第三章放射生物效应与防护

1、 第三章第三章 放射生物效应与防护放射生物效应与防护 照射量照射量(exposure)是直接度量是直接度量x、射线对射线对空气电离能力的量，以空气电离能力的量，以X表示。定义：表示。定义：x或或射射线在单位质量为线在单位质量为dm的空的空气中与原子核相互作用气中与原子核相互作用，释放出来的全部正负，释放出来的全部正负电子完全被阻止时，所电子完全被阻止时，所产生的产生的同一种符号同一种符号的离的离子总电荷的绝对值子总电荷的绝对值dQ与与dm之比。之比。 X=dQ/dmSI单位：库仑单位：库仑千克千克-1旧专用单位伦琴，旧专用单位伦琴，R。1.1.常用辐射量及其单位常用辐射量及其单位 当量剂量当量

2、剂量 (dose equivalemt，H) 衡量各种辐射对生物机体衡量各种辐射对生物机体危害程度的物理量。定义危害程度的物理量。定义：吸收剂量与辐射权重因：吸收剂量与辐射权重因数的乘积，用数的乘积，用H表示表示 H=WDD：辐射在组织：辐射在组织T中所致的中所致的 平均吸收剂量；平均吸收剂量；W：辐射权重因子。：辐射权重因子。 如定光子的如定光子的W =1，则，则 粒子的粒子的W=20 SI单位是焦耳单位是焦耳千克千克-1 。专。专名为希沃特，符号是名为希沃特，符号是Sv,剂剂量当量只限用于放射防护量当量只限用于放射防护. 吸收剂量吸收剂量 (absorbed dose) 任何被照射物质每任

3、何被照射物质每单位质量单位质量(dm)所吸所吸收的任何电离辐射收的任何电离辐射的平均能量的平均能量dE，用，用D表示。表示。 D=dE/dm吸收剂量的吸收剂量的SI单位单位为戈瑞，符号为戈瑞，符号Gy。 1Gy=1Jkg-1旧单位是拉得，符旧单位是拉得，符号号rad。 1Gy=100 rad名名 称称国际制单位国际制单位SISI旧专用单位旧专用单位单位换算单位换算放射性活度放射性活度（A）贝可贝可（Bq）居里居里（Ci）1Bq = 2.70310-11 Ci1Ci = 3.71010 Bq照射量照射量（X）库仑库仑/千克千克（CKg-1）伦琴伦琴（R）1CKg-1 = 3.877103 R1R

4、 = 2.5810-4 CKg-1吸收剂量吸收剂量（D）戈瑞戈瑞（Gy）拉得拉得（rad）1 Gy = 100 rad1 rad = 0.01 Gy当量剂量当量剂量 （H）希沃特希沃特（Sv）雷姆雷姆（rem）1 Sv = 100 rem1 rem = 0.01 Sv常用辐射量及单位换算常用辐射量及单位换算 2. 2. 电离辐射的生物效应电离辐射的生物效应目的与意目的与意义义针对其危害，进行正确的辐射防护；针对其危害，进行正确的辐射防护；根据其规律，指导正确的诊断治疗。根据其规律，指导正确的诊断治疗。一、生物效应发生机制一、生物效应发生机制 物理阶段物理阶段 1010-16 -16 1010-

5、18-18s s辐射辐射机体机体 电离、激发电离、激发交出部分或全交出部分或全部能量部能量机体机体获得能量获得能量。 物理化学阶段物理化学阶段四个阶段四个阶段 生物学阶段生物学阶段细胞水平的变化（细胞细胞水平的变化（细胞膜通透性增加，染色体畸变膜通透性增加，染色体畸变 等）。等）。组织器官功能障碍，机组织器官功能障碍，机体损伤。体损伤。不同损伤结局不同：不同损伤结局不同：生物效应严重生物效应严重 机体不可机体不可逆损伤逆损伤 死亡死亡生物效应较轻生物效应较轻 机体细胞机体细胞代偿、修复、再生代偿、修复、再生 康复康复 化学阶段化学阶段 线粒体的氧化磷酸化、线粒体的氧化磷酸化、DNADNA、DN

6、ADNA蛋白及其他蛋白蛋白及其他蛋白质的合成代谢受到抑制。质的合成代谢受到抑制。组织中组织中DNADNA含量减少，分含量减少，分解产物增多，蛋白质分解解产物增多，蛋白质分解代谢增强，出现负氮平衡。代谢增强，出现负氮平衡。生物大分子物质发生变化。生物大分子物质发生变化。四个阶段四个阶段两种作用两种作用 ( (一一) ) 原发作用：原发作用：指机体在电离辐射作用下，指机体在电离辐射作用下，能量的吸收、传递、转化以及与此相应的生能量的吸收、传递、转化以及与此相应的生物大分子和细胞、亚细胞结构的损伤与破坏物大分子和细胞、亚细胞结构的损伤与破坏。原发作用又分为直接作用和间接作用。原发作用又分为直接作用和

7、间接作用。 （二）继发作用：（二）继发作用：所谓继发作用是指在原发作所谓继发作用是指在原发作用的基础上，进一步引起机体代谢紊乱，功用的基础上，进一步引起机体代谢紊乱，功能障碍，形态学上的变化以及临床症状的出能障碍，形态学上的变化以及临床症状的出现和发展。现和发展。原发作用原发作用 1. 1.直接作用直接作用(direct effects)(direct effects)：是指电离辐射直接作用于具有生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。学键断裂而造成分子

8、结构和性质的改变。2. 间接作用间接作用(indirect effects):(indirect effects):是指电离辐射作用于体液中的水分是指电离辐射作用于体液中的水分子子(机体内水占体重的机体内水占体重的70%)，引起水分子的电离和激发，形成化学性，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质活泼的不稳定的自由基( 如如H，OH )，再作用于生物大分子，可导，再作用于生物大分子，可导致生物大分子的损伤和一系列生理、生化的紊乱。致生物大分子的损伤和一系列生理、生化的紊乱。 四个阶段，两种作用四个阶段，两种作用原发作用原发作用继发作用继发作用辐射对辐射对DNADNA分子原发

9、作用模式图分子原发作用模式图二、影响生物效应的因素二、影响生物效应的因素与辐射有关的因素与辐射有关的因素与环境有关的因素与环境有关的因素与机体有关的因素与机体有关的因素1.辐射剂量与剂量率辐射剂量与剂量率 (1). 不论内、外照射剂量大不论内、外照射剂量大,效应大；效应大； (2). 总剂量相同，剂量率大、效应大；总剂量相同，剂量率大、效应大； (3). 剂量过大剂量过大,可造成不可修复的损伤。可造成不可修复的损伤。 2.辐射的种类辐射的种类 (1). 相同能量相同能量,射线不同射线不同,效应不同；效应不同； (2). 同种射线，能量不同，效应不同，能量大效应大。同种射线，能量不同，效应不同，

10、能量大效应大。 3.照射条件照射条件 (1). 外照射：外照射：； (2). 内照射：内照射：； (3). 剂量相同：全身剂量相同：全身局部，均匀局部，均匀不均匀；不均匀； (4). 受照部位不同效应不同，如头、胸、腹四肢效应。受照部位不同效应不同，如头、胸、腹四肢效应。4.照射次数与照射面积照射次数与照射面积 （一）与辐射有关的因素（一）与辐射有关的因素( (二二) )与机体有关的因素与机体有关的因素1.生物种系生物种系 (1). 种系不同种系不同,效应不同效应不同:一般种系演化越高，效应敏感性越大一般种系演化越高，效应敏感性越大, 如多如多C单单C，哺乳，哺乳两栖类两栖类 .2.生物个体生

11、物个体 (1). 同种系不同个体有差异同种系不同个体有差异 (2). 同一个体不同阶段有差异：如胚胎幼成老同一个体不同阶段有差异：如胚胎幼成老.3. 组织与细胞组织与细胞 (1). 相同个体相同个体,不同组织不同组织,效应不同效应不同:如淋巴组织如淋巴组织脂肪组织脂肪组织 ;(2). 不同细胞效应不同：如淋巴细胞成纤维细胞不同细胞效应不同：如淋巴细胞成纤维细胞 网状网状C ;(3). 细胞状态细胞状态:细胞分裂旺盛效应高，如幼稚细胞分裂旺盛效应高，如幼稚C成熟细胞成熟细胞;(4). 亚细胞及分子水平的辐射敏感性亚细胞及分子水平的辐射敏感性:DNAmRNArRNA tRNA蛋白质。蛋白质。 (

12、(三三) )与环境有关的因素与环境有关的因素 1.1.温度：温度：温度增高，效应增大，相反则降低；温度增高，效应增大，相反则降低； 2.2.氧：氧：氧气浓度增大，效应增大；氧气浓度增大，效应增大； 3.3.化学物质：化学物质：某些激素某些激素( (如雌激素如雌激素) )和化学制剂和化学制剂 对辐射有抗放作用对辐射有抗放作用; ; 还有一些能起增强作用。还有一些能起增强作用。 按效应出现的对象分类按效应出现的对象分类躯体效应躯体效应遗传效应遗传效应按效应出现时间按效应出现时间近期效应近期效应远期效应远期效应造血组织、造血组织、消化系统及消化系统及中枢神经系中枢神经系统等的效应统等的效应. .辐射

13、致癌白辐射致癌白内障、不孕内障、不孕、胚胎效应、胚胎效应、遗传效应、遗传效应及寿命缩短及寿命缩短小剂量兴奋作用小剂量兴奋作用按效应发生的机制按效应发生的机制 随机效应随机效应(stochastic effects)：是指辐射效应的发生：是指辐射效应的发生几率几率(而非而非重严程度重严程度)与剂量相关的效应，发生几率随受照剂量的增加与剂量相关的效应，发生几率随受照剂量的增加而增大，它而增大，它不存在剂量阈值，不存在剂量阈值，如致癌效应和遗传效应。由于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

14、诱发癌症的概率是很低的。，但总的来说，辐射诱发癌症的概率是很低的。 确定性效应确定性效应(deterministic effects)：指效应发生的：指效应发生的严重程度严重程度（非几率）与剂量相关，（非几率）与剂量相关，有剂量阈值有剂量阈值，阈值以下不会发生这，阈值以下不会发生这种效应，阈值以上才可发生这种效应。如不育、白内障、造种效应，阈值以上才可发生这种效应。如不育、白内障、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。等。 常见确定性效应剂量阈值常见确定性效应剂量阈值 （一次照射中组织受到的总当量剂量） 组织和组织和 器官

15、器官 确定性效应确定性效应 总当量剂量总当量剂量 （Sv）睾丸睾丸暂时不育暂时不育0.15永久不育永久不育3.56.0卵巢卵巢永久不育永久不育2.56.0眼睛体眼睛体可查出的浑浊可查出的浑浊0.52.0白内障白内障5.0骨髓骨髓造血机能低下造血机能低下0.5致死性再生不良致死性再生不良1.5 一、一、作用于人体的电离辐射源作用于人体的电离辐射源 （一）天然辐射源（一）天然辐射源 1. 初级宇宙射线、次级宇宙射线：质子、初级宇宙射线、次级宇宙射线：质子、粒子、光子等。粒子、光子等。 2. 天然放射性核素：土壤、水中：天然放射性核素：土壤、水中：40K、3H、14C、226Ra等。等。 3. 人体

16、内存在的放射性核素：食入、吸入等方式侵入体内：人体内存在的放射性核素：食入、吸入等方式侵入体内： 40K、14C、210Po等。等。 （二）人工辐射源（二）人工辐射源 1. 核试验（核试验（1799次，美：次，美：921，苏：，苏：624，中：，中：34）; 2. 核工业与核动力核工业与核动力; 3. 医疗照射及职业照射医疗照射及职业照射 ; 4. 生活照射。生活照射。3 3 放射卫生防护放射卫生防护二、电离辐射作用于人体的方式二、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，仅其射线作用于人体，这种照射只：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

17、射场中才受到照射，离开辐射场就停照。有当机体处于辐射场中才受到照射，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，分布于组织器官中产生经常、：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。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被包在外壳中，在正常情况：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。一般情况下，只产生外照射。4.4.开放源：开放源：指工作中使用直接暴露

18、在工作环境中的液态、气态、粉态指工作中使用直接暴露在工作环境中的液态、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，并或气溶胶等物理状态的放射性核素，能向周环境扩散，并 可能侵入机体。开放源既可产生外照射可能侵入机体。开放源既可产生外照射, ,又可产生内照射又可产生内照射. . 基本原则基本原则 目目 的的 三、放射防护的目的与基本原则三、放射防护的目的与基本原则防止一切有害的防止一切有害的确定性效确定性效应应，把，把随机效应随机效应的发生率的发生率降低到可以接受水平。降低到可以接受水平。1.1.实践正当性实践正当性2.2.防护最优化防护最优化 3.3.个人年剂量限值个人年剂量限

19、值指一年内职业人员所受外照射和指一年内职业人员所受外照射和内照射剂量的总和，不包括天然内照射剂量的总和，不包括天然本底照射和医疗。本底照射和医疗。类别类别职业人员职业人员普通大众普通大众有效剂量有效剂量在规定的在规定的5年内平均不年内平均不超过超过20msva-1，一年内，一年内最多不超过最多不超过50msv。1 msva-1当量剂量当量剂量眼晶体眼晶体150 msv.a-115 msv.a-1皮皮 肤肤500 msv.a-150 msv.a-1手和足手和足500 msv.a-1 ICRP1990ICRP1990年建议的年剂量限值年建议的年剂量限值核医学室的配置：核医学室的配置：“区配置法区配置法”清洁区清洁区 中间区中间区 活性区活性区( (二二) )外照射防护（封闭源）外照射防护（封闭源）时间防护时间防护屏蔽防护屏蔽防护距离防护距离防护X X射线、射线、射线：射线：易为易为高密度材料所吸收，常高密度材料所吸收，常用铅、钨等高原用铅、钨等高原子序数子序数物质作屏蔽。物