第五章 电离辐射的生物学效应

1、 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益主讲：主讲：鲍鲍 艳艳咸宁学院生物医学工程学院咸宁学院生物医学工程学院 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益第五章第五章 电离辐射的生物学效应电离辐射的生物学效应辐射生物效应的研究目的对其引起的健康危害进行定量评价采取有效的防护措施：4电离辐射和旁效应电离辐射和旁效应3确定性效应和随机效应确定性效应和随机效应2躯体效应和遗传效应躯体效应和遗传效应1早期效应和迟发效应早期效应和迟发效应生物效生物效应的分应的分类：类： 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电

2、离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益1早期效应和迟发效应早期效应和迟发效应。 早期效应（Early effect）：是指受照后几个星期内发生的辐射效应，如急性放射病，急性皮肤损伤等 迟发效应（late effect）：在正常组织和肿瘤内部都存在细胞杀灭的继发效应，在受照数月后才会发生的效应。如慢性放射病，辐射至白血病，致癌效应，放射性白内障，辐射遗传效应等。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益一些组织细胞自我更新率较缓慢某些具有分裂功能的组织细胞群死亡 有些类型损伤的潜伏期较长 细胞之间信号传导途径功能失调 导致迟发导致迟发效应产生效应产生的

3、原因的原因 1早期效应和迟发效应早期效应和迟发效应 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 细胞凋亡(apoptosis)是一种由基因调控的细胞自主性死亡过程. 细胞主动地运用基因调控程序引起自身死亡, 可使机体清除受损伤的、衰老的或无用的细胞，而不引起机体微环境损伤和炎症, 对维持组织内环境的稳定、细胞群的动力学平衡和组织器官的各种生理功能和病理反应是不可缺少的。细胞凋亡涉及基因表达的级联反应。 肿瘤细胞和正常细胞都有自我更新能力，并有相似的生长调节机制和自我更新途径1早期效应和迟发效应早期效应和迟发效应 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五

4、章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 人体细胞之间的信息转导途径： 通过相邻细胞的直接接触来实现 通过细胞分泌各种化学物质来调节自身和其他细胞的代谢和功能(更重要、更普遍)。 分泌释放信息物质的特定细胞信息物质(包含细胞间与细胞内的信息物质和运载体、运输路径等)靶细胞(包含特异受体等)人体中信息传导通路构成；1早期效应和迟发效应早期效应和迟发效应 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益2躯体效应和遗传效应躯体效应和遗传效应 遗传效应是生殖细胞的损伤引起的、影响到受照者后代的效应。构成体细胞生殖细胞机体的细胞分为躯体效应（somatic ef

5、fect）遗传效应(genetic effect) 躯体效应指出现在受照射体本身的效应，由体细胞损伤引起的按效应出现的部位全身效应(total body effect)局部效应(local effect) 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益3确定性效应和随机效应确定性效应和随机效应非随机性应non-stochastic effect随机效应stochastic effect1977年年ICRP按照效应发生规按照效应发生规律来划分律来划分当照射的剂量达到一定水平后，细胞死亡细胞增殖补充或代偿能力，此时确定性效应必然会出现，故必然性效应。1990年

6、ICPR改为确定性效应deterministic effect必然性效应又称为改为确定性效应是由于在成因上是由放射线能量沉积事件决定的构成这种效应的基础是细胞死亡，这种细胞死亡是随意性的 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益4电离辐射和旁效应电离辐射和旁效应 近年来,人们发现:机体对辐射的反应是群体现象而不仅仅是单个独立细胞对损伤的积累反应，辐射除了可损伤直接受照的细胞外，还可通过受照细胞产生一些信号或分泌一些物质，引起未受照细胞产生同样的损伤效应,包括如细胞死亡、细胞间活性氧增加、细胞增生、凋亡、染色体断裂和突变、基因改变、基因不稳定等，这种效

7、应称为旁效应(bystander)或旁观者效应。电离辐射的旁效应可以是随机性效应，也可以使确定性效应。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益第二节第二节 电离辐射的细胞生物学效应电离辐射的细胞生物学效应电离辐射损伤细胞数量和程度不同，可出现体内一系列生理病理变化，直至发生多种局部或整体的早期和迟发效应。 电离辐射的整体效应，均以辐射对细胞的作用为基础。细胞损伤和突变细胞死亡细胞的损伤类型一电离辐射所致的细胞损伤和凋亡电离辐射所致的细胞损伤和凋亡细胞存活：指细胞具有无限增殖的能力完整增值能力。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的

8、生物学效益电离辐射的生物学效益 “死亡”细胞：指细胞失去增殖能力，即使照射后细胞的形态仍然保持完整，有能力制造蛋白质，有能力合成DNA，甚至还能再经过一次或两次有丝分裂，产生一些子细胞，但最后不能继续传代者称为“死亡”细胞。 克隆(集落)：在离体培养的细胞中，一个存活的细胞可分裂增殖成一个细胞群体。死亡 + 增殖几次“死亡”细胞无限增殖 存活细胞 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 1.间期死亡(Interphase death)： 照射后细胞在有丝分裂的间隙立即死亡者称为间期死亡，又称为即刻死亡(Immediate death)，由于不能通过

9、下次有丝分裂，故又称为非有丝分裂死亡。受照后受致死损伤的细胞死亡有两种类型： 间期死亡和增值性死亡 通常发生在大剂量集中照射时,一般需要数百戈瑞照射剂量，迅速出现正常核形态消失，发生细胞变性而死亡 。 对于象A型精原细胞、卵细胞和淋巴细胞等细胞来说，较小剂量即可导致间期死亡。增殖性死亡可以由通常治疗剂量引起。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 2.增殖性死亡(reproductive death) ：细胞接受致死剂量照射后并不立即死亡，在停止有丝分裂之前仍保持正常显微结构，但在经少数几次分裂后突然变性而死亡。 间期死亡的原因是细胞核磷酸化抑制

10、，ATP(三磷酸腺苷)合成损伤，膜通透性改变，结合结构的破坏等。 细胞间期死亡与机体辐射损伤程度紧密相关 增殖死亡的机制可能是由有丝分裂抑制和染色体畸变所致，因此，不能进入细胞分裂的细胞 增殖死亡与细胞分裂周期数和受照剂量有关，受照剂量愈大则可分裂次数愈少。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 辐射诱发巨细胞死亡是增殖死亡的变形，它可能是细胞融合后核内分裂的结果。 增殖死亡的分子基础可能是DNA的双链断裂、碱基损伤和错误修复引起遗传密码改变，影响蛋白质和酶的正常合成。 另一种情况是受照射后不立即变性和进一步分裂，而是形成巨细胞，存活一段时间后死

11、亡；这些巨细胞直径可为原来的2550倍，可存活数月。 3.细胞凋亡(Apoptosis) ：细胞凋亡是指细胞在一定的生理或病理条件下，受内在遗传机制的控制自动结束生命的过程。 正常的组织中，经常发生“正常”的细胞死亡，它是维持组织机能和形态所必需的。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益3细胞坏死（necrosis）1细胞凋亡（apoptosis）2细胞程序性死亡programmed cell death，PCD3细胞死亡的方式通常有3种：被细胞内一系列相关的分子所调控，并伴随有典型的形态学改变 细胞凋亡是以细胞核浓缩、染色体DNA被以核小体为单

12、位切成梯状片段（ladder）、细胞缩小，最终形成细胞凋亡小体等形态变化为特征，不引起周围细胞的溶解。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 细胞凋亡是在细胞群中散发，阶段性进行，并且依存于ATP的供给和RNA、蛋白质的合成，是属于主动排除机制。 细胞凋亡的细胞内信息传导途径可大致分为二个阶段：诱导阶段和实行阶段。 细胞凋亡诱发机制激活和抑制机制（生长因子、激素、受体因子等增殖性因子）的失活放射线、热休克等物理性因素药物、毒物等化学性因素病毒、细菌等生物学因素诱导阶段诱导细胞凋亡的因素内源性因素外源性的因素 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第

13、五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 近年来还发现活性氧以及一氧化氮在神经系统疾病、心血管疾病、免疫性疾病及老化等方面的作用都不同程度地与细胞凋亡有关。t清除无用的或多余的细胞人脑在发育过程中有95%的细胞死亡除去发育不正常的细胞。如脊椎动物视觉系统没有形成正确神经元连接的神经元被清除掉除去一些有害细胞如胸腺细胞在离开胸腺之前被诱导死亡。除去不再起作用的细胞如蝌蚪变态时的尾部细胞死亡细胞凋亡的生物学功能 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益凋亡信号转导 凋亡基因激活凋亡的执行 （共同通路）凋亡细胞的清除细胞凋亡细胞凋亡过程的四过程的四个

14、阶段个阶段 1.凋亡信号转导 当细胞内外的凋亡诱导因素与被作用的细胞受体结合后，细胞产生复杂的生化反应，并形成与凋亡有关的第二信使：Ca2+ 、神经酰胺等信号分子形成死亡信号 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 2.凋亡基因激活 调控的凋亡基因在接受死亡信号后，开始按预定程序启动，并合成执行凋亡所需的各种酶和相关物质。 3.凋亡的执行（共同通路） 凋亡的主要执行者有两类酶：核酸内切酶（endogenous nuclease Dnase）彻底破坏细胞的生物命令系统； 凋亡蛋白酶Caspases 3 细胞的结构全面解体。4.凋亡细胞的清除凋亡后细胞

15、可以被邻近巨噬细胞分解。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益区别点细胞凋亡细胞坏死起因生理或病理性病理性变化或剧烈损伤范围单个散在细胞大片组织或成群细胞细胞膜保持完整，一直到形成凋亡小体破损染色质凝聚在核膜下呈半月状呈絮状细胞器无明显变化肿胀、内质网崩解细胞体积固缩变小肿胀变大凋亡小体有，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬无，细胞自溶，残余碎片被巨噬细胞吞噬基因组DNA有控降解，电泳图谱呈梯状随机降解，电泳图谱呈涂抹状蛋白质合成有无调节过程受基因调控被动进行炎症反应无，不释放细胞内容物有，释放内容物。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射

16、的生物学效益电离辐射的生物学效益二、细胞存活曲线及其参数 测量体内原位细胞存活比较困难，借助体外培养技术，可使具有无限增殖能力的单个细胞繁殖成集落（克隆）。在培养基上接种一定数目的细胞经一定剂量照射后，可以通过计数形成的集落数来计量存活下来的细胞。测量细胞体存活率的方法： 为了集落计数标准一致，通常把含有50个以上细胞的克隆计为一个集落，代表一个存活单位。但这不是一成不变，在某些情况下，几个细胞也可作为一个集落。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 在一定剂量下，生成的集落数目与原接种细胞数目之比称为该剂量下的存活分数（survival fra

17、ction，SF）。p%SFE=形成的集落数接种的单个细胞数 做细胞培养时，即使未受照射的细胞，也不能全部形成集落，这时形成的集落数与接种细胞数之比称为接种率（planting efficiency , Ep%）或集落形成率。 细胞存活曲线可分为两类，一类是现象性的，另一类是机制性的。目前的模型多数与现象性的，但对机制有时也有所阐明。建立机制性模型难度较大，但一旦成功将具有更大的理论和实际意义， 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益三、电离辐射诱发细胞染色体畸变

18、 生物特有的基因型是由其染色图上的基因数目、类型及其排列方式来决定的。 电离辐射可使基因的化学结构或基因之间的排列上发生变化，称为基因突变。 基因突变可分为染色体畸变和点突变，其中染色体畸变是致癌效应和遗传效应的基础。1.染色体的一般特征 每个物种都有其特定的染色体数目和形态特征，各种中生物经过世代相传，其染色体的形态和数目始终保持相对稳定。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 正常人体细胞含有23对同源染色体，来自父母双方，称为二倍体，其中22对为常染色体，编为122号。分7组（AG）；另一对为性染色体X和Y男性为XY，女性为XX。 染色体都

19、是成对的，但在某些诱变剂作用下染色体可发生数目和结构的改变。2.电离辐射引起的染色体改变 多倍体是染色体成倍增加，形成三倍体、四倍体，甚至更多。染色体数目异常非整多倍体多倍体非整多倍体是染色体非成倍的增加 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 数目异常与照射剂量之间无规律性定量关系，故一般不把染色体数目变化作为估算辐射剂量的定量目标。C.与其他断端发生交换而导致各种类型的畸变。染色体结构改变 根据靶细胞或受试因子所处的细胞周期阶段，以及染色体在击断后的重接方式分为两类：即染色体单体型和染色体型畸变。染色体结构改变的最初变化是断裂，断裂后有三种结局

20、： A.断端照原样重新愈合，这在细胞学上无法辨认；B.两端保持原先的断裂面形成缺失和游离断片； 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益染色单体间隙 染色单体等点间隙染色单体断裂 染色单体缺失三射体 四射体。 染色体畸变，当细胞处于S期(DNA合成期)或G2期(DNA合成后期)受到电离辐射作用时，这时染色体经过复制成为两个染色单体，因此断裂可以发生在一条单体上，也可以发生两条单体上。常见的染色体畸变有以下类型： 大部分化学诱变剂和环境中一些有害因素均可诱发染色单体畸变，对评价辐射效应染色体畸变意义不大。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电

21、离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 染色体形畸变：处于G1期或G0 期的细胞受到电离辐射作用时，因为这时染色体尚未复制，其中单根染色体丝被击断，经S期复制后，在中期分裂细胞见到的是两条单体在同一部位显示变化，因此导致的是染色体型畸变。 按畸变在体内的转归，可以分为两类:非稳定型畸变和稳定型畸变前者包括:双着丝粒、双着丝环和无着丝粒断裂片。后者包括:相互异位、倒位和缺失。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益3.染色体的辐射剂量估算 人类受到一定的电离辐射作用

22、后，早期在外周淋巴细胞和骨髓细胞即可见到染色体的改变，染色体的改变可作为照射剂量估算和事故照射近期及远期效应的观察指标。 染色体对辐射敏感性极高，即使受照剂量仅0.05Gy，受照射后早期亦可见畸变率增高。双着丝粒（dic）双着丝粒环（r）无着丝粒断裂（ace） 用于生物剂量估算的畸变主要有以”dic+r”较为准确。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 两条染色体断裂后，具有着丝粒两个片段相连接，即形成一个双着丝粒染色体。两个无着丝粒片段也可以连接成一个无着丝粒片段，但后者通常在细胞分裂时丢失。双着丝粒染色体常见于电离辐射后，因此在辐射遗传学中常

23、用以估算受照射的剂量。 双着丝粒（dic）是指有两个着丝粒的染色体，常伴有一对无着丝粒断片。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 双着丝粒环（r）含义是一对具有着丝粒的环形染色单体，常伴随一对断片 无着丝粒断裂（ace）又包括 f 和m两种染色体的畸变，f成为染色体末端缺失，是一对相互平行的染色单体，有时易与等染色单体间隙相混淆，其判断标准是，如果两端距离小于染色单体横径，就是为等染色裂隙，否则为断片；m为一对环形的无着丝粒染色单体，f 和 m又称为中间缺失。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益

24、 通过建立的射线诱发染色体畸变-剂量效应关系，即在发生电离辐射事故时，抽取受照者血液，分离淋巴细胞体外培养，作染色体畸变分析，通过染色体畸变-剂量效应关系估算受照剂量。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 这种方法只能用于比较均匀的急性照射，对不均匀和局部照射只能给出相当于均匀照射的剂量，也不能用于内照射、分次照射和慢性小剂量照射的剂量估算。 染色体畸变分析被公认为是较可靠的生物剂量估算方法，但实际应用中由于分析畸变费时、费力，对检验人员识别畸变技能要求较高，

25、而无法满足广大群体照人员的剂量估算。 微核实验也被广泛应用作为染色体畸变辅助检测手段，由于微核主要来源于染色体的断片和整条染色体微核实验与染色体畸变分析的敏感性、特异性、准确性都几乎相当，也是一个较好的估算生物剂量的方法。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 微核（micronucleus, 简称MCN），也叫卫星核，是真核类生物细胞中的一种异常结构，是染色体畸变在间期细胞中的一种表现形式 微核往往是各种理化因子，如辐射、化学药剂对分裂细胞作用而产生的。 在细胞间期，微核呈圆形或椭圆形，游离于主核之外，大小应在主核1/3以下。微核的折光率及细胞

26、化学反应性质和主核一样，也具合成DNA的能力。一般认为微核是由有丝分裂后期丧失着丝粒的染色体断片产生的。有实验证明，整条染色体或几条染色体也能形成微核。这些断片或染色体在分裂过程中行动滞后，在分裂末期不能进入主核，便形成了主核之外的核块。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 当子细胞进入下一次分裂间期时，它们便浓缩成主核之外的小核，即形成了微核。 已证实，微核率的大小是和作用因子的剂量或辐射累积效应呈正相关，这一点与染色体畸变的情况一样。 真核类的测试系统更能直接推测诱变物质对人类或其它高等生物的遗传危害，在这方面，微核测试是一种比较理想的方法

27、。 微核试验在对外来化合物(如药品、食品添加剂、农药、化妆品、环境污染物等)遗传毒性和职业暴露人群遗传损害监测和现场生态环境检测方面，在诊断和预防肝癌、食管癌、肺癌等恶性肿瘤方面得到了大量的应用。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 微核试验最大的优点是经济、简单、快速，而国内外大量的对试验研究，比较一致的看法是该方法在敏感性、特异性和准确性方面，与经典的染色体畸变分析方法基本相当。因而，特别适合作为大量化合物和现场人群初筛的实验方法。 染发剂对韭菜花细胞微核的诱变效应 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的

28、生物学效益 近年来，一些学者对早熟凝集染色体（premature chromosome condensation PCC），与电离辐射剂量之间的关系进行了研究，有望成为较好的生物剂量计，但尚需在方法进行改进。 将处于分裂期(M期)的细胞与处于细胞周期其他阶段的细胞融合, 使其他期细胞的染色质提早包装成染色体, 这种现象称为染色体早熟凝集。四、电离辐射的旁效应 射旁效应涉及姐妹染色单体互换、DNA双链断裂、细胞存活、增殖、凋亡、细胞生长阻滞、细胞转化、基因突变、基因表达和基因不稳定性等多方面。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 医学辐射防护学医

29、学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 4.旁效应属于非靶效应，有些效应对细胞有害，而有些对细胞无害，这决定于产生旁效应信号细胞和接受信号细胞类型。旁效应的特点：1.高LET辐射所致旁效应比低LET辐射强烈2.一般相同组织的旁观者细胞才能产生旁效应3.旁效应不仅局限在最初几代细胞，还可涉及更远的后代细胞3.与细胞间通讯或信号转导有关系的因素。电离辐射诱发旁效应的可能机制：1.辐射诱发产生活性氧自由基2.受照介质的效应 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益第三节第三节 电离辐射的随机效应电离辐射的随机效应 一、随机效应

30、的特征 随机效应（stochastic effects）是指电离辐射照射生物机体产生的一些有规律的效应。 2.一般认为在电离辐射防护感兴趣的范围内，这种效应的发生不存在阈值剂量，因此不管接受照射剂量的大小，这种效应都有可能会发生。 规律是 1.效应的发生概率与受照射剂量的大小成正比，但效应的严重程度与受照射剂量无关； 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 由于电离辐射击中靶的概率是随机性的，所以发生随机性效应实际上是体细胞和生殖细胞突变的结果，最终可导致癌效应、基因突变和遗传性疾病。2.电离辐射致癌效应 放射致癌效应的评价是辐射危害评价的核心内容

31、 （1）电离辐射的致癌性 正常细胞转化为癌细胞的过程涉及多种机制和阶段，多阶段学说归纳为经历“始动-促进-发展”三阶段。 电离辐射首先是致癌的“始动因子”，与化学致癌相比电离辐射是一种比较弱的始动因子。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 电离辐射不是强的促癌因子，是因为细胞增殖只有当受到足够高的剂量引起细胞损伤继而出现代偿性增殖时才能发生；然而当剂量过高时，一些已经始动的细胞还将被杀死，因而降低癌症的发生率。 其次，电离辐射也可能是一种“促癌因子”，可促进已经始动细胞克隆增殖。 最后，电离辐射也是一种“促发展因子”，任何受照射的人，如果体内已

32、经存在既往因其他原因引起的被始动和被促进的细胞克隆，这时电离辐射作为基因和染色体的诱变剂，可以是这些变异的细胞克隆转化为恶性生长。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 电离辐射几乎可以诱发所有种系哺乳动物的所有组织癌变的能力，这是任何一种化学致癌物都不能比拟的。 （2）电离辐射致癌的评估方法 电离辐射不能引起特殊的癌症，而是使自然存在的某癌症的发生率增高，超出其极限发生率（baseline incidence）。 为了评价人群电离辐射致癌的危险水平，流行病学中经常使用绝对危险值、相对危险值和归因危险值三个指标。 绝对危险值（absolute r

33、isk）是照射组癌症发生率与对照组或参比人群发生率之差，因此绝对危险值又称超额绝对危险值（excess absolute risk ，EAR）。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益相对危险值（relative risk，RR）是两组发生率之比。 当相对危险值RR1时，称为相对危险值增加或超额相对危险值（excess RR，ERR）。 如果病例组发病率与对照组或参比人群相比并不增加，则RR 1， 归因危险值（attributable risk，AR）是EAR与癌症总数之比，说明全部癌症中有多少(%)起因于电离辐射照射。 （3）电离辐射致癌危险 辐

34、射致癌危险评价的重要任务是得到的绝对危险值EAR、ERR计算单位剂量照射引起危险危险系数（risk coefficient） 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 EAR系数为单位剂量增加的例数，用106/年Sv表示；ERR系数为单位剂量增加的%数，通常用%/Sv表示。 人类辐射致癌危险评价特别关心低剂量照射引起的癌症危险，以便为制定职业照射与环境照射辐射防护剂量限制提供生物学依据。 低剂量照射的流行病学研究受到的干干扰因素多，要求样本数量大，很难用来对低剂量照射的致癌危险进行直接估计，因此需要利用剂量范围较宽的、包括中高剂量在内的人群照射资料向

35、低剂量间接外推。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 原子弹爆炸幸存者人群数量大，包括两性不同年龄，剂量范围宽，随访时间长，登记资料完备，因此，其所得结果一直是UNSCEAR、美国电离辐射效应委员会（BEIR）建立辐射模型、进行辐射致癌危险分析的基础。 对广岛和长崎原子弹爆炸八万多名幸存者之后的50年的详细跟踪调查表明，在1.2万名癌症病例中，辐射引起的超额死亡略低于700例，这些幸存者中出现的癌症约6%与电离辐射有关。 值得关注的是，近年来医疗照射致癌症危险的增高，X射线和CT的不合理应用已成为癌症发病率增加的原因之一。 医学辐射防护学医学辐

36、射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益（4）癌的遗传易感性及其意义 现代医学研究证实，人类存在着癌的遗传易感性，因此，电离辐射致癌危险不完全是随机的，某些具有家族致癌危险的人，辐射诱发的概率高于一般人群。 对于伴有家族性癌症的个体来说，低剂量照射时辐射致癌危险相对比较小，不足以构成需专门防范的基础；然而在放射治疗中接受了高剂量照射后，这种危险性增加。 家族肿瘤患者诱发二次癌的危险性比较高，为了发生二次癌的危险与放射治疗可能获得好的治疗之间进行权衡，对这类患者在放射治疗前应进行遗传易敏感性检查。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的

37、生物学效益 比如：对不满20岁的乳腺癌患病高危妇女慎用X线进行乳腺肿瘤筛查及其他胸透影像技术，应采用其他方法进行检查。三、电离辐射遗传效应 决定生物体遗传性状的基本单位是基因，而基因是染色体DNA链上具有一定功能的一段核苷酸序列，这个序列作为密码指导mRNA和蛋白质的合成。 电离辐射是一种诱变剂(mutagen)，辐射遗传效应是通过电离辐射对生殖细胞遗传物质DNA的损害而导致突变，并向受照着的后代传递，使受照者的后代发生遗传异常或遗传疾病，它表现于受照射者后代的随机性效应。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 早期的辐射遗传学主要研究突变的可能

38、机制，近年研究的重点则集中于低剂量辐射职业照射和环境照射的浮现遗传危险估计。 辐射遗传效应的危险研究直接法或间接法进行研究 直接法包含的不确定因素较多，目前主要依靠间接法(又称倍加剂量法)。倍加剂量法使用的重点参数是倍加剂量，它是使遗传性疾病的发生率增加1倍所需要的剂量。 USCEAR和BEIR给出的动物低LET、低剂量（率）照射的倍加剂量为1Sv。后一些学者根据原子弹爆炸幸存者资料对动物结果进行校正，给出了慢性照射人类的配子加倍剂量为3.384.46Sv，由此估算遗传性疾病的平均加倍剂量为4Sv。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益ICRP6

39、0号出版物提出的辐射遗传危险系数 时间期限病变种类生育人群全体人群(职业人员)全部后代单基因及染色体病1.20.5多因素病1.20.5合计2.41.0(0.6)最初后代单基因及染色体病0.30.1多因素病0.230.09合计0.530.19低剂量/率照射诱发严重遗传效应的危险系数 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 F0自然发生的频率（阴影区域），阴影表示非受照人群的对照发病率，虚线表示向低剂量的外推，此处没有相应效应的可靠证据。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 60多年前曾认为遗传学效应可

40、能是原子弹爆炸带来的最重的影响，但在对原子弹爆炸幸存者的第二代和第三代的研究中，却没有发现遗传效应明显增加，并没有想象的那么严重。 对非照射居民偶然接触到放射线的照射，由于这种随机性效应也存在着自发频率，辐射引起的致癌效应与未受照个体有相同的形态、生物学和临床等特征，所以很那难把它们与电离辐射引起的效应定量分开。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益第四节第四节 电离辐射的确定性效应电离辐射的确定性效应一、确定性效应特征 确定性效应（deterministic effect）是指电离辐射照射生物机体产生的效应通常存在剂量阈值。确定性效应的阈剂量是

41、0.10.2Gy，每个器官和组织以及个人引起效应的阈值存在一定的差异，超过阈值时电离辐射效应的发生率和严重程度随剂量的增加而增大。 确定性效应的发生基础是器官或组织的细胞死亡。确定性效应包括除了癌症、遗传和突变以外的所有躯体效应和胚胎效应及不育症等。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 在ICRP最新议案中，又提出了“组织反应(tissue reactions)”的概念。组织反应是从组织损伤反应的动态过程等综合因素来考虑，在组织吸收剂量不超过0.1Gy的范围内，组织不会表现出这样的效应，它既适用于单次急性照射，又适用于长期受小剂量照射(如每年反

42、复照射)，组织反应有取代确定性效应的可能性。 二、出生前确定性效应 妊娠妇女受到照射时，子宫内的胚胎或胎儿将同时受到照射，这是作为一个单独个体最早受到的照射，它可以使胚胎、胎儿以及出生后婴幼儿童出现可能的损害。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 精子与卵子结合形成受精卵，经过分裂形成胚胎，大约第8d值入子宫内膜，称为植入或着床，因此受精后第08d称为植入前期； 第960d为主要器官发生期； 第60270d为胎儿期 通常8周之前称为胚胎，8周之后称为胎儿。不同发育时期的受精卵和胚胎，受照射出现的效应有所不同。 植入前期接受照射的主要危险是影响着

43、床，而造成胚胎死亡。1.胚胎效应 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 ICRP 45号出版物给出人类胚胎死亡危险系数估计值为0.8/Sv，但未致死的胚胎可继续正常发育。受精后3周内的胚胎受照，出生后似乎不会出现确定性效应和随机性效应。 畸形是一种先天性异常，出生前在子宫内就已经出现，但可能在出生后甚至出生后若干年才被发现。畸形可以是胚胎发育过程中受到辐射引起，也可以是亲代受到照射后的遗传性疾病2.畸形和脑发育异常 器官形成期时受到照射容易影响器官的形成导致畸形。也可能只影响胚胎和胎儿生长而不出现畸形，特别是在妊娠后期受到照射时。 医学辐射防护学

44、医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 胎儿期受到照射，畸形率和死亡率都下降，只有分化较晚的脑、眼和性腺易发生病变，出生后出现贫血、白血病、癌症和智力障碍等。 3.严重智力迟钝和智商下降 严重智力迟钝是指不能进行简单计算、交谈和不能生活自理。出生前照射引起的脑结构异常可以导致严重智力迟钝和智商下降。 妊娠815周受照者最敏感，按线性模型估算每Gy照射可降低2129个IQ值。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 ICRP按照该模型计算，1Sv可降低30个IQ值，一个大约0.1Sv的剂量可以引起个体IQ的变化不会超过

45、3个IQ，但临床上不能分辨出小的IQ变动。 三、出生后确定性效应 出生后受电离辐射照射，当达到一定剂量后可引起急性放射病、慢性放射损伤等。 此外还可因局部受到外照射和放射性核素进入人体选择性地蓄积在某些器官或组织，以及进入或排出途径引起局部放射损伤。1.全身性放射损伤 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益2.皮肤的电离辐射效应 表皮是典型的阶层型组织，其干细胞为表皮的基底细胞，经过分化成熟形成角化层，人类表皮厚度从4050m（躯干）到370m（手指）；由基底细胞分化到角化层需17d左右。 照射后最早出现的皮肤变化是红斑，可在暂时消退后再次反复出现

46、；随红斑之后可以出现脱毛、干性脱屑、湿性脱屑和表皮坏死；大剂量照射后出现皮肤脱屑的时间（照射后23周）与从基底细胞分化到角化层所需时间大体一致 皮肤照射的远期后果为表皮、汗腺、皮脂腺及毛囊萎缩，真皮纤维化，血管扩张，皮肤溃疡和皮肤癌等 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 受到重视的皮肤放射损伤主要是接受穿透力较低的射线和低X射线的外照射。 射线照射形成的辐射剂量取决与该粒子的能量和组织深度。皮肤的靶组织位于不同深度，加之损伤效应受照射面积和剂量分割而不同，因此很难给出可以适用于不同照射条件的皮肤损伤阈剂量。 辐射粒子污染时较小面积皮肤可以成为“

47、热粒子”而使局部组织照射效应增强。 皮肤的晚期反应主要是深部组织受到照射损伤的结果，其机制比较复杂，涉及表皮细胞缺失、真皮结缔组织和血管的损伤 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益3.性腺的电离辐射效应睾丸的生精干细胞是精原细胞精原细胞精母细胞初级精母细胞次级精母细胞精子细胞 一个发育周期约需十周 从刚刚产生的精母细胞发育到精子则需要46d 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 初级精母细胞位于精原细胞的内方，为生精小管上各期生精细胞中体积最大的细胞。 初级精母细胞经第一次成熟分裂后形成次级精母细胞

48、，大小为初级精母细胞的一半，位于初级精母细胞的内方。次级精母细胞的染色体已减少一半，为单倍体，细胞染色较浅。 次级精母细胞 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 次级精母细胞经过第二次成熟分裂后形成精子细胞，位于次级精母细胞的内方，接近生精小管的管腔。精子细胞较次级精母细胞小，细胞呈卵圆形，细胞核染色深。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 精子细胞完成分化过程形成精子。精子位于生精小管的管腔中，精子聚集成束，一般头部朝向管壁或深埋在支持细胞的细胞质中。精子具有染色很深的头部和鞭毛状的尾部。 精原

49、细胞对电离辐射非常敏感，照射后几个小时就会坏死； 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 1Gy照射经大约10周出现精子缺乏，0.15Gy照射经过相似时间后出现精子数目减少；精子的耐受性最高，3Gy照射也不会出现精子的形态学变化。 精母细胞和精子细胞则不敏感，只要不超过3Gy就不会引起明显的变化，这时这些细胞可以继续分化成熟，精子数在受照后大约46d内变化不大，这是精母细胞成长所需的时间，在此之后精子数目将迅速下降。 睾丸受照可以出现不育，但只要有足够的精原细胞存活，就可以通过增殖使生育能力恢复。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐

50、射的生物学效益电离辐射的生物学效益 一次短时间照射引起暂时性不育的阈剂量为0.15Gy，引起男性永久性不育的睾丸剂量为3.5Gy（一次短时间照射）和2.0Gy/年（多次分割和延续照射）。 卵巢中的所有卵原细胞均在胚胎期发育到卵母细胞，女婴出生后不久卵母细胞就进入休止期，形成初级卵泡，不再进行分裂。女性生殖细胞中精原细胞精母细胞对应卵原细胞卵母细胞 从青春期起，每月有一些初级卵泡发育成熟和排卵；出生后卵巢内不再有干细胞。卵母细胞 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 因此，出生后卵巢对辐射的耐受力高于睾丸，一次短时间照射引起暂时性不育的剂量为0.6

51、51.5Gy；永久性不育的剂量为2.56.0Gy，多次分割或延续照射时估计需要总剂量620Gy才能引起永久性不育。由于卵母细胞随年龄增长而减少，所以造成永久性不育的阈剂量随着年龄的增长而降低。 卵巢中的卵母细胞的辐射敏感性低于胚胎期的卵原细胞。(四)晶状体的电离辐射效应 放射线可以影响晶状体上皮细胞的正常分裂，受到损伤的细胞及其分解产物沉积在晶状体后及晶状体囊下方，进行病变向其他部位扩展使晶状体浑浊影响视力，产生白内障。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 晶状体对辐射比较敏感，大剂量照射时数月内即可出现晶状体浑浊，诱发晶状体浑浊的阈剂量估计为

52、0.52.0Gy（一次短时间照射）和5.0Gy（高度分割或延续照射的总剂量）。 （五）其他器官的损伤效应 这些器官的损伤进展缓慢，机制复杂，既有照射引起的实质细胞、支持细胞和成纤维细胞损伤及减少的结果，也与照射时该器官出现的血管损伤及营养障碍有关。 不论是大剂量急性全身意外照射还是大剂量局部放射治疗照射，都可以引起体内其他重要功能系统如消化、呼吸、循环、泌尿、神经系统器官的损伤，出现相应的功能障碍。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 实质细胞 一个器官内，承担该器官功能的细胞，间质细胞是这个器官内存在的那些辅助实质细胞完成器官功能的细胞。 比

53、如脑内的神经原细胞就是实质细胞，神经胶质细胞起支持营养神经细胞的作用，算是一种间质细胞，再如肝脏细胞是实质细胞，肝小叶间的纤维细胞就是间质细胞，起支持作用。 成纤维细胞为疏松结缔组织中最主要的细胞。细胞扁平或梭形，多突起；胞核较大，扁卵圆形，着色浅，核仁明显。胞质较丰富，呈弱嗜碱性。该细胞合成蛋白质的功能旺盛。合成和分泌蛋白质等成分，构成了疏松结缔组织的各种纤维和基质。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益成纤维细胞与纤维细胞光镜结构像成纤维细胞与纤维细胞超微结构模式图老鼠成纤维细胞 老老鼠鼠成成纤纤维维细细胞胞的的纤纤维维肌肌蛋蛋白白. . 医

54、学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益（六）电离辐射对寿命影响研究 1945年日本广岛、长崎两地原子弹爆炸后，日本和美国的学者对9.3万名幸存者和2.7万名未接受电离辐射照射者进行终生对照研究(目前研究人群最多的辐射流行病学调查之一)。按照受照者接受的不同个人剂量，进行流行病学研究，定出寿限和死亡原因进行比较，未发现明显的寿命差异。 但动物研究发现，小鼠受照后寿命缩短与受照剂量有关每0.87Gy照射寿命可缩短约5%。 小鼠一次接受1Gy照射，可使平均寿命缩短5周，而且比未受照射的动物老得快。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物

55、学效益电离辐射的生物学效益 电离辐射所致寿命缩短尚有争议，Warburg用60Co射线（0.067Gy/min）对10周 龄雌性小鼠照射13Gy，在只考虑非肿瘤死亡原因时，发现辐射诱发寿命缩短效应并不明显。四、儿童确定性效应 确定性效应的发生与受照者的年龄有关，年幼者的组织生长旺盛，因此接受相等剂量照射后出现的确定性效应比成年人更严重，而且可以出现生长发育障碍、激素水平低下、器官功能不足、智力低下等后果。 通常，诊断放射学和核医学程序不会产生导致畸形和智力减退的剂量，但在宫内和儿童期受到诊断水平的照射，可能引起癌症的增加， 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐

56、射的生物学效益 2.对育龄妇女腹部或骨盆进行核素显像检查或X射线检查前，应问明是否怀孕； 卫生部2006年颁发的放射诊疗管理规定中明确规定： 1.不得将核素显像检查和X射线胸部检查列入对婴幼儿及少年儿童体检的常规检查项目； 3.非特殊需要，对受孕后的815周的育龄妇女，不得进行下腹部放射影像检查。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 可见低于剂量阈值就诊断不出效应，随着剂量的增加，损伤程度就会明显加重，在某种情况下是急剧加重，但当达到一定剂量后发生频率不再增加。 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益第五节第五节 小剂量低剂量率照射的几种观点小剂量低剂量率照射的几种观点 对小剂量低剂量率的生物效应，特别是低水平电离辐射的致癌效应，由于它涉及核能与核技术开发应用、辐射防护措施与经济投入、人类健康等问题，长期以来在有关学术团体、学者间尚有争论。 争论的焦点是：低剂量有益； 超过阈值有害；线性无阈有害三种观点。一、小剂量低剂量率照射的生物效应低水平辐射是指低剂量、低剂量率的照射，就人群照射而言 医学辐射防护学医学辐射防护学 第五章第五章 电离辐射的生物学效益电离辐射的生物学效益 低剂量指0.2Gy以内的低LET辐射或0.