电离辐射的生物学效应
第十一章电离辐射生物效应及损伤
1、电离室法测量照射量 2、量热计法测量吸收剂量 3、热释光法测量吸收剂量 4、胶片剂量测定法 5、放射性计数测量
三、电离辐射测量方法
电离室法测量照射量
自由空气电离室（标准电离室）是根据照射 量定义设计的，是对照射量进行直接绝对测量的标 准仪器。
三、电离辐射测量方法
量热计法测量吸收剂量
任何一种物质，当受到辐射照射时，其吸收的射 线能量都将以热的形式表现出来。吸收的能量越大， 产生的热量越高。通过测量此热量，就可以定量给出 吸收剂量的大小。这就是热量计的制作原理。
WR 当量剂量
女 人
性别平均当 量剂量HT
WT
有效剂量E
性别平均得到有效剂量
参考人
二、辐射防护用辐射量和单位
➢按照以下公式分别根据对参考男人和对参考女人的器 官和组织T评估得到的当量剂量和，计算出有效剂量：
E T WT[HTM2HTF]
二、辐射防护用辐射量和单位
3.集体当量剂量（ ） 集体有效剂量（ ）
二、辐射防护用辐射量和单位
➢委员会采用男性和女性参考体模，计算了器官和组 织的当量剂量。为了确定有效剂量，应先评价参考男 人和参考女人的器官或组织当量剂量，然后通过平均 来得出参考人的当量剂量
二、辐射防护用辐射量和单位
放射性核素 摄入和外照射
电离辐射的生物效应2013
**随机性效应不可预测性
小结
电离辐射生物效应的发生，与剂 量—效应和时间—效应有关系。
随机性效应和确定性效应是放射 防护中的核心内容。
原则：应避免一切不必要的照射。 小剂量辐射的作用有待进一步研究。
辐射的细胞生物学效应 辐射旁效应的可能机制
①辐射诱发产生活性氧自由基 ②受照介质的效应 ③与细胞间通讯或信号传导有 关因素。
辐射的损伤效应
电离辐射的生物效应
辐射对机体的影响
人体接受电离辐射的年均剂量
中国人均年辐射剂量（2.4mSv）<世界值 （2.8mSv），主要来自医疗照射的差别 （0.09mSv/0.4mSv）
眼睛
晶体浑浊(100%发 生)
白内障
睾丸
暂时性不育
永久性不育
卵巢
永久性绝经
骨髓
白细胞暂时减少
致死性再生不良
照射方式 剂量阈值(Gy) 单次 6~8 单次 3~5 单次 7
单次 7.5
单次 单次 单次 单次 单次
单次
5 0.15 3.5 3.5 ~6 0.5
1.5
器官的确定性效应的阈剂量
辐射的敏感组织
电离辐射的生物效应
电离辐射 ？
辐射分为电离辐射和非电离辐射。 •电离辐射是一切能引起物质电离的辐射 总称，电离辐射是指波长短、频率高、能 量高的射线,可以从原子或分子里面电离 （ionize）出至少一个电子。电离能力， 决定于射线所带的能量。 •种类
高速带电粒子有α粒子、β粒子、质子； 不带电粒子有中子以及X射线、γ射线。
确定性效应的发生基础是器官或组织的细胞死 亡。包括除了癌症、遗传和突变以外的所有躯 体效应和胚胎效应及不育症等。
电离辐射的间接作用
电离辐射的间接作用
电离辐射的间接作用是指辐射通过与物质相互作用，产生带电粒子或自由基等中间产物，然后这些中间产物继续与物质相互作用，造成生物、化学和物理效应。
1. 生物效应：电离辐射的间接作用可以导致DNA链断裂、碱
基损伤和细胞死亡等生物效应。
辐射通过与细胞内水分子相互作用，产生自由基，然后自由基与细胞内的DNA、蛋白质等
生物大分子相互作用，导致细胞核酸和蛋白质结构的破坏，影响细胞的正常功能。
2. 化学效应：中间产物如自由基在化学反应中起着重要的作用。
自由基可以与有机分子、无机物质相互作用，引发氧化反应、还原反应、氢交换反应等。
这些化学反应可以导致化学物质的变性、降解、生成新的化学物质，影响生物体内的化学平衡。
3. 物理效应：电离辐射的间接作用还可以引发物理效应。
例如，中间产物的产生会导致能量的释放，形成微观等离子体、电磁辐射等。
这些物理效应可以对物质的结构和性质产生影响，例如电离辐射可以通过影响材料中的晶体缺陷来改变材料的磁性和导电性。
总之，电离辐射的间接作用通过中间产物与物质相互作用，引发生物、化学和物理效应，对生物体和物质产生不可逆转的影响。
电离辐射的物理性质与生物效应
电离辐射的物理性质与生物效应电离辐射是指能够通过电离过程改变物质原子或分子中电荷分布的辐射。
电离辐射可分为两类，一类为电离辐射，如X射线和γ射线，另一类为非电离辐射，如紫外线和红外线。
电离辐射的物理性质有很多方面，包括辐射的能量、频率、波长和穿透能力。
首先，辐射的能量与辐射的频率和波长有关。
辐射的频率越高，波长越短，能量也就越大。
例如，X射线和γ射线都是高频率、高能量的辐射，而紫外线和可见光则能量较低。
其次，电离辐射的穿透能力是根据辐射的能量和物质的密度来决定的。
辐射能量高的电离辐射能够穿透厚密度的物质，例如X射线能够穿透人体，而辐射能量低的电离辐射则容易被物质吸收。
这也是为什么我们会使用铅屏蔽X射线的原因。
电离辐射对生物体的影响是一种双刃剑。
一方面，电离辐射能够破坏DNA结构，导致基因突变和细胞死亡，从而对生物体产生致死或致癌的效应。
另一方面，适量的电离辐射对生物体也有一定正向作用。
研究发现低剂量电离辐射可以刺激细胞的自我修复能力，提高机体的抗氧化能力，增强免疫系统的功能。
近年来，越来越多的研究表明电离辐射对生物体的影响与剂量和时间有关。
在相同剂量下，长时间的低剂量辐射对生物体的影响比短时间的高剂量辐射要小。
这个现象被称为"适应性防御或适应性增强"。
它指的是在受到适量辐射后，生物体通过激活一系列细胞信号通路来应对辐射，从而减轻辐射对细胞和组织的损伤。
然而，电离辐射的影响也因个体差异而不同。
不同人群对辐射的敏感性存在差异，包括年龄差异、遗传差异和生物学差异。
儿童和老年人由于免疫系统和DNA修复能力的差异，相对较为敏感。
而一些遗传缺陷或突变可能导致个体对辐射更加敏感。
为了保护人类免受电离辐射的不良影响，我们需要采取一系列的防护措施。
首先，降低电离辐射源的使用频率和时间，减少电磁辐射的接触。
其次，加强个人防护，如佩戴防护眼镜和防护服，以减少辐射对眼睛和皮肤的损伤。
此外，通过提高公众的辐射意识和教育，可以让大家了解电离辐射的相关知识，明白合理使用电离辐射的重要性。
电离辐射的生物效应
2）核工业、核动力对环境的污染
主要是排放放射性“三废”和由事故释 放出的放射性核素所造成的局部污染。据联 合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR ）报1956—1990年由核工业产生的累积集体 剂量也仅为世界居民一年内所受天然辐射产 生的集体剂量的1/10 。虽然给人类造成的附 加剂量负担很小，但必须防止较大放射事故 的发生。
3）医疗照射和日常生活中接触的放源
医疗照射 是指接受治疗或诊断时患者或
被检查者所受的照射。医学中所应用的辐射 种类越来越多有：医用诊断X线 ，牙科X线， 核医学，放射治疗，介入放射，CT扫描，皮 科敷贴等等，几乎医学各科都离不开辐射的 诊治。医疗照射给人类造成的剂量负担人均 年有效剂量为0.4—1.0mSv，约为天然辐射的 1/4。随着人类生活水平和医疗水平的提高， 其应用频率呈增长趋势。
质子质量为1，带一个正电荷。 反冲核，是中子与物质的
原子核碰撞时把能量传给被 碰撞的原子核，带有能量的 原子核脱出原子而成为反冲核。
（2） ，X 射线 射线又称 光子，是放射性核素
核衰变时由核释放出的，它不带电， 穿透力强，运动速度同光子。
X 射线是高速带电粒子通过原子核 附近时，受到原子核库仑电场的作用 而急剧减速，一部分能量以光子的形 式辐射出来，称X 射线。其物理性质 同 射线。
1. 作用于人体的电离辐射源
（1）天然辐射源
1）宇宙射线（cosmic rays） 是从宇宙 空间发射而来的高能粒子流，由初级宇宙射 线和次级宇宙射线组成。地球上每个人受到 来自宇宙射线照射的平均剂量率约为： 0.38mSv ·a -1
2) 环境介质中的天然放射性核素
地球上存在的天然放射性核素有两大 类，一类是具有衰变系列的放射性核素 ，即铀系、钍系、பைடு நூலகம்系，每一个系都可 连续衰变十几次，才变为稳定性核素的 子体,母元素均为 原子序数大于83的重 的天然放射性核素,半衰期都在1010年以 上；第二类是无衰变系列的天然放射性 核素，如40K 、87Rb等。
第一节电离辐射对生物大分子的作用一、电离辐射对生物大分子作用的基本原理
第一节电离辐射对生物大分子的作用电离辐射将能量传递给有机体引起的任何改变，统称为电离辐射生物学效应（ionizing radiation biological effect），人类的放射损伤是一种严重的病理性辐射生物效应。
一、电离辐射对生物大分子作用的基本原理生物分子损伤是一切辐射生物效应的物质的基础。
而生物分子损伤与自由基生成密切相关。
自由基（free radical）是指一些独立存在的、带有一个或多个不成对电子的原子、分子、基团或离子。
自由基是最大特性是化学不稳定性和高反应性，寿命很短，·OH（氢氧自由基）的平均寿命为10-9～10-8s，生物分子自由基也多在10-6～10-4s之间。
1．生物分子自由基的生成：有两种方式：（1）直接作用：电离辐射直接引起靶分子电离和激发而发生物理化学变化，生成生物分子自由基，如：T为电离辐射作用的靶分子，T+和T*为电离产生的正离子自由基和激发形成的激发态分子。
正离子自由基分解生成生物分子、中性自由基T·和离子；激发态分子解成两个自由基T·和H·。
（2）间接作用：电离辐射作用于生物分子的周围介质（主要是水）生成水射解自由基，这些自由基再与生物分子发生物理化学变化生成生物分子自由基，称次级自由基。
水辐射分解见图3-1。
图3-1 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：2．生物分子损伤与修复：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相互配对，或是不配对电子转移给另一个分子，造成分子化学键的变化，引起生物分子破坏。
自由基反应能不断地生成新自由基，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（dismutation），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（10-5s内）若介质中存在能供氢的分子，如含巯基化合物（谷胱甘肽G-SH等），则生物分子自由基可被修复，称化学修复。
放射防护知识培训
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。
2、带正电荷的水分子不稳定，在水中解离成氢氧自 由基OH 。 H2O → H+OH·
3、部分热电子与氢离子作用形成氢自由基。 e— + H+ → H·
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+OH—
辐射种类
n 按与物质作用分类： 电离辐射、非电离辐 射
n 按本质和性质分类：电磁辐射、粒子辐射
电磁辐射：电离辐射(如X射线和γ射线) 和非电离 辐射(如无线电波、微波等)
粒子辐射（有形）：高能粒子（高速粒子、带电 粒子）通过消耗自身的动能把能量传递给其它物 质
电离辐射与非电离辐射
电离辐射- 可引起物质电离的辐射： α、β、γ、X 射
电离辐射分类
n 电离就是原子由于失去电子或获得 电子而成为离子的过程，电离的发 生要通过能量转移来实现。所以电 离辐射的过程也是一个能量转移过 程，一般又可分为直接电离辐射和 间接电离辐射。
n 直接电离辐射 ：由直接电离粒子组成的辐 射，如正电子、负电子、质子、 α粒子、 重离子等带电粒子，具有足够动能、碰撞 时能引起电离，称为直接电离粒子。
电离辐射生物效应解读
31
人体各组织的放射敏感性
辐射敏感性
组
织
高度
淋巴组织（淋巴和幼稚淋巴细胞）；胸腺（胸腺细 胞）；骨髓；胃肠上皮（尤其是小肠隐窝上皮）； 性腺（睾丸和卵巢的生殖细胞）；胚胎组织
中度
感觉器官（角膜、晶状体、结膜）；内皮细胞；皮 肤及附件上皮(生发、毛囊、皮脂腺细胞）；唾液 腺；肾、肝、肺组织的上皮
轻度 不敏感
6
1898 法国 居里夫妇
自沥青铀中提出--- 钋 (Po) 镭 (Ra)
放射性
(radioactivity)这一名词就是居 里夫人所创
1903.12 诺贝尔物理学奖 1911 居里夫人 诺贝尔化学奖
7
• 卢瑟福 (Ernest Rutherford，1871—1937) 英国
1898. α, β,γ射线
遗传 代谢改变
25
辐射对DNA分子结构的破坏
26
DNA代谢改变
➢合成代谢↓
抑制程度与剂量依赖,且与多个环节有关
➢分解代谢↑
表现为脱氧核糖核酸酶(DNase酶)活性↑ (射线破 坏了溶酶体和细胞核膜结构)
27
（二）辐射对RNA作用
➢转录过程↓ ➢合成↓
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辐射对人体的作用 ——辐射效应
随机性效应和确定性效应
（Stochastic effect ， Deterministic effects ）
躯体效应和遗传效应
（ Somatic effect ， Hereditary effects ）
辐射效应的分类
按效应发生的个体
按效应表现情况
—大剂量照射的
急性效应—急性放射病
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
癌的部位和类型 癌的自发 程度 非常高 低 很高 中等 高 辐射致癌的 相对敏感性 备 注
1.较高的辐射致癌率 乳腺 甲状腺 肺（支气管） 白血病 消化道 2.较低的辐射致癌率 咽 肝和胆道 胰腺 淋巴瘤 肾和膀胱 大脑和神经系统
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。
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
第一节 电离辐射生物效应类型及其特点
一、确定性效应
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。
二、随机性效应
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。
高 青春期增加敏感性 非常高特别是女性 低死亡率 中等 吸烟的定量影响不确知 很高 尤其骨髓性白血病 中到低 特别是在结肠发生
低 低 中 中 中 低
中 中 中 中 低 低
— — — 淋巴肉瘤和多发性骨髓 瘤可致何杰金氏病 —
唾液腺 骨 皮肤 3.辐射致癌率不确 知的部位和组织 喉 鼻窦 副甲状腺 卵巢 结缔组织 4.未观察到辐射致 癌的部位和组织 前列腺 子宫和子宫颈 睾丸 系膜和间皮 慢性淋巴性白血病
不同生物种系对辐射的敏感性不同
大肠杆 菌
生物种系
人
猴
大鼠
鸡
龟
病毒
LD50 （Gy）
4.0
6.0
7.0
7.1 5
15. 0
56.0
210
4
（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 植入前期(0—8天) 孕体发育： 主要器官发生时期 (9—60天) 胎儿发育时期(60—270天) 自受精卵至孕龄8周前称为胚胎， 8周以后称 为胎儿。
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。
甲状腺癌：20年；
乳腺癌：23效应的基本规律及机制
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 ： 内照射 : g＞b＞a (危害程度) a＞b＞g (危害程度)
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，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
胚胎不同发育阶段，2Gy X射线照射下死胎或畸形的发生率
（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
按剂量-效应关系
躯体效应
—受照射远期发生的效应
— 白血病 — 癌症 — 白内障 — 不育
确定性效应
特殊的躯体效应—宫内受照后
随机性效应
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
遗传效应
—基因突变—发生在性细胞：遗传性疾病
先天性畸形 生长发育障碍
辐射致癌的潜伏期
白血病：10～13年；
时，混合照射的效应较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。
（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
很低 很低 高
低 低 低
— — 低死亡率，需很高剂 量
中 很低 很低 中 很低
低 低 低 低 低