放射生物學(xué)電子版

1、1第一章電離輻射生物學(xué)作用的物理和化學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié).電離輻射的種類及其生物學(xué)作用一.電離輻射的種類與物質(zhì)的相互作用放射性核素與各種核反應(yīng)堆所產(chǎn)生的電離輻射可分為兩類:直接電離輻射和間接電離輻射直接電離輻射發(fā)射的是帶電粒子如電子質(zhì)子α粒子等它們與物質(zhì)發(fā)生碰撞使物質(zhì)電離間接電離輻射發(fā)射的不是帶電粒子如光子(χγ線)中子等.χ和γ射線β粒子─即電子流當(dāng)原子核內(nèi)某一個(gè)中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時(shí)便伴隨著是電子的產(chǎn)生這種電子就是β粒子所以β粒子就是電子流.α粒

2、子─即氦核組成的粒子流帶有兩個(gè)正電荷粒子由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成.中子帶電重粒子第二節(jié).電離和激發(fā)由于生物體內(nèi)含有大量水，水分子電離產(chǎn)生一個(gè)正粒子和一個(gè)自由電子，輻射也可以作用于細(xì)胞內(nèi)的水分子，引起水分子的改變，水的輻解產(chǎn)物引起生物大分子的損傷。輻射作用于生物大分子或水分子均可引起電離和激發(fā)。H2O___激發(fā)_____H2O→HOH└────┐H2O電離H2Oe─┘│├─H2O→HOH│├──HHOH└──H2O→eaq當(dāng)電離輻射對(duì)水分

3、子作用時(shí)，水分子所獲能量不足以使電子擊出，不能發(fā)生電離作用，而只使水分子的電子躍遷至外層，即稱為水分子的激發(fā)。激發(fā)的水分子(H2O)分子很不穩(wěn)定，迅速釋放能量解離成H和OH兩種自由基激發(fā)水分子產(chǎn)生的自由基能量較小重組合的機(jī)會(huì)較多.水的輻解產(chǎn)物：H2O~~~~→H..OHe水合H2H2O2H3O原發(fā)輻解產(chǎn)物產(chǎn)額見表1.4水化電子──第三節(jié).傳能線密度和相對(duì)生物效應(yīng)1.傳能線密度傳能線密度(LinealEnergyTransferLET)是

4、指帶電粒子在組織(或其它介質(zhì)中經(jīng)過一定距離，由于碰撞而損失的能量。單位是每微米密度物質(zhì)的千電子伏(kevμm)。隨著帶電粒子穿透距離不同，即使徑跡很短的α粒子，沿徑跡的電離密度很大。電離輻射構(gòu)成的生物損害與LET的高、低有關(guān)，高LET粒子在物質(zhì)中產(chǎn)生生物效應(yīng)的概率較高，高LET的快中子要比低LET的γ線更有效的產(chǎn)生生物效應(yīng)。2.相對(duì)生物效能(relativebiologicaleffectivenessRRE)又稱”相對(duì)生物效應(yīng)”照射劑

5、量相等，電離輻射種類不同所產(chǎn)生的生物效應(yīng)不同，高LET輻射的生物效應(yīng)大于低LET的輻射效應(yīng)，所以常用“相對(duì)生物效應(yīng)“。參與輻射引起特定生物效應(yīng)所需的吸收劑量3該學(xué)說認(rèn)為，電離輻射對(duì)膜系的損傷是細(xì)胞死亡的機(jī)制。細(xì)胞膜系包括細(xì)胞膜、核膜、線粒體膜、溶酶體膜，它們的損傷表現(xiàn)為膜通透性的改變，使有害的分子從細(xì)胞的一個(gè)區(qū)域轉(zhuǎn)移到另一個(gè)區(qū)域，破壞了代謝平衡，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。(三)靶學(xué)說這一學(xué)說的觀點(diǎn)認(rèn)為，在細(xì)胞內(nèi)存在著一種對(duì)電離輻射敏感的結(jié)構(gòu)或區(qū)域，

6、當(dāng)其被擊中時(shí)引起生物效應(yīng)，如大分子的滅活、染色體的畸變、細(xì)胞死亡等，將這種具有關(guān)鍵作用的結(jié)構(gòu)或區(qū)域稱為“靶”，靶學(xué)說在放射生物學(xué)的基礎(chǔ)理論上占有重要的作用，目前對(duì)靶學(xué)說的表達(dá)包括：⑴生物結(jié)構(gòu)中存在著一種對(duì)射線敏感的結(jié)構(gòu)，稱為“靶”。⑵電離輻射擊中靶區(qū)，擊中概率服從泊松分布。⑶對(duì)靶的一次擊中或多次擊中，可產(chǎn)生某種生物效應(yīng)，酶分子失活，DNA鏈斷裂。(四)鏈鎖反應(yīng)學(xué)說(五)結(jié)構(gòu)代謝綜合有關(guān)輻射對(duì)分子、生物大分子結(jié)構(gòu)、細(xì)胞器內(nèi)代謝的改變等效應(yīng)

7、的研究結(jié)果提出了“結(jié)構(gòu)代謝學(xué)說”，認(rèn)為放射損傷是從整體出發(fā)強(qiáng)調(diào)某一結(jié)構(gòu)和某種代謝過程，在放射效應(yīng)的發(fā)生上具有一定的重要意義。其中重視基因組的結(jié)構(gòu)和功能，以及細(xì)胞自身調(diào)節(jié)障礙的意義，生物大分子結(jié)構(gòu)的變化，放射損傷后修復(fù)過程的改變，及輻解產(chǎn)物(放射毒素)的形成。放射生物效應(yīng)的過程歸納為五個(gè)階段:1.能量的分散吸收2.細(xì)胞結(jié)構(gòu)中粒子和激發(fā)的輻射化學(xué)反應(yīng)3.由細(xì)胞結(jié)構(gòu)改變而引起的生物化學(xué)變化如酶失活過氧化物形成4.基因組損傷的加劇及基因組損傷的

8、修復(fù)取決于射線的物理特性和細(xì)胞的生理狀況5.細(xì)胞產(chǎn)生形態(tài)學(xué)改變的終末階段細(xì)胞核固縮、溶解、細(xì)胞死亡。第七節(jié).影響電離輻射生物學(xué)作用的主要因素影響電離輻射生物學(xué)作用的主要因素(一)與輻射有關(guān)的因素:1.輻射種類：α粒子電離密度大，β粒子電離密度較α小，高能χ和γ射線穿透能力很強(qiáng)，電離密度較αβ小，外照射可引起嚴(yán)重?fù)p傷。2.劑量：在一定劑量范圍內(nèi)劑量愈大，效應(yīng)愈顯著。用劑量效應(yīng)曲線觀測生物效應(yīng)。Ｓ形曲線符合多細(xì)胞動(dòng)物，當(dāng)死亡率50%時(shí)曲線有

9、明顯的改變常用死亡50%作為劑量指標(biāo)，稱為半致死劑量(LD50)作為衡量機(jī)體放射敏感性的參數(shù)。(LD5030)3.劑量率：一般規(guī)律，劑量率愈大，效應(yīng)愈顯著。4.分次照射：總劑量相同，分次照射使效應(yīng)減輕，分次愈多，間隔時(shí)間愈長效應(yīng)愈小。5.照射部位：照射部位.不同，效應(yīng)各異。腹部照射引起的后果最嚴(yán)重，其次是盆腔，頭頸胸部和四肢。6.照射面積和照射方式：受照面積愈大，損傷愈嚴(yán)重。照射方式可分為內(nèi)、外、和混合照射。(二)與機(jī)體有關(guān)的因素當(dāng)輻射