性趋于饱和 缺氧条件下产生一定效应的剂量ORE 有氧条件下产生一定效应的剂量 氧增比 OER OxygenEnhancementRatio 氧效应的发生机制 氧固定假说 电离辐射在靶分子中诱发自由基 如果靶分子周围存在氧 它将与该自由基结合 形成一个妨碍靶分子生物功能的基团 辐射O2RR ROO 如果靶分子周围不存在氧 则靶分子自由基和迅速通过化学修复得到还原 细胞内巯基化合物XSH可发挥此作用 R XSHRH XS 2 电子传递学说 电离辐射是靶分子发生电离 被击出的电子一是与靶分子重合 恢复靶分子功能 二是向电子 陷阱 迁移 使得靶分子损伤不能恢复 这两个过程相互竞争 而氧具有很高的电子亲和力 容易与游离电子反应 减少电子回归的概率 降低靶分子的损伤修复 OER与LET的关系 OER值在1 3之间 随LET的增大而减小 当LET超过100keV m时 OER为1 说明对于重离子辐射 没有氧效应 一 自由基的概念1 概念 自由基是指能够独立存在的 带有一个或多个不成对电子的原子 分子 离子或原子团 2 表示方法 R 3 产生途径 X 射线 微波 直线加速器等辐射 化学药物 第三节 自由基与辐射损伤 二 自由基的特点 1 高反应性 1 自由基反应的活化能很低 故反应颇易发生 2 易与生物靶分子发生加成 抽氢和电子转移等反应 2 不稳性 寿命短 如羟自由基的半寿期为10 10 10 9s 3 顺磁性 自由基由于存在不配对电子 故产生自旋磁矩 若施加外磁场 电子磁体只能取与外磁场相平行或反平行的方向 而不能随意取向 这就是自由基的顺磁性 也是自由基独特的物理性质 三 氧自由基与活性氧 一 活性氧的概念1 概念 从强调氧对机体不利一面的角度出发 将那些较氧的化学性质更为活跃的氧的代谢产物或由其衍生的含氧物质统称为活性氧 reactiveoxygenspecies ROS 2 分类 氧的单电子还原物 如O2 O HO2和 OH 3 特点 含有氧 化学性质较基态氧活泼 二 氧自由基的概念 有些活性氧是自由基 在这些自由基中 若不配对的电子位于氧 则称为氧自由基 据估计人体内总自由基中约95 以上属于氧自由基 所有的含氧自由基都是活性氧 但活性氧不一定都是自由基 非自由基的活性氧的特点是可以在自由基反应中产生 同时还可以直接或间接地触发自由基反应 具有损伤意义的活性氧也称为具有氧化应激意义的活性氧 2 水的电离 O2 水合电子是还原性质极强的还原剂 故也被认为是一种自由基 四 水的辐射分解 1 水的激发 水分子所获能量尚不足以使电子击出 亦即不能发生电离作用 而只使水分子的电子跃迁到较高能级的轨道上 使分子处于激发态 3 刺团 spur 定义 水的原初辐射分解反应并非平均分布于空间 一般是在小的体积内成簇发生的 这种小的反应体积称为刺团 spur 特点 平均半径约1 5nm 每一刺团内约含6个自由基 反应发生很快 在辐射作用的10 14 10 10s内 由于刺团的体积很小 自由基相互作用的机会较多 可发生再结合而产生H2和H2O2 H H H2 OH OH H2O2 4 水辐射分解的过程 以上所述各种自由基和分子统称为水的原初辐解产物 总起来可以下式表示 物理阶段 形成H2O H2O 与次激发态电子 预化学阶段 形成H3O OH 水合电子 e aq 与H 化学阶段 H3O OH e aq与H 进行随即扩散运动并彼此相互作用 结合 G值 物质平均吸收100eV能量所产生的某种产物的分子数目 对 射线 OH的G值为2 7 五 自由基对生物分子的作用 电离辐射作用于生物分子 以三种方式进行能量传递 1 自由基化学反应的主要类型 1 抽氢反应 hydrogenabstraction 自由基从有机分子的C H键中抽取氢原子 形成有机自由基 HO RH R H2OH RH R H2 2 加成反应 additionreaction 自由基可在烯键或芳香环中心加成 形成有机自由基 3 电子俘获反应 electroncapture 水合电子被有机分子俘获引起损伤 4 歧化反应 dismutationreaction 既有氧化作用 又有还原作用的自由基 易于发生歧化反应 5 还原反应 O2 可起还原剂作用 使细胞色素C还原 6 氧化反应 可使抗坏血酸氧化 产生半脱氢抗坏血酸自由基 2 自由基对DNA的损伤 碱基与核糖氧化 链断裂及与蛋白质交联 DNA分子的氢键断裂 使DNA分子量降低 自由基对DNA的作用后果主要有3类 即SSB和DSB 无嘌呤无嘧啶位点 AP位点 及产生环胞和嘧啶衍生物 3 自由基与脂质过氧化 氧自由基能攻击生物膜磷脂中的多不饱和脂肪酸 脂质过氧化作用 形成不稳定脂氢过氧化物 分解成一系列复杂产物 包括新的氧自由基 脂质过氧化作用一旦被引发 即可持续地进行 形成脂质过氧化的链式反应 不断产生LOOH 自由基破坏细胞膜 使膜脂质过氧化 脂氢过氧化物的分解 特别是醛类产物 对细胞及其成分的毒性反应 引起膜结构的破坏和损伤 自由基使细胞蛋白质氧化 脱氢 造成蛋白质的失活 结构改变 化学链的断裂 或使蛋白质交联和聚合 从而影响蛋白质的正常功能 自由基使糖链的断裂和失活 自由基引起核酸的损伤 造成细胞死亡 4 自由基对细胞的损伤机制 六 抗自由基的氧化酶系效应 1 过氧化氢酶抗放射作用 1 清除红细胞内的H2O2 防止血红蛋白氧化成高氧血红蛋白 2 清除微粒体中尿酸酶 黄嘌吟氧化酶 羟酸氧化酶等酶促反应产生的H2O2 3 清除线粒体的H2O2 2 过氧化物酶抗放射作用 1 清除有机氢过氧化 尤其是自由基造成脂质过氧化时大量产生的脂质过氧化物 2 在过氧化氢酶含量较低的组织中起代替作用清除H2O2 3 超氧化物歧化酶 SOD 抗放射作用 SOD在催化O2 歧化反应中会产生H2O2 将H2O2分解为H2O需要过氧化氢酶或过氧化物酶的参与和协同才能实现 但人体中的O2 经某些化学反应会生成毒性更强的 OH自由基 SOD可清除O2 有效降低 OH的含量 从这一点来说 SOD又被称为 一线抗氧化酶 1 电离辐射的直接作用 Directeffect 射线的粒子或光子的能量被DNA或具有生物功能的其他分子直接吸收 使生物分子发生化学变化 七 直接作用和间接作用 特点 其生物效应和辐射能量沉积发生于同一分子 即生物大分子上 效果 发生DNA单链或双链断裂 解聚和粘度下降等 某些酶降低或丧失其活性 直接破坏膜系的分子结构 如线粒体膜 溶酶体膜 内质体膜 核膜和质膜 从而干扰细脆器的正常功能 条件 主要发生于干燥状态或含水量很少的大分子或细胞 一般需要较大的剂量才会引起大分子的失活 2 电离辐射的间接作用电离辐射首先直接作用于水 使水分子产生一系列原初辐射分解产物 OH H 等 然后通过水的辐射分解产物再作用于生物大分子 引起后者的物理和化学变化 这种作用方式称为间接作用 Indirecteffect 特点 生物效应和辐射能量沉积发生于不同分子上 辐射能量沉积于水分子上 生物效应发生在生物大分子上 3 稀释效应 稀释效应是指最大的相对效应发生在最稀的溶液中 一定剂量的电离辐射在溶液中产生固定数量的自由基 对直接作用 失活的溶质分子数将取决于受照射溶液中的溶质分子数 并与溶液浓度成正比 对间接作用 失活的溶质分子数目与溶液浓度无关 而只与自由基数量一致 溶液浓度增高 溶质分子总数增多 而失活的溶质分子数不变 其失活的百分数自然下降 4 电离辐射旁效应 bystandereffect 电离辐射通过直接照射引起细胞损伤或功能激活 产生的损伤或激活信号可导致其共同培养的未受照细胞产生同样的损伤或激活效应 这种效应被称为电离辐射旁效应 在实验条件下可以区分出辐射的直接作用和间接作用 但在生物体内两种作用同时存在 相辅相成 并与射线的种类相关 第四节辐射生物效应及其影响因素 1 躯体效应 somaticeffects 发生于受照者本人的效应 1 依据效应发生的个体 2 遗传效应 hereditaryeffects 发生于受照者后代的效应 由生殖细胞的变异引起 辐射照射引起的遗传效应没有特异性 迄今没有人类资料肯定辐射所致遗传效应的发生 一 辐射生物效应电离辐射作用于机体后 其能量传递给机体的分子 细胞 组织和器官所造成的形态结构和功能的变化 一 辐射生物效应的分类 2 依据效应发生的时期分类 1 潜伏期 latentperiod 从受到照射到临床上特定效应的发生所需的时间 2 早期效应 earlyeffects 受到照射后数周之内发生的效应 3 晚发效应 Lateeffects 受到照射后数月以后发生的效应 关于早期效应 日本核临界事故 事故发生时的位置图 S氏 10Gy 20分钟后感觉麻木 呕吐 腹泻 O氏 17Gy 意识丧失 呕吐 腹泻 淋巴细胞数 关于晚期效应的潜伏期 日本原爆受害者肿瘤发生率随时间的变化 0 10年 20年 30年 40年 白血病 白血病之外的肿瘤 2年 确定性效应 在剂量很小时 电离辐射引起的某种损伤的概率为零 但当剂量高于某一阈值 这种损伤就一定会产生 且损伤的严重程度与剂量正相关 3 依据效应 剂量关系分类 急性放射病 即辐射造成的组织或器官功能不同程度的丧失属确定性效应 随机性效应 电离辐射引起的细胞亚致死损伤引起的某种损伤如变异等 其发生概率随照射剂量增大而增大 但严重程度与剂量无关 不存在阈值剂量的效应 辐射致癌是典型的随机性效应 新的挑战 二 放射敏感性 1 概念 当一切照射条件完全严格一致时 机体 器官 组织 细胞或分子对辐射作用反应强弱或速度快慢不同 若反应强 速度快 其敏感性就高 反之则低 2 意义 放射损伤的化学防护 肿瘤放疗的增敏都是企图改变生物体原有的放射敏感性的措施 一 与辐射有关的因素1 辐射种类 重离子 LET效应 二 影响辐射生物效应的因素 射线的电密度大 但穿透能力很弱 因此外照射时 对机体的损伤作用很小 而体内照射时 机体的损伤作用很大 射线的电离能力小于 射线 但穿透能力较大 外照射时可引起皮肤表层的损伤 内照射时亦引起明显的生物效应 射线或高能X射线穿透能力很强 与体内物质作用时产生次级电子 后者引起电离效应 快中子和各种高能重粒子也具有很大的穿透力和杀伤力 2 辐射剂量照射剂量与生物效应之间存在一定的相依关系 总的规律是剂量愈大 效应愈显著 但并不全呈线性关系 1 若以机体的死亡率或存活率为判断生物效应的指标 则可得出下图的函数关系 指数曲线 反映病毒 细菌 某些低等原生动物和植物的规律 S型曲线 符合多细胞机体 特别是高等动物的规律 S型曲线表明 当死亡率在50 附近时 曲线有急剧的变化 即在此处剂量较小的变化就引起较明显死亡率改变 引起被照射机体死亡50 时的剂量称为半致死剂量 LD50 作为衡量机体放射敏感性的参数 LD50数值愈小 机体放射敏感性愈高 一般在LD50的后面还加一个下标 如LD50 30或LD50 15等 LD50 30代表30d 15d内引起50 死亡的照射剂量 以平均生存时间或死亡时间作为指标 将辐射剂量范围扩大到100Gy以上 即可看出受照射动物的平均生存时间随辐射剂量加大而缩短 但不是完全的直线关系 人体受不同剂量照射后的损伤效应 3 辐射剂量率 剂量率是指单位时间内机体所接受的照射剂量 常用Gy d Gy h Gy min或Gy s表示 剂量率越高 生物效应越显著 但当剂量率达到一定范围时 生物效应与剂量率之间则失去比例关系 剂量率对生物效应的影响也随所观察的具体效应不同而异 要引起急性放射损伤必须要有一定的剂量率阈值 在小剂量慢性作用的条件下 剂量率对生物效应的发生