核醫(yī)學基礎(chǔ)與放射防護醫(yī)學輻射防護學

1、核醫(yī)學基礎(chǔ)與放射防護,金 問 森,第一章 緒論,核醫(yī)學是核技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域中的應(yīng)用。核醫(yī)學的內(nèi)容及其特點： 臨床核醫(yī)學 診斷 X線檢查(radiology) 超聲檢查(ultrasound) MRI檢查 (magnetic resonance image),,解剖成像,SPECT/CTPET/CT,,功能成像,器官功能測定、體外放射分析(RIA)等。,治療：,甲狀腺

2、機能亢進（hyperthyreosis）,甲狀腺癌(thyroid carcinoma ),轉(zhuǎn)移性骨痛(multisite metastatic pain),骨腫瘤(bone cancer),實驗核醫(yī)學,核素示蹤技術(shù)(radionuclide tracer technique)體外放射分析法(radioimmunoassay)放射自顯影術(shù)(radioautogram),影像醫(yī)學、核醫(yī)學和放射醫(yī)學三個不同的研究和應(yīng)用方向難以截然

3、分開，共同點均為利用核技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域中進行臨床診療和基礎(chǔ)研究工作。,這些研究工作均需要進行放射防護安全方面的理論知識。,核醫(yī)學與放射防護發(fā)展簡史,1895年 Wilhelm Roentgen發(fā)現(xiàn)X線,1896年 Henri Becquerel發(fā)現(xiàn)放射性核素,1898年 Marie curie 和Pierre Curie提取 polonium和radium,1934年 Joliet 和Curie發(fā)現(xiàn)人工放射

4、性核素,1938年 32P治療白血病、1941年131I治療 甲亢、1946年131I治療甲癌。,核醫(yī)學方面,1949年 發(fā)明了第一臺閃爍掃描儀,1949年 有了商品γ-照相機,1964年 David Kuhl和Edwards研制了 第一臺SPECT,1975年 研制了第一臺PET,放射防護方面,慘痛的代價,,Marie curie和女兒均死于放射引起的白血病,20世紀初

5、的鐳(Ra)事件,多次核事故以及核災(zāi)難的發(fā)生,放射防護事業(yè)的發(fā)展歷程,1913年德國首先成立倫琴學會發(fā)布了有關(guān)指南,1925年召開了第一屆國際放射學大會，并成立—國際輻射單位與測量委員會 （international commission on radiation units and measurements，ICRU）,1928年成立了第一個國際組織“X線和鐳的防護委員會”,1950年成立國際輻射防護委員會（internation

6、al commission on radiological protection，ICRP）,,之后相繼成立了IAEA、UNSCEAR、ICNIRP、ABCC-RERF等國際性組織和研究機構(gòu),,輻射防護相關(guān)國際組織,我國放射防護事業(yè)的發(fā)展,,法,行政法規(guī),部門規(guī)章,技術(shù)標準,技術(shù)報告 導則指南,,,,,國家標準化管理局,,全國各有關(guān)專業(yè)標準化技術(shù)委員會,全國人民代表大會,,國務(wù)院,,各部委,,我國放射防護法規(guī)與標準體系結(jié)構(gòu)圖,,法律

7、《中華人民共和國職業(yè)病防治法》《中華人民共和國放射性污染防治法》,,行政法規(guī)《放射性同位素與射線裝置安全和防護條例》《中華人民共和國民用核設(shè)施安全監(jiān)督管制條例》 《中華人民共和國核材料管理條例》 《核電廠核事故應(yīng)急管理條例》《突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急條例》,部門規(guī)章 衛(wèi)生部、國家環(huán)境保護總局、國防科工委，以及公安部等，這些有關(guān)部委局先后制定頒發(fā)了一批有關(guān)放射工作許可制度及放射防護管理辦法、核與放射事故管理規(guī)

8、定、放射工作人員職業(yè)健康管理辦法、放射防護器材與含放射性產(chǎn)品管理辦法、核動力廠設(shè)計及運行安全規(guī)定、城市放射性廢物管理辦法、放射環(huán)境管理辦法、放射性物質(zhì)運輸管理辦法等等,《放射性同位素與射線裝置安全許可管理辦法》《放射診療管理規(guī)定》《放射工作人員職業(yè)健康管理辦法》,技術(shù)標準,,以我國《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》（GB 18871—2002）最重要，派生出了一大批各種放射防護次級專項標準，包括國家職業(yè)衛(wèi)生標準、各類行

9、業(yè)標準等。,技術(shù)報告和導則指南沒有強制性效力，乃是有關(guān)機構(gòu)、組織和專家所撰寫的，屬于進一步具體詮釋各有關(guān)法規(guī)與標準，以增加對法律、法規(guī)的理解。,,第二章 核輻射的物理基礎(chǔ),原子結(jié)構(gòu)、X射線與核素,,元素（element）的基本單位是原子，原子由原子核和核外電子構(gòu)成。,原子核內(nèi)有不同數(shù)目的質(zhì)子（proton，P）和中子（neutron，N） ，統(tǒng)稱為核子（nucleon）。,原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)目和中子數(shù)目之和為原子核的質(zhì)量數(shù)，用“A”表示，因

10、此，整個原子核內(nèi)中子數(shù)目N=A－Z。,原子結(jié)構(gòu),,核素、同位素和同質(zhì)異能素,一般情況下原子核處于最低能量狀態(tài)，稱為基態(tài)（ground state）。當受到高能量粒子轟擊或核內(nèi)部發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，原子可暫處于高能量狀態(tài)，稱之為激發(fā)態(tài)（excited state）。激發(fā)態(tài)不會持久，將迅速釋放能量，而恢復至基態(tài)，這種能量的釋放過程稱為躍遷（transition）。,基態(tài)和激發(fā)態(tài),,,,,ground state,excited state,,核素

11、、同位素和同質(zhì)異能素的概念,質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)相同，能量狀態(tài)相同的一類原子的集合稱為核素（nuclide）。,核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同，即在元素周期表中處于同一位置，但中子數(shù)不同的核素互稱為某元素的同位素（isotope） 。,質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)均相同，但能量狀態(tài)不同的核素稱為同質(zhì)異能素（isomer） 。,穩(wěn)定性核素和放射性核素,,原子核內(nèi)的核子之間存在著引力，稱為核力（nuclear force），為短程力，受核子數(shù)目的影響 。,除了核力外，還存

12、在靜電斥力，該力為長程力，不受核子數(shù)目影響，但與電荷量有關(guān)。,P﹕N=1﹕0～1.5時，核力與靜電斥力基本平衡，原子核處于穩(wěn)定狀態(tài)。處于穩(wěn)定狀態(tài)的核素稱為穩(wěn)定性核素（stable nuclide）。,,當原子核內(nèi)部處于不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生了能級的變化，轉(zhuǎn)化為另一種核素。這種自發(fā)的核內(nèi)結(jié)構(gòu)或能量的變化過程稱為核衰變（nuclear decay），變化過程中釋放的具有一定能量的粒子稱為放射線（radiation）。釋出放射線的核素稱為放射性核素

13、（radio-nuclide）。,原子核的衰變、裂變與聚變,核衰變類型與規(guī)律,1.α衰變（alpha decay）,,原子核內(nèi)要釋放2個質(zhì)子和2個中子組成的,稱之為“α”粒子。,2.β衰變（beta decay）,當核內(nèi)質(zhì)子、中子比例不當時，質(zhì)子和中子將產(chǎn)生相互轉(zhuǎn)換，達到核內(nèi)調(diào)整結(jié)構(gòu)的目的。其特點是原子的質(zhì)量數(shù)不變，只有原子序數(shù)改變（相差1），分為β-和β+ 和電子俘獲三種形式。,（1）β¯ 衰變,,主要發(fā)生在中子相對過多的核

14、素。中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子，釋放負電子，稱為 β¯粒子。,（2）β+衰變,主要發(fā)生在中子數(shù)相對不足的核素，核內(nèi)由質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子，釋放正電子，稱為 β+粒子。,,,,（3）電子俘獲（electron capture，EC）,對于中子數(shù)相對較少某些核素，原子核從核外內(nèi)層的電子殼層俘獲一個電子，使核內(nèi)的一個質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子，同時釋放一個中微子，隨后較外層的電子躍入內(nèi)層軌道填補空穴。由于外層能級高于內(nèi)層能級，因此，多余能量以電磁輻射（即特征X射

15、線）形式釋放?；蛘咴撃芰總鬟f給另一殼層電子，使之脫離軌道逸出，稱為俄歇電子（auger electron）。,,（4）γ躍遷與內(nèi)轉(zhuǎn)換現(xiàn)象,經(jīng)過α或β衰變的核素，在衰變的過程中可能導致原子核處于高能的激發(fā)態(tài)，核內(nèi)多余能量以電磁輻射形式釋放后返回基態(tài)，該過程稱為γ躍遷。,有時在核內(nèi)多余能量釋放過程中，也可能將能量傳遞給核外殼層電子，使之脫離其運行軌道而逸出，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。逸出的電子稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換電子（internal conversi

16、on electron）,X射線和γ射線都是光子，它們的不同之處：γ射線來源于核內(nèi)能量釋放，而X射線為核外電子躍遷過程中的能量釋放。,放射性核素衰變規(guī)律及其度量,核衰變是隨機性的，單位時間衰變的原子核數(shù)目與核的總數(shù)成正比，并且隨著時間的增長，遵循一定的規(guī)律而減少。,,物理半衰期(physical half life，T1/2):指放射性核素的原子核數(shù)目衰變到原來的一半所需要的時間。,,λ稱為衰變常數(shù)（decay constant）

17、，是放射性核素衰變的特征參數(shù)，表征單位時間原子核發(fā)生衰變的速率。,放射性活度、放射性比活度與放射性濃度,放射性活度（A）是指在一定的時間（dt）內(nèi)處于特定能態(tài)的一定量的放射性核素發(fā)生自發(fā)衰變（dN）的期望值。國際制單位為Bq，Bq其表示每秒內(nèi)核衰變的次數(shù)，1Bq表示每秒有1次衰變。舊有單位為居里（Ci），1Ci = 3.7×1010Bq,,,,單位質(zhì)量中所含的放射性活度稱為比活度或比放射性。一般用Bq/kg或Bq/mol

18、為單位。,單位容積溶液中所含放射性活度稱為放射性濃度，以Bq/ml或Bq/L為單位。,,核裂變與核聚變反應(yīng),原子核的核裂變反應(yīng)是目前獲得核能的主要途徑,一些重核如果分裂成二個中等質(zhì)量的原子核時，會同時釋放出中子和能量，這一過程稱為原子核裂變（nuclear fission）。,,自發(fā)裂變是原子核在沒有入射粒子轟擊的情況下自行發(fā)生的核裂變。,誘發(fā)裂變是在入射粒子的轟擊下重核發(fā)生的裂變。,由兩個氫原子合為一個氦原子，就叫核聚變。,,放射線與

19、物質(zhì)作用的物理基礎(chǔ),電離與激發(fā)作用,,帶電粒子與物質(zhì)的核外電子發(fā)生靜電作用，如果導致物質(zhì)中的原子失去軌道電子形成正負離子對，稱為電離（ionization）作用。,傳能線密度(linear energy transfer，LET)是指帶電粒子穿過物質(zhì)時，在其單位長度徑跡上所轉(zhuǎn)移的能量。,,如果帶電粒子使照射物質(zhì)軌道電子從內(nèi)層躍遷至外層，整個原子處于能量較高的激發(fā)態(tài)，此過程稱為激發(fā)（excitation）作用。,帶電粒子與物質(zhì)的相互作

20、用,散射與吸收,,帶電粒子受到物質(zhì)原子核庫倉電場作用而發(fā)生方向偏折和能量的改變，稱為散射（scattering），只改變運動方向而能量不變者稱為彈性散射（elastic scattering）。,,如果射線通過物質(zhì)時，由于各種作用的機制，導致帶電粒子的動能全部喪失而不復存在的過程稱為吸收（absorption）。,,β粒子在介質(zhì)中受到阻滯而急劇減速，部分能量甚至全部能量轉(zhuǎn)化為電磁輻射，稱為軔致輻射（bremsstrahlung）。其發(fā)生

21、的幾率與β能量及介質(zhì)的原子序數(shù)成正比。因此在放射防護中要注意，β粒子吸收體和屏蔽應(yīng)采用低密度材料，如有機玻璃、鋁或塑料等。,軔致輻射與湮沒輻射,β+通過物質(zhì)時和核外電子相互作用，消耗能量而相互結(jié)合，同時轉(zhuǎn)化為兩個方向相反，能量各為0.511MeV的γ光子而自身消失，這種過程稱為湮沒輻射（annihilation radiation）,X、 γ射線與物質(zhì)的相互作用,光電效應(yīng)：光子與介質(zhì)原子的軌道電子碰撞，把能量全部交給軌道電子，使之脫離原

22、子，光子消失，這一作用能夠過程稱為光電效應(yīng)(photoelectric effect)。脫離軌道的電子稱為光電子。,康普頓效應(yīng)：能量較高的光子與核外電子碰撞，將一部分能量傳遞給電子，使之脫離原子軌道成為高速運行的電子，而光子本身能量降低，運行方向發(fā)生改變，成為康普頓效應(yīng)(Compton effect)。,電子對生成：當光子能量大于1.022MeV時，在物質(zhì)原子核電場作用下轉(zhuǎn)化為一個正電子和一個負電子，稱為電子對生成(electron p

23、air production)。,第三章 人體輻射計量學,輻射的基本概念,輻射是不需要介質(zhì)參與而進行能量傳遞的一種現(xiàn)象。,性質(zhì)分類：,電磁輻射 其本質(zhì)是電磁波，X射線、γ 射線和紫外線等 。,粒子輻射 如α粒子、β粒子、中子等。,,作用分類：,,電離輻射 可以產(chǎn)生電離作用,非電離輻射 不產(chǎn)生電離作用,狹義的輻射僅指電離輻射。,,電離輻射計量學,X射線或γ射線照射dm質(zhì)量空氣時便與

24、空氣中的原子相互作用，部分放射線損失的能量被原子中的電子獲得而使原子電離，當這些獲能電子被完全吸收時所產(chǎn)生的同種符號離子（或帶電荷原子）的總電荷量（dQ）稱為照射量（exposure，X）。,照射量(X),照射量的國際單位(SI)是庫侖/千克(C/kg)，目前照射量的測量僅適用能量在10keV～3MeV范圍內(nèi)的X射線和γ射線，其他放射性粒子不能用照射量來度量。單位時間內(nèi)的照射量稱為照射量率(exposure rate)。,,吸收劑量(D

25、),吸收劑量(absorbed dose，D)指單位質(zhì)量物質(zhì)所接受的電離輻射的平均能量。,dm為被照射物質(zhì)的質(zhì)量，dE為其吸收的輻射能。,吸收劑量(D)是放射領(lǐng)域內(nèi)一個非常重要的量，它適用于任何類型的電離輻射和任何被照射的物質(zhì)，并適用于內(nèi)、外照射。吸收劑量的國際單位(SI)為：J/kg，專用名稱：戈瑞(gray, Gy), 1Gy=1J/kg。舊制單位是拉德(rad)。1Gy=100rad,同樣也存在吸收劑量率(Gy/s ),,比釋動能

26、（K）,比釋動能(kinetic energy released in mass，kerma，K)指不帶電致電離粒子與物質(zhì)相互作用時，在單位質(zhì)量的物質(zhì)中產(chǎn)生的帶電粒子的初始動能的總和。,,dEtr是不帶電致電離粒子在特定物質(zhì)的體積內(nèi)釋放出來的所有帶電粒子的初始動能總和；dm為所考慮的物質(zhì)質(zhì)量。,比釋動能的單位與吸收劑量相同,當量劑量(equivalent dose，HT, R)就是吸收劑量與輻射權(quán)重因數(shù)(radiation weight

27、ing factor, WR)的乘積。,當量劑量(HT, R),HT, R為R類輻射在組織或器官T中所受到的當量劑量；DT, R為R類輻射在組織或器官中所致的平均吸收劑量；WR為R類輻射的輻射權(quán)重因數(shù)。,專用單位 希沃特(Sievert，Sv),,,有效劑量（E）,是指全身受到均勻照射或不均勻照射時，將不同組織當量劑量（HT，R）與組織權(quán)重因數(shù)加權(quán)的平均值。,,表3-3 組織權(quán)重因數(shù)(WT),專用單位 希沃特(Sievert，Sv),

28、,待積劑量,待積劑量（committed dose）指放射性核素進入體內(nèi)的劑量積分估算，根據(jù)待積劑量的概念還可以推倒出待積吸收劑量、待積當量劑量和待積有效劑量等。,待積當量劑量（committed equivalent dose, HT（τ））指單次攝入的放射性物質(zhì)在其后的τ年內(nèi)對所關(guān)心的器官或組織所造成的總劑量累積值。,,,待積有效劑量(committed effective dose，E(τ)),如果單次攝入R類放射性核素對人體器官

29、或組織（T）造成的待積當量劑量HT（τ）乘以相應(yīng)的權(quán)重因子WT，隨后對所涉及的器官或組織（T）求積，,,HT（τ）為積分至τ時間時組織（T）的待積當量劑量；WT為組織T的組織權(quán)重因數(shù)。,比釋動能K,當量劑量H,,,輻射場(照射量X),空氣,,,,,,待積劑量,核素進入體內(nèi),,,待積當量劑量,待積有效劑量）,,,,,吸收劑量D,有效劑量E,,電離輻射源,常用電離輻射量間相互關(guān)系,,,,,,,,,非電離輻射計量學,電磁輻射計量,電磁輻射來

30、源,,自然界，如雷電、臺風、太陽的黑子活動與黑體輻射等,人工電磁輻射,如一些醫(yī)療設(shè)備、電腦、微波爐、手機、收音機、電視廣播發(fā)射機和衛(wèi)星通訊裝置等。,無線電波、微波、紅外線、可見光和紫外線等一般稱為非電離輻射或稱電磁輻射。,頻率極高的X射線和γ射線可造成人體組織的間接電離，歸在電離輻射的范疇。,公式：,電磁波頻率（frequency，f）、波長（wave length，λ）與波速（wave velocity，c），h為Plank常數(shù)。

31、,,,,,,λ,,Z,,E,,H,平面電磁波空間傳播圖,,,電場中某點的電荷受到的電場力與它所帶電量的比值稱為電場強度(electric field intensity，E) ，電場強度的國際單位是牛頓/庫侖(N/C)或伏特/米(V/m)。,磁場強度（magnetic field intensity，H）指磁場中單位磁極所受到的力。它的國際單位制（SI）是安培/米（A/m）。,電場強度和磁場強度,,電磁波能流密度,電磁波傳播的

32、能量稱為電磁輻射能，在單位時間內(nèi)通過垂直于傳播方向的單位面積上的電磁波能量稱為電磁波能流密度（energy flow density，S），能流密度是矢量，如果在一個時間周期內(nèi)求得能流密度的平均值又稱為平均能流密度,,。,它的國際單位是瓦（特）/米2，W/m2。,S=E H,電磁輻射場所,,遠區(qū)場（感應(yīng)場）S= E H = E2/377,近區(qū)場（輻射場）電場強度與磁場強度的大小沒有確定的比例關(guān)系。,比吸收率,比吸收率（specifi

33、c absorption rate，SAR）指單位受照組織吸收的電磁輻射能量，它的國際單位是瓦特/千克（W/kg），,核磁共振計量,磁感應(yīng)強度,描述靜磁場常用磁感應(yīng)強度（magnetic induction，B）表示，磁感應(yīng)強度指在磁場中垂直于磁場方向的通電導線，所受的安培力F跟電流I和導線長度L乘積的比值。,B=F/IL,磁感應(yīng)強度的國際單位是特斯拉(T)，T的含義是牛頓/安培?米(N/A ? m)。 1T=1N/A? m,在高斯單

34、位制中，磁感應(yīng)強度的單位是高斯(Gauss，Gs)，高斯與特斯拉（T）的關(guān)系為：1T=104Gs。,,第四章 電離輻射生物學作用原理,電離輻射對生物體作用的化學基礎(chǔ),自由基等活性基團,自由基(free radical)是指能夠獨立存在、具有一個或多個未配對電子的原子、分子、離子或原子團。如,較分子氧的化學性質(zhì)更為活潑的氧衍生物或其代謝產(chǎn)物統(tǒng)稱為活性氧(reactive oxygen species)。如,等,等,,概括說大部分含氧自由基

35、是活性氧，但活性氧不一定都是自由基。,氧的單電子還原物，如O2- 和O-，及HO2·和HO·； 氧的雙電子還原物H2O2； 烷烴過氧化物ROOH及其均裂產(chǎn)物RO·和 ROO·； 處于激發(fā)態(tài)的氧、單線態(tài)氧和羥基化合物。,自由基作用的化學基礎(chǔ),抽氫反應(yīng) (hydrogen abstraction)； 加成反應(yīng)(addition reaction); 電子俘獲(electron

36、capture); 還原反應(yīng)(reduction reaction); 過氧化反應(yīng)(peroxidation reaction); 歧化反應(yīng)(dismutation reaction)。,,NO及氮的其他氧化物或含氮的自由基（硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和氨氮等）統(tǒng)稱活性氮（reactive nitrogen species, RNS），左旋精氨酸(L-Arg)與氧分子在一氧化氮合酶作用下 ,分步驟產(chǎn)生NO。,活性氮的概念,

37、生物體的各類抗氧化體系 (略),自由基等活性基團對生物分子的損傷作用,破壞細胞膜，使膜脂質(zhì)過氧化，引起膜結(jié)構(gòu)的破 壞； 使細胞蛋白質(zhì)氧化、脫氫，造成蛋白質(zhì)的失活、 結(jié)構(gòu)改變、化學鏈的斷裂，或使蛋白質(zhì)交聯(lián)和聚 合，從而影響蛋白質(zhì)的正常功能； 使糖鏈的斷裂和失活； 引起核酸的損傷，造成細胞死亡。,水的輻射分解,水的輻射分解和水分子的自發(fā)性電離有本質(zhì)的區(qū)別。前者產(chǎn)生? OH和H? ，后者形成OH+和H+。,,,

38、除電離和激發(fā)外，在有些例子中激發(fā)所需的能量超過電離所需的能量。這種能量狀態(tài)稱為超激發(fā)。水分子的原初變化中27%電離，26%激發(fā)，47%超激發(fā)。,不斷與水分子碰撞，使水分子放出電子，產(chǎn)生次級電離，這些電子在自身運動中逐步喪失能量而被水分子俘獲，生成水負離子H2O-，不穩(wěn)定的H2O-在水中解離成氫自由基H·和OH-。,當電子能量降到100eV以下而未被俘獲時，會吸收若干水分子形成水合電子 eaq_，自由基和水合電子統(tǒng)稱為水的

39、原發(fā)輻射降解產(chǎn)物 。,水的原發(fā)輻射降解產(chǎn)物常在小體積內(nèi)成簇發(fā)生，這種小反應(yīng)體積稱為刺團（spur）。,,電離輻射生物學作用時間效應(yīng),,分子振動導致激發(fā)態(tài)解離: H2O* → H.+ HO·轉(zhuǎn)動馳豫，離子水合作用e- →,電離輻射的原發(fā)作用和繼發(fā)作用,前四個階段可在極短時間內(nèi)完成，又稱電離輻射的原發(fā)作用(initial affect), 后兩個階段指在生物大分子損傷的基礎(chǔ)上，初始損傷進一步加重，細胞和組織的功能結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞

40、，生理功能障礙，進而導致組織和器官的一系列病理改變乃至出現(xiàn)臨床癥狀，甚至機體死亡，此過程稱繼發(fā)作用(secondary affect)。,,直接作用（direct effect）是指射線將能量直接傳遞給生物分子，使其電離和激發(fā)，損害核酸、蛋白質(zhì)、酶和脂類等生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。,電離輻射的直接作用和間接作用,間接作用（indirect effect）指射線的能量直接沉積于生物體中的水分子，而不是生物分子，輻射沉積的能量引起水分子發(fā)生輻射

41、分解，進而產(chǎn)生自由基等活性基團，這些自由基等活性基團可誘發(fā)生物分子損傷，它是通過水的輻射降解產(chǎn)物間接作用于生物分子引起損傷的。,輻射所引起的DNA損傷,輻射與生物體的靶,輻射作用于細胞的靶主要有DNA和細胞膜。,堿基的破壞或脫落 堿基的放射敏感性順序為 T>C>A>G,糖基的破壞,DNA鏈上不穩(wěn)定位點的形成 特異性的核酸內(nèi)切酶識別和切割堿基或糖基損傷部位形成DNA鏈斷裂。,DNA鏈的斷裂 SSB

42、和DSB的形成。,DNA交聯(lián) 鏈內(nèi)交聯(lián)和鏈間交聯(lián)。,DNA損傷的特點,染色質(zhì)損傷,DNA損傷的非隨機性,嘧啶二聚體和鏈斷裂在DNA上的非隨機分布,DNA蛋白質(zhì)交聯(lián)的組分選擇性,染色體的脆性部位,DNA損傷的復雜性,輻射所引起的膜損傷,可引起膜的脂質(zhì)過氧化，產(chǎn)生新的自由基，造成級聯(lián)式反應(yīng)，加重膜的損害。,造成膜蛋白和膜結(jié)合酶的變性與失活。,氧化糖蛋白上的羥基，產(chǎn)生毒性物質(zhì)。,使膜的流動性和導電性發(fā)生改變。,,靶數(shù)學模型,細胞

43、存活曲線描述輻射劑量與細胞存活分數(shù)之間的關(guān)系。,,,,,,1.0,0.1,0.037,,,,,,,,,1,2,3,4,5,Dose (Gy),,D0,Dq,,D0是使SF下降63%所需的劑量，代表平均致死劑量或平均滅活劑量。表示細胞內(nèi)在放射敏感性的主要參數(shù)。,Dq是克服曲線肩部所需劑量。也稱閾劑量，表示細胞損傷修復能力的大小。,單靶單擊模型（one target and one-hit model）,多靶單擊模型（more

44、target and one-hit model）,,,線性—平方模型（linear quadratic mode，簡稱LQ模型）,,相對生物效能與輻射敏感性,相對生物效能(relative biological effectiveness，RBE)是以250keV X射線或固定能量的γ射線引發(fā)某種生物效應(yīng)所需劑量與所研究的輻射引發(fā)相同生物效應(yīng)(種類與程度均同)需要的劑量的比值。,或,通常情況下，RBE與LET呈正相關(guān)關(guān)系 。,,輻射敏

45、感性,輻射敏感性(ionizing radiation sensitivity，IRS)指各種生物有機體對輻射敏感的程度。,組織輻射敏感性與其細胞的分裂活動成正比而與其分化程度成反比。,影響因素： 細胞： 細胞種類、細胞所處細胞周期時相、細胞周期調(diào)控、細胞內(nèi)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與DNA構(gòu)象、細胞對自由基的清除或耐受能力和對輻射損傷的修復能力有關(guān)。,M期> G2期> G1期>S期,生物體,

46、輻射敏感性受生物體的進化程度、種屬、不同的發(fā)育階段、不同的組織器官等因素的影響。,種系輻射敏感性與進化程度成正比，結(jié)構(gòu)越復雜的生物體對輻射越敏感。脊椎動物，哺乳類輻射敏感性高于鳥類、魚類、兩棲類和爬行類；哺乳動物，人、狗、豚鼠輻射敏感性高于兔、大鼠、小鼠。,隨個體發(fā)育趨向成熟而逐漸降低，胚胎、幼體、成體的輻射敏感性依次降低。,同一生物有機體內(nèi)各種細胞和組織器官的輻射敏感性因其種類與生理機能狀態(tài)不同而差異較大。,1. 高度敏感組織如性腺（

47、卵細胞、生精細胞）、造血淋巴組織（淋巴細胞）、胸腺、胚胎組織、胃腸上皮（小腸隱窩上皮細胞）、骨髓等。2. 中度敏感組織如感覺器官（角膜、晶狀體、結(jié)膜）、血管、淋巴管、內(nèi)皮細胞、上皮組織、唾液腺、肝腎肺的上皮細胞等。3. 輕度敏感組織如中樞神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌腺（包括性腺內(nèi)分泌細胞）、心臟。4. 不敏感組織如肌肉、骨、軟骨組織、結(jié)締組織。,電離輻射生物學作用的影響因素,影響因素,,輻射源相關(guān)的因素,受照機體的相關(guān)因素,環(huán)境相關(guān)因素,,射

48、線種類,輻射劑量,輻射劑量率,相同劑量分次照射,照射面積和部位,照射方式,輻射敏感性，同前,,溫度,氧含量,化學物質(zhì),輻射源相關(guān)的因素,放射線種類,高LET> 低LET,輻射劑量和輻射劑量率,1Gy可出現(xiàn)各種放射病。,一般劑量率越大，生物效應(yīng)越顯著，但也有“反劑量率效應(yīng) ” 的存在。,相同劑量分次照射,第一次照射機體誘發(fā)的損傷在間隔時段內(nèi)得到部分修復，表明機體存在代償修復能力。,照射面積和部位,當其他照射條件相同時，輻射生物效應(yīng)與

49、受照面積成正相關(guān)。,腹部＞盆腔＞頭頸部＞胸部和四肢,照射方式,外照射(external irradiation)和內(nèi)照射(internal irradiation),環(huán)境相關(guān)因素,溫度,降溫或冰凍可減輕輻射作用于機體產(chǎn)生的損傷稱為溫度效應(yīng)(temperature effects)。,組織或溶液中氧濃度升高后，再給予射線照射可使輻射損傷程度加重，這種現(xiàn)象稱氧效應(yīng)(oxygen effects)。,氧含量,氧增強比（oxygen enhan