放射生物效应与放射防护

放射生物效应与放射防护第1页，共35页，2023年，2月20日，星期五一、作用机理四个阶段两种作用第2页，共35页，2023年，2月20日，星期五

其中前三个阶段又称电离辐射的原发作用过程，可在极短的时间内完成。而后一阶段又称为电离辐射的继发作用过程，可延续至数天、数月、数年甚至更长时间。在这期间，一方面由于射线的作用引起机体的一系列损伤，另一方面，机体又在不断地进行修复。这两种相反过程的消长和变化，决定电离辐射生物效应的转归。

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1、直接作用(directeffects)：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、激发或化学键断裂而造成分子结构和性质的改变。2、间接作用(indirecteffects):是指电离辐射作用于体液中的水分子(机体内水占体重的70%)，引起水分子的电离和激发，形成化学性质活泼的不稳定的自由基(如H·OH·)，再作用于生物大分子，而发生一系列变化。

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直接作用和间接作用只是射线能量传递的途径不同，两者所造成的大分子损伤在本质上没有区别。第5页，共35页，2023年，2月20日，星期五

电离辐射的能量沉积是一个随机过程。如果在细胞内的关键部位沉积足够的能量，就有可能损伤细胞。损伤的细胞若不能得到及时而充分的修复，就会妨碍细胞的存活或增殖，或产生一个虽能存活但业已改变的细胞。这两个结果对机体的影响是完全不同的。前者可导致确定性效应的发生，而后者可导致随机效应的发生。第6页，共35页，2023年，2月20日，星期五电离辐射生物效应的发生机理非常复杂，最根本的作用是射线作用于生物大分子（核酸、蛋白质、酶等）引发一系列改变（细胞改变、组织器官改变直至机体死亡），同时机体各细胞、组织又是相互联系整体，会相互影响。实验研究表明，辐射损伤细胞产生的损伤信号可导致临近未受照细胞出现同样的损伤效应即：辐射旁效应。电离辐射旁效应的提出,是对某些传统观念有力的挑战,有助于深入理解辐射生物效应,特别是低剂量辐射生物效应的本质,以及对放射肿瘤临床起到重要的指导作用。

第7页，共35页，2023年，2月20日，星期五二、放射生物效应的影响因素影响电离辐射生物效应的因素比较复杂，一般可归结为与辐射有关的因素、与受照机体放射敏感性有关的因素以及与环境有关的因素三个方面。生物效应的大小是各方面因素综合作用的结果。（一）与辐射有关的因素1、照射剂量与剂量率在条件相同的情况下，一般认为在一定的剂量范围内机体受照剂量越大，产生的生物效应越严重。吸收剂量是决定生物效应大小的基本依据。

第8页，共35页，2023年，2月20日，星期五不同剂量对人体损伤的估计

第9页，共35页，2023年，2月20日，星期五2、照射方式及射线的种类

照射的方式分为内照射和外照射两种。内照射是指放射性核素或放射性物质进入体内，在体内发射出射线对机体进行的照射。外照射是指放射性核素或放射源在体外，机体受其发射出的射线照射。由于不同的射线具有不同的电离能力和穿透能力，因此产生的生物效应也不相同，就一种射线而言，在不同的照射方式下产生的生物效应也不一样。

第10页，共35页，2023年，2月20日，星期五3、照射次数与照射面积

在相同的剂量条件下，分次照射和单次照射产生的生物效应不同，照射次数分的越多，间隔的时间越长，引起的生物效应越轻。在相同的剂量条件下，受照的面积愈大，生物效应也就愈明显；全身照射比局部照射的危害大得多，这主要是由于机体造血系统受到严重损害的缘故。相同剂量的同种射线，分隔的次数愈多，时间间隔愈长，生物效应就越轻，其原因与机体的代偿和修复过程有关第11页，共35页，2023年，2月20日，星期五总剂量相同，照射次数不同时大白鼠的死亡率

第12页，共35页，2023年，2月20日，星期五（二）与受照机体放射敏感性有关的因素1、生物种系不同种系的生物其放射敏感性不同，规律是种系演化越高，机体结构越复杂，其射线的敏感性越高。多细胞生物比单细胞生物敏感，哺乳类比鸟类、鱼类、两栖类敏感性高。2、生物个体在同一种系中个体敏感性不同，而个体在不同的发育阶段敏感性也有差异，一般是随着个体的发育生长，其放射敏感性逐渐降低，如胚胎期较胎儿期敏感，幼年、青少年比成年敏感。

第13页，共35页，2023年，2月20日，星期五3、同一个体的不同器官、组织和细胞放射敏感性各异一般认为：代谢旺盛的细胞较代谢不旺盛的细胞、分裂活动旺盛的细胞比不旺盛的细胞敏感，胚胎及幼稚细胞较成熟细胞敏感。除以上因素外，受照时机体状态对引起的生物效应也有一定影响。4、亚细胞及分子水平的辐射敏感性依次为：DNA＞mRNA＞rRNA＞tRNA＞蛋白质。第14页，共35页，2023年，2月20日，星期五机体组织的放射敏感性分类

第15页，共35页，2023年，2月20日，星期五（三）与环境有关的因素（介质因素）比如温度增高，效应增大，相反则降低；氧气浓度增大，效应增大；某些激素(如雌激素)和化学制剂（比如甘露醇）对辐射有抗辐射作用，称为辐射保护剂；还有一些能起增强的作用，称为辐射增敏剂。前者保护正常组织，后者为提高放疗效果。第16页，共35页，2023年，2月20日，星期五三、放射生物效应效应分类国际辐射防护委员会(ICRP)建议将辐射生物效应按其发生机制分为随机效应和确定性效应两大类。1、随机效应(stochasticeffects)：是指辐射效应的发生几率(而非重严程度)与剂量相关的效应。随机效应的发生几率随受照剂量的增加而增大，但效应的严重程度与剂量大小无关。一般认为，随机效应的发生没有剂量阈值，即生物效应的发生概率与受照剂量呈线性无阈关系。

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随机效应主要包括辐射诱发癌症和遗传效应两类。辐射对受照者本人，除了诱发癌症外，并不引起其他随机性效应。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。但总的来说，辐射诱发癌症的概率是很低的。如果辐射引起生殖细胞的损伤，这个损伤可以传递下去并表现为受照者后代的遗传紊乱。这种随机性效应称为遗传效应。遗传效应只在动植物研究中出现，尚未被确认在人类发生。第18页，共35页，2023年，2月20日，星期五

辐射诱发遗传性伤害有二种形式，即基因突变和肉眼能见的染色体畸变（染色体结构或数目的改变）。

2、确定性效应(deterministiceffects)：指效应发生的严重程度与受照剂量相关，有剂量阈值，阈值以下不会发生这种效应，阈值以上可能发生这种效应。如不育、白内障、造血机能低下、寿命缩短等皆属于。

第19页，共35页，2023年，2月20日，星期五成年人睾丸、卵巢、眼晶体及骨髓的确定性效应的估计值

组织和效应阈值在一单次短时照射中受到的总剂量当量（Sv）在分次很多的照射或迁延照射中受到的总剂量（Sv）多年中每年以分次很多的分次照射或迁延照射接受剂量时的年剂量率（Sv·a-1）睾丸暂时不育永久不育卵巢不育眼晶体可查出的混浊视力障碍（白内障）骨髓造血机能低下

0.153.5-6.0

2.5-6.0

0.5-2.05.0

0.5

NANA

6.0

5＞8

NA

0.42.0

＞0.2

＞0.1＞0.15

＞0.4注：NA表示不适用，因为该阈值取决于剂量率而不是总剂量第20页，共35页，2023年，2月20日，星期五§2放射卫生防护一、作用于人体的电离辐射源（一）、天然辐射源

1、宇宙射线是来自外层空间的高能粒子流。在进入大气层之前称为初期宇宙射线，其主要成分是能量为103-1012Mev的质子和α粒子。它们与大气中的原子作用之后产生次级宇宙射线，其成分为电子、中子、光子和质子等。第21页，共35页，2023年，2月20日，星期五2、环境介质中的天然放射性核素人类生活的周围环境介质中，都含有天然放射性核素，其主要成分是铀、钍、锕三个放射性系所属的核素和40K、87Rb以及3H和14C等。某地区环境介质中含有天然放射性核素的浓度，称为该地区的天然放射性本底。不同地区的天然本底差异很大。3、人体内的天然放射性核素环境介质中的天然放射性核素，通过饮食和呼吸道进入人体，其中有实际意义的成分有40K、14C、226Ra、320Po以及222Rn等。第22页，共35页，2023年，2月20日，星期五

以上三种天然电离辐射源对人体的内、外照射称为天然本底照射，其总剂量约为每年1mSv。（二）、人工辐射源1、职业照射以放射性工作为职业的人员，在其工作中所受到的电离辐射照射。其中不包括天然本底照射和医疗照射。2、医疗照射个人接受伴有电离辐射的医学检查或治疗时所受到的照射。随着核技术在医药科学中的广泛应用，人群受到的剂量可能会越来越多。第23页，共35页，2023年，2月20日，星期五

3、人工环境本底照射由于人工电离辐射源对环境的污染或扩大应用所受到的照射。主要包括：放射工作场所向周围环境泄漏的电离辐射和排放的放射性“三废”；核武器试验全球落下灰；带有辐射源或放射性核素的日用消费工业品，如电视和电脑等。4、事故和灾害性照射指在发生放射性意外事故和核战争时人员所受到的照射。

第24页，共35页，2023年，2月20日，星期五(三)电离辐射作用于人体的方式

1.外照射：指放射源处于机体外，仅其射线作用于人体，这种照射只有当机体处于辐射场中才受到照射，离开辐射场就停止照射。2.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、持续照射，直到排完或衰变完为止。

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3.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。4.开放源：指在使用和操作过程中能够向外界环境扩散，污染环境，并进一步侵入到生物体体内，对生物体进行内照射放射源。开放源既可产生外照射，又可产生内照射。第26页，共35页，2023年，2月20日，星期五二、放射防护的目的及基本原则

(一)放射防护的目的：防止一切有害的确定性效应，把随机效应的发生率降低到可以接受水平。（二）放射防护的基本原则1、实践的正当化：指涉及辐射的实践，获得的利益大于所付出的代价。2、防护的最优化：结合实际采用适当的防护措施，做到防护最优化。3、个人剂量限值化：放射工作人员所接受的剂量不得超过国家规定的标准。

第27页，共35页，2023年，2月20日，星期五三、放射工作人员剂量限值标准

年剂量当量限值(msv·a-1)类别受照器官或部位年剂量当量限值放射性工作人员公众确定性效应眼晶体15050

其它单个器官或组织50050随机效应全身均匀照射505

非均匀照射

∑/TWTHT≤50∑/TWTHT≤5第28页，共35页，2023年，2月20日，星期五三、核医学中的安全防护措施(一)、工作场所的分级和防护要求

1、场所的分级：在放射防护规定中，根据使用的放射性核素的等效年用量，把单位分成一、二、三类，又根据各实验室的放射性核素日操作量把单位内的工作场所分为甲、乙、丙三级。一般核医学实验室如不开展标记工作。都属于乙、丙级。2、实验室的配置与要求：实验室的配置一般采取“三区”配置法，即：Ⅰ清洁区、Ⅱ中间区、Ⅲ活性区。（控制区、监督区、非限制区）第29页，共35页，2023年，2月20日，星期五

(二)外照射防护方法

1、屏蔽防护：在放射源与生物体之间增加屏蔽物质借此吸收或阻挡射线，达到防护的目的，根据放射源的种类不同应采用不同的屏蔽材料。

2、距离防护：增加放射源与生物体之间的距离。增加距离后，放射源与生物体之间的空气部分吸收少量射线，达到防护效果。3、时间防护：缩短与放射源接触的时间。第30页，共35页，2023年，2月20日，星期五第31页，共35页，2023年，2月20日，星期五(三)内照射防护1、围封隔离：把开放源控制在有限的空间内，防止它向环境扩散。如应用通风橱、手套箱等以达到防扩散的目的。2、除污保洁：随时消除环境介质的污染，监测污染水平，控制向周围环境的大量扩散，使环境介质的污染浓度尽可能低于国家规定的限值。3、个人防护：遵守个人防护准则；合理使用个人防护用品。第32页，共35页，2023年，2月20日，星期五遵守个人防护准则：就是在开放性放射性工作场所中，禁止一切能使放射性核素进入人体内的行为和活动。比如禁