医科大学精品课件：04第4章 辐射生物效应.ppt

1、吉林大学 马庆杰 第4章 辐射生物效应与辐射防护 临床医学八年制核医学教学幻灯 医学生为什么要学放射防护 1. 放射线作用的两面性，趋利避害 1 在造福人类的在造福人类的 同时，过量照射能同时，过量照射能 对人体造成有害的对人体造成有害的 影响影响 2 辐射防护的目辐射防护的目 的就是要把放射线的就是要把放射线 对人的影响减少到对人的影响减少到 最低限度最低限度 3 只有掌握有关只有掌握有关 射线对人体影响的射线对人体影响的 知识和防护措施，知识和防护措施， 才能趋利避害，化才能趋利避害，化 害为利害为利 2.培养学生对放射性突发事件的应急处理能力 3.由于环保和医疗放射性管理的加强，医生必

2、须懂得防护的原则，措施，国家标准 Radiation need not be feared, but it must be respected。 第一节 辐射生物效应 射性标志射性标志 常用辐射剂量单位 照射量 (exposure dose) 表示射线空间分布的辐射剂量，即在离放射源一定距离的 物质受照射线的多少，以X射线或射线在空气中全部停 留下来所产生的电荷量来表示。 国际单位为库仑库仑/ /千克千克(C/kg(C/kg），简写为C （kg）-1。传统 的单位是伦琴伦琴(roentgen, R)。 吸收剂量 （absorbed dose） 单位质量的受照物质吸收射线的平均能量。 国际单位是

3、戈瑞戈瑞（gray，Gy） ，1 Gy表示1千克受射线 照射物质吸收射线能量为1焦耳，简写为j (kg)-1。传统单 位是拉德（rad） 1 Gy100rad 剂量当量 （equivalent dose） HTR表示按照辐射权重因子（weighting factor ，WR ）加权 的吸收剂量，单位为J/kg。 HTR = DTR . WR 针对特定组织或器官的量,是衡量射线生物效应及危险度 的辐射剂量，国际制单位是希沃特希沃特（sievert，Sv）。 旧制单位是雷姆（rem）， 1 Sv = 100 rem。 ICRP-60号报告组织加权因子号报告组织加权因子 组织或器官 加权因子加权因子

4、 组织或器官 加权因子加权因子 性腺 0.20 肝 0.05 紅骨髓 0.12 食道 0.05 结肠 0.12 甲狀腺 0.05 肺 0.12 皮肤 0.01 胃 0.12 骨表面 0.01 膀胱 0.05 其他组织 0.05 乳房 0.05 全身 1.00 吸收剂量吸收剂量(D) (D) 1 1戈瑞戈瑞 = 1= 1焦耳焦耳/ /千克千克 1 Gy = 1 J/kg1 Gy = 1 J/kg 放射源放射源 活度活度(A)(A) 1 1贝克贝克=1=1次核衰变次核衰变/ /秒秒 剂量当量剂量当量(H)(H) 1 1希沃特希沃特 = 1 = 1 焦耳焦耳/ /千克千克 任何物质任何物质 有机体有

5、机体 三者意义和区别 常用常用辐射剂量新旧单位换算表辐射剂量新旧单位换算表 天然本底辐射天然本底辐射 主要人工辐射源主要人工辐射源 其他人工辐射源其他人工辐射源 1 2 3 辐射源来源 天然本底辐射 nature background 在人类生存的环境中，自然存在的多种射线和放射性物质。 包括宇宙射线 cosmic radiation 、宇宙射线感生放射性核 素 cosmogenic radionuclide 和地球辐射 earth radiation 。 1.宇宙射线 初级宇宙射线：星球碰撞、爆炸等形成的微粒在宇宙空间初级宇宙射线：星球碰撞、爆炸等形成的微粒在宇宙空间 磁场的作用下形成的高能

6、粒子流，其中主要是质子，其次磁场的作用下形成的高能粒子流，其中主要是质子，其次 是是粒子和重离子等。粒子和重离子等。 次级宇宙射线：初级宇宙射线从宇宙空间进入大气层后，次级宇宙射线：初级宇宙射线从宇宙空间进入大气层后， 与空气分子发生核反应形成光子、电子、质子、中子、与空气分子发生核反应形成光子、电子、质子、中子、 介子等射线介子等射线 2009年10月9日，法国天文台向蒙帕纳斯大楼 （宇宙射线实验室）屋顶发射激光束 宇宙射线的辐射特点宇宙射线的辐射特点 能量范围宽，强度随海拔高度、纬能量范围宽，强度随海拔高度、纬 度的不同而变化。对人体产生外照度的不同而变化。对人体产生外照 射。射。 初级宇

7、宙射线进入大气初级宇宙射线进入大气 层后产生次级宇宙射线层后产生次级宇宙射线 的级联反应示意图的级联反应示意图 2.宇生放射性核素 初级宇宙射线从宇宙空间进入大气层后，与空气分子发生 核反应除放出射线外，还产生3H、14C、7Be、22Na、85Kr等 放射性核素。 3.陆地辐射 系列（系列（seriesseries）衰变放射性核素）衰变放射性核素 必须经过必须经过2 2代或代或2 2代以上代以上的衰变才能转变为稳定核素的天然放射性的衰变才能转变为稳定核素的天然放射性 核素。核素。 包括包括铀系、钍系、锕系等铀系、钍系、锕系等三大系列；是地球辐射的主要来源。三大系列；是地球辐射的主要来源。 共

8、同特点共同特点： A A. .起始的母体放射性核素具有与地球年龄相当的半衰期起始的母体放射性核素具有与地球年龄相当的半衰期，能长时能长时 间稳定的形成系列衰变间稳定的形成系列衰变。 B B. .系列衰变元素的每一条衰变线都会产生系列衰变元素的每一条衰变线都会产生222 222Rn Rn（氡氡）。 C.C.最后都形成稳定核素最后都形成稳定核素-铅（铅（PbPb） 40 40K K、 、14 14C C等单独存在的天然放射性核素 等单独存在的天然放射性核素 照射成分照射成分 年有效剂量年有效剂量( (毫希沃特毫希沃特,mSv) ,mSv) 正常本底地区正常本底地区 照射量升高的地区照射量升高的地区

9、 宇宙射线 0.38 2.0 宇生放射性核素 0.01 0.01 陆地辐射：外照射 0.46 4.3 陆地辐射：内照射(氡除外) 0.23 0.6 陆地辐射：氡及其衰变物 的内照射 吸入222Rn 1.2 10 吸入220Rn 0.07 0.1 食入222Rn 0.005 0.1 总计 2.4 天然本底辐射年有效剂量 主要人工辐射源 目前，目前，医疗照射在公众受到的人工辐射源照射中居于首位医疗照射在公众受到的人工辐射源照射中居于首位。 医疗照射总的变化趋势是：一方面受检人数逐年增加；另医疗照射总的变化趋势是：一方面受检人数逐年增加；另 一方面由于技术装备的不断改进，做同样项目的检查受到一方面由

10、于技术装备的不断改进，做同样项目的检查受到 的照射逐年降低。的照射逐年降低。 1.火力发电站 火力发电站释放的主要放射性核素是钍 （Th）和氡（Rn）及其衰变子体。 2.消费产品中的人工辐射 公众所受辐射照射比例（公众所受辐射照射比例（19931993年）年） 0% 76% 20% 4% 天然辐射 医疗照射 核爆 核电等 人工辐射源辐射年有效剂量 辐射生物效应的分类 确定性效应和随机效应 国际放射防护委员会 International Commission of Radiation Protection，ICRP 26号出版物按剂量剂量效应效应关 系把辐射生物效应分为确定性效应和随机效应。 1

11、.确定性效应 determinate effect 确定性效应是指辐射损伤的严重程度与所受剂量呈正相关，确定性效应是指辐射损伤的严重程度与所受剂量呈正相关， 有明显的阈值，剂量未超过阈值不会发生有害效应。一般有明显的阈值，剂量未超过阈值不会发生有害效应。一般 是在短期内受较大剂量照射时发生的急性损害。研究对象是在短期内受较大剂量照射时发生的急性损害。研究对象 为个体。为个体。 2.随机效应 stochastic effects 随机效应研究的对象是群体，是辐射效应发生的几率（或随机效应研究的对象是群体，是辐射效应发生的几率（或 发病率而非严重程度）与剂量相关的效应，不存在具体的发病率而非严重程

12、度）与剂量相关的效应，不存在具体的 阈值。阈值。 在放射防护中不能只满足于达到剂量限值，而对人员的照在放射防护中不能只满足于达到剂量限值，而对人员的照 射应该达到尽可能低的剂量水平。射应该达到尽可能低的剂量水平。 辐射损伤的化学基础 1.1.直接作用直接作用 放射线与物质的相互作用导致的生物分子的放射线与物质的相互作用导致的生物分子的 电离和激发电离和激发 2.2.间接作用间接作用 电离和激发产生的自由基导致的继发作用。电离和激发产生的自由基导致的继发作用。 主要是水自由基对生物分子的损伤作用。主要是水自由基对生物分子的损伤作用。 自由基自由基 radicalsradicals 有一个或多个不

13、有一个或多个不 配对电子而能独立存配对电子而能独立存 在的原子或分子，具在的原子或分子，具 有极高的不稳定性和有极高的不稳定性和 化学反应性，存在的化学反应性，存在的 时间极其短暂。时间极其短暂。 自由基对生物大分子的作用自由基对生物大分子的作用 对核酸分子主要作用于碱对核酸分子主要作用于碱 基、磷酸二酯键、核糖。基、磷酸二酯键、核糖。 通过脂质过氧化作用造成通过脂质过氧化作用造成 体内包括细胞膜、线粒体膜、体内包括细胞膜、线粒体膜、 溶酶体膜、核膜等生物膜的溶酶体膜、核膜等生物膜的 损伤，使生物膜的能量传递、损伤，使生物膜的能量传递、 物质转运、信息识别等功能物质转运、信息识别等功能 受到影

14、响。受到影响。 辐射生物效应作用机制 影响生物效应的因素 照射方式 照射范围照射范围 照射照射 次数次数 间隔时间间隔时间 机体的辐射敏感性机体的辐射敏感性 指相同的照射条件下不同机体和不同的器官、组 织和细胞对辐射反应的差异。 Hello every body 一定的低剂量对生物生命活动的辐射兴奋效应一定的低剂量对生物生命活动的辐射兴奋效应(hormesis)(hormesis) 低辐射剂量的兴奋效应 hormesis B E C D A 增增进动进动物的生物的生 长与发长与发育育 延延长寿长寿命命 改善幼改善幼体体存活存活 率率, ,增增强对强对感感 染的抵抗力染的抵抗力 降低致癌降低致癌

15、机机率率 改善改善伤伤口口愈愈合合 与传统的随机效应的理论相矛盾与传统的随机效应的理论相矛盾。 还有待于进一步的探索和验证还有待于进一步的探索和验证。 低低剂剂量量辐辐射射有害有害 ? ? 有益有益 ? ? 沒有影沒有影响响 ? ? 辐射对机体组织的损伤 组织的辐射敏感性 自然界中不同种类的动物，同种动物的不同个体以及自然界中不同种类的动物，同种动物的不同个体以及 同一个体的不同组织在受到同样剂量的照射时引起的损伤同一个体的不同组织在受到同样剂量的照射时引起的损伤 都是不同的。都是不同的。 总的来讲，高等动物比低等动物辐射敏感性高，分裂总的来讲，高等动物比低等动物辐射敏感性高，分裂 增殖活跃的

16、细胞、分化程度较低的组织细胞辐射敏感性高。增殖活跃的细胞、分化程度较低的组织细胞辐射敏感性高。 以上的规律也有例外。以上的规律也有例外。 造血组织的辐射损伤 造血组织的辐射损伤可以通过外周血细胞的变化反造血组织的辐射损伤可以通过外周血细胞的变化反 映，易于观测，故有生物剂量仪之称。映，易于观测，故有生物剂量仪之称。 1.造血组织损伤的特点造血组织损伤的特点 血液系统的辐射损伤主要是造血液系统的辐射损伤主要是造 血细胞增殖能力的抑制或丧失血细胞增殖能力的抑制或丧失。 2 2. .外周血细胞的变化外周血细胞的变化 主要是抑制造血主要是抑制造血，使血细胞使血细胞 的来源减少的来源减少，引起外周血细胞

17、数量的下降引起外周血细胞数量的下降，较大剂量较大剂量 的照射则能引起血细胞寿命的缩短的照射则能引起血细胞寿命的缩短。 白细胞及淋巴细胞绝对数最敏感白细胞及淋巴细胞绝对数最敏感，早期指标早期指标 淋巴淋巴细胞细胞 嗜中性嗜中性细胞细胞 血紅血紅蛋白蛋白 Days 0 10 20 30 40 50 60 血小板血小板 睾丸和卵巢的辐射损伤 精原干细胞精原干细胞- -精原细胞精原细胞- 初级精母细胞初级精母细胞 - -次级精母细胞精子细胞到精子次级精母细胞精子细胞到精子 放射线主要抑制精原干细胞和精原细胞的分裂放射线主要抑制精原干细胞和精原细胞的分裂 卵原细胞卵原细胞卵母细胞卵母细胞卵细胞卵细胞 女

18、性的所有卵原细胞在胚胎时期就已发育到卵女性的所有卵原细胞在胚胎时期就已发育到卵 母细胞的阶段，故女性性腺的放射敏感性较男母细胞的阶段，故女性性腺的放射敏感性较男 性性腺略低性性腺略低 中枢神经系统一旦发生损伤，往往是 不可逆的 1.0 Gy 1.0 Gy 照射可出现脑电图的异常照射可出现脑电图的异常 数十数十GyGy的照射后，可引起脑组织水肿、出血，严重的照射后，可引起脑组织水肿、出血，严重 者发生神经细胞坏死等形态学改变，病人出现无力、者发生神经细胞坏死等形态学改变，病人出现无力、 嗜睡，重者昏迷等症状嗜睡，重者昏迷等症状 。 50 Gy 50 Gy 以上的一次大剂量照射，引起受照者全身痉以

19、上的一次大剂量照射，引起受照者全身痉 挛，乃至死亡。挛，乃至死亡。 消化道黏膜，特别是小肠绒毛上皮细胞是更新特别是小肠绒毛上皮细胞是更新 快快、增生活跃的组织增生活跃的组织，辐射敏感性很高辐射敏感性很高，受射线照射受射线照射 后后，很快引起上皮细胞的分裂抑制很快引起上皮细胞的分裂抑制，肠淋巴组织破坏肠淋巴组织破坏。 由于食物残渣等的刺激由于食物残渣等的刺激，易于继发感染易于继发感染。所以受射线所以受射线 照射早期即出现恶心照射早期即出现恶心、呕吐呕吐、食欲不振食欲不振，继而出现腹继而出现腹 泻泻、血大便等消化道症状血大便等消化道症状。 皮肤也是辐射敏感性较高的组织之一也是辐射敏感性较高的组织之

20、一。 常见的症状是毛发脱落常见的症状是毛发脱落、指甲发育不良等指甲发育不良等。较较 大剂量照射可引起局部红斑大剂量照射可引起局部红斑、溃疡等溃疡等。 辐射致辐射致细胞细胞凋亡凋亡 辐射引起的细胞凋亡具有一般的细胞凋亡的特征等。辐射引起的细胞凋亡具有一般的细胞凋亡的特征等。 第二节第二节 辐射防护辐射防护 目的：防止有害的确定性效应 限制随机效应的发生率，使之降到可以接受的水平。限制随机效应的发生率，使之降到可以接受的水平。 使一切具有正当理由的照射保持在可以合理做到的尽可能使一切具有正当理由的照射保持在可以合理做到的尽可能 低的水平。低的水平。 辐射防护的目的与原则 原则 实践的正实践的正 当

21、化当化 个人剂量个人剂量 限值限值 放射防护放射防护 最优化最优化 剂量限值 ICRICR P60P60 号号 出出 版版 物物 建建 议议 的的 剂剂 量量 限限 值值 连续五年内有效剂量不超过连续五年内有效剂量不超过100 mSv100 mSv， 职业性人员职业性人员：在任一年内有效剂量不超过在任一年内有效剂量不超过50 mSv50 mSv （20042004年年ICRP 20 mSvICRP 20 mSv） 眼晶体眼晶体: : 年剂量限值为年剂量限值为150 mSv,150 mSv,皮肤为皮肤为500 mSv 500 mSv 孕孕 妇妇: 在妊娠被确定以后，余下的妊娠期内，在妊娠被确定以

22、后，余下的妊娠期内， 下腹部表面的剂量限值不应超过下腹部表面的剂量限值不应超过2 mSv 2 mSv 非职业性人员非职业性人员：年有效剂量为年有效剂量为1 mSv,1 mSv, 或连续五年的年平均剂量不超过或连续五年的年平均剂量不超过1 mSv 1 mSv 时间时间(time)(time)防护防护 距离距离(distance)(distance)防护防护 屏蔽屏蔽 (shielding)(shielding)防护防护 外照射防护措施 经典的外照射防护三原则 常见的辐射防护设备 内照射防护 开放性放射源可能通过开放性放射源可能通过口、呼吸道、皮肤、伤口口、呼吸道、皮肤、伤口进入人体。进入人体。

23、内照射防护的关键是重在内照射防护的关键是重在预防预防，尽一切可能防止放射性核，尽一切可能防止放射性核 素进入体内，把放射性核素的年摄入量控制在国家规定的素进入体内，把放射性核素的年摄入量控制在国家规定的 限值以内。限值以内。 内照射防护的总的原则是放射性物质围封、内照射防护的总的原则是放射性物质围封、 隔离防止扩散，除污保洁，防止污染，讲隔离防止扩散，除污保洁，防止污染，讲 究个人防护，做好放射废物处理。究个人防护，做好放射废物处理。 放射性废物处理原则放射性废物处理原则 放置衰变放置衰变 浓缩储存浓缩储存 稀释排放稀释排放 第三节 核医学检查的安全性评估 临床核医学检查受照剂量与其他临床检查

24、项目 比较 核医学检查中脑核医学检查中脑、骨骨、心脏显像和肾脏功能检查心脏显像和肾脏功能检查 给药剂量较大给药剂量较大，所受的有效当量剂量辐射剂量超过所受的有效当量剂量辐射剂量超过5 5. .0 0 mSvmSv，其余有效当量剂量均较低其余有效当量剂量均较低。 X X线检查线检查仅有少数部位仅有少数部位的摄片检查所受辐射剂量略的摄片检查所受辐射剂量略 低于核医学检查，大多数检查均低于核医学检查，大多数检查均远远高于远远高于核医学检查。核医学检查。 临床核医学检查受照剂量与天然本底辐射比较 据报道在美国一次普通的核医学显像全身接受的平据报道在美国一次普通的核医学显像全身接受的平 均辐射剂量约为均

25、辐射剂量约为3 3. .6 6 mSvmSv，大约相当于世界上平均天然大约相当于世界上平均天然 本底辐射剂量本底辐射剂量（3 3. .7 7 mSvmSv）。 一次核医学检查患者接受的辐射剂量大概与平均天一次核医学检查患者接受的辐射剂量大概与平均天 然本底辐射剂量接近然本底辐射剂量接近。 生活中的放射性辐射剂量 核医学工作人员所受的辐射剂量分析 不同工种放射工作人员外照射当量剂量水平年人均剂量不同工种放射工作人员外照射当量剂量水平年人均剂量 0 0. .40402 2. .3838mSvmSv，核医学工作人员是核医学工作人员是0 0. .6565 2 2. .3838 mSv,mSv, 平均平

26、均1 1. .3333 mSvmSv。 医学放射性工作人员医学放射性工作人员（包括核医学包括核医学）个人年均当量剂量均明个人年均当量剂量均明 显低于国家职业照射年剂量限值的显低于国家职业照射年剂量限值的1 1/ /1010。 不不同工种放射工作人员的个人剂量以介入手术操作人员最高同工种放射工作人员的个人剂量以介入手术操作人员最高， 核医学工作人员与核医学工作人员与X X线诊断线诊断，放射治疗等工种人员持平或略低放射治疗等工种人员持平或略低。 值得注意的是各分析表明国内放射值得注意的是各分析表明国内放射 检查辐射剂量检查辐射剂量明显高于明显高于国外国外，今后更应严今后更应严 格按照放射防护的原则格按照放射防护的原则、措施措施，认真管理认真管理， 尽量避免不必要的照射尽量避免不必要的照射，提高显像灵敏度提高显像灵敏度， 降低使用放射性药物用量降低使用放射性药物用量，把辐射剂量再把辐射剂量再 尽量降低尽量降低。