核医学第3章电离辐射生物效应与放射卫生防护2

1、安徽医科大学 易启毅2014-2-28第第3 3章章 电离辐射生物效应与放射电离辐射生物效应与放射卫生防护卫生防护( (第第2 2部分部分) )本章内容本章内容辐射生物效应（biological effect of ionizing radiation）电离辐射作用于机体后，其能量传递给机体的分子、细胞、组织和器官等基本生命物质和分子后，引起一系列复杂的物理、化学和生物学变化，由此所造成生物体组织细胞和生命各系统功能、调节和代谢的改变，产生各种生物学效应。电离辐射生物效应的种类电离辐射生物效应的种类 ICRP第60号建议书(1991)中，区分以下四个述语: 变化变化: : 由辐射引起的某种生物

2、学改变，可能有害， 也可能无害; 损伤损伤: : 表示某种程度的有害变化，这种损伤是指对细胞 有害，不一定是对受照射的人体有害; 损害损害: : 指临床上可观察到的有害效应，表现于 受照射的个体(躯体效应)或其后代(遗传效应); 危害危害: : 是一个复杂的概念，它将损害的概率、严重程度 和显现时间结合起来加以考虑。一、几种辐射生物效应基本概念确定性效应、随机性效应外照射、内照射局部照射、全身照射近期效应、远期效应躯体效应、遗传效应辐射旁效应1. 确定性效应确定性效应（deterministic effect）：指发生生物效应的严重程度随着电离辐射剂量的增加而增加随着电离辐射剂量的增加而增加的

3、生物效应。这种生物效应存在剂量阈值存在剂量阈值，只要照射剂量达到或超过剂量阈值效应肯定发生。 如不育、白内障、照射后的白细胞减少、造血机能低下、寿命缩短，放射性皮肤损伤和一些急性放射病等。2. 随机性效应随机性效应（stochastic effect）：指生物效应的发生概率（而不是其严重程度）与照射剂量的大小有关的生物效应。这种效应在个别细胞损伤（主要是突变）时即可出现，不存在剂量阈值不存在剂量阈值(尚存争论尚存争论)。 如致癌效应和遗传效应。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。按效应发生的机制分类按效应发生的机制分类 确定性效应的

4、剂量阈值确定性效应的剂量阈值 （一次照射中组织受到的总当量剂量）器官和组织确定性效应总当量剂量(Sv)睾丸暂时不育0.15永久不育3.56.0卵巢永久不育2.56.0眼睛体可查出的浑浊0.52.0白内障5.0骨髓造血机能低下0.5致死性再生不良1.5外照射、内照射 局部照射、全身照射 近期效应、远期效应躯体效应、遗传效应辐射旁效应1. 外照射外照射（external irradiation）： 辐射源从体外对机体进行的照射。 射线、中子、X射线等穿透力强，外照射的生物学效应强。2. 内照射内照射（internal irradiation）： 放射性核素通过各种途径进入机体，在机体内发射出射线产

5、生的生物效应。 内照射效应主要发生在放射性核素通过的途径和沉积部位的组织器官，但其效应可波及全身。内照射效应一般以射程短、电离强的 、 射线为主。3. 局部照射局部照射（local irradiation）：当外照射的射线照射身体某一部位，引起局部组织的反应者称局部照射。当照射剂量和剂量率相同时，身体各部位的辐射敏感性依次为 腹部盆腔头颈胸部四肢。4. 全身照射全身照射（total body irradiation）：当全身均匀地或非均匀地受到照射而产生全身效应时称全身照射。如照射剂量较小者为小剂量效应，如照射剂量较大者 ( 1Gy) 则发展为急性放射病。根据照射剂量大小和不同敏感组织的反应程

6、度，辐射所致全身损伤分为骨髓型、肠型、脑型三种类型。5. 近期效应（近期效应（early effect）或者早期效应：）或者早期效应：指电离辐射作用于生物机体后，辐射损伤效应在照射后短期(数周内)就出现的那些效应。 如急性放射病，急性皮肤损伤等。6. 远期效应（远期效应（late effect）或者远后效应：）或者远后效应：指电离辐射作用于生物机体后，辐射损伤效应在照射后数月至数年才出现的那些效应（一般6个月以上）。 如慢性放射病、致癌效应、放射性白内障、辐射遗传效应等。按效应出现时间分类按效应出现时间分类7躯体效应躯体效应（somatic effect）：受照射个体体细胞损伤而致本身发生的各

7、种效应称为躯体效应。又可区分为全身效应（total body effect）和局部效应（local effect）。如辐射所致的骨髓造血障碍、白内障等。8 遗传效应遗传效应（genetic effect）：受照射个体生殖细胞突变，而在子代身上表现出的效应称遗传效应。这是由于电离辐射造成受照者生殖细胞遗传物质的损伤，引起基因突变和染色体畸变，导致后代先天畸形、流产、死胎和某些遗传性疾病。按效应出现的对象分类按效应出现的对象分类8. 辐射旁效应辐射旁效应电离辐射引起受照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射细胞未受照射细胞产生同样的损伤或激活效应，称辐射旁效应辐射旁效应

8、。机制：与受照细胞产生的活性氧活性氧、细胞因子细胞因子和细胞细胞间缝隙连接通信间缝隙连接通信关系密切。辐射旁效应辐射旁效应传统辐射效应：只有传统辐射效应：只有被照射的细胞才会有被照射的细胞才会有变化变化？未直接受照射的细胞未直接受照射的细胞表现出与直接受照射表现出与直接受照射细胞相细胞相类似类似的生物学的生物学终点变化终点变化辐射诱导的辐射诱导的旁效应旁效应因照射剂量和其它条件不同，因照射剂量和其它条件不同，可以是可以是损伤性效应损伤性效应，也可以是，也可以是保护性效应保护性效应。IR旁效应旁效应细胞间隙连接抑制剂细胞间隙连接抑制剂可减可减弱或消除某些辐射旁效应弱或消除某些辐射旁效应 转化的细

9、胞与邻近的正常细胞转化的细胞与邻近的正常细胞可通过细可通过细胞间通讯而引起前者凋亡组织胞间通讯而引起前者凋亡组织细胞共培养体系的研究表明，受照射细胞细胞共培养体系的研究表明，受照射细胞与未受照射细胞共培养时，因与未受照射细胞共培养时，因受照射剂量受照射剂量不同，未受照射细胞可出现不同的改变不同，未受照射细胞可出现不同的改变。 用共培养的上清培养液处理未照射的细胞，用共培养的上清培养液处理未照射的细胞， 也发生同样的旁效应增殖反应也发生同样的旁效应增殖反应 EL-4（T淋巴细胞株）IRJ774A.1（巨噬（巨噬细细胞株）胞株）EL-401234567893H-TdR(cpm103)0136122

10、4Time(h)0.075Gy2Gy二、电离辐射致突变及致癌效应(一)电离辐射致突变效应特点：1.射线诱发突变的频率与辐射剂量成正比；2.没有剂量阈值，难以制定防护标准来防止它的发生；3.效应可受或不受剂量率的影响；4.高LET辐射的效应大于低LET辐射。(二)电离辐射致癌效应：大量体外和体内研究均表明，电离辐射可使癌症发生率升高。辐射既可以是致癌的始动因子，又可以是促进因子。1.辐射具有诱发几乎所有种系哺乳动物的所有组织肿瘤的能力，这是任何一种化学致癌物都不能比拟的。三、造血和免疫系统的作用(一)造血系统1.主要损伤为抑制或破坏造血干细胞和增殖池细胞的增殖能力。造血系统细胞的放射敏感性顺序为

11、：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2.受照射后损伤出现早而且较重，可诱发感染、贫血、出血等并发症甚至死亡。而损伤修复能力又相对较弱，需数周甚至数月才能恢复。(二)免疫系统1.免疫系统对于电离辐射也十分敏感，电离辐射全身照射可以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，由于辐射对骨髓造血系统的影响，造血功能低下或抑制，新生成的免疫细胞受阻，病人出现急性放射病出血症状和并发感染而死亡。2.受照射机体的并发感染主要是体内的条件致病菌引起的内源性感染。主要由于a)致外周血细胞数下降;b)抑制免疫系统;c)病原微生物繁殖和入侵。

12、四、辐射所致的寿命缩短辐射导致的寿命缩短尚存争论：多个研究组研究结论不一致。早期认为会缩短，但后来的研究认为并未如此。现在人们倾向于承认：对辐射防护具有实际意义的低等到中等剂量的电离辐射所致寿命缩短主要是辐射致癌效应，由肿瘤引起超额死亡而使平均寿命缩短。五、小剂量低剂量率辐射的兴奋效应较大剂量的电离辐射会降低免疫力和诱发肿瘤；但1980年，美国的Luckey发现低剂量电离辐射对免疫系统有一定的刺激作用，同时它对生物生长发育、延长寿命、提高生育力、防癌和抗感染等方面具有有益的作用，称之为“低水平辐射兴奋效应”24高本底地区健康调查广东阳江高本底辐射地区是两块分开的区域，总面积约为500km2，放

13、射性来源于附近山上的花岗岩，经过长期雨水冲刷，独居石微粒不断地沉积在附近两片洼地，使这两块地区的放射性本底升高。25 长期居住人口：长期居住人口： 8万多人万多人 高本底程度：高本底程度： 约为邻近的恩平县的约为邻近的恩平县的 3 倍倍 适应性反应指标：适应性反应指标：外周血淋巴细胞受大剂量外周血淋巴细胞受大剂量X射线作用后其染色体射线作用后其染色体畸变率降低；畸变率降低；1.该地区人群中该地区人群中40-70岁的癌症高发年龄段的岁的癌症高发年龄段的居民癌症居民癌症死亡率显著低死亡率显著低于相应对照地区。于相应对照地区。调查结调查结果：果：（一）（一）天然辐射源天然辐射源 1.初级宇宙射线、次

14、级宇宙射线：质子、初级宇宙射线、次级宇宙射线：质子、粒子、光粒子、光子等。子等。 2.宇宙射线感生放射性核素：宇宙射线感生放射性核素：3 3H H、1414C C、7 7BeBe、2222NaNa、8585KrKr等。等。 3.地球辐射地球辐射（二）（二）人工辐射源人工辐射源 1.核试验核试验 2.核工业核工业 3.医疗照射及职业照射医疗照射及职业照射 （X线诊断、牙科X线检查、放射治疗和放射科医师、探伤工人等） 4.生活照射生活照射（电视、电脑、检查行李X射线机、烟雾报警器、眼镜中所含放射性核素、家居装修材料等） 回顾一、作用于人体的电离辐射源回顾一、作用于人体的电离辐射源回顾二、电离辐射作

15、用于人体的方式回顾二、电离辐射作用于人体的方式1.1.外照射外照射：指放射源处于机体外，仅其射线作用于人：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，体，这种照射只有当机体处于辐射场中才受到照射，离开辐射场就停照。离开辐射场就停照。2.2.内照射内照射：指放射性核素进入机体后，分布于组织器：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。官中产生经常、持续照射，直到排完或衰变完为止。3 3. .密封源密封源：指在工作中使用的放射性核素：指在工作中使用的放射性核素被包在外壳被包在外壳中中，在正常情况下不向周围环境扩散，也不污

16、染环境，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，的辐射源。密封源在一般情况下，只产生外照射只产生外照射。4.4.开放源：开放源：指工作中使用指工作中使用直接暴露在工作环境中直接暴露在工作环境中的液的液态、气态、粉态或气溶胶等物理状态的放射性核素，态、气态、粉态或气溶胶等物理状态的放射性核素，能向周环境扩散，污染环境并可能侵入机体。开放源能向周环境扩散，污染环境并可能侵入机体。开放源既可产生外照射既可产生外照射, ,又可产生内照射又可产生内照射。 一、辐射防护的目的与基本原则( (一一) )辐射防护目的辐射防护目的：防止一切有害的确定性效：防止一切有害的确定性效应

17、，把随机效应的发生率降低到可以接受水平。应，把随机效应的发生率降低到可以接受水平。( (二二) )辐射防护的基本原则辐射防护的基本原则 1.1.实践正当性：实践正当性：利益代价；利益代价； 2.2.防护最优化：防护最优化：最小投入，最大防护；最小投入，最大防护； 3.3.个人剂量限值：个人剂量限值：坚决不超过国家规定标准。坚决不超过国家规定标准。放射工作人员年剂量限值：指一年内职业人员所受外照射和内照射剂量的总和，不包括天然本底照射和医疗。应用应用剂剂 量量 限限 值值职职 业业公公 众众有效剂量有效剂量50msva50msva-1-1；在规定的；在规定的5 5年年内平均，每年平均值不超内平均

18、，每年平均值不超过过20msv20msv。1 msv1 msva a-1-1 年剂量当量年剂量当量 眼晶体眼晶体 150 msv150 msv15 msv15 msv 皮肤皮肤 500 msv 500 msv50 msv50 msv 手和足手和足 500 msv 500 msv 注：限值用于规定期间有关的外照射剂量及该期间摄入量 二、放射工作人员的剂量限值标准医疗照射情况复杂，难以制定标准限值；只能依靠医生用正当化和最优化来判断医疗照射指导水平是平均而言的典型值，不是剂量限值标准，仅是专业安全判断的一个补充，也不能用于判断医疗质量的好坏。三、医疗照射防护三、医疗照射防护一、实验室中的放射防护、

19、实验室中的放射防护( (一一) )开放型放射性工作场所的分级和防护要求开放型放射性工作场所的分级和防护要求1. 1. 放射性核素毒性分组：放射性核素毒性分组：可分为极毒、高毒、中毒和可分为极毒、高毒、中毒和低毒四组，如下表低毒四组，如下表 ：2. 场所的分类与分级场所的分类与分级 在放射防护规定中，根据使用的放射性核素的在放射防护规定中，根据使用的放射性核素的等效年等效年用量用量(即各种放射性核素的年用量乘各自的毒性组别系即各种放射性核素的年用量乘各自的毒性组别系数后的之和数后的之和)，把单位分成一、二、三类。，把单位分成一、二、三类。又根据各实验室的又根据各实验室的放射性核素日操作量放射性核

20、素日操作量(即各种放射性即各种放射性核素的日用量乘各自的毒性组别系数后之和再乘操作核素的日用量乘各自的毒性组别系数后之和再乘操作性质的修正系数性质的修正系数)把单位内的工作场所分为甲、乙、丙把单位内的工作场所分为甲、乙、丙三级。三级。一般核医学实验室如不开展标记工作都属乙、丙级。一般核医学实验室如不开展标记工作都属乙、丙级。 3.3.实验室的配置与要求实验室的配置与要求实验室的配置一般采取实验室的配置一般采取“区配置法区配置法” ” 清洁区：清洁区：无放射性核素的污染区域；无放射性核素的污染区域；中间区：中间区：可能存在放射性核素污染区域；可能存在放射性核素污染区域；活性区：活性区：进行放射性

21、核素操作区域。进行放射性核素操作区域。清洁区清洁区 中间区中间区 活性区活性区 ( (二二) ) 外照射（封闭源）防护外照射（封闭源）防护基本措施：基本措施：1.1.时间防护：时间防护：缩短受照射时间；缩短受照射时间； 2.2.距离防护：距离防护：增大与放射源之间的距离；增大与放射源之间的距离； 3.3.屏蔽防护：屏蔽防护：不同射线采取不同屏蔽材料如下：不同射线采取不同屏蔽材料如下：（1 1）X X射线、射线、射线：射线：易为高密度材料所吸收，常用铅、钨等易为高密度材料所吸收，常用铅、钨等高原子序数高原子序数物质作屏蔽。物质作屏蔽。（2 2）高能）高能射线：射线：屏蔽材料密度越高，吸收能力越强

22、，但产生的轫致辐屏蔽材料密度越高，吸收能力越强，但产生的轫致辐射就越强，故选射就越强，故选低原子序数低原子序数物质如铝、塑料、有机玻璃等作屏蔽。物质如铝、塑料、有机玻璃等作屏蔽。（3 3）低能）低能射线：射线：射程极短、无须屏蔽，但易被体表如粘膜、眼角膜、射程极短、无须屏蔽，但易被体表如粘膜、眼角膜、皮肤等吸收造成损害，防护中必须防止体表被皮肤等吸收造成损害，防护中必须防止体表被放射性核素沾染。放射性核素沾染。 一般而言外照射防护的重点是一般而言外照射防护的重点是射线，因为射线，因为射线射程大、穿透力强。射线射程大、穿透力强。 ( (三三) )内照射防护（开放源）内照射防护（开放源）防护的原则

23、防护的原则( (预防为主预防为主) )防防 护护 方方 法法（1 1）切断放射性物质进）切断放射性物质进 入人体的各种途径；入人体的各种途径；（2 2）减少放射性物质进）减少放射性物质进 入人体的一切机会。入人体的一切机会。（1 1） 围封隔离，防止扩散；围封隔离，防止扩散；（2 2） 除污保洁，防止污染；除污保洁，防止污染；（3 3） 讲求个人卫生；讲求个人卫生；（4 4） 妥善处理放射性废物。妥善处理放射性废物。（四）核医学安全操作规程（四）核医学安全操作规程1.1.严格执行操作规则严格执行操作规则4.4.操作用具要求操作用具要求2.2.遵守操作注意事项遵守操作注意事项5.5.除污保洁技术除污保洁技术3.3.严守个人防护规则严守个人防护规则1.放射性污染的来源放射性污染的来源2.表面污染处理的一般原则表面污染处理的一般原则 及早清除，以免扩散；及早清除，以免扩散； 选择适当的去污剂和去污方法；选择适当的去污剂和去污方法； 防止污染面扩大；防止污染面扩大； 去污后的放射监测，控制在规定值以下。去污后的放射监测，控制在规定值以下。3.常用的去污方法常用的去污方法 物理方法物理方法 ：吸水材料吸干，湿布由外向里擦洗：吸水材料吸干，湿布由外向里擦洗 化学方法：用合成洗涤剂进行清洗除污化学方法：用合成洗涤剂进行清洗除污（五）放射性去污及放射性废物的处理（五）放射性去污及放射性废物的处