试论骨科辐射效应的线性与非线性关系

1、试论骨科辐射效应的线性与非线性关系(1)    摘要： 放射界对于辐射效应一直沿用线性无阈理论， 但近年来， 低剂量辐射效应却让其表现出非线性特征。而且对于骨折以及骨科其他疾病来说不同剂量辐射所产生的效应是不同的， 即其在骨科中也存在线性与非线性的对立统一， 只有认清这两者的辩证关系， 才能抓住其本质， 最终产生深远的意义和临床应用。关键词： 辐射效应， 线性， 非线性， 辩证关系。辐射效应作为一种生命现象受机体、剂量、机制多种因素的影响， 同时这些因素具有不确定性、随机性和非平衡性等特性，所以我们要用！ 复杂性？ 1 的眼光和理性思维， 辩证地去对待线

2、性与非线性的关系。1 辐射效应的线性与非线性理论及现象。1. 1  辐射效应的！ 线性无阈理论？及其在骨科中的体现。长期以来， 有关辐射对人体的影响一直沿用！ 线性无阈理论？ , 该理论认为任何剂量的辐射都是有害的， 其危险性随着剂量的增加而呈线性增加。即该理论的突出特点是辐射效应是一直有害的且呈线性关系并无临界点（ 阈值） 的存在。在骨科研究中， 中高剂量的辐射对骨骼生长和骨折愈合等方面是有害的， 主要表现在骨坏死 2- 3 、骨折延迟愈合和骨不连等4 。1. 2  低剂量辐射的定义、效应及其在骨科中的体现。1986 年， 联合国原子辐射效应科学委员会报告： 低剂量辐射是

3、指0. 2Gy 以内的低LET（ 传能线密度） 辐射或0. 05Gy 以内的高LET 辐射 5 。低剂量辐射可以刺激动物的生长发育、延长动物寿命、提高生育能力， 增强动物和人体的免疫功能， 降低肿瘤发生率等， 即兴奋效应（ Ho rmesis ） 6 。且经微小剂量（ 如50mGy 75mGy） 辐射预处理的细胞、脏器或整体动物， 当它相继接受较大剂量辐射时， 能够对损伤产生抗性， 即适应性反应（Adaptive Response） 7 。在骨科研究中，低剂量辐射离体成骨母细胞，发现可增加碱性磷酸酶（ALP）的数量，促进单个细胞分泌血管内皮生长因子（vascular endothelial g

4、 rowth factor , VEGF） 8 , 增强成骨细胞的矿化能力等9 , 而且低剂量辐射还可促进骨折愈合10 。1. 3  辐射效应在骨科中的整合及其特征。在骨科中，当辐射剂量低于低剂量时，其效应几乎没有；当辐射为低剂量时其效应则为有益作用，且这种效应受多种因素的影响和制约并非单纯地随着剂量的增加（此时剂量仍处于低剂量范围内）而增加，但也不是当处于某个剂量点时其效应表现出同一性和均一性，它会因各种因素的影响而表现的有差别；当辐射为中高剂量时其效应则为损害作用，且损害作用会随着剂量的增加而增加。2 辐射效应在骨科中存在非线性特征的原因探讨。2. 1 机体因素。一般认为，若一个

5、系统具有非线性（不可叠加性）和动态性、非周期性和开放性以及积累效应（初值敏感性）、奇怪吸引子和结构自相似性（分形性）这几种基本性质时可作为复杂系统。生物体就是一复杂系统11,当某因素作用于机体时，会因内外环境、正负反馈作用、各种调节机制的复合效应、各种细胞因子的参与以及状态和修复机理等方面的不同而会产生不同的效应。犹如低剂量辐射和中高剂量辐射作用同一机体时，前者为有益作用，后者却为损害作用。本篇论文由网友投稿，读书人只给大家提供一个交流平台，请大家参考，如有版权问题请联系我们尽快处理。2. 2 机制因素。中高剂量辐射可以直接损伤甚至杀死细胞，导致DNA 的不可逆性损伤，从而表现出损害作用，并且

6、这种不可逆性损伤在某种程度上形成一特定的条件，反映出来的现象就是效应与剂量存在线性关系。但与中高剂量相反，低剂量辐射非但不杀死细胞，还能让DNA 对再次损伤产生抗性，并且还可以促进有利于血管新生的基因表达而加速例如VEGF 等的分泌11-13,可以动员前体细胞增殖分化14。这些有益因素可进一步促进骨折愈合和骨科其他疾病的恢复。正因为机制的异同和复杂性， 也使辐射效应在骨科中表现得非线性和非均一性且错综复杂。2. 3 剂量因素。自然界存在多样性和差异性，辐射的剂量不同，所造成的效应也会千差万别。机体本身就有一定的抗辐射能力，微小的剂量可能不会产生效应， 随着剂量的增加，效应也随之产生，但因机体的

7、复杂性11、各种不确定性以及随机性， 剂量的微小改变犹如蝴蝶效应一样，会带来效应上巨大的改变，当低于或高于剂量的临界点（阈值）时，所带来的效应也会迥然相反，例如1Gy辐射骨折模型和成骨细胞分别可以促进骨折愈合10 和刺激成骨细胞矿化结节数的增加9,当2Gy辐射成骨细胞时却造成矿化结节数的降低，接近对照组水平9; 所以综合这些事实，线性理论显然无法完美地来表现这些效应的差别。2. 4  时间因素。辐射的时间长短、间隔时间的多少、反应作用的时间以及随着时间的迁移对机体的影响或者反应都是不确定的，也是非线性的。例如：1Gy照射大鼠的骨折模型，会在时间上表现出先抑后扬的效应或状态即在骨折初期

8、可造成骨痂内纤维软骨组织较多、矿化骨少、白细胞和血小板的下降， 而随着时间的迁移，在第2、3 周时白细胞和血小板迅速回升， 甚至超越对照组， 在第3 周时骨痂矿化也明显加速10。3 辐射效应在骨科中线性与非线性特征的对立统一。现代辩证自然观认为：非线性系统是客观世界的常规现象和正常状态，非线性现象具有普遍性，非线性是其基本特征和本质。而线性系统是一部分简单的非线性系统在一定条件下的现象和状态，线性特征是细枝末节，是非本质的存在和次要方面。但线性与非线性是相互联系、相互依存的。辐射效应的线性无阈理论是在一定条件下即基于辐射的有害作用所提出来的，只是整个辐射效应的一小部分或者特殊表现，具有局限性和

9、特质性。近年来，随着低剂量辐射在骨科中各项研究的增多， 发现低剂量辐射具有和中高剂量相反的效应， 可促进成骨细胞的矿化能力9 及骨折愈合10, 正是这些研究，让我们对辐射效应在骨科中的认识进一步加深，其并非如线性无阈理论所描述得单纯的线性特征，而是具有复杂性和非均一性，整体表现出来的是非线性特征且存在临界点（阈值）。4  辐射效应在骨科中非线性特征的作用和意义。长期以来，线性无阈理论一直占主导地位，在骨科中也是应用此理论，认为辐射对骨细胞和骨组织是绝对有害的，并在临床中尽量避免辐射，但随着低剂量辐射概念的提出以及研究的深入，越来越多的证据表明线性无阈理论的局限性，甚至曲解了辐射效应，

10、掩盖了辐射效应的非线性特征且存在临界点（阈值）的本质。整体上说，在骨科中辐射效应犹如一把双刃剑，即中高剂量的辐射效应表现出延迟骨折愈合甚至造成骨不连等有害作用，而低剂量的辐射效应却表现出促进骨折愈合和促进骨细胞生长等有益作用， 事实上很多问题均是如此，关键看我们如何正确引导它、发展它15。对其损害作用在临床上要避免，而对其有益作用应加以应用来发挥其价值。关于辐射效应在骨科中的非线性特征且有临界点（ 阈值）存在？ 的认识， 将对骨科学的发展有重大意义并产生巨大的科研价值。将促进其在骨科学方面的进一步深入研究， 丰富和完善辐射在骨科学中的理论如低剂量辐射在骨质疏松、四肢缺血以及骨折等方面的研究和临界点（ 阈值） 的探讨， 且促使骨科学与辐射学相结合而产生甚至发展一门新的边缘学科， 并且也为骨科治疗学提供一新的途径。辐射效应在骨