页数：38页文件大小：518.0 KB来源： 辐射防护学ppt课件
本课件沿靶细胞、遗传物质、组织器官与生物大分子四条线索展开：先讲细胞辐射敏感性、剂量活存曲线与损伤修复，再讲致突变致癌与染色体畸变，最后讲辐射对造血、胃肠、免疫、神经内分泌等系统的作用与分子水平的DNA损伤。
§3 电离辐射的生物效应
（一）细胞的辐射敏感性：各类细胞对辐射的敏感性不一致。不断生长、增殖、自我更新的细胞群对辐射敏感，分化成熟的细胞对辐射具有高度耐受性，淋巴细胞例外，它分化成熟却属于高度敏感细胞。
（二）剂量—活存曲线：有增殖能力的哺乳动物细胞受一定照射后，一部分丧失增殖能力，体外培养时不能形成细胞团；另一部分「活存」细胞仍保持增殖能力，体外培养时形成细胞团。「活存」细胞百分率随照射剂量增加而降低，曲线含 D0（平均致死剂量）与 Dq（准阈剂量）两个参数。
（三）细胞周期的变化：细胞受到亚致死剂量照射后，主要表现为有丝分裂延迟，损伤轻重取决于照射时细胞所处的周期阶段。
（四）细胞死亡：电离辐射所致哺乳类动物细胞的「死亡」有 3 种
（五）细胞损伤后的修复
二、电离辐射致突变及致癌效应：辐射致癌是指受照后发生与所受照病因学联系的恶性肿瘤，是照射后重要的远期效应之一，包括实体瘤诱发、白血病、骨肉瘤和淋巴肉瘤等，属随机效应。
辐射致突变和致癌效应都是以遗传物质的改变为基础，是辐射防护中 2 项最重要的辐射随机效应。
1 电离辐射致突变效应：电离辐射引起遗传物质的变化不仅有点突变（即遗传密码的改变），染色体结构也发生变化。染色体由 DNA 和蛋白质组成，具有两方面重要功能：一是保持基因顺序，二是保证遗传物质在子细胞中的适当分配，这两方面变化都会引起细胞遗传特性的改变。
2 电离辐射致癌效应：电离辐射使癌症发病率增高，其致癌效应在人体细胞和动物细胞实验都已证实，但辐射引起细胞恶性转移机制尚未完全弄清。
辐射可以是致癌的始动因子，也可是促进因子。对前者研究表明，电离辐射对 DNA 的损伤可能是细胞恶性转化的重要机制；但恶性转化并不等同癌症，发展往往需要促进因子的作用，比如催乳素仅需小剂量照射就能引起乳腺癌。
3 电离辐射致癌的剂量—效应曲线：以 1～7 Gy 范围的白血病发生率为例，小剂量时肿瘤诱发占优势，大剂量时癌变细胞灭活占优，顶峰处二者持平，曲线呈峰形。
表3：辐射诱发人体恶性肿瘤的潜伏期（年）
| 肿瘤类型 | 最低潜伏期（年） | 平均潜伏期（年） | 全部表现期（年） |
|---|---|---|---|
| 白血病 | 2～4 | 10 | 25～30 |
| 骨肉瘤 | 2～4 | 15 | 25～30 |
| 甲状腺癌 | 5～10 | 20 | > 40 |
| 乳腺癌 | 5～15 | 23 | > 40 |
| 其他实体瘤 | 10 | 20～30 | > 40 |
源表数值为粘连序列，此处按肿瘤类型整理，建议对照原课件表3核校。
5 影响电离辐射致癌的主要因素
三、电离辐射对染色体的损伤：人类体细胞染色体对辐射非常敏感，即使剂量低于 0.01 Gy 也能观察到染色体畸变，而且随剂量线性增加。在一定条件下，依据染色体畸变率可估算受照者所受剂量，故在辐射防护中染色体畸变可用做生物剂量指示计。
染色体是遗传物质的重要载体，主要由 DNA 和蛋白质组成，在细胞分裂时用碱性染料染色呈丝状或棒状小体。
每一物种染色体的形态和数目是恒定的。进行有性繁殖的生物，体细胞的染色体一般含有 2 个染色体组，称二倍体（2n）。成熟的生殖细胞中，精细胞和成熟的卵子由于减数分裂只含一个染色体组，称单倍体（n）；成熟卵受精成受精卵时，染色体恢复二倍体数。
电离辐射诱发染色体畸变的意义目前受到广泛重视。新的辐射效应「靶子」学说正是以染色体损伤为基础的：细胞死亡、辐射致癌效应、辐射遗传危害都被看作是细胞染色体和在染色体上基因突变的结果，这种新理论趋向把辐射损伤的根本原理归结为染色体损害的一元论解释。
辐射诱发染色体畸变主要为结构和数目的改变。
电离辐射可诱发生殖细胞的染色体畸变，也可诱发体细胞的染色体畸变。从潜在危害考虑，生殖细胞的染色体畸变具有更重要的意义。
实验结果表明，辐射可诱发精原细胞易位，剂量越大易位率越高。人类某些常染色体的部分丢失除导致子代身体和智力的严重缺陷外，通常是致命的；在自发性流产和死胎中，染色体异常的发病率显著。
体细胞染色体畸变的意义主要着眼于它和各个疾病之间的关系，包括代谢缺陷、细胞死亡、寿命缩短以及免疫缺陷等，其中最引人注目的是肿瘤与畸变的关系。
凡能诱发恶性肿瘤的各种射线也能诱发染色体畸变，而且在许多肿瘤研究中畸变可深入到染色体和亚染色体水平。目前已明确肿瘤细胞均有染色体异常或基因结构和表达的异常，并提出了原发畸变和继发畸变的概念，用以解释肿瘤染色体的复杂性、多样性和癌变中的意义。
四、辐射对组织和器官的作用 —（一）造血器官：电离辐射作用于机体后，出现形态变化最早的是造血系统。造血系统包括造血干细胞、造血微环境和造血刺激因子。
辐射对造血器官损伤主要是抑制或破坏造血干细胞和增殖池细胞的增殖能力：干细胞和幼稚血细胞的增殖活动受射线抑制破坏，引起间期死亡或生殖死亡，因而增殖池的细胞数目大幅减少，这是照射后造血细胞严重缺乏的主要原因。
造血器官各类细胞辐射敏感程度不同：淋巴细胞 > 幼红细胞 > 幼单核细胞 > 幼粒细胞 > 巨核细胞 > 各成熟血细胞 > 网状内皮细胞和脂肪细胞。
辐射对机体损伤的主要征候是出血，其发生时间、部位和严重程度及对机体影响都有一定规律，称电离辐射出血综合症。典型急性放射病出血主要在皮肤和黏膜，严重程度与照射剂量成正比；严重病人出血可遍及全身，最终导致贫血。
电离辐射致出血综合症主要病变是凝血功能障碍，最后诱发再生障碍性贫血、骨髓纤维化和白血病。
（二）胃肠道：胃肠道也是辐射敏感器官之一，尤以小肠最敏感，胃和结肠次之。
辐射对胃肠道影响是多方面的，最显著的是受照后早期恶心呕吐、腹泻及小肠黏膜上皮的损伤。辐射对胃肠道的运动、吸收、分泌功能也有影响，如胃排空延迟、胃酸分泌减少；早期小肠收缩和张力增高、分泌亢进、肠激酶活力增强，但吸收功能降低。
（三）免疫系统：电离辐射对免疫系统的作用是放射损伤救治的关键环节。受大剂量照射的人在造血障碍的同时免疫系统的功能也严重低下，表现为免疫活性细胞数目减少、抗体形成抑制或紊乱、细胞因子网络调节失常。
这种异常可持续数月至数十年，且使病人处于对细菌、病毒等病原体和其他损伤因子的高敏状态，因此辐射引起的免疫系统效应愈来愈受到重视。
免疫系统总体上对电离辐射十分敏感，但不同组织、不同细胞成分和不同免疫反应的辐射敏感性有明显差异。中枢免疫器官（骨髓、胸腺）和外周免疫器官（淋巴结、脾脏）都是辐射敏感器官，照射后对体液免疫和细胞免疫都有影响，但体液免疫较细胞免疫敏感性高。
大量照射后胸腺、脾脏和淋巴结均萎缩但程度不同：胸腺发生双相变化（大小和重量 24 h 最小，12 日恢复，20 日再下降，后缓慢恢复）；脾脏轻于胸腺（70% 淋巴细胞）；淋巴结局部照射后再生迅速，全身照射恢复慢于脾脏。
急性全身照射对免疫功能影响取决于照射剂量：一般 0.5 Gy 以上即可显示辐射对免疫的抑制作用，半数致死量以上的照射后出现免疫功能的全面抑制。
并发感染是急性放射病死亡的重要原因之一。受照机体的并发感染主要是体内致病菌引起的内源性感染：电离辐射使外周血细胞数极度下降，机体免疫系统高度抑制，丧失对外界的抗病能力，使病原微生物繁殖和入侵，致病作用增强。
慢性低剂量全身照射对免疫功能影响取决于每次照射剂量、照射量率和累积剂量以及生物种类和观察的免疫学参数。小量值会出现免疫刺激效应，反之可引起免疫抑制效应（介入放射人员血液免疫学指标有抑制）。
分析辐射致免疫功能远期效应，应注意两种可能性：一是辐射损伤恢复时免疫系统功能也恢复，但随后的老龄化过程加速，因此生命晚期机体免疫力低于同龄个体；二是某些情况下辐射损伤后免疫系统并未完全恢复，并随年龄增长进一步衰退。两种情况目前尚难完全区别。
（四）神经内分泌系统：就形态而言神经细胞对辐射不敏感，需很大剂量才能引起间期死亡。在亚致死量和致死量照射后，高级神经的活动出现先兴奋而后抑制、最后恢复的变化，各阶段长短和照射剂量有关：较小剂量时兴奋期较长或不出现抑制；剂量较大时兴奋期短，较快转入抑制期。
自主神经系统相似：照射后初期丘脑下部生物电增强、兴奋性增高，神经分泌核的分泌增强。
内分泌腺除性腺外形态上对辐射也不敏感。在致死量照射后，垂体、肾上腺、甲状腺等功能都出现初期增强、分泌增多，随后功能降低；损伤的极期肾上腺功能可再次升高。
低剂量率慢照射时，肾上腺皮质功能常降低，血浆皮质醇含量和尿中 17-烃类固醇排出量减少。
（五）心血管系统：心脏对辐射的敏感性较低，小血管和毛细血管对辐射较敏感。照射后早期即有毛细血管扩张，短暂的血流加速后即出现血流缓慢，临床可见皮肤充血、红斑等。
五、电离损伤的分子水平作用 —（一）电离辐射对生物大分子的作用：生物分子的损伤是一切辐射生物效应的物质基础，与自由基生成密切相关。
1 辐射对生物大分子作用方式
2 生物分子的损伤与修复：生物分子自由基生成后迅速起化学反应，两个自由基不配对电子互相配对，或是不配对电子转移给另一个分子，造成化学键的变化，引起生物分子破坏。
自由基反应能不断生成新自由基，继续与原反应物起反应，形成连锁反应，使生物分子损伤的数量不断扩大，直到出现歧化反应、生成两个稳定分子。
被损伤的生物分子可以通过各种方式进行修复。在自由基反应阶段若介质中存在能供氢的分子，如含巯基化合物，则生物分子自由基可被修复；在有 O₂ 的情况下，生物分子自由基可被氧化成超氧自由基而难以修复。
（二）电离辐射对 DNA 的作用 — 1 DNA 分子损伤：辐射生物效应可造成 DNA 分子的碱基变化，使碱基环破坏、碱基脱落丢失、碱基替代或形成嘧啶二聚体等，导致 DNA 链断裂和 DNA 交联等变化。
DNA 链断裂是辐射损伤主要形式。DNA 分子受损伤后，在碱基之间或碱基与蛋白质间形成了共价键，发生 DNA-DNA 交联、DNA-蛋白质交联，即 DNA 交联。
2 DNA 合成抑制：DNA 合成抑制是敏感的辐射生物效应指标。照射后 DNA 合成抑制与合成 DNA 所需的 4 种脱氧核苷酸形成障碍、酶活力受抑制、DNA 模板损伤、启动和调控 DNA 合成的复制子减少及能量障碍等均有关。
3 DNA 分解增强：在 DNA 合成抑制的同时，分解代谢明显增强。原因可能是辐射破坏了溶酶体和细胞核的膜结构，DNA 酶释放直接与 DNA 接触，增加了 DNA 的降解。
在一定剂量范围内，降解的程度取决于照射剂量，照射后尿中的 DNA 代谢产物排出量明显增多。
（三）电离辐射对蛋白质和酶的作用 — 1 分子破坏：蛋白质和酶分子在照射后可发生结构的破坏，包括肽键电离、断裂，巯基氧化，二硫键还原，旁侧羟基被氧化等，从而导致蛋白分子功能的改变。
2 对合成的影响：辐射对蛋白质生物合成的影响较复杂，可被激活也可被抑制，有的呈双向变化，即先抑制后增强。但在血清蛋白方面，照射后血清白蛋白和 γ 球蛋白含量下降，α 和 β 球蛋白含量上升，因而蛋白质净合成量下降。
3 分解代谢增强：照射后蛋白质分解代谢增强非常显著，主要是许多蛋白质水解酶活力增强。比如照射后由于溶酶体被破坏，组织蛋白酶释放、活力明显增加，促使细胞内和细胞外蛋白质分解增强。
同时，照射后机体摄取食物减少，加剧了蛋白质分解代谢，释放出大量游离氨基酸：一部分生糖氨基酸转化成葡萄糖，一部分代谢为尿素或其它非蛋白氮，整个机体处于负氮平衡状态。
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