放射生物学物理化学基础

1、本节课主要内容 辐射的种类 电离和激发 传能线密度与相对生物效应 自由基 直接作用与间接作用 氧效应与氧增强比 靶学说 影响电离辐射生物效应的主要因素 THANK YOU!辐射的种类(一)电磁辐射和粒子辐射 辐射可分为两大类：一类是电磁辐射，实质上是电磁波；另一类是粒子辐射，它们是一些组成物质的基本粒子，或者是由这些基本粒子构成的原子核。辐射的种类 粒子辐射是一些高速运动的粒子，它们通过消耗自己的动能把能量传递给其他物质。 粒子辐射包括电子、质子、粒子、中子、负介子和带电重离子等。粒子辐射的种类 粒子：由两个中子和两个质子组成 粒子或电子：带有一个最小单位负电核的粒子 负介子：其质量介于电子和

2、质子之间，电子质量的273倍，质子质量的1/6。粒子辐射的种类 一般由加速器加速的高能质子轰击重金属靶产生。是高能质子与原子核里的中子碰撞发生核反应的结果。 当负介子的能量在4090MeV时，在组织中的射程可达613cm，可用于放射治疗。粒子辐射的种类 重离子：某些原子被剥去或部分剥去外围电子后，形成带正电荷的原子核。 中子：不带电粒子，把能量传递给物质的主要方式是和元素的原子核相互作用。粒子辐射的种类 热中子能量小于0.5eV 中能中子能量为0.5eV10keV 快中子能量为10keV10或15keV 特快中子能量在1015MeV以上辐射的种类(一)电磁辐射和粒子辐射 电磁辐射仅有能量而无静

3、止质量；粒子辐射既有能量，又有静止质量。 根据频率和波长，电磁辐射又可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、x射线和 射线等。辐射的种类(一)电磁辐射和粒子辐射 其中x射线、射线和紫外线被广泛应用于放射生物学研究。辐射的种类（二）电离辐射和非电离辐射 根据作用方式的不同，通常将辐射分成两类：电离辐射和非电离辐射。 高速的带电粒子，如粒子、粒子、质子等，能直接引起物质电离，属于直接电离粒子。辐射的种类（二）电离辐射和非电离辐射 致电离光子（X射线和射线）及中子等不带电粒子，是通过与物质作用时产生的带电的次级粒子引起物质电离的，属于间接电离粒子。辐射的种类（二）电离辐射和非电离辐射 由直接

4、或间接电离粒子，或两者混合组成的任何射线所致的辐射，统称为电离辐射。 由此可见，电离辐射中既包括部分电磁辐射也包括部分粒子辐射。辐射的种类（二）电离辐射和非电离辐射 与电离辐射不同，非电离辐射一般不能引起物质分子的电离，而只能引起分子的振动、转动或电子能级状态的改变。 紫外线和能量低于紫外线的所有电磁辐射都属于非电离辐射。粒子 粒子质量较大，运动较慢，因此，有足够时间在短距离内引起较多电离。 当粒子穿入介质后，随着深度的增加和更多电离事件的发生，能量渐被消耗，粒子运动变慢，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(Bragg peak)。 粒

5、子 图示，布喇格电离峰过后粒子的能量全部释出，电离能力下降至零。这时粒子衰变为中性氦原子。 在生物组织中粒子移动的距离比在空气中小得多，l Mev的粒子只能移动几十m。 在短距离内释放粒子的全部能量，产生很高的电离密度，故引起的损伤较重。粒子 粒子由外照射对机体不会产生严重危害。 但发射粒子的放射性核素进入体内时，造成的损伤较大。在放射治疗中用特快中子(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。粒子 电子的质量小，带负电荷，故在介质中容易被介质原子的轨道电子所偏转，形成曲折的径迹，其实际穿透的深度(射程)小于其径迹的长度。 在其径迹的末端，由于能量逐渐降低，

6、速度减慢，与介质原子作用概率加大，故电离密度增高。粒子 放射治疗中由直线加速器产生的电子流，其能量为几至十几MeV(高能电子)，主要在组织深部产生最大的电离作用。 而90Sr辐射源放出0.53MeV的粒子则在浅层(12mm的深度)引起最大的电离作用。电离和激发 电离作用： 高能粒子和电磁辐射的能量被生物组织吸收后引起效应的最重要的原初过程。 生物组织中的分子被粒子或光子流撞击时，其轨道电子击出，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。电离和激发 激发作用：电离辐射与分子相互作用，其能量不足以将轨道电子击出时，可使电子跃迁到高能轨道上，使分子处于激发态，这一过程称为激发作

7、用。电离和激发 被激发的分子很不稳定，容易向邻近分子或原子释放其能量，在放射生物效应的发生中其作用不如电离重要，一般认为激发作用的效应可以忽略不计。水的电离和激发 H2O_激发_H2O* H + OH H2O*代表被激发的水分子。 电离电离 H2OH2Oe- 结合：结合：H2OH OH 进一步电离：进一步电离：H2Oe -H2O- H2O-OH-H e + H+ H e-+H2O e水合水合 e水合水合+O2 （超氧化物阴离子超氧化物阴离子） H + H H2 OH + OHH2O2 （过氧化氢过氧化氢）2O水的电离和激发 水分子受电离辐射作用时，将水分子中的轨道电子击出，发生电离作用，产生带

8、正电的水离子(H2O+)和自由电子(e-)。水的电离和激发 H2O+为不稳定离子，在水中迅即解离为氢离子(H+)和羟自由基( OH)。 自由电子在其运动中又不断和水分子碰掩，击出其它水分子中的轨道电子，引起次级电离。水的电离和激发 这些电子在其运动和引起电离的过程中逐渐丧失其能量，直至不能再击出其它分子的电子，它们就被水分子捕获，形成带负电的水离子(H2O-)，后者亦极不稳定。 在水中解离成氢氧离子(OH-)和氢自由基(H )。水的电离和激发 一部分电子可与H+反应形成H 。 电子在碰撞过程中丧失其大部分能量，当其能量水平降至100eV以下而末被捕获时，可吸收若干水分子而形成水合电子(e水合)

9、水的原发辐解产物水的原发辐解产物OHOHHeOHHOH32222水合电离辐射 H3O+（水化氢离子）为H+存在方式之一，与式中水合电子的负电荷平衡。传能线密度 传能线密度（linear energy transfer ，LET）：指直接电离粒子在其单位长度径迹上消耗的平均能量。 LET就是指电离辐射贯穿物质时，因碰撞而发生的能量转移。传能线密度 LET指的是剂量在微观上的空间分布。 单位为J/m，常用keV/m 表示， 1keV/m=1.602X10-10 J/m。LET（linear energy transfer） 在水中LET小于3.5KeV/m的辐射称为低LET辐射，X射线、射线、射线

10、低LET辐射。 在水中LET大于3.5KeV/m的辐射称为高LET辐射，粒子、质子、中子和介子属于高LET辐射。 诊断用X射线的LET大约为3KeV/m。RBE（relative biological effectiveness） 不同类型的辐射，在同样吸收剂量作用下，所产生的生物效应并不相同。 换言之，引起同样生物效应，其吸收剂量是不同的。 在放射生物学中，为了比较不同类型辐射的生物效应，常以“相对生物效应相对生物效应（RBE）”来表示。相对生物效能相对生物效能（Relative biological effectiveness,RBE） 它是以X射线引起某种特定的生物效应所需吸收剂量与所研

11、究的射线引起同样生物效应所需剂量的比值。 X标准标准射线产生生物效应的剂量射线产生生物效应的剂量 RBE= 所观察辐射所观察辐射引起相同生物效应的剂量引起相同生物效应的剂量 RBE与LET的关系 1.RBE与LET呈正相关关系 2.当LET10keV/m时，RBE随LET上升很小。 3.当LET10keV/m时，RBE随LET增大迅速上升。 4.当LET100keV/m时，RBE随LET增大而下降。自由基 自由基的定义 自由基的理化特性 自由基化学反应的主要类型 自由基对DNA的损伤作用 自由基与脂质过氧化 抗氧化防御功能自由基的定义 自由基（free radical) 自由基是指：能够独立存

12、在的、含有一个或一个以上未配对电子的任何原子、分子、离子或原子团。 （单独占有原子或分子轨道的电子）自由基的理化特性 1.高反应性：自由基具有未配对电子，易与其它电子形成配对键，故具有很高的反应活性。 高反应性表现在易发生自由基-自由基反应（两个自由基的不成对电子的配对）。 自由基易与生物靶分子发生加成、抽氢和电子转移等反应。自由基的理化特性 2. 不稳定性 多数自由基不稳定，其寿命很短，羟自由基的半寿期为10-10 10-9s，水合电子在中性水中的半寿期为2.310-4，在碱性溶液中为7.810-4s。 3. 顺磁性 电子在轨道上自旋运动时产生磁场和相应的磁距。自由基化学反应的主要类型 抽氢

13、反应 加成反应 电子俘获反应 歧化反应 还原反应 氧化反应抽氢反应（hydrogen abstraction） 自由基可从有机分子的C-H键中抽取氢原子，形成有机自由基。22HRRHHOHRRHHO加成反应（addition reaction） 自由基可在烯键或芳香环中心加成，形成有机自由基。RHRHROHRHO电子俘获反应（electron capture）RSRSRSSRRSSRSRSRe水合歧化反应（dismutation reaction） 既有氧化作用，又有还原作用的自由基，易于发生歧化反应。OHOHOOHOOOHHOO2222222222还原反应 在水溶液中主要起还原剂作用例如使细

14、胞色素C（cytochrome C，cyt C）还原。2223FecytCOOFecytC氧化反应 在水溶液中为弱氧化剂，可使抗坏血酸氧化，产生半脱氢抗坏血酸自由基。自由基对生物分子的作用 1.自由基对DNA的损伤作用: 1)碱基的损伤: OH和H与嘧啶碱基可发生加成和抽氢两类反应。 2)核糖的损伤: 单、双链断裂与DNA的碱基缺失。 3)磷酸基的损伤 自由基对生物分子的作用 2.自由基与脂质过氧化（生物膜的损伤） 脂质过氧化作用是由于氧自由基攻击了生物膜磷脂中的多不饱和脂肪酸引起，形成脂质过氧化物对细胞造成损伤。 脂质过氧化作用对细胞的损伤机制 生物膜主要由脂质和蛋白质组成，脂质中含有最多的

15、成分是磷脂等。 1)细胞膜功能的改变（膜结构的刚柔特性，增加膜的通透性，甚至发生崩解）脂质过氧化作用对细胞的损伤机制 2)脂质过氧化过程中形成的活性氧对酶和细胞其它成分的损伤。 3)脂质过氧化物的代谢产物对蛋白质的损伤及其成分的毒性效应。抗氧化防御功能 需氧生物在其进化过程中逐渐形成了一系列抗氧化防御功能，可以防止在需氧代谢活动中氧及其代谢产物对机体的有害效应。 这些防御机制在高等动物和人体的细胞内也保存下来。抗氧化防御功能 机体的抗氧化防御系统涉及诸多方面，主要有抗氧化酶类、脂溶性抗氧化剂，小分子抗氧化剂和蛋白性抗氧化剂等。抗氧化防御功能 抗氧化酶类清除自由基酶类的统称 主要有超氧化物歧化酶

16、(superoxide dismutase， SOD)，过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶(Peroxidase)等。抗氧化防御功能 *SOD是一组金属酶，氧自由基(O2.)的专一酶 SOD按金属辅基成分不同分为三种类型：CuZnSOD，MnSOD和FeSOD，分别存在于细胞的不同部位。抗氧化防御功能 CuZnSOD存在于真核细胞胞浆内 MnSOD存在于线粒体或原核细胞中 FeSOD存在于细菌与原核细胞CuZnSOD抗氧化作用机制22222222OHCuEHOCuEOCuEOCuE上式表明，酶分子中的Cu2+参与歧化反应，每个酶分子使2个 生成1分子H2O2和1分子O2，CuZnSOD中的Zn不

17、参与化学催化，只是起稳定酶的作用。2O人体组织中CuZnSOD含量（g/mg蛋白质）组织CuZnSOD蛋白含量组织CuZnSOD蛋白含量肝4.71脑垂体0.99大脑皮质3.70胃粘膜0.94睾丸2.16肺0.47心肌1.82胰腺0.39肾皮质1.31甲状腺0.38脂溶性抗氧化剂 体内脂溶性抗氧化剂主要有维生素E、类胡萝卜素、辅酶Q。 维生素E主要存在于细胞膜、脂肪细胞和循环脂蛋白中，不但可清除1O2 和 ，而且可阻断脂质过氧化作用。2O脂溶性抗氧化剂 类胡萝卜素能直接与活性氧起反应，抑制脂质过氧化。 辅酶Q存在于浆膜和各细胞器中。抗氧化防御功能 上述各类抗氧化剂在细胞内外形成机体的抗氧化防御系

18、统，能有效地清除在代谢过程中形成的活性氧与自由基，防止其对细胞的损伤。抗氧化防御功能 在机体受到电离辐射作用而活性氧产物增加时，这些防御机制可动员起来，在一定程度上增强其清除活性氧和自由基的作用。抗氧化防御功能 例如，在低水平辐射作用时某些器官内的CuZnSOD、MnSOD、SeGSHPx等活性增高，且有一定的剂量依赖性。抗氧化酶的辐射防护作用 辐射防护是放射生物学工作者面临的 一个重要课题： 1. SOD对脂质过氧化与生物膜损伤的防护作用.抗氧化酶的辐射防护作用 2. SOD对造血干细胞与骨髓损伤的防护作用(照前及照后给予SOD使小鼠WBC与RBC下降减轻) 3. SOD对小鼠存活率的影响

19、(照前注射SOD使受照小鼠死亡率降低)SOD对照前小鼠红细胞数 变化的效应 (X S) 照射量 红 细 胞 数 (X10-9/ml) (Gy) 0.1mol/L NaCl(对照) SOD(35g/g) 4.0 7.8 0.67 8.56 0.96 5.5 4.990.46 8.29 0.53* 6.75 3.341.04 7.39 0.77* 0 10.57 0.20 10.531.26 测定时间：照射后22d。照射前1h及照射后静脉注射SOD或0.1mol/L Nacl。 P0.005。6.5Gy辐照后小鼠死亡率(n=48) SOD(mg/Kg体重) 30d死亡率(%) 对照(0.1mol/

20、LNaCl 85 15 26 35 21 70 45 _100 32_直接作用（直接作用（direct effect） 电离辐射的电离辐射的能量直接沉积于生物大能量直接沉积于生物大分子分子，引起生物大分子的电离和激，引起生物大分子的电离和激发，破坏机体的核酸、蛋白质、酶发，破坏机体的核酸、蛋白质、酶等具有生命功能的物质。等具有生命功能的物质。直接作用（直接作用（direct effect） 在直接作用的过程中，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。 实验证明，DNA分子被电离粒子直接击中可以发生单链或双链断裂、解聚、粘度下降等，某些酶也可受辐射作用后而降低或丧失其活性。直接作用

21、（直接作用（direct effect） 此外，辐射亦可直接破坏膜系的分子结构，如线粒体膜、溶酶体膜、内质网膜、核膜和质膜，从而干扰细胞器的正常功能。直接作用（直接作用（direct effect） 在细胞的正常生活状态下，生物大分子存在于大量水分子的环境之中。 有关直接作用的实验都是在干燥状态或含水量很少的大分子或细胞上进行的，只有在含水量极低的条件下才可以说辐射效应的发生主要是直接作用，此时一般需要很大的辐射剂量才会引起大分子的失活。直接作用（直接作用（direct effect） 在干燥状态下引起酵母细胞酶分子的D37值要比含水时高出几倍至几十倍。 因此，在承认放射生物效应中可能存在直接

22、作用的同时，还必须认识到单纯由直接作用不能解释活细胞内发生的全部效应。间接作用（间接作用（indirect effect） 间接作用：间接作用：电离辐射首先直接作用电离辐射首先直接作用于水于水，使水分子产生一系列原发辐，使水分子产生一系列原发辐射分解产物，然后通过水的辐射分射分解产物，然后通过水的辐射分解产物再作用于生物大分子。解产物再作用于生物大分子。间接作用（间接作用（indirect effect）为了说明间接作用的存在，以四效应为证：稀释效应氧效应保护效应温度效应稀释效应稀释效应 稀释效应是指最大的相对效应发生在最稀释的溶液中。 一定剂量的电离辐射在溶液中产生固定数量的自由基。如果作用

23、是间接的，那么失活的溶质分子数目就与溶液浓度无关，因为只有一定数量的自由基产生效应(图15a的2)。 失活分子的百分数则随溶液浓度增加而下降，因为固定数量的自由基只能使固定数量的溶质分子失活，溶液浓度增高，溶质分子总数增多，失活的溶质分子数不变，其失活的百分数自然下降(图15b的2)。 如果作用是直接的，则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(图15a的1)。 而失活分子的百分数与溶液浓度无关(图15b的1)，这就表明了直接作用与间接作用的差别。 实验证明，不同浓度酶溶液受一定剂量辐射作用，当浓度相差60倍时，失活的酶分子数仍然相同。 所以在稀释溶液系统中间接作

24、用占主要地位。 虽然在实验条件下可以区分出辐射的直接作用和间接作用，但在活细胞内则两种作用经常是同时存在的，因此用其中单独一种作用来解释放射生物效应是片面的。 在活机体放射损伤的发生中，实际上直接作用和间接作用是相辅相成的。 根据在哺乳动物细胞以及植物、细菌、酵母等研究对象上所获得的资料，都得出两种作用同时存在的结论。至于两者所占比例，则因具体情况而异。 对于辐射杀灭细胞，抑制DNA合成，诱发染色体畸变等效应，一般在多数情况下间接作用和直接作用具有大致同等的重要性。 直接作用在DNA的放射损伤发生中可能有重要意义，因为DNA分子周围的蛋白质(组蛋白)对自由基的损害效应有保护作用。 只有在个别情

25、况下，放射生物效应仅由直接作用引起，例如，人肾细胞培养在冰冻条件下，无氧环境中，辐射可能仅通过直接作用杀死细胞，这在自然情况下无重要意义。 即使在实验条件下也没有仅由直接作用引起的放射生物效应。 2.氧效应 受照射的组织、细胞或溶液，其辐射效受照射的组织、细胞或溶液，其辐射效应随氧浓度的增加而增加，这种现象在应随氧浓度的增加而增加，这种现象在放射生物效应中称为氧效应放射生物效应中称为氧效应(Oxygen effect)。 治疗肿瘤时瘤细胞在增加氧的条件下，治疗肿瘤时瘤细胞在增加氧的条件下，辐射敏感性增高，可提高治疗。辐射敏感性增高，可提高治疗。 3. 保护效应：保护效应：受照射体系中由于有其它

26、物受照射体系中由于有其它物质的存在，使辐射对溶质的操作效应减轻。质的存在，使辐射对溶质的操作效应减轻。4. 温度效应：温度效应：降低温度或置于冰冻状态可降低温度或置于冰冻状态可使辐射损伤减轻。使辐射损伤减轻。氧效应与氧增强比氧效应与氧增强比 一、氧效应 二、氧增强比 三、氧浓度对氧效应的影响 四、照射时间对氧效应的影响 五、氧效应的发生机制氧效应氧效应 氧效应（oxygen effect）：受照组织、细胞或生物大分子的辐射效应随周围介质中氧浓度升高而增高。氧效应氧效应 氧效应是放射生物学和放射肿瘤学的一个重要问题。 许多实验已证实，各种生物体系，从生物大分子、细菌、哺乳动物细胞到肿瘤细胞都存在

27、氧效应。氧增强比氧增强比 氧增强比（oxygen enhancement ratio，OER）：指缺氧条件下引起一定效应所需辐射剂量与有氧条件下引起同样效应所需辐射剂量的比值。应的剂量有氧条件下产生同样效应的剂量缺氧条件下产生一定效OER 因为氧是辐射敏化剂，故OER值大于1。 对于某一种辐射而言，OER一般与剂量和存活水平无关。 对于低LET辐射其氧效应大而重要，如X和射线照射时，OER值一般为2.5-3。 当辐射的LET增高时，OER随之降低，如LET值很高的粒子，OER是1，即没有氧效应。氧浓度对氧效应的影响 在有氧条件下细胞放射敏感性增高。 放射敏感性增高幅度与氧浓度之间的关系，已用一

28、系列细菌和哺乳动物细胞做了许多研究，发现两者并不呈线性关系。氧浓度对氧效应的影响 当氧分压从0上升至1%时，放射敏感性迅速增加。 氧分压进一步增加至21%或至100%时，放射敏感性增加十分缓慢，基本上处于坪值。照射时间对氧浓度的影响 照射时间对氧效应有十分明显的影响，一般来说，照射前引入氧，表现出氧效应，而照射后引入氧则无效。 细菌在照射前20ms接触氧，则可表现出氧效应。照射时间对氧浓度的影响 而在照射后20ms引入氧，则观察不到辐射效应的增强，哺乳动物细胞也呈现同样规律。 在1%-10%低氧浓度时细胞预先接触氧40ms，照射时出现氧效应，氧浓度增高时预先接触氧的时间可以更短。照射时间对氧浓

29、度的影响 但在照射后充氧，即使间隔时间缩短至0.11ms，也观察不到氧效应的出现。 这可能与照射后形成的自由基的寿命极短有关。 照射后充氧，在一定条件下可产生保护效应，减轻细胞的辐射损伤。照射时间对氧浓度的影响 极度乏氧细胞（氧份额低于5010-6）不能修复亚致死性损伤和潜在致死性损伤，若在照射后适当时间引入氧，则修复能力恢复，这显然与修复过程需要能量供应有关。 极度乏氧时能量代谢受到抑制，导致修复功能丧失。照射时间对氧浓度的影响 适时引入氧，将有利于氧化磷酸化作用的进行产生足够的ATP，供给修复损伤所需能量。 从这个意义上讲氧有保护作用，氧保护的适宜时间取决于修复动力学和低氧条件下辐射损伤的

30、固有情况。氧效应的发生机制 氧效应是放射生物学的基本问题之一，也是一个比较复杂的问题，上世纪20年代初期就已观察到达一现象(Holthuson，1921)。但对其发生机制至今仍未完全解决。 按照传统观点，氧效应表现为氧的辐射增敏作用，而在持定条件下，氧又有保护作用。氧效应的发生机制 氧的这种双重作用有它的时相性，即使在氧效应中也有时间上的快慢成分。 同时，氧与一些自由基反应和其它化学反应之间还存在着竞争机制。 目前被多数研究者接受的有以下两种假说。氧固定假说 氧固定作用必须在照射前或照射当时有氧存在时才能实现，因为由OH，H，e水合等诱导的许多靶分子自由基寿命是极为短暂的，氧固定通常发生于照射

31、后10-9一10-8s以内，若在这段极短的时间内自由基附近没有氧分子，R即被“修复”。氧固定假说 在有氧情况下ROO基团的形成将妨碍靶分子的生物功能，现已有脉冲辐射实验证明，DNA与OH加成产生的自由基(DNA-OH)可与O2反应形成过氧化物。电子传递假说 电离辐射使靶分子电离，被击出的游离电子有两种命运，一是与靶分子重合，游密电子回到靶分子上的原位，从而使靶分子自身“愈合”，另一种是向某些缺乏电子的“中心”(称为电子陷井)迁移，而这些电子陷井的电子亲和力很强，电子转移到这些部位可造成靶分了损伤。 这两个过程互相竞争，而氧由于具有很高的电子亲和力容易与这些游离电子反应，其存在必将减少重台的概率

32、，使靶分子的损伤加重。靶学说 一、单击模型 二、多击模型 三、单靶与多靶模型靶学说 靶学说（target theory）的雏形由Crowther于1924年首先提出，从细胞有丝分裂受辐射影响的现象，设想在染色体中存在很小体积的结构，其中发生一次电离而导致分裂受抑。靶学说 Lea于1946年发表辐射对活细胞作用一书，对靶学说作了较完整的描述。 其要点是认生物物理学的角度，认为某些分子或细胞内的敏感结构(靶)被电离粒子击中而引致生物效应的发生。 靶学说指出了最终生物效应与原初生物物理变化存在确切的相依关系。靶学说 例如，电离辐射引起生物大分子失活、基因突变和染色体断裂等都与其中的靶被电离粒子击中并

33、发生电离事件有关。 这是放射生物学发展里程中的一大进展。以后的许多实验也相继提供了对这一假说的补充和支持资料，并使之逐步充实。 虽然对靶学说的表述并未严格统一，但其基本点可概括如下：1)生物结构内存在着对辐射敏感的部分，称为“靶”，其损伤将引发某种生物效应；2)电离辐射以离子簇的形式撞击靶区，击中概率遵循泊松分布，3)单次或多次击中靶区可产生某种放射生物效应，如生物大分子失活或断裂等。单击模型 生物大分子或细胞的敏感靶区被电离粒子击中一次即足以引起生物大分子的失活或细胞的死亡，这就是所谓的单击（single-hit）效应。S0为大分子（或细胞）的原始数S为受D剂量照射后仍存活的分子（或细胞）数

34、，则尚未被击中的大分子（或细胞）将随照射剂量增加（dD）而被击中。D0是大分子（或细胞）平均击中一次所需的剂量。00DdDSdS上式表明，大分子或细胞的存活随剂量增加而呈指数下降，这就是指数失活，只需靶被击中一次，效应（失活）就可发生，因此D0也称为平均失活（致死）剂量。0000lnDDeSSDDSS或单击模型 当D=D0时，e-1=0.37 此时的剂量称为D37，即37%的靶尚未被击中，仍保留活性，而63%的靶已受到一次或一次以上的打击，已经失活。多击模型 有的生物分子和多数细胞的剂量存活曲线不呈指数下降，被认为其靶区需要受到二次或二次以上的击中才会失活，这就是多击（multi-hit）效应

35、。多击模型 起始时在一个靶区产生两个以上电离事件的概率很小，生物分子或细胞失活的速率很低。 当剂量增加时，已经承受单击而保存活性的分子或细胞若再被击中，其失活速率迅即上升。单靶与多靶模型 假定生物分子或细胞中存在一个放射敏感的靶区，属单靶模型。 但有些生物学现象，用多靶模型来解释更为合理。影响电离辐射生物学作用的主要因素影响电离辐射生物学作用的主要因素 与辐射有关的因素与辐射有关的因素（辐射种类、吸收剂量、剂量率、分次照射、照射部位、照射面积、照射方式） 与机体有关的因素与机体有关的因素（种系、个体及个体发育过程、不同组织和细胞的辐射敏感性） 环境因素与辐射有关的因素与辐射有关的因素n辐射种类

36、辐射种类 （电离密度和穿透能力是影电离密度和穿透能力是影响生物学作用的重要因素响生物学作用的重要因素）吸收剂量吸收剂量 规律：剂量愈大，效应愈规律：剂量愈大，效应愈显著，但并不全呈直线关系。显著，但并不全呈直线关系。与辐射有关的因素与辐射有关的因素 剂量率剂量率 在一般情况下剂量率越大，在一般情况下剂量率越大，生物效应越显著，但当剂量率达到一生物效应越显著，但当剂量率达到一定程度时，生物效应与剂量率之间则定程度时，生物效应与剂量率之间则失去比例关系。失去比例关系。与辐射有关的因素与辐射有关的因素分次照射：同一剂量的辐射，在分次给予的情分次照射：同一剂量的辐射，在分次给予的情况下，其生物效应低于

37、一次给予的效应。分况下，其生物效应低于一次给予的效应。分次愈多，各次间隔时间愈久，则生物效应愈次愈多，各次间隔时间愈久，则生物效应愈小小.机理修复机理修复与辐射有关的因素与辐射有关的因素照射部位：当照射剂量和剂量率相同时，照射部位：当照射剂量和剂量率相同时，腹部照射的全身后果最严重，依次为盆腹部照射的全身后果最严重，依次为盆腔、头颈、胸部及四肢。腔、头颈、胸部及四肢。其严重程度为腹部其严重程度为腹部盆腔盆腔头颈头颈胸胸部部四肢四肢与辐射有关的因素与辐射有关的因素照射面积照射面积 其它条件相同时，受照面积愈大损其它条件相同时，受照面积愈大损伤愈严重。以同样的剂量照射全身，可能引伤愈严重。以同样的

38、剂量照射全身，可能引起急性放射病，而照射局部一般不会出现全起急性放射病，而照射局部一般不会出现全身症状。身症状。照射方式照射方式 照射方式可分为外照射、内照射和照射方式可分为外照射、内照射和混合照射。混合照射。2.与机体有关的因素与机体有关的因素 放射敏感性：指当一切照射条件完全一放射敏感性：指当一切照射条件完全一致时，机体或其组织、器官对辐射作用的致时，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。若反应强，速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。度快，其敏感性就高，反之则低。2.与机体有关的因素与机体有关的因素 生物种系的放射敏感性：总的趋势是：种生物种

39、系的放射敏感性：总的趋势是：种系演化越高，机体组织结构越复杂，则其系演化越高，机体组织结构越复杂，则其放射敏感性越高放射敏感性越高 。不同动物或不同品系之间辐射敏感性有很大差异，其敏感顺序：豚鼠狗人兔小鼠大鼠2.与机体有关的因素与机体有关的因素 个体发育的放射敏感性：总的来说，个体发育的放射敏感性：总的来说，放射敏感性随着个体发育过程而逐渐放射敏感性随着个体发育过程而逐渐降低，但老年的机体又比成年敏感。降低，但老年的机体又比成年敏感。与机体有关的因素与机体有关的因素n胚胎植入前期胚胎植入前期:照射母体照射母体胚胎大量死亡，人胚胎大量死亡，人为妊娠第为妊娠第09日，小鼠为日，小鼠为05日。日。n器官形成期器官形成期:受到照射受到照射出现大量畸形。人为出现大量畸形。人为第第942天，小鼠为第天，小鼠为第513天。天。n器官形成期后器官形成期后:个体的放射敏感性逐渐下降。个体的放射敏感性逐渐下降。应当强调指出，胚胎和胎儿期受照射的儿童应当强调指出，胚胎和胎儿期受照射的儿童发生某些类型的癌症和白血病的危险度增高。发生某些类型的癌症和白血病的危险度增高。不同器官、组织和细胞的放射敏感性 人体各种组织的放射敏感性顺序： 1）高度敏感组织：淋巴组织、胸腺、骨髓、胃肠上皮、性腺和胚胎组织