第二章、放射生物效应与放射防护.ppt

第二章放射生物效应与放射防护 1电离辐射生物效应电离辐射生物效应是指核射线的能量传递给生物机体后 发生的一系列变化和反应 包括 病理 生理 生化或形态学的变化等 同时它也为放射防护标准的制定提供依据 电离辐射生物效应的作用机制较为复杂 目前还没有完全搞清楚 一般认为 从机体吸收辐射能到产生生物变化 如功能的改变 细胞损伤或死亡等 要经历几个性质不同而又相互联系的阶段 即物理阶段 物理 化学阶段 化学阶段和生物学阶段 如图 一 作用机理四个阶段两种作用 其中前三个阶段又称电离辐射的原发作用过程 可在极短的时间内完成 而后一阶段又称为电离辐射的继发作用过程 可延续至数天 数月 数年甚至更长时间 在这期间 一方面由于射线的作用引起机体的一系列损伤 另一方面 机体又在不断地进行修复 这两种相反过程的消长和变化 决定电离辐射生物效应的转归 1 直接作用 directeffects 是指电离辐射直接作用于具有生物活性的大分子 如核酸 蛋白质等 使其发生电离 激发或化学键断裂而造成分子结构和性质的改变 2 间接作用 indirecteffects 是指电离辐射作用于体液中的水分子 机体内水占体重的70 引起水分子的电离和激发 形成化学性质活泼的不稳定的自由基 如H OH 再作用于生物大分子 而发生一系列变化 直接作用和间接作用只是射线能量传递的途径不同 两者所造成的大分子损伤在本质上没有区别 电离辐射的能量沉积是一个随机过程 如果在细胞内的关键部位沉积足够的能量 就有可能损伤细胞 损伤的细胞若不能得到及时而充分的修复 就会妨碍细胞的存活或增殖 或产生一个虽能存活但业已改变的细胞 这两个结果对机体的影响是完全不同的 前者可导致确定性效应的发生 而后者可导致随机效应的发生 电离辐射生物效应的发生机理非常复杂 最根本的作用是射线作用于生物大分子 核酸 蛋白质 酶等 引发一系列改变 细胞改变 组织器官改变直至机体死亡 同时机体各细胞 组织又是相互联系整体 会相互影响 实验研究表明 辐射损伤细胞产生的损伤信号可导致临近未受照细胞出现同样的损伤效应即 辐射旁效应 电离辐射旁效应的提出 是对某些传统观念有力的挑战 有助于深入理解辐射生物效应 特别是低剂量辐射生物效应的本质 以及对放射肿瘤临床起到重要的指导作用 二 放射生物效应的影响因素影响电离辐射生物效应的因素比较复杂 一般可归结为与辐射有关的因素 与受照机体放射敏感性有关的因素以及与环境有关的因素三个方面 生物效应的大小是各方面因素综合作用的结果 一 与辐射有关的因素1 照射剂量与剂量率在条件相同的情况下 一般认为在一定的剂量范围内机体受照剂量越大 产生的生物效应越严重 吸收剂量是决定生物效应大小的基本依据 不同剂量对人体损伤的估计 2 照射方式及射线的种类照射的方式分为内照射和外照射两种 内照射是指放射性核素或放射性物质进入体内 在体内发射出射线对机体进行的照射 外照射是指放射性核素或放射源在体外 机体受其发射出的射线照射 由于不同的射线具有不同的电离能力和穿透能力 因此产生的生物效应也不相同 就一种射线而言 在不同的照射方式下产生的生物效应也不一样 3 照射次数与照射面积在相同的剂量条件下 分次照射和单次照射产生的生物效应不同 照射次数分的越多 间隔的时间越长 引起的生物效应越轻 在相同的剂量条件下 受照的面积愈大 生物效应也就愈明显 全身照射比局部照射的危害大得多 这主要是由于机体造血系统受到严重损害的缘故 相同剂量的同种射线 分隔的次数愈多 时间间隔愈长 生物效应就越轻 其原因与机体的代偿和修复过程有关 总剂量相同 照射次数不同时大白鼠的死亡率 二 与受照机体放射敏感性有关的因素1 生物种系不同种系的生物其放射敏感性不同 规律是种系演化越高 机体结构越复杂 其射线的敏感性越高 多细胞生物比单细胞生物敏感 哺乳类比鸟类 鱼类 两栖类敏感性高 2 生物个体在同一种系中个体敏感性不同 而个体在不同的发育阶段敏感性也有差异 一般是随着个体的发育生长 其放射敏感性逐渐降低 如胚胎期较胎儿期敏感 幼年 青少年比成年敏感 3 同一个体的不同器官 组织和细胞放射敏感性各异一般认为 代谢旺盛的细胞较代谢不旺盛的细胞 分裂活动旺盛的细胞比不旺盛的细胞敏感 胚胎及幼稚细胞较成熟细胞敏感 除以上因素外 受照时机体状态对引起的生物效应也有一定影响 4 亚细胞及分子水平的辐射敏感性依次为 DNA mRNA rRNA tRNA 蛋白质 机体组织的放射敏感性分类 三 与环境有关的因素 介质因素 比如温度增高 效应增大 相反则降低 氧气浓度增大 效应增大 某些激素 如雌激素 和化学制剂 比如甘露醇 对辐射有抗辐射作用 称为辐射保护剂 还有一些能起增强的作用 称为辐射增敏剂 前者保护正常组织 后者为提高放疗效果 三 放射生物效应效应分类国际辐射防护委员会 ICRP 建议将辐射生物效应按其发生机制分为随机效应和确定性效应两大类 1 随机效应 stochasticeffects 是指辐射效应的发生几率 而非重严程度 与剂量相关的效应 随机效应的发生几率随受照剂量的增加而增大 但效应的严重程度与剂量大小无关 一般认为 随机效应的发生没有剂量阈值 即生物效应的发生概率与受照剂量呈线性无阈关系 随机效应主要包括辐射诱发癌症和遗传效应两类 辐射对受照者本人 除了诱发癌症外 并不引起其他随机性效应 由于遗传与生理的差异 个体对辐射诱发癌症的敏感性是不同的 但总的来说 辐射诱发癌症的概率是很低的 如果辐射引起生殖细胞的损伤 这个损伤可以传递下去并表现为受照者后代的遗传紊乱 这种随机性效应称为遗传效应 遗传效应只在动植物研究中出现 尚未被确认在人类发生 辐射诱发遗传性伤害有二种形式 即基因突变和肉眼能见的染色体畸变 染色体结构或数目的改变 2 确定性效应 deterministiceffects 指效应发生的严重程度与受照剂量相关 有剂量阈值 阈值以下不会发生这种效应 阈值以上可能发生这种效应 如不育 白内障 造血机能低下 寿命缩短等皆属于 成年人睾丸 卵巢 眼晶体及骨髓的确定性效应的估计值 注 NA表示不适用 因为该阈值取决于剂量率而不是总剂量 2放射卫生防护一 作用于人体的电离辐射源 一 天然辐射源1 宇宙射线是来自外层空间的高能粒子流 在进入大气层之前称为初期宇宙射线 其主要成分是能量为103 1012Mev的质子和 粒子 它们与大气中的原子作用之后产生次级宇宙射线 其成分为电子 中子 光子和质子等 2 环境介质中的天然放射性核素人类生活的周围环境介质中 都含有天然放射性核素 其主要成分是铀 钍 锕三个放射性系所属的核素和40K 87Rb以及3H和14C等 某地区环境介质中含有天然放射性核素的浓度 称为该地区的天然放射性本底 不同地区的天然本底差异很大 3 人体内的天然放射性核素环境介质中的天然放射性核素 通过饮食和呼吸道进入人体 其中有实际意义的成分有40K 14C 226Ra 320Po以及222Rn等 以上三种天然电离辐射源对人体的内 外照射称为天然本底照射 其总剂量约为每年1mSv 二 人工辐射源1 职业照射以放射性工作为职业的人员 在其工作中所受到的电离辐射照射 其中不包括天然本底照射和医疗照射 2 医疗照射个人接受伴有电离辐射的医学检查或治疗时所受到的照射 随着核技术在医药科学中的广泛应用 人群受到的剂量可能会越来越多 3 人工环境本底照射由于人工电离辐射源对环境的污染或扩大应用所受到的照射 主要包括 放射工作场所向周围环境泄漏的电离辐射和排放的放射性 三废 核武器试验全球落下灰 带有辐射源或放射性核素的日用消费工业品 如电视和电脑等 4 事故和灾害性照射指在发生放射性意外事故和核战争时人员所受到的照射 三 电离辐射作用于人体的方式1 外照射 指放射源处于机体外 仅其射线作用于人体 这种照射只有当机体处于辐射场中才受到照射 离开辐射场就停止照射 2 内照射 指放射性核素进入机体后 分布于组织器官中产生经常 持续照射 直到排完或衰变完为止 3 密封源 指在工作中使用的放射性核素被包在外壳中 在正常情况下不向周围环境扩散 也不污染环境的辐射源 密封源在一般情况下 只产生外照射 4 开放源 指在使用和操作过程中能够向外界环境扩散 污染环境 并进一步侵入到生物体体内 对生物体进行内照射放射源 开放源既可产生外照射 又可产生内照射 二 放射防护的目的及基本原则 一 放射防护的目的 防止一切有害的确定性效应 把随机效应的发生率降低到可以接受水平 二 放射防护的基本原则1 实践的正当化 指涉及辐射的实践 获得的利益大于所付出的代价 2 防护的最优化 结合实际采用适当的防护措施 做到防护最优化 3 个人剂量限值化 放射工作人员所接受的剂量不得超过国家规定的标准 三 放射工作人员剂量限值标准 年剂量当量限值 msv a 1 三 核医学中的安全防护措施 一 工作场所的分级和防护要求1 场所的分级 在放射防护规定中 根据使用的放射性核素的等效年用量 把单位分成一 二 三类 又根据各实验室的放射性核素日操作量把单位内的工作场所分为甲 乙 丙三级 一般核医学实验室如不开展标记工作 都属于乙 丙级 2 实验室的配置与要求 实验室的配置一般采取 三区 配置法 即 清洁区 中间区 活性区 控制区 监督区 非限制区 二 外照射防护方法1 屏蔽防护 在放射源与生物体之间增加屏蔽物质借此吸收或阻挡射线 达到防护的目的 根据放射源的种类不同应采用不同的屏蔽材料 2 距离防护 增加放射源与生物体之间的距离 增加距离后 放射源与生物体之间的空气部分吸收少量射线 达到防护效果 3 时间防护 缩短与放射源接触的时间 三 内照射防护1 围封隔离 把开放源控制在有限的空间内 防止它向环境扩散 如应用通风橱 手套箱等以达到防扩散的目的 2 除污保洁 随时消除环境介质的污染 监测污染水平 控制向周围环境的大量扩散 使环境介质的污染浓度尽可能低于国家规定的限值 3 个人防护 遵守个人防护准则 合理使用个人防护用品 遵守个人防护准则 就是在开放性放射性工作场所中 禁止一切能使放射性核素进入人体内的行为和活动 比如禁止在场所内饮水 进食 吸烟 化装等 合理使用个人防护用品 比如口罩 手套 工作鞋 工作帽和袖套等 四 放射性污染的去除及放射性废物的处理1 去污技术 1 一般性污染的去除 指操作中有计划污染的实验室容器和工具的除污 一般情况下用合成洗涤剂按常规洗涤法除污可收到满意效果 2 事故性污染的去除 指非计划发生污染的除污 如遇少量放射性液体溅洒在手脚 工作台面情况时 应立即用吸水材料将其吸干 再用湿布由外向里反复擦洗 与手术消毒相反 直到污染降低至规定控制水平以下为止 3 误服放射性核素的处理 误服包括他人投入及自杀应及早采取措施 防止吸收 采用嗽口 洗胃 催吐等方法 如已吸收或蓄积到相关器官 可采用促排药物加速排出 例如误服131I 125I后可采用普通KI促排 2 放射性废物的处理 1 放置衰变 对于短T1 2 60天 的固体废物放置7 10个半衰期后以普通废物处理 2 稀释排放 对短T1 2 比活度低的液体或气体废物 可用水和空气稀释达到国家规定标准后排出 3 浓缩贮存 对T1 2较长 体积较大的废物要采用浓缩 如焚化 硝化 沉淀 离子交换等 缩小体积后贮存 单位内或专门贮存地 五 放射工作人员的医学观察 保健措施 为加强对放射工作人员的管理 保障放射工作健康和安全 国家发布了 放射工作人员健康管理规定 主要包括 常规医学监督 放射工作人员健康要求 放射工作人员的保健等 1 常规医学监督 放射工作人员必须进行就业前体检和就业后定期体检 甲种 乙种工作条件下的工作人员每年体检一次 丙种工作条件每2 3年体检一次 必要时可增加体检次数 建立放射工作人员健康档案和受照剂量档案 2 放射工作人员健康要求 放射工作人员必须具有在正常 异常和紧急情况下正确 安全地履行其职责的健康条件 具有下列情况之一者不宜从事放射工作 1 血红蛋白 男性低于120g L或高于160g L 女性低于110g L或高于150g L 2 红细胞数 男性低于4 1012 L或高于5 5 1012 L 女性低于3 5 1012 L或高于5 1012 L 3 白细胞数 准备参加放射工作的人员低于4 5 109 L或高于10 109 L者已从事放射工作持续6个月低于4 109 L或高于1 1 1010 L者 4 血小板 准备