放射卫生学第五章电离辐射的生物学效应.ppt
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1、第五章 电离辐射的生物学效应,辐射生物学效应(ionizing radiation biological effect)是指在一定条件下,射线作用于生物机体,从机体吸收辐射能量开始,引起机体电离或激发,引发体内的各种变化及其转归,使人体中生物大分子(如蛋白质分子,DNA分子和酶)的结构破坏,进一步影响组织或器官的正常功能,严重时导致机体死亡。,第一节 电离辐射生物效应类型及其特点,一、确定性效应二、随机性效应,确定性效应(Deterministic effect):是指辐射效应的严重程度取决于所受剂量的大小。这种效应有一个明确的剂量阈值,在阈值以下不会见到有害效应,如放射性皮肤损伤、生育障碍。
2、,随机性效应(Stochastic effect):是指辐射效应的发生几率(而非其严重程度)与剂量相关的效应,不存在剂量的阈值。主要指致癌效应和遗传效应。,躯体效应,躯体效应是指辐射在受到照射的个体本身诱发出的各种效应(包括癌症),是生物体的体细胞受到照射后产生的后果,因而不具有遗传性,受影响的只是受到照射的个体本身。在辐射防护中提到效应时,多指这类效应。,遗传效应,遗传效应是某个生物体在受到电离辐射照射时其生殖细胞也受到照射,而且受照射的生殖细胞内已产生了发生突变的基因。,辐射对人体的作用 辐射效应,随机性效应和确定性效应,躯体效应和遗传效应(Somatic effect,Hereditar
3、y effects),(Stochastic effect,Deterministic effects),辐射效应的分类,按效应发生的个体,按效应表现情况,按剂量-效应关系,大剂量照射的,躯体效应,急性效应急性放射病,受照射远期发生的效应,确定性效应,白血病 癌症 白内障 不育,随机性效应,基因突变发生在性细胞:,遗传效应,遗传性疾病,生长发育障碍,先天性畸形,特殊的躯体效应宫内受照后 胚胎和胎儿的效应:致死性效应 先天性畸形 生长发育缺陷 远期恶性疾病的诱发,辐射致癌的潜伏期,白血病:1013年;,甲状腺癌:20年;,乳腺癌:23年;,一般潜伏期取25年。,第二节 电离辐射生物效应的基本规律
4、及机制,一、电离辐射生物效应的基本规律(一)辐射种类及其生物效应 辐射种类不同,其生物效应也不同。从辐射的物理特性来看,射线的电离密度越大、穿透力越强,生物效应越显著。,外照射:gba(危害程度)内照射:abg(危害程度),(二)影响电离辐射生物效应的主要因素 1、照射剂量 照射剂量是影响辐射生物效应的主要因素。一般剂量越大,生物效应越严重。2、剂量率 是指单位时间内机体所接受的照射剂量。一般情况下,剂量率越高生物效应越显著。,剂量率、受照时间间隔 剂量率 生物效应 时间间隔 生物效应,3、分次照射 同一剂量的照射,在分次给予的情况下,其生物效应低于一次给予的效应,分次越多,各次间隔时间越长,
5、其生物效应越小。4、照射部位与面积 机体受照的部位不同,其损伤的严重程度也不同。在同一剂量和剂量率情况下,损伤严重程度依次为:腹部盆腔头颈胸部四肢,照射部位与面积:不同部位 不同的敏感度 面积 生物效应 几何条件:不同的几何条件 不同的生物效应,5、照射方式,外照射:是指辐射源位于人体外对人体造成的辐射照射,包括均匀全身照射、局部受照。多方向照射的生物效应大于单向照射。,内照射:存在于人体内的放射性核素对人体造成的辐射照射 称为内照射。内照射的生物效应则受到放射性核素的理 化特性、侵入途径、分布和排出特点等多种因素影响。,混合照射:是指内、外照射二者兼有的照射。当条件相同 时,混合照射的效应较
6、单一照射的效应更显著。,6、放射敏感性,放射敏感性,即当一切照射条件完全严格一致时,机体或其组织、器官对辐射作用的反应强弱或速度快慢不同,若反应强、速度快,其敏感性就高,反之则低。(1)种系和品系的放射敏感性 不同种系的成年动物对射线的敏感性是不一样的,演化越高、机体组织结构越复杂,则放射敏感性就越高。,不同生物种系对辐射的敏感性不同,(2)个体发育的放射敏感性 哺乳动物:胚胎幼年少年青年老年成年,孕体发育:,植入前期(08天)主要器官发生时期(960天)胎儿发育时期(60270天),自受精卵至孕龄8周前称为胚胎,8周以后称 为胎儿。,胚胎不同发育阶段,2Gy X射线照射下死胎或畸形的发生率,
7、(3)组织与细胞的放射敏感性 不同的组织与细胞的辐射的敏感性不同,一般分裂旺盛的细胞,以及那些比别的细胞需要更多营养的细胞,对射线更为敏感。,不同组织或器官对辐射的敏感性不同,高度敏感:淋巴组织、胸腺、骨髓、性腺、胚胎、肠胃上皮 中度敏感:感觉器官(角膜、晶状体、结膜)、内皮 细胞、皮肤上皮、唾液腺、肾、肝等 轻度敏感:中枢神经系统、内分泌腺、心脏 不敏感:肌肉组织、软骨组织、结缔组织,不同组织和器官对辐射致癌作用的敏感性,(4)亚细胞和分子水平的放射敏感性 DNA mRNA rRNA tRNA 蛋白质 一般认为细胞内DNA损伤是细胞致死的主要因素。,二、电离辐射对生物体作用的机理,(一)电离
8、和激发 电离辐射对生物体的作用主要是使机体分子产生电离和激发。,(二)直接作用(direct effect)射线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,造成分子结构和性质的改变。(三)间接作用(indirect effect)射线首先引起机体的水分子的电离和激发,生成一系列性质活泼的产物(如:H、OH、HO2、H2O2、e-1aq等),此类产物具有很强的氧化能力,可导致生物活性大分子的损伤。,间接作用,其主要过程为:1、射线作用于水分子,将水分子中的电子击出,引起电离,生成带正电荷的水分子H2O+和高能电子e(又称热电子)。H2O H2O+e2、带
9、正电荷的水分子不稳定,在水中解离成氢氧自由基OH。H2O H+OH3、部分热电子与氢离子作用形成氢自由基。e+H+H,间接作用,4、热电子在运动中,又与水分子作用,击出水分子中的电子,引起次级电离,直到最后被水分子捕获而形成带负电荷的水分子,后者不稳定,又在水中解离成氢自由基。e+H2O H+OH5、热电子与水分子作用过程中,不断损失能量,当其能量降至100eV以下而未被捕获时,可吸收若干水分子形成水化电子。e+H2O e aq(水化电子)6、H、OH、e aq可发生重新组合,反应形成H2、H2O2。,间接作用,总起来可以下式表示:H2O H+OH+e aq+H2+H2O2+H3O+等自由基和
10、分子统称为“水的原发辐解产物”。水的原发解射产物又作用于生物大分子,引起生物大分子的损伤。,间接作用,水辐射分解生成自由基简图,水辐射分解生成的自由基与生物分子作用,电离辐射的能量转移过程,DNA损伤(分子水平),单链断裂:,可以实现无差错 修复,双链断裂:错误修复,第三节 电离辐射对机体的影响,一、电离辐射对机体物质代谢的影响(一)蛋白质代谢的变化 射线在使蛋白质分子结构破坏的同时,也使其代谢发生紊乱,主要表现为分解代谢增强以及合成代谢的抑制。,(二)糖代谢的紊乱 急性放射病初期,由于组织蛋白质大量分解,供给生糖氨基酸,生成大量葡萄糖,以及肌糖原分解,糖原异生作用加强、肝糖原增加,血糖增高。
11、稍后期,由于损伤的加重食欲下降,机体吸收减少,肝脏合成功能减弱或受到破坏,导致肝糖原减少。,(三)脂肪代谢的变化 放射损伤早期,一方面体内总脂肪减少。随着病程的进展,体内肝糖原和组织糖原的减少而动用脂肪,使脂肪在肝内的氧化过程增加,血中酮体含量增加,可引起酸中毒。另一方面血液及骨髓中的脂类(主要是甘油三脂)含量增高。,二、电离辐射对机体各系统的影响,(一)辐射对调节系统的影响 1、神经系统的变化 2、内分泌功能紊乱(1)垂体(2)肾上腺(3)甲状腺(4)性腺(二)辐射对造血系统的作用 中性粒细胞绝对值和淋巴细胞绝对值下降,这是辐射损伤的重要标志之一。,(三)电离辐射对免疫系统的作用 射线可抑制
12、非特异性免疫和特异性免疫防御功能。(四)电离辐射对消化系统的作用 急性放射病时,消化系统的症状出现最早。(五)电离辐射对其它系统的作用 呼吸、心血管、泌尿系统、眼、皮肤及其附属器官以及骨等在电离辐射作用后变化不甚明显,但大剂量急性照射时,主要器官仍有一定反应。,第四节 放射性损伤,1、按射线作用于机体的途径,可分为:外照射放射病;内照射放射病;内、外混合照射所致的放射病。2、按射线作用持续时间的长短和病情的缓急,分为:急性放射病;慢性放射病。3、按射线作用机体的范围,可分为:全身放射损伤;局部损伤。4、按损伤因子又分为:单纯性放射损伤;复合性放射损伤。,一、外照射急性放射病,是指人体一次或短时
13、间(数日)内分次受到大剂量外照射引起的全身性疾病。外照射引起的急性放射病根据其临床特点和基本病理改变,分为骨髓型、肠型和脑型三种类型,其病程一般分为初期、假愈期、极期和恢复期四个阶段。,(一)病因:从事外照射的职业人员中,由于防护条件差或不遵守防护规定,造成长期受到超限量照射。组织受损的轻重取决于放射线剂量大小、受损伤的细胞多少、范围和受照部位的器官和组织的重要与否。一般认为,放射的直接损伤表现为细胞的死亡,不能再增殖新的组织,抵抗力降低,血管破裂出血,组织崩溃,出、凝血时间延长等。放射的间接损伤可以引发肿瘤、白血病,寿命缩短,反复感染,发生贫血和溃疡等。放射的局部损伤可在受照后几个月或几年后
14、才出现。全身性疾病只有在机体内几个器官组织受损或全身受照时才发生。,(二)分类及临床表现 骨髓型 1-10Gy:(1-2Gy轻度、2-4Gy中度、4-6Gy重度、6-10Gy极重度)胃肠型 10-50Gy:患者一般在2周内死亡 脑型 50Gy:照后几小时或1-3天内死亡 骨髓型主要临床表现:造血障碍、出血、感染、水电解质平衡紊乱,急性放射病分类,症状体征,一、骨髓型急性放射病,又称造血型急性放射病是以骨髓造血组织损伤为基本病变,以白细胞数减少、感染、出血等为主要临床表现,具有典型阶段性病程的急性放射病。按其病情的严重程度,又分为轻、中、重和极重四度。二、肠型急性放射病,是以胃肠道损伤为基本病变
15、,以频繁呕吐、严重腹泻以及水电解质代谢紊乱为主要临床表现,具有初期、假缓期和极期三阶段病程的严重的急性放射病。三、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、震颤等中枢神经系统症状为特殊临床表现,具有初期和极期两阶段病程的极其严重的急性放射病。,骨髓型急性放射病病程,1.初期反应期:乏力、恶心、呕吐、白细胞数;,2.假愈期:症状消失、白细胞数、脱发;,3.极期:这是关键病期,造血功能严重障碍、感 染、体温、出血、消化道症状;,4.恢复期:造血功能恢复,受照后4周造血功能 开始再生。,原则上说,造血型急性放射病经适当抢救和治疗,都是可以治愈的。,
16、(三)诊断和治疗原则,、轻度:一般不需特殊治疗,可采取对症处理,加强营养,注意休息对症状较重或早期淋巴细胞数较低者,必须住院严密观察和给予妥善治疗。、中度和重度:根据病情采取不同的保护性隔离措施,并针对各期不同临床表现,制定相应的治疗方案。、极重度:可参考重度的治疗原则。但要特别注意尽早采取抗感染、抗出血等措施。及早使用造血生长因子。一般对受照9Gy以上的病人,有人类白细胞抗原(HLA)相合的合适供者时,可考虑同种骨髓移植,注意抗宿主病的防治。,二、外照射亚急性放射病,外照射亚急性放射病是指人体在较长时间(数周数月)内,受连续或间断的较大剂量外照射引起的全身性疾病。(一)分度及临床表现 通常起
17、病隐袭、分期不明显,不伴有无力型神经赛衰弱综合症,临床上以造血功能障碍为主。(二)诊断原则和标准(三)治疗原则,三、外照射慢性放射病,指在较长时间内,连续或反复间断地受到超剂量当量限值的全身外照射,达到一定的累积剂量,而引起的全身性疾病。可发生在健康状况较差,修复能力较弱,不遵守防护和操作规程的各类放射工作人员,如应用 X射线或放射性核素进行诊断和治疗的医务人员,X射线或射线工业探伤、中子测井、核反应堆或加速器等的工作人员。,(一)病因,a)有长期连续或间断超剂量当量限值照射史,法定个人剂量记录显示平均年剂量0.15Gy以上或最大年剂量0.25Gy,累积剂量当量达到或超过1.5Gy。b)接触射
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