医学辐射防护学

1、医学辐射防护学及其新进展简介,一、辐射剂量及其基本单位 电离辐射所作用的空间称为辐射场 辐射剂量专门用来描述辐射场的性质，辐射对介质的电离能力，辐射对介质的能量传递。它与辐射的各种效应直接相关。 1、照射量 描述光子（、射线）对空气的电离能力，旧用单位为伦琴（R）1R=1静电单位电量/cm3空气，现统一使用的SI单位为CKg-1，即对每千克空气电离产生1库仑电量，1CKg-1=3.876103R,2、吸收剂量（D） 描述任何电离辐射作用于任何介质时的能量传递，其旧有单位为拉值（rad） 1rad=100尔格/克 SI单位为戈瑞（Gy，旧译格雷） 1Gy=1JKg-1（焦耳/千克） 1Gy=10

2、0 rad 专门针对某一器官（组织）的吸收剂量称为器官剂量DT DT=T/mT,3、当量剂量（HTR） 吸收剂量（能量传递）相同时，不同电离辐射的生物学意义不一样（这主要与射线的传能线密度（LET，Kev/ m）有关），必须引入修正因子，使生物效应的量度能归一，比较。因而国际辐射防护委员会（ICRP）早就定义了一个为辐射防护目的引入的剂量当量概念即H=DQN，其中Q为辐射的品质因子，N为其它一切必要修正因子的乘积。 在ICRP最近的60号出版物中，推荐了一个由器官或组织中的平均吸收剂量导出的新量，定名为当量剂量（HTR）,辐射在器官或组织中产生的当量剂量HTR由下或给出： HTR=WRDTR

3、式中，DTR是辐射R在器官或组织中产生的平均吸收剂量；WR是ICRP定义的辐射权重因子（见下表） 由于WR是无量纲量，所以当量剂量的SI单位与吸收剂量的相同，即JKg-1，专用名为希沃特（旧译西弗），符号为Sv 1Sv=1JKg-1,表1 辐射权重因子（WR）,4、有效剂量（E） 随机性效应发生概率和当量剂量之间的关系，还随受照器官或组织的不同而变化，因此，ICRP的最近出版物推荐了一个组织权重因子WT（见下表），由不同组织的WT加权求和的当量剂量定义为有效剂量E。 E= WTHT 式中HT是器官或组织T的当量剂量，WT是器官或组织T的权重因子（所有WT之和为1）有效剂量E与随机性效应的相关性

4、更好，有效剂量的SI单位仍为JKg-1，希沃特（Sv）,T,表2 组织权重因子,二、辐射源及其对人类的照射 1、天然辐射源 （1）天然辐射的分类 宇宙射线：来自宇宙的质子和粒子，与大气中原 子核作用产生各种次级粒子，包括电子、 介子、光子、质子和中子等，是地面宇 宙射线的主要成分。 宇生核素：宇宙射线与大气作用产生的放射性核素 ，如3H、14C等。 原生核素：存在于地壳中的天然放射性核素，其种 类很多，较受注意的是铀、镭、钍、氡 、40K和14C等，其中40K最重要，含量也较 高，并且是参与人体代谢的元素之一。,土壤、岩石和海水中40K的含量最高，而淡水中40K可忽略不计（见表3）。土壤中放射

5、性核素含量取决于岩石的性质，一般火石岩最高，石灰岩最低。,表3 土壤、岩石和水中天然放射性核素的含量,空气中的天然放射性核素主要是铀、钍衰变系中的气态氡、钍及它们短寿命的子体，218Po、214Pb、214Bi和216Po、212Bi等。其浓度受许多因素影响（见表4）。,表4 空气中220Rn浓度,同一地点，氡浓度在一昼夜之间就可相差数倍到10倍左右。一般凌晨高于午后，秋冬高于春夏。室内又受通风条件的影响，一般情况下，室内高于室外。,动植物食品中的天然放射性核素主要是40K，其次有226Ra、14C等。其中陆地上动植物食品中40K的平均含量约2.4mCi/kg（鲜重），豆类食品可达8mCi/k

6、g左右，226Ra约0.16mCi/kg，生物体内每克碳中约含14C 6.1mCi。 随空气、水和食品进入人体的天然放射性核素可对人体造成内照射。,表5 若干天然放射性核素每日食入量及人体内含量,（2）天然辐射对人类的辐射剂量 外照射：来自宇宙射线的高能粒子流和地壳本身的天 然放射性核素，其对人体的有效剂量分别为 0.355mSv/年和0.41mSv/年。 内照射：呼吸道吸入的氡气（包括222Rn和220Rn）和通 过食物、饮水进入人体的40K是对人体内照射 的主要贡献。 二者之和为2.4mSv/年，其中内照射约占2/3，外照射1/3，需指出，各地天然本底不同，对人所致年有效剂量也不一样，如我

7、国广东阳江地区为3.6mSv/年，印度的喀拉拉邦和巴西的大西洋沿岸，达630mSv/年,表6 天然本底辐射所致年有效剂量,2、人工辐射源 由于人类的生产、医疗及其它活动所产生或使用的辐射源，包括：核爆炸、核能生产、核反应堆及加速器制备人工放射性核素，医用X线机、加速器、辐照站、工业探伤、工业产品中的某些发光材料，某些电器产品和电视机等等。 人工辐射源对人类的照射情况复杂，分布不均，受照人群各异，必须以法律、法规来监控、规范。与人工辐射有关的从业人员和受照个体是监控的重点。,三、电离辐射的生物效应 1、电离辐射生物效应的作用机理,电离辐射,体液 间接作用,原子电离激发、变性 （物理阶段）,分子结

8、构和功能变化 （化学阶段）,细胞损伤 （生物阶段）,器官组织损伤 染色体基因水平,远期效应 遗传效应,代偿修复,间接作用 自由基,2、电离辐射生物效应的分类 （1）近期效应和远期效应 近期效应也称急性或早期效应，远期效应也称晚期、远后或慢性效应。当机体受到高剂量、高剂量率照射后，有足够的能量沉积于细胞内，破坏了细胞的增殖功能或导致细胞死亡，引起受照组织、器官的功能障碍或病理改变，在临床上表现为急性放射反应或急性放射损伤。若一次受照剂量较低或低剂量率长期照射，受照细胞未因辐射致死，可产生亚致死性损伤的修复或发生再增殖的修复。根据损伤程度和可修复作用，辐射生物效应可在受照后数周数月到若干年后才显现

9、，称为晚期效应。,（2）躯体效应和遗传效应 辐射诱发的机体生物效应，显现在受照射者本人身上的称为躯体效应（Somatic effect）。躯体效应发生于体细胞，这类细胞的存活时间不能超过个体的寿命期限，因此躯体效应一定要在受照射者的生存期显现出来。辐射也可影响受照射者的后裔，如辐射诱发的各种遗传性疾病，称为遗传效应（genetic effect）。遗传效应发生于胚胎细胞，此类细胞的功能是将遗传信息传递给新的个体，使遗传信息在受照者的第一代或更晚的后代中显现出来。,（3）随机效应与确定性效应 随机效应：（stochastic effect）即生物效应的发生率与照射剂量线性相关，不存在剂量阈值，且

10、效应的严重程度与剂量无关，如致畸、致癌效应等。 确定性效应：（旧称非随机效应，ICRP建议改称，determinister effect）辐射剂量超过阈值时效应发生，此后效应的严重程度与所受辐射剂量正相关，如骨髓损伤，晶状体损伤，性细胞损伤，皮肤恶性病变等。,剂量,随机效应,发生几率,剂量,确定性效应,严重程度,阀,3、影响辐射生物效应的因素 （1）与辐射有关的因素 A 辐射的种类 B 吸收剂量和吸收剂量率 C 照射面积、部位及均匀度 D 照射方式 （2）与机体有关的因素 A 生物种类的敏感性 B 个体敏感性 C 组织器官的敏感性 （3）与环境有关的因素 A 温度 B 氧 C 化学物质,表7

11、机体各种细胞对辐射的敏感性,4、辐射的确定性效应 ICRP在60号出版物中指出：如果人体组织或器官受到照射，有足够多的细胞被杀死或不能繁殖和发挥正常功能（细胞的丢失率补偿率），则将丧失器官的功能，这种效应现象称为确定性效应。这种效应的严重程度与剂量有关，且有一个阈值剂量。当低于阈剂量时，由于细胞丢失较少，不会出现组织或器官的功能损伤。当高于阈剂量时，剂量越大损伤越严重，确定性效应包括全身小剂量照射的放射反应，大剂量照射所致不同类型不同程度的放射病，局部组织器官照射的放射损伤，如骨髓、甲状腺、肺、眼晴晶体、皮肤及性腺反应。,（1）全身照射的效应 1）小剂量照射的放射反应 小剂量外照射的含意包括两

12、个方面：一是指一次照射较小的剂量；二是指长期受低剂量率的慢性照射。ICRP认为“一次急性照射不超过0.5Gy或一年内多次受照小于0.1Gy为小剂量照射”。我国根据人员和动物实验结果，“将一次受照1.0Gy以下或经常受超允许剂量的慢性照射划为小剂量”。当受照剂量较小时，主要表现为放射反应。如全身受照剂量低于1.0Gy时，一般不会发生明显的急性放射损伤，但部分受照者可出现某种程度的临床症状和血液学变化。反应程度及持续时间与受照剂量大小和受照者的机体状况有关。,表8 人体受小剂量线照射后早期临床表现,值得注意的是，近年来一些研究结果证明，低剂量照射可发生刺激作用，包括促进细胞增殖及修复，增强免疫力，

13、使机体自然防御功能得到提高等。这种现象被称为电离辐射的刺激或兴奋效应，也称为适应性反应。这种现象由于涉及到辐射防护及辐射危害评价的基本概念与原则，因而引起人们的高度重视。但依据现有研究结果，包括动物及人体流行病学调查结果，尚不能确定低剂量辐射照射的刺激效应或适应性反应能给机体带来好处并能超过低剂量照射的有害作用。因此，对低剂量照射的刺激效应，还需进行深入研究。,2）全身急性放射损伤 在短时间内全身或身体大部分受较大剂量照射时发生，可表现为骨髓型、肠型或脑型急性放射病。 骨髓型急性放射病又称造血型急性放射病，是以骨髓等造血组织的损伤为基本病变。这种类型的放射病以白细胞数量减少、感染和出血等为主要

14、临床表现，具有典型的病程阶段性，即可分为初期、假愈期、极期和恢复期。 胃肠型急性放射病以胃肠道为基本病变，以频繁呕吐、严重腹泻及电解质代谢紊乱为主要临床表现。这种严重的急性放射病一般具有初期、假愈期和极期3个阶段病程。 脑型急性放射病是以脑组织损伤为基本病变，以意识障碍、定向力丧失、共济失调、肌张力增强、抽搐及震颤等中枢神经系统症状为特殊临床表现。这种极其严重的急性放射病，一般只具有初期和极期两阶段病程。,一般认为，受照剂量越大损伤越严重，照后发生死亡的时间越短。为此，ICRP 1999年根据已有研究结果，提出了人体全身低LET辐射急性均匀照射时，引起不同急性综合征状和死亡时间的剂量范围见表9

15、,表9 人体全身急性均匀低LET辐射照射时引起不同综合症状和死亡的剂量范围,3）急性放射病的发生率和死亡率与辐射剂量的关系,表10 急性放射病发生率与辐射剂量的关系,表11 急性放射病死亡率与辐射剂量的关系*,*指在受照后未进行必要的医学救治，较新的文献认为，健康成人的LD50/60的剂量范围为35Gy,（2）不同组织器官的确定性效应 1）骨髓 骨髓是人体重要的造血组织，对辐射较敏感。全身单次照射1Gy以下，因造血细胞仅轻度减少，不影响人的活存。中等致死剂量全身照剂后，可导致出现骨髓型急性放射综合征，感染及出血为主要死因。710Gy的急性照射，若不治疗可使100%人员死亡。 骨髓局部照射304

16、0Gy可造成局部坏死，继而发生萎缩、纤维化和造血组织被脂肪代替，在分次或长期照射情况下，造血组织的耐受力提高。例如人体资料表明，若照射时间长达数月时，骨髓可能耐受310Gy的剂量。这就提示，造成致死性骨髓再生障碍的阈剂量可能超过每年1Sv,2）性腺 人体睾丸受到0.15Gy照射后，可使精子数量减少，引起暂时性丧失性生育能力，经过数周到数月的不育期后仍可恢复。剂量较大时恢复期延长，剂量超过35Gy时，可引起持久（永久）性不育；受照6Gy以上，受照射者100%发生永久性不育。 卵母细胞是对辐射最敏感的。UNSCEAR（联合国原子辐射效应委员会）最近提出，两侧卵巢同时受到0.651.5Gy的照射，可

17、迅速引起生育力障碍，但这种损害可恢复，只有一次剂量达3Gy以上才可能导致永久性不育。,3）眼晶体 人眼晶体一次受到约2GyX线或线的急性照射即能发生可观察到的晶体混浊，分次照射约需5Gy以上。发生白内障的阈剂量单次照射时为5Gy，长期分次照射为514Gy，中子对眼晶体的损伤作用较低LET辐射强，例如有文献报道，一些人员由于受到估计为0.71Gy的中子、线混合照射而发生了白内障。,4）肺 吸入性内照射是肺部辐射损伤的主要因素，肺的辐射损伤作用，在受照后的早期（80180d）反应为急性放射性肺炎，一般情况下，低LET辐射急性照射时，引起肺炎的阈剂量约在5Gy以上，引起人体死亡的剂量约为10Gy。分

18、次照射可明显减缓辐射的损伤作用，例如在68周内分次照射，使5%人员中发生晚期肺纤维化的剂量为4045Gy，使50%人员发生的剂量为6065Gy。,5）甲状腺 成年人甲状腺对辐射不太敏感，但生长发育中的儿童甲状腺较敏感。低LET照射急性照射引起成人甲状腺细胞形态变化和功能减退所需剂量约为10Gy，在30d内分次照射时，剂量达2530Gy才能出现粘液水肿。儿童甲状腺受放射性落下灰事故性内照射和外照射时，总剂量达14Gy，可引起功能抑制及生长迟缓。,6）皮肤 单次照射35Gy可引起红斑及暂时性脱毛，7Gy以上可引起永久性脱毛，剂量达10Gy以上可引起水泡或坏死、溃疡。分次或延续性照射引起相同效应的剂

19、量要比单次照射明显增加，例如引起干性脱屑要在30Gy左右，而引起晚期皮肤溃疡要达到约60Gy。,7）宫内照射（胚胎和胎儿）的确定性效应 辐射对胚胎和胎儿也可引起确定性效应。ICRP在新建议书中以现有生物学资料为依据，提出经动物实验证明，使胚胎致死的阈剂量为0.1Gy，引起胎儿畸形和发育障碍的阈剂量也在0.1Gy左右。 此外，宫内照射还可引起胎儿智力降低或严重智力障碍，最近的研究表明，怀孕头8周及25周以后，效应不明显，而815周效应最显著，其阈剂量为0.120.5Gy。,表12 引起成年人不同组织确定性效应的阈剂量估算值,（A）NA表示不适用，因为该阈值取决于剂量率而非总剂量 （B）给出的范围

20、是210Sv,5、辐射的随机性效应 随机性效应是指剂量与效应的发生概率之间存在着线无阈的关系，（但它的严重程度与剂量大小无关），剂量大发生的概率高，即是任何小的电离辐射都可产生这种效应，只不过发生的概率低而已。 辐射的随机性效应，包括在受照射者本人身上诱发的躯体效应（主要表现为白血病和癌症），以及在受照者后代身上所诱发的遗传效应。这两种效应一般都是在受照后晚期才表现出来，因而它们属于辐射的远后效应。,（1）辐射的致癌效应 1）辐射致癌效应的一些特点 A 辐射诱发的癌症与自然发生的癌症之间难以区分 B 它与年龄、性别及组织器官等因素有关 C 辐射诱发癌症有一定的潜伏期 D 概率统计的数学模型，至

21、今仍存在争议,2）辐射致癌的危险估计 ICPR过去的出版物危险、危险度 ICPR60号出版物概率、后果和后果的期望值 UNSCEAR危险系数 统计人群来源主要有三 日本原子弹爆炸幸存者 9.1 万人 英国强直性骨髓炎放疗病人 1.4万人 子宫颈癌放疗病人 18万人,表13 低LET辐射低剂量照射时，全年龄人口特定致死性癌症的终生概率,（2）辐射的遗传效应 辐射的遗传效应在后代可表现为：性别比例改变，流产或难产，畸胎，死胎，婴幼儿死亡率增高及某些特殊遗传疾病增加等。 电离辐射所致的遗传效应，是由于辐射作用于生殖细胞中的遗传物质，引起基因突变或引起携带基因的染色体的结构和数目变化，即染色体畸变。这

22、些改变可在受照者的近几代，主要在头两代，显示出明显的遗传效应，其中有的是可威胁生命的严重损伤。,很显然，对人类而言，获取和积累有关辐射遗传产应的统计学资料是非常困难的，因此，人体辐射遗传效应的危险估计值，是以动物实验观察资料为基础推论到人体的。 ICRP 60号出版物根据已有资料，推算出当全体人口受到低LET辐射照射时，辐射诱发的严重遗传效应在平衡时（即受照后的所有各代）的概率系数为1.310-2Sv-1。,（3）宫内照射的随机性效应 受照胎儿似乎易发生在10岁之内表现出来的儿童白血病及其他的儿童癌症。ICRP（1990）引用有关资料，提出生前受照所致的致死性癌症的概率估计值为2.810-2Sv-1。并假定在整个妊娠期内概率是固定不变的。但由于可应用的资料有限，不同报告概率估计值也不同，如有的概率估计值为1310-