放射损伤1.ppt

1、第二章 放射防护的生物学基础,第一节 电离辐射的生物学效应 生物学效应: 电离辐射将能量传递给有机体所引起的改变，称为电离辐射生物学效应。 放射损伤: 是一种严重的病理性电离辐射生物学效应。,一、电离辐射的生物学作用 （二）直接作用和间接作用 1.直接作用 在生物机体内的直接作用（Direct Effect）主要是指电离辐射作用于有生物活性的大分子，直接引起后者的损伤。 例如，电离辐射作用于核酸大分子等，使其发生电离和激发而引起化学键的断裂，导致正常代谢和功能的障碍；某些酶也可受辐射作用而降低、丧失活性。 电离辐射也可直接破坏生物膜系的分子结构，如核膜、线粒体膜等，干扰细胞器的正常功能。 2.

2、间接作用 间接作用（Indirect Effect）主要是指辐射通过水的原发辐射产物（H、OH、e-水合、H2、H202）对生物大分子的作用，引起后者的损伤。 由于细胞内生物大分子存在于含大量水分子的环境中，故间接作用在引起生物大分子损伤中具有重要意义。,经电离辐射作用后，机体的生物学效应的发展过程可分为四个阶段。 放射物理学阶段：射线作用于机体时，将其能量以电离、激发等形式转移给机体，此阶段持续时间非常短。 化学阶段：机体接受能量后，以直接和间接作用两种方式对细胞分子发生反应，造成有机分子的损伤。 生物化学阶段：出现相应的生物化学变化，进一步导致细胞水平的损伤。 生物学阶段：在细胞损伤的基础

3、上引起器官、组织的辐射生物学效应，甚者造成机体死亡，轻者经过机体的代偿、修复可以继续存活，这个阶段可持续数小时至若干年。,机体的生物学效应的发展过程,物理学阶段 能量以电离、激发等形式转移给机体 化学阶段： 有机分子 生物化学阶段： 细胞水平 生物学阶段： 器官、组织,（一）电离作用与基团形成 自由基特点： 自由基性质活泼，易与其它分子发生反应。它比电离作用产生的离子(如H20+)要稳定得多，寿命也较长故危害较大。 小分子的自由基可在介质中扩散，并从与其相遇的分子中获取所需电子，这是小分子自由基与距其产生部位较远的分子发生反应的一种方式。 自由基影响其它分子的另一种方式是将“多余”的电子传给邻

4、近的分子，后者又将其传给另外的分子，接受此电子后变成自由基，这种链式反应可依次在一群分子中发生。 自由基除给出电子外，也可以从其邻近分子中夺取电子，使后者变成自由基，也可发生链式反应依次涉及一群分子。,二、影响电离辐射效应的主要因素 影响电离辐射生物学效应的因素来自电离辐射和受照射机体两个方面。 （一）与电离辐射有关的因素 1.辐射种类 不同种类的电离辐射所产生的生物学效应不同，从电离辐射的物理特性来看，电离密度与射线的穿透能力成反比关系，并且是影响生物学效应的重要因素。,二、影响电离辐射效应的主要因素,2.剂量 辐射剂量与生物学效应之间有一定的相依关系。在一定范围内剂量愈大，效应愈显著。但不

5、一定都是线性关系。观测生物学效应的指标不同，其剂量效应关系亦不同。,动物种类 LD50/30中心轴吸收剂量（Gy）羊（山羊） 2.40（2.30） 猪 2.50 狗 2.65 兔 7.50大、 小鼠 6.407.14 豚鼠 2.55 猴 3.98,3.剂量率 剂量率即单位时间内吸收的剂量。剂量率对于决定发生何种效应十分重要，一般情况下，剂量率愈大、效应愈显著。 4.分次照射 分次照射使辐射生物学效应减轻。当总剂量相同时，分次愈多，各次照射间隔时间愈长，生物学效应愈小。这与放射损伤的修复有关。,二、影响电离辐射效应的主要因素,5.照射面积、照射部位和照射方式 当其他条件相同时，受照射面积越大损伤

6、越严重。照射时即使部分屏蔽辐射敏感性很高的组织（如骨髓等），也可使总的损伤效应显著减轻。 当照射剂量和剂量率相同时，机体受照射的部位不同，生物学效应亦不同。从近期致死效应来看，腹部照射引起的后果最严重，其次为盆腔，头颈、胸部和四肢。,二、影响电离辐射效应的主要因素,照射方式可分为外照射，内照射和混合照射。外照射可以是单向照射或多向照射，后者的效应大于前者，多向照射增强生物学效应的原因是组织接受的照射剂量较均匀。,二、影响电离辐射效应的主要因素,（二）与机体有关的因素 放射生物学的研究发现，当辐射的各种物理因素相同时，生物机体或组织对辐射的反应可有较大的差别，即放射敏感性（Radio sensi

7、tivity）不同。 1.种系的放射敏感性 不同种系的生物对电离辐射敏感性的差异很大，其总的趋势是种系演化愈高等、组织结构越复杂，其放射敏感性愈高。微生物的致死剂量要比哺乳动物大千百倍。,表3-1 哺乳类细胞辐射敏感性分类,细胞类型 特性举例 辐射敏感性 增殖的分裂间期细胞（vegetative intermitosis cells）受控分裂分化程度最低造血干细胞肠隐窝细胞表皮生长细胞高 分化的分裂间期细胞（differentiating intermitosis cells）受控分裂分裂中不断分化幼稚血细胞结缔组织细胞（conective tissue cells） 可逆性分裂后细胞（rev

8、erting postmitotic cells）无受控分裂可变分化肝细胞稳定性分裂后细胞（fixed postmitotic cells）不分裂高度分化神经细胞肌肉细胞低,（二）与机体有关的因素,2.个体发育过程中的放射敏感性 哺乳动物的放射敏感性因个体发育所处不同阶段而有差别，总趋势是放射敏感性随着个体发育过程而逐渐降低。妊娠的最初阶段最敏感，在植入前期受照射最易引起胚胎死亡。胚胎器官形成期受照射胚胎死亡较少，但先天性畸形的发生率很高。此后胎儿组织的辐射抵抗力增高。,（二）与机体有关的因素,3.不同组织和细胞的放射敏感性 在同一个体内不同组织、细胞的放射敏感性有明显的差别。有学者在研究大鼠

9、睾丸的辐射效应时，发现分裂的细胞(生精细胞)受辐射的影响比不分裂细胞(间质细胞)要大，从而得出一种组织细胞的放射敏感性与其细胞的分裂活动成正比，与其分化程度成反比的结论。并据此将人体各种器官、组织细胞划分为放射敏感性不同的类别： 高度敏感的组织有淋巴组织、胸腺、骨髓、胃肠上皮、性腺和胚胎组织等； 中度敏感的组织有感觉器官、内皮细胞、皮肤上皮、唾液腺和肾、肝、肺的上皮细胞等； 轻度敏感组织有中枢神经系统、内分泌腺、心脏等； 不敏感组织有肌肉组织、软骨、骨组织和结缔组织等。,（二）与机体有关的因素,4.亚细胞和分子水平的放射敏感性 同一细胞的不同亚细胞结构具有不同的放射敏感性。 发现细胞内各不同大

10、分子物质的相对放射敏感性顺序为： DNAmRNArRNAtRNA蛋白质。,三、电离辐射的生物化学效应,按现代生物学观点，DNA和生物膜（特别是核膜）是射线作用的靶，是引起细胞一系列生化、生理变化的关键，但蛋白质和酶的辐射效应以及一些重要代谢的紊乱也不能忽视。,（一）脱氧核糖核酸的辐射损伤及代谢改变,DNA是细胞繁殖遗传的重要物质基础。 DNA合成抑制细胞分裂抑制 电离辐射 DNA分子损伤染色体异常细胞功能障碍 DNA降解核裂解自溶细胞死亡 代谢产物排出 图2-2 电离辐射对细胞DNA的影响,2.DNA代谢的改变,（1）DNA合成抑制 采用放射性核素示踪技术，由放射性同位素标记的前体掺入率来测定

11、细胞DNA合成的速率。其中应用最广的为3HTdR。照射后3HTdR掺入辐射敏感细胞DNA受明显抑制，其程度与剂量有一定的依赖关系。,（2）DNA分解代谢增强,在DNA合成抑制的同时分解代谢增强，其突出表现为脱氧核糖核酸酶活性增高。原因可能是射线破坏了溶酶体和细胞核的膜结构，使脱氧核糖核酸酶释放并与DNA接触，导致DNA分解，细胞和组织中DNA降解产物堆积和从尿中的排泄量增多。,（二）电离辐射对蛋白质及能量代谢的影响,1.蛋白质合成的改变 一般来说，组织蛋白的合成对射线损伤是比较稳定的，但不同组织对射线的反应有所不同。从不同种类和功能的蛋白质来看，抗体、核蛋白、肌纤蛋白等负有重要生物学功能的蛋白

12、质的合成，可被射线作用而抑制，表现为合成蛋白质的标记前体（14C亮氨酸等）掺入率降低。,（二）电离辐射对蛋白质及能量代谢的影响,2.氨基酸代谢产物的变化 （1）牛磺酸 牛磺酸（Taurine）是半胱氨酸的代谢产物。牛磺酸的排泄量可被用作放射病早期反应的敏感指标。,（二）电离辐射对蛋白质及能量代谢的影响,（2）肌酸 肌酸（Reatine）是由甘氨酸等在体内合成的一种化合物，受致死剂量左右照射使尿中肌酸排出量增多。受照射后其排出量随剂量增大而升高在一定剂量范围内呈线性关系。受照射后尿中肌酸排出量增多，而在肝脏中合成肌酸的量却不变，说明肌肉对肌酸的利用能力减弱，这是引起放射病时肌无力的原因之一。,（

13、二）电离辐射对蛋白质及能量代谢的影响,（3）尿素 尿素（Urea）是蛋白质分解代谢的主要终末产物。放射病时，机体血液中尿素的含量和尿中尿素的排出量均明显高于正常。,（二）电离辐射对蛋白质及能量代谢的影响,3.能量代谢障碍 细胞内生物氧化所产生的能量除部分以热的形式释放外，其余部分储存于三磷酸腺苷ATP分子的高能磷酸键内。如果ATP合成受到射线的破坏或抑制，必然会影响细胞正常功能，甚至导致细胞死亡。 （1）线粒体氧化磷酸化的抑制 （2）核氧化磷酸化的抑制,（二）电离辐射对蛋白质及能量代谢的影响,（3）能量代谢障碍的原因与后果 辐射引起的能量代谢障碍，是导致辐射敏感组织细胞形态学改变以及细胞死亡的

14、重要损伤环节之一。 能量代谢障碍主要是氧化磷酸化抑制，并以ATP合成抑制最为突出。ATP合成显著减少，使机体物质代谢所需能源不足，是导致核酸、核蛋白等生物大分子合成抑制的重要原因之一。,（二）电离辐射对糖及水电解质代谢的影响,糖、水、电解质代谢在急性放射损伤时也有一定的改变。 糖代谢各个环节对射线作用的敏感程度，随组织的不同而异。大剂量照射后初期，机体肾上腺皮质分泌机能增强，皮质类固醇分泌增多，使糖元异生作用加强。但总的来看，糖代谢对射线照射是比较稳定的。,（二） 电离辐射对糖及水电解质代谢的影响,重度以上急性放射病时，由于拒食、呕吐、腹泻等原因常引起急性脱水，血浆容量变化，电解质丢失。 正常

15、机体活细胞不断地将Na+运送到组织间液中，同时从组织间液中摄取K+，以保持细胞内外Na+及K+的浓度差，这是一种消耗能量的主动运输过程。 在急性放射病时，因ATP合成障碍影响了这种主动运输过程，所以早期可出现高K+血症，晚期由于细胞膜结构的破坏，进一步加速K+的流失，可引起难以纠正的低钾血症。放射病极期时由于病情加剧及出现并发症，可引起代谢性酸中毒，若能及早对症治疗，一般可得到纠正。,四、电离辐射的细胞效应,（一）电离辐射对细胞膜的辐射效应 1.辐射对膜蛋白和膜脂质的影响 （1）辐射对膜蛋白质的影响 细胞膜和细胞器膜的蛋白质含量可高达5060，大量的膜蛋白本身就是一些酶类和受体。 所以膜的许多

16、辐射效应与膜蛋白质分子的放射损伤有关。电离辐射可使膜蛋白质结构中的-S-S键还原，-SH基氧化，使肽键和氢键断裂，破坏蛋白质的结构，影响膜的正常功能。,细胞膜,细胞膜,在电子显微镜下才能真正看到一层厚约8 nm的膜。 细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的，在膜的中间是磷脂双分子层，实际上包括两层磷脂分子，这是细胞膜的基本支架，由它支持着许多蛋白质分子。 这些蛋白质分子可以分成两类。 一类蛋白质分子排布在磷脂双分子层的外侧，即镶在膜的表层； 另一类蛋白质分子，有的部分嵌插 在磷脂双分子层中，有的贯穿在整个磷脂双分子层中。,（2）辐射对膜脂质的影响,各类生物膜均具有其特有的脂质成分，但共同特点

17、是都有含不饱和双键（-C=C-）的各种磷脂，即含有像亚油酸、亚麻酸等一些多不饱和脂肪酸。 这些物质对射线作用很敏感，易被自由基氧化而形成脂质过氧化物。脂质过氧化作用可使膜中的蛋白质和酶分子发生聚合与交联，导致蛋白质和酶的化学结构改变和功能紊乱，甚至使线粒体破坏、DNA合成和细胞分裂受抑制等。,（2）辐射对膜的理化性质、受体功能的影响,电离辐射对膜的表面电荷及膜的通透性等理化性质的影响，及对膜上各种受体功能的改变，可作为检测辐射损伤的敏感指标之一。 （1）电离辐射对膜的理化性质的影响- -膜电荷减少, 膜通透性增加 （2）辐射对膜受体功能的影响-受体减少,（二）电离辐射对细胞的辐射效应,电离辐射

18、所致人体的急性和慢性损伤、近期和远期效应，都以辐射对细胞的损伤作用为基础。辐射对细胞的损伤效应不仅与细胞类型有关，而且与受照细胞所处的周期时相有关。因此，即使是同一类型细胞群体的细胞，其辐射敏感性也有明显差异。,细胞结构,线粒体,1.细胞周期各时相细胞的辐射效应,细胞周期 通常将通过细胞分裂产生的新细胞的生长开始到下一次细胞分裂形成子细胞结束为止所经历的过程称为细胞周期。 细胞周期（cell cycle)是指细胞从前一次分裂结束起到下一次分裂结束为止的活动过程. 分为 间期与分裂期两个阶段。,细胞周期,细胞间期,间期又分为三期 DNA合成前期（G1期） DNA合成期（S期） DNA合成后期（G

19、2期） 1. G1期此期长短因细胞而异。体内大部分细胞在完成上一次分裂后，分化并执行各自功能，此G1期的早期阶段特称G0期。在G1期的晚期阶段，细胞开始为下一次分裂合成DNA所需的前体物质、能量和酶类等。 2. S 期是细胞周期的关键时刻，DNA经过复制而含量增加一倍，使体细胞成为4倍体，每条染色质丝都转变为由着丝点相连接的两条染色质丝。与此同时，还合成组蛋白，进行中心粒复制。S期一般需几个小时。 3. G2期为分裂期做最后准备。中心粒已复制完毕，形成两个中心体，还合成RNA和微管蛋白等。G2期比较恒定，需用11.5小时。,细胞分裂期,M 期：细胞分裂期。细胞分裂期：前期，中期，后期，末期。细

20、胞的有丝分裂（mitosis）需经前、中、后，末期，是一个连续变化过程，由一个母细胞分裂成为两个子细胞。一般需12小时。 G0期：离开细胞周期不再进行分裂的时期，也就是休息的时期。,细胞的分裂能力,在体内根据细胞的分裂能力可把它们分为三类： 增殖细胞群， 如造血干细胞，表皮与胃肠粘膜上皮的干细胞。这类细胞始终保持活跃的分裂能力，连续进入细胞周期循环； 不再增殖细胞群， 如成熟的红细胞、神经细胞、心肌细胞等高度分化的细胞，它们丧失了分裂能力，又称终末细胞（end cell）； 暂不增殖细胞群， 如肝细胞、肾小管上皮细胞、甲状腺滤泡上皮细胞。它们是分化的，并执行特定功能的细胞，在通常情况下处于G0

21、期，故又称G0期细胞。在某种刺激下，这些细胞重新进入细胞周期。如肝部分切除术后，剩余的肝细胞迅速分裂。,1.细胞周期各时相细胞的辐射效应,DNA合成期称为S期，而将S期前、后两个间期分别称为Gl期和G2期，有丝分裂期则称为M期。 放射敏感性最高的时相是M和G2期。 S后期的放射抗性最大（最不敏感）， S早期次之，再次为Gl期。,1.细胞周期各时相细胞的辐射效应,（1）杀伤细胞 主要病理改变: 细胞核改变 染色体畸变 膜的改变 细胞分裂与生长脱节 （2）阻断细胞周期活动,细胞核膜,染色质,染色体,细胞核(nucleus),在HE染色切片上，细胞核(nucleus)以其强嗜碱性而成为细胞内最醒目的

22、结构。由于它含有DNA遗传信息，因此，借DNA复制与选择性转录，细胞核成为细胞增殖、分化、代谢等活动中关键环节之一。人体绝大多数种类的细胞具有单个细胞核，少数无核、双核或多核。核的形态在细胞周期各阶段不同，间期核的形态在不同细胞亦相差甚远，但其结构都包括核被膜，染色质，核仁与核基质四部。,细胞核(nucleus),核被膜 核被膜（nuclear envelope）包裹在核表面，由基本平行的内层膜、外层膜两构成。两层膜的间隙宽1015nm,称为核周隙（perinuclear cisterna)。核被膜上有核孔（nuclear pore)穿通。外核膜表面有核糖体附着，并与粗面内质网相续；核周隙亦与

23、内质网腔相通，因此，核被膜也参与蛋白质合成。内核膜也参与蛋白质合成。,细胞核(nucleus),染色质 是遗传物质DNA和组蛋白在细胞间期的形态表现。在HE染色的切片上，染色质有的部分着色浅谈，称为常染色质（euchromatin)，是核中进行RNA转录的部位；有的部分呈强嗜碱性。称异染色质： 核仁 是形成核糖体前身的部位。大多数细胞可具有14个核仁。在合成蛋白旺盛的细胞，核仁多而大.光镜下，核仁呈圆形，并因含大量rRNA而显强嗜碱性。电镜下，核 仁由细丝成分、颗粒成分与核仁相随染色质三部分构成。,细胞核(nucleus),核基质 是核中除染色质与核仁以外的成分，包括核液与核骨架两部分。核液含

24、水、离子、在HE酶类等无成分；核骨架（nuclear skeleton)是由多种蛋白质形成的三维纤维网架，并与核被膜核纤层相连，对核的结构具有支持作用。,染色体,（二）电离辐射对细胞的辐射效应,2.细胞的辐射效应 （1）细胞分裂延迟 阻滞在G2期,（2）细胞死亡 增殖期死亡-有丝分裂期抑制,辐射剂量在1-5Gy； 原因：损伤和染色体畸变或突变 间期死亡细胞形态学异常变化，在1-5Gy； 原因：,（二）电离辐射对细胞的辐射效应,细胞核的破坏受照射胸腺细胞、淋巴细胞中最突出的分子变化，是细胞核结构变化和染色体降解，受射线515Gy照射一小时内即可出现DNA链断裂、酶活性改变等生化变化。这是形态学变

25、化如出现核固缩等现象的基础，也与细胞的间期死亡有关。 膜的损伤细胞质膜在保持细胞结构完整和调节细胞功能方面起重要的作用。受照射后任何一种膜的破坏都会影响细胞，严重干扰了代谢的方向性和协调性。也是造成细胞死亡的原因之一。 能量代谢的障碍可能由于膜系损伤导致能量供应不足而影响到一些重要大分子物质的生物合成，进而导致分解代谢增强和细胞死亡。,（三）辐射诱发染色体畸变,染色体（Chromosome）对电离辐射有很高的放射敏感性。一经照射便可引起或多或少的细胞核损伤或染色体畸变，且染色体畸变随受照射剂量的增加而呈线性增加。 1.活体照射诱发的染色体畸变 2.照射诱发染色体畸变的剂量效应关系,染色体异常,

26、1.活体照射诱发的染色体畸变,图 形成染色单体和染色体断片机制示意图,（三）辐射诱发染色体畸变,电离辐射诱发染色体畸变的剂量效应关系，在急性照射情况下，染色体畸变率与照射剂量之间呈正相关，即随受照射剂量的增大染色体畸变率也增高。 照射剂量畸变率效应的回归方程式可写成： YabD2 式中，Y是着丝粒环和双着丝粒体的畸变率；a是自发畸变率，当剂量较大，畸变率很高时，可以忽略不计；b是常数；D为照射剂量（cGy）。,3.染色体畸变的生物学意义,电离辐射既可诱发生殖细胞和体细胞染色体畸变，从潜在的遗传危险考虑，生殖细胞的染色体畸变具有更重要的生物学意义。已知人类的某些常染色体的部分丢失，除了导致身体和

27、智力的严重缺陷外，通常也是致命的，因在自发性流产和死胎中，染色体异常的发生率显著增高。,淋巴细胞染色体畸变,染色体畸变,第二节 电离辐射对人体的作用,一、电离辐射对造血、血液系统的作用 造血系统 血液、骨髓、脾、淋巴结以及分散在全身各处的淋巴和单核巨噬细胞（也称网状内皮）组织。 血液的功能 （1）运输。血液能将氧气、营养物质、激素等，运送至全身各组织细胞，又将组织细胞代谢产物，运送到肺、肾等处排出体外。 （2）保持身体的酸碱平衡。 （3）调节身体的体温 （4）防御和保护身体。 血浆中含有抗体、抗毒素、溶菌素等。白细胞能吞噬细菌和异物，淋巴细胞可产生抗体。血小板在止血、凝血过程中起着重要作用。,

28、骨髓干细胞的分化,骨髓的多能造血干细胞,骨髓的多能造血干细胞（multipotential haemopoietic stem cell） 具有复制和分化的特点，在骨髓微环境中基质细胞、各种集落刺激因子（colony stimulating factor,CSF）和其他造血因子（如红细胞生成素、白细胞介素）诱导下，分化为各种免疫细胞。 骨髓细胞,第二节 电离辐射对人体的作用,一、电离辐射对造血、血液系统的作用 机体受辐射损伤后，出现细胞形态学变化最早的是造血、血液系统。 由于造血组织细胞的变化出现早，表现明显，且各型放射病均有造血组织的损伤，所以造血、血液系统的损伤程度和机能状态，都直接关系到

29、机体的预后。因此，人们运用放射损伤后的血液变化规律作为诊断和估计放射损伤预后的指标。,一、电离辐射对造血、血液系统的作用,骨髓、淋巴结、脾脏等造血器官的放射敏感性很高。电离辐射不仅可使组织细胞发生变性、死亡，更重要的是由于造血功能抑制，引起全血细胞包括血小板的质和量的变化，免疫机能降低，加之小血管壁的放射损伤，导致广泛的出血和并发感染，常引起致命后果。因此，放射损伤患者的恢复，在很大程度上取决于造血器官的机能状态和造血器官损伤的严重程度。,1.造血功能障碍,造血功能障碍主要是指骨髓造血功能损伤。骨髓的各种细胞成分对射线的敏感性不同，从大到小依次为：淋巴细胞幼红细胞幼单核细胞幼粒细胞巨核细胞各系

30、成熟血细胞网状细胞与脂肪细胞。 造血功能障碍主要表现为骨髓造血抑制和衰竭，外周血中白细胞、血小板数减少，出现贫血，在临床上发生感染和出血。红细胞、白细胞和血小板都有代谢功能。,1.造血功能障碍,从形态上分析主要有三项基本变化： 组织和细胞的退行性变，包括变性和坏死。 循环障碍，包括小血管及血窦的扩张充血、出血（漏出性小出血及血管破裂性大出血），以及组织水肿等。 代偿适应性反应，包括炎症性反应、吞噬清除反应以及类浆细胞、网状细咆和脂肪细胞的出现和增生等。,1.造血功能障碍,造血器官在急性放射病（Acute Radiation Sickness）的初期阶段，其损伤变化是急剧发展的过程。 照射后30

31、秒钟骨髓中便可见到荧光微坏死灶,表明造血细胞的核蛋白已有严重损伤。照后数小时可见细胞有丝分裂减少甚至消失，细胞核DNA含量减少，细胞膜通透性增高。 受照射后12小时左右，可见骨髓中幼红细胞明显减少，并有细胞核固缩、核碎裂、核溶解或细胞溶解等损害。细胞超微结构可出现线粒体肿胀、嵴消失等改变。 受照射后12天，可出现畸型分裂细胞。由于大量细胞死亡，骨髓细胞数量剧减。骨髓细胞成熟和排出加快，主要表现为成熟粒细胞比例增大。,1.造血功能障碍,照射后34天可见骨髓细胞分布不均，散在于小出血灶之间，大部分细胞处于退行性变化状态。照射后2周骨髓细胞进一步减少，残存的小造血灶呈孤岛状，其中大部分是核分叶过多的

32、成熟细胞、网状细胞和浆细胞，中间发育阶段的各类血细胞少见。 多发性骨髓瘤,造血功能障碍,1.造血功能障碍,在受照后30天左右才能逐渐恢复，此时骨髓腔内的造血干细胞逐渐分裂增殖，各类骨髓细胞相继增多。,2.造血干细胞的损伤,（1）造血干细胞 造血干细胞（Hemopoietic Stem Cell）又称多潜能造血干细胞，它是由间胚叶细胞发展而来的最原始、低分化的造血细胞。其主要特征是：有很强的潜在自我复制能力，根据需要可不断分裂产生与原来性质、功能完全相同的细胞；具有多向分化的潜能，在适宜条件下可分化为红系、粒系、巨核系或淋巴系各类造血祖细胞，再进一步分化、增殖逐渐形成各系前体细胞和成熟血细胞。,

33、干细胞,人胚胎干细胞 干细胞 干细胞,造血干细胞的分化,血液中细胞组成,2.造血干细胞的损伤,（2）造血干细胞的放射损伤 机体受急性大剂量放射损伤后，造血组织中的造血干细胞(将多潜能造血干细胞称为脾脏细胞团生成单位（Colony Forming Unit-Spleen，CFU-S）受到严重破坏。经亚致死剂量或较小剂量（1.52.0 Gy）照射后，造血组织虽然受损伤较轻，但CFU-S在数量上的恢复却比较缓慢。,2.造血干细胞的损伤,（3）造血干细胞放射损伤的修复 造血干细胞的放射损伤一旦修复便开始再生，其增长速率是较快的。小鼠在大剂量照射下，经1至2天的分裂停滞后，骨髓造血干细胞便开始增殖。干细

34、胞的数量每增加一倍大约需2430小时。所以，受照小鼠约需经过14天甚至更长时间的修复，其数量才能接近照射前的水平。,图2-5 全身照时后小鼠CFU-S含量动态变化,3.急性放射损伤外周血有形成分的变化,急性放射损伤时，血细胞在抗御感染、出血，重建造血与免疫功能，促使机体恢复等方面均起非常重要的作用。电离辐射作用于机体后，各类血细胞数量与质量的变化，在很大程度上反映着造血前体细胞及各阶段造血细胞的放射敏感性，造血细胞增殖与分化的动力学，成熟血细胞在血中循环时间，及其存活时间等情况,图2-6 大鼠受照射5Gy后外周血细胞计数,图2-7 中等致死剂量照射后中性粒细胞数动态变化时相示意图延缓期；首次下

35、降期；暂时回升期；第二次下降期；恢复期,3.急性放射损伤外周血有形成分的变化,总之，急性放射损伤时白细胞减少，主要是射线对造血干细胞及各系幼稚血细胞作用后，使血细胞的造血动态发生抑制性变化的结果。造血功能障碍是中、重度急性放射病的根本病变，骨髓细胞明显减少，血象表现白细胞、血小板数减少和贫血。,血细胞,血小板 单核细胞 红细胞,（二）慢性小剂量外照射对造血、血液系统的损伤,一般把一次小于1Gy的照射，或长期接受超过年剂量限值的慢性照射称为小剂量照射。,（二）慢性小剂量外照射对造血、血液系统的损伤,1.慢性放射损伤时造血器官的变化 慢性放射损伤初期查不出造血器官明显的变化，仅在较晚期才有较明显的

36、改变。此时大体解剖可见骨髓干燥、苍白，病灶分布不均，在大片萎缩的脂肪组织中可见活跃的骨髓造血灶。骨髓结构的破坏程度远不及急性放射损伤严重。久之，骨髓间质及脂肪组织常发生明显水肿或萎缩，最终发展为骨髓纤维硬化。,2.慢性放射损伤时血液系统的变化,典型慢性放射病病程发展的各期血液变化特点是： 初期 各血细胞比例不稳定，白细胞、血小板、网织红细胞数量时高时低，且白细胞形态也可发生明显的变化。 抑制期 造血机能抑制，白细胞、血小板数量明显下降，但淋巴细胞却相对增高。,2.慢性放射损伤时血液系统的变化,代偿期 在机体反应性较好的情况下，造血机能出现暂时性代偿适应性反应，表现为白细胞、血小板数量逐渐增多，

37、粒细胞分类核左移，网织红细胞也增多。血细胞数可波动于正常值低限。 终前期 若代偿期不及时脱离接触射线或不采取有效治疗措施，可很快发展到终前期（失代偿期），主要表现为持续性全血细胞减少。若在外周血中出现持久性巨红细胞增多症、红细胞进行性减少、血小板消失及在外周血中长期出现幼稚阶段造血细胞时，表示预后不良。,二、电离辐射对免疫系统的作用,免疫功能障碍是辐射的重要效应之一。照射后免疫功能出现异常，机体抵抗力下降，易导致感染。淋巴细胞对辐射十分敏感，但各亚群对辐射的敏感性却相差很大。受较大剂量照射后细胞免疫的改变较体液免疫轻。致死剂量的大剂量照射使机体免疫功能极度抑制，临床医生可利用这一点为骨髓移植和

38、器官移植做准备。局部照射除可引起淋巴细胞减少外，其功能也有障碍，放疗过程中淋巴细胞对植物血凝素的反应性降低，其表明淋巴细胞功能已受抑制。 （一）急性照射对免疫功能的影响 人体受大剂量照射后可发生急性放射损伤，其主要是淋巴和造血组织的抑制与破坏。这种骨髓型急性放射病的直接死亡原因是感染和出血，而感染的起因由于免疫抑制。,二、电离辐射对免疫系统的作用,1.免疫系统 免疫系统是由许多器官、组织、细胞和体液成分组成的复杂功能系统。其主要具有生理防御、自身稳定和免疫监视三方面的功能，是保持机体健康必不可少的，而电离辐射对上述三方面的功能都有影响。 免疫系统中不同细胞成分其放射敏感性不同。总的来看，B淋巴

39、细胞比T淋巴细胞对电离辐射更敏感。同时各亚群的辐射敏感性也不同，如T细胞就包含辐射敏感亚群和耐辐射亚群。不同剂量的射线作用，可杀伤不同的淋巴细胞亚群。,二、电离辐射对免疫系统的作用,二、电离辐射对免疫系统的作用,二、电离辐射对免疫系统的作用,二、电离辐射对免疫系统的作用,（1）免疫系统的辐射损伤 中枢免疫器官和周围免疫器官均属辐射敏感组织。辐射损伤时免疫器官出现的明显典型变化是骨髓型急性放射病的发病学基础。 淋巴结、脾脏对辐射的敏感性比骨髓更高。致死剂量照射后淋巴组织的破坏极为严重，受照后30分钟即出现淋巴结和脾小体生发中心淋巴细胞核肿胀、空泡变性甚至细胞崩解，且在数小时内扩大至全淋巴小结。淋

40、巴细胞急剧减少，淋巴组织呈无结构状态。淋巴器官血循环障碍明显，充血加重且有出血灶。,（1）免疫系统的辐射损伤,淋巴细胞是放射敏感性最高的细胞之一。人外周血淋巴细胞受0.54Gy射线照射后，利用表面标志区分T、B淋巴细胞后，检测其存活率，两个淋巴细胞群的辐射敏感性都是非均质的，各可分出辐射敏感和辐射抵抗的两个亚群。,图2-8 家兔受照射5Gy前后不同时间注射抗原时溶血素滴度峰值的变化(对数座标，C表示对照),（2）辐射损伤与感染,大剂量照射后通常发生不同程度的骨髓型急性放射病。此时由于免疫功能障碍机体对病源微生物的抵抗力极度减弱，易发生感染并发症，而且是引起机体死亡的一个重要原因。其感染的特点是

41、易发生内源性感染（Endogenous infection）和加重外源性感染（Exogenous infection）的病程，可表现为局部或全身性严重感染。,髓型急性放射病时的内源性感染过程，可根据细菌侵入和扩散的途经分为四个时期：,无菌期 为全身照射后最初阶段，细菌尚未侵入组织内，此时各组织脏器尚培养不出细菌。 局部蔓延期 相当于放射病极期之前的阶段，细菌已侵入到局部淋巴结，如肠系膜淋巴结等。 防御功能相对代偿期（菌血症期） 相当于放射病的极期，细菌在血内时有时无，数量较少，脾脏内可培养出大量细菌，表明机体仍然可以通过防御功能清除血中细菌，但其网状内皮系统杀灭细菌的能力已明显减弱。 防御功能

42、代偿不全期 相当于机体生存的最后阶段，机体的防御功能严重受抑，体内各组织脏器中的细菌数量剧增，大量繁殖，发生败血症。,外源性感染是一般致病微生物引起的传染过程。受照射后机体对大多数病原微生物的敏感性增高，其传染过程有如下特点：,对病原菌、病毒的感受性增高，感染所需细菌数量减少，感染的潜伏期缩短、病程加重。 潜在感染的活化，因机体的防御机能降低，已局限或已呈慢性病程的感染可活化，导致感染扩散或转为急性病程。 急性放射病并发感染，机体表现为白细胞、热型反应异常。对细菌外毒素的耐受力降低，从而加重放射病的病情。,总之，放射病时的感染并发症可加重病情，加重造血组织损伤、延缓恢复。其发生的基础是机体免疫

43、机能抑制，使感染过程失去原有的特征。感染并发症是骨髓型急性放射病常见的症状，是由于机体对微生物抵御能力降低而造成的，是引起死亡的重要原因之一。,2.生理防御功能的变化,（1）非特异性免疫 当微生物侵入时机体立即动员一系列非特异性免疫功能，阻挡、抑制和杀灭入侵的病原微生物。电离辐射作用后，非特异性免疫功能可出现程度不等的障碍，主要表现为皮肤、粘膜屏障作用削弱和炎症反应异常,炎症是机体在进化过程中获得的，以防御为主的全身反应的局部表现，是有利于机体局限、杀灭病原菌等的防御反应。其包括免疫球蛋白等的渗出、白细胞游出、肉芽形成和屏障作用等。当然，炎症反应也有对机体不利的损害性成分，如局部组织细胞变性、

44、坏死、出血等。受照后机体炎症反应异常，表现为防御性成分减弱，而破坏性成分加剧。,图2-9 照射后中性粒细胞吞噬率的变化,图2-10 照射后吞噬指数与白细胞的动态变化虚线白细胞数；实线吞噬指数,图2-11 照射后血清溶菌酶活性变化与白细胞变化的关系,（2）特异性免疫,特异性免疫是个体在生活过程中与病原微生物（或其它抗原）接触后所产生的免疫。骨髓单核系产生的大单核细胞进入血液、组织成为巨噬细胞，巨噬细胞与骨髓多能干细胞产生的T、B淋巴细胞共同参与特异性免疫反应。T淋巴细胞在抗原刺激下增殖分化为淋巴母细胞，淋巴母细胞部分形成记忆细胞，部分成为致敏淋巴细胞（即细胞免疫的效应细胞）。,3.自身稳定功能的

45、变化,正常情况下机体经常不断地清除已损伤或衰老的自身细胞，但对自身的正常组织却不予以伤害，以保持机体的生理平衡。这是免疫细胞对自身组织抗原有耐受性，免疫耐受性是指机体在胚胎发育期和出生后早期接触某种抗原，以后对该种抗原就不发生免疫反应。这是保证机体不产生有害作用的重要机制。当免疫耐受性被破坏时就可能出现抗自身组织的病理反应，这是自身免疫现象的发生机制之一。,3.自身稳定功能的变化,放射损伤破坏机体的免疫平衡，可诱发自身免疫反应，主要有如下表现： 辐射诱发淋巴细胞突变，使异常淋巴细胞相对增多，这类细胞对正常组织有免疫活性，发生自身免疫性攻击。 组织的放射损伤可引起正常自身抗原释放，亦可引起组织抗

46、原结构的变化，诱导自身免疫反应。 一般认为衰老与自身免疫所致的自身破坏过程有关。辐射可增加体细胞变异，故可促进自身免疫病的发生；同时辐射又有免疫抑制作用，故又有抑制变异细胞的自身免疫倾向。最终结果取决于这两方面因素的平衡，同时又受照射剂量、射线种类、机体年龄和营养状态等因素的影响。,4.免疫监视功能的变化,免疫监视是指体内的免疫细胞（主要是T细胞）能识别、杀伤并消除体内经常出现的少量异常细胞（包括恶性转化的细胞）。机体细胞免疫原主要功能之一是控制和清除体内潜在的恶性肿瘤。最初原发肿瘤细胞一出现，就对机体淋巴细胞发生免疫原刺激产生免疫反应，即时地将这些新出现的恶性肿瘤细胞消灭。当这种免疫监视功能

47、被削弱，不足以限制肿瘤细胞的生长时，即发生肿瘤细胞群体的形成和发展。,（二）小剂量、局部照射的免疫效应1.小剂量照射的免疫效应,小剂量照射作用可引起免疫抑制或免疫增强，取决于受检体系、检测方法、实验条件、动物种类、剂量范围等。剂量小至0.5Gy一次照射可引起淋巴细胞数量减少，无菌小鼠每日受0.010.04Gy照射，累积达到亚致死剂量范围时，对某些抗原刺激的抗体形成反应受抑制。,三、皮肤放射损伤（一）皮肤急性损伤,1.概述 人体组织受照射后，主要功能性实质细胞先出现退行性变，并引起相应的功能障碍。在各种组织的放射损伤中，皮肤放射损伤发现的最早，研究的最详细。照射野超过5cm2者，人的皮肤出现红斑

48、剂量为68Gy；毛囊受到12Gy照射产生组织学改变；35Gy照射引起一过性脱发。,（一）皮肤急性损伤,皮肤的放射损伤往往表现为三个阶段。一次性照射者先出现小血管扩张，并可能水肿，此为第一阶段。 第二阶段是基本反应期，出现脱毛、红斑、水疱甚至溃疡，照射剂量较大时可发生干性或湿性坏死。根据照射剂量与射线贯穿能力的不同，皮肤损伤的深浅也不同，从表皮损伤直至皮下、筋膜、肌肉以及骨质改变。伤及深层组织者很难治愈，植皮也难成活。中等剂量照射所致皮肤损伤可从边缘向内修复，如果溃疡面积过大则经久不愈。已愈合的皮肤比较脆弱，遭到冷、热、摩擦、创伤等刺激很容易重新溃破。 第三阶段，即晚期，可出现硬结性水肿、放射性

49、溃疡、皮肤癌等。皮肤癌出现的平均时间为照射后8年至10年。 一般放射治疗中的皮肤损伤并不严重。在分次照射时早期脱皮在6周内可恢复正常，一般情况下6周30次照射，总剂量达5060Gy，皮肤可不出现严重损伤。一次照射出现皮肤红斑的阈剂量见表2-4。,2.皮肤放射损伤的病理变化 皮肤受不同照射剂量的射线作用后，可发生程度不同的皮肤放射损伤，其病理变化过程如下： （1）毛囊性丘疹与脱毛,（2）红斑,红斑是可恢复性病变。受照射后2周左右，真皮毛细血管扩张充血，小血管皮脂腺周围有炎性细胞浸润。数日后该部表皮细胞可出现细胞核、细胞浆空泡变性及核固缩等。毛囊与毛球轻度萎缩，大体外观呈红色，故名红斑。引起人体红

50、斑的剂量为6 8Gy。,（3）色素沉着 皮肤出现红斑的同时，常伴有弥漫性或斑点状皮肤黑色素沉着现象，称为色素沉着。它在一定条件下是可恢复性病变。,（4）水泡性皮炎 水泡性皮炎是皮肤受大剂量照射后一周左右，在皮肤严重红斑、水肿的基础上发生水泡。此时表皮细胞退化变性、空泡化和核固缩等。 （5）皮肤溃疡 水泡性皮炎时，表皮及真皮层细胞坏死、脱落后形成溃疡，即溃疡坏死性反应。镜下可见溃疡部表皮及部分真皮缺损，溃疡底及周围部只有少量炎细胞浸润。,3.急性皮肤放射损伤的分类 皮肤放射损伤有二种较常用的分类法。一是按临床病程经过分为急、慢性皮肤放射损伤，二是按接触放射源的性质分为X、射线照射引起的皮肤放射损

51、伤和射线照射引起的皮肤放射损伤。,（二）皮肤慢性损伤,慢性皮肤放射损伤，多见于从事放射性工作人员长期受超剂量限值照射，或急性皮肤放射损伤的迁延。 1.慢性放射性皮肤损伤的病理变化 长期接受小剂量电离辐射作用后，晚期可发生皮肤萎缩，表皮各层变薄、细胞减少、退行性变，称为慢性放射性皮炎（Chronic Radiation Dermatitis）。,2.慢性皮肤放射损伤的表现,（1）慢性放射性皮炎 多见于X线诊断、治疗工作者的手部皮肤及指甲，尤其是手背皮肤。早期出现皮肤干燥、粗糙、汗毛脱落等。指甲可出现纵嵴、甲板增厚、变脆等。,（2）晚期放射性溃疡,小剂量照射经过数年后，在慢性放射性皮炎进一步发展的

52、基础上，可形成晚期放射性溃疡（Late Radiation Ulcer）。溃疡创面常有少量脓性分泌物，肉芽面苍白，创口愈合十分缓慢。一般紧靠溃疡周围的皮肤脱色而苍白，于燥而发亮，再外层皮肤因色素沉着而呈深褐色，萎缩变薄并逐渐移行至正常皮肤。,（3）放射性皮肤癌,多数学者认为放射性皮炎是不可逆的病变，其损伤部位过度角化、萎缩，久之可转变为放射性皮肤癌(Skin Cancer due to Radiation)。慢性放射性皮炎癌变后，其恶性程度较低，通常是局限的。原因是局部皮肤组织严重纤维化，以及局部小血管、淋巴管的内皮细胞增生，血栓形成而将管腔阻塞，阻止了肿瘤细胞向周围浸润或通过管腔转移。有报道

53、由X、射线损伤引起的慢性放射性皮炎的癌变率平均为29.7。诱发皮肤癌的照射剂量一般在10Gy以上。放射性皮肤癌的平均潜伏期为2025年。,四、急、慢性放射损伤（一）急性放射损伤,急性放射损伤是指一次或在短时间内多次大剂量照射引起的全身性疾病。按射线作用的范围可分成全身性放射损伤和局部性放射损伤。电离辐射是引起放射损伤的特异性致病因子，外照射主要是穿透力强的X、射线和中子流引起；内照射是由、粒子的作用所致。急性放射病的病理过程十分复杂，全身各系统、器官都可以受到损害，其中以造血功能障碍、出血、感染和胃肠道损害最突出。,半致死剂量,一次全身照射一定剂量可以引起死亡。不足以引起死亡的剂量称为亚致死剂

54、量。能够使一半动物死亡的剂量称为半致死剂量。,1.急性放射病的分型 （1）分型依据 人体受大剂量射线作用后可发生急性放射病。根据受照剂量、临床症状和病理改变将急性放射病人为分成四种类型：即骨髓型（110Gy）、胃肠型（1020Gy）、心血管型（2050Gy）和脑型（50Gy）。,（2）不同剂量全身照射后的效应 急性放射病是短时间内，机体受1Gy以上的外照射所引起的全身性疾病，也可由超量放射性核素进入体内形成内照射而引起。,中度急性放射病临床经过,2.骨髓型急性放射病,受110Gy照射后主要损伤造血系统，人们把这种表现为造血功能障碍为主的急性放射病，称为骨髓型急性放射病。,2.骨髓型急性放射病,

55、（1）初期 受照后病人出现症状到暂时缓解的一段时间为初期。此期特点是神经系统先兴奋，后转为抑制。胃肠功能及各种代谢紊乱，造血功能调节障碍，症状表现为恶心、呕吐、腹泻、头痛、乏力、心慌和血压波动等。初期症状的多少、程度的轻重，出现时间的早晚都与受照剂量有关，也与个人的体质强弱、精神状态有关。本期中性粒细胞及淋巴细胞下降快，常反映病情较重。,2.骨髓型急性放射病,（2）假愈期 初期后由于机体代偿作用，出现症状暂时缓解的阶段称假愈期。本期是急性放射病病程发展过程中的重要时期。 （3）极期 当机体防御代偿机能不足，放射损伤过程发展到高峰的极期。本期因造血机能极度低下、胃肠功能紊乱和物质代谢障碍，患者发

56、生严重的出血、感染及全身衰竭等一系列严重症状。此期临床表现病情最重，是救治的关键时期。,2.骨髓型急性放射病,急性放射病的极期可出现如下四大症候群： 造血障碍症候群：造血功能障碍是中、重度急性放射病的最根本病变。骨髓穿刺检查可见骨髓细胞明显减少，外周血各种细胞也均减少，促使感染、出血的发生并可导致贫血。 感染症候群：因造血机能衰竭、皮肤粘膜屏障机能破坏及免疫机能下降，感染常是不可避免的并发症且发展迅速。放射病极期感染的重要特点是内源性感染。 出血症候群：出血是急性放射病另一常见并发症，也是威胁病人生命的重要原因之一。放射病极期的明显严重出血，主要是血小板减少与血管损伤、功能失常所致。 水电解质平衡紊乱：由于组织细胞结构的破坏以及神经内分泌调节紊乱等，物质代谢发生严重障碍，水电解质平衡严重失调。损伤严重的病例中，由于长期严重的全身感染、发烧和拒食，出现代谢性酸中毒和低钾的较为多见。,2.骨髓型急性放射病,（4）恢复期 患者自觉症状减轻，体温渐趋正常，出血逐渐吸收，精神状态好转。因存在自身恢复因素，急性放射病患者如能渡过极期这一危险阶段，机体可以自行恢复。,3.其他各型急性放射病 （1）肠型急性放射病 （2）心血管型急性放射病 （3）脑型急性放射病,（二）慢性放射损伤 1.慢性外照射放射病,慢性放射病（Chronic Radia