辐射生物效应1
电离辐射的生物学效应(一)
电离辐射的生物学效应（一）引言：电离辐射是一种常见的自然现象，包括宇宙射线、地球射线以及人工产生的辐射等。
它对生物体有着不可忽视的影响，其中生物学效应是一个重要的研究领域。
本文将从五个大点阐述电离辐射的生物学效应。
一、电离辐射的基本概念1. 电离辐射的定义和分类2. 电离辐射与非电离辐射的区别3. 电离辐射的测量和单位二、电离辐射对DNA的影响1. 电离辐射与DNA的直接相互作用2. DNA的辐射损伤与修复机制3. DNA损伤与细胞凋亡关系的研究进展4. DNA损伤对基因突变和肿瘤发生的影响5. 电离辐射引起的DNA断裂及其可能的后果三、电离辐射对细胞的影响1. 电离辐射对细胞的直接效应2. 细胞周期与电离辐射效应的关系3. 电离辐射诱导的遗传效应4. 电离辐射的辐射损伤途径和修复机制5. 电离辐射对细胞分化和再生能力的影响四、电离辐射对生物体的长期影响1. 长期低剂量辐射与健康影响的研究进展2. 电离辐射对人类生殖细胞和胚胎的影响3. 电离辐射对遗传物质传递的影响4. 电离辐射对生物体老化过程的影响5. 长期暴露于电离辐射的潜在风险和防护策略五、电离辐射的应用和防护1. 医学中的电离辐射应用2. 核能行业的电离辐射防护3. 电离辐射防护技术的发展4. 电离辐射对职业人群的影响和防护5. 公众对电离辐射的认知和防护意识的提高总结：电离辐射的生物学效应是一个复杂而重要的研究领域。
本文从电离辐射的基本概念、对DNA的影响、对细胞的影响、对生物体的长期影响以及应用和防护等五个大点进行了阐述。
研究电离辐射的生物学效应不仅有助于理解辐射对生物体的影响机制，还对实际应用和防护具有重要意义。
辐射生物学效应分类和影响因素
第四节辐射生物学效应分类和影响因素、辐射生物学效应分类机体受辐射作用时，根据照射剂量、照射方式以及效应表现的情况，在实际工作中常将生物效应分类表述（一）按照射方式分1．外照射与内照射（extern al and intern al irradi ation）：辐射源由体外照射人体称外照射。
γ线、中子、X线等穿透力强的射线，外照射的生物学效应强。
放射性物质通过各途径进入机体，以其辐射能产生生物学效应者称内照射。
内照射的作用主要发生在放射性物质通过途径和沉积部位的组织器官，但其效应可波及全身。
内照射的效应以射程短、电离强的α、β射线作用主。
2．局部照射和全身照射（localand totalbody irradi ation）当外照射的射线照射身体某一部位，引起局部细胞的反应者称局部照射。
局部照射时身体各部位的辐射敏感性依次为腹部＞胸部＞头部＞四肢。
当全身均匀地或非均匀地受到照射而产生全身效应时称全身照射。
如照射剂量较小者为小剂量效应，如照射剂量较者（＞1Gy）则发展为急性放射病。
大面积的胸腹部局部照射也可发生全身效应，甚至急性放射病。
根据照射剂量大小和不同敏感组织的反应程度，辐射所致全身损伤分为骨髓型（bone marrow type）、肠型(gastro- intest inaltype)和脑型(centra l nervou s system type)三种类型。
（二）按照射剂量率分1．急性效应（acuteradiat ion effect）：高剂量率照射，短时间内达到较大剂量，效应迅速表现。
2．慢性效应(chroni c radiat ion effect)：低剂量率长期照射，随着照射剂量增加，效应逐渐积累，经历较长时间表现出来。
电磁辐射的生物效应
电磁辐射的生物效应随着社会的发展，环境中的电磁辐射剂量（能量密度）会呈几何级数式增长。
有人把电磁污染称为除空气、水、噪声污染以外的第四类污染。
而且是看不见、听不清、尝不出、闻不到的污染。
生物电磁学（Bioelectromagnetics）就是研究从直流到远红外的电场、磁场和电磁场与生物系统相互作用的科学［1]，她的最终任务就是趋利避害，发扬光大其有利的正效应，躲避防护其有害的负效应特别是对于损伤性的负效应，我们既不能麻木不仁，掉以轻心；又不能谈虎色变，划地为牢，束缚自己的发展。
为达此目的，就必须对电磁辐射的生物效应机理有个确切地把握。
遗憾的是，各国学者做了多年的探索，提出过不少解释机理的模型、假说以至理论，但都有待于可靠的重复试验予以确认。
同时对于已有的实验和实验现象的可信度及解释，也各有见解，在某些问题上肯定和否定的意见并存，比如移动电话触发脑部肿瘤问题。
前苏联与美国的电磁安全标准相差很大［2]，也反映出认识上的巨大差异。
此外，由于生命现象固有的复杂性，使已有的生物知识难以深入地理解电磁辐射的生物效应。
人们为此感到困惑是不足为怪的。
很多机理都涉及到生命运动中物质、能量和信息的相互作用、相互转换的基本过程，是个大谜。
比如，物理学中的相干的相互作用在生物体中是否存在，在什么层次和水平上存在，及其与生理活动和新陈代谢之间的调控关系等等。
对其中一两个问题解释清楚都是极大的贡献。
要想深入研究，就必须认真学习新理论、新技术，发现新问题。
本文的目的，就是简单地介绍目前电磁辐射生物效应的几种机理解释。
1 有关的物理学背景知识电荷产生电场，电荷流动产生磁场，两者合成为电磁场；电磁场以波的形式（电场和磁场的振幅相互垂直）向外传递电磁能量，形成了电磁辐射。
人体是由电阻很高的皮肤所包绕，从物理角度来说是一个容积导体。
而且除离子以外，生物大分子既不是纯粹的导体，也不是纯粹的绝缘体，而且大都是电介质。
因此，除非是直接触电，人体内各类物质主要以感应的方式而不是传导的方式与周围的电磁场或电磁辐射相互作用。
电离辐射的生物学效应
0.51～1.00
少数人（约5%）出现轻度症状： 淋巴细胞、白细胞、血小板可降低
头晕、乏力、不思食、失眠、口
到照前的25%～50%，半年内可
渴等
能恢复到正常水平。
1.01～1.50
一部分人（约5～50%）出现恶心， 少数人可能出现呕吐
淋巴细胞和血小板可降低50%以上， 白细胞可降低至50%，可能恢复 到正常值。
②这一
癌症总计 值仅用于 一般公众 。用于工 作人员人 群的致死 性癌症总 危险取 4.00×102Sv-1。
电离辐射引起的法定职业病
职业性放射性疾病是指劳动者在职业活动中所患 的放射性疾病。放射工作人员所受到的职业照射 剂量达到或超过一定的水平时，则可能引起局部 或是全身放射性疾病。
分为11类：
生。 不同的受照对象，不同的器官组织其剂量阈值不同，
一般从十分之几戈瑞至几戈瑞。
确定性效应剂量效应曲线特征
频率
12
10
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4 剂量
25 20 15 10 5 0
1
2
3
4
剂量
（a） （b） （c）
病理情况阈值
5
严重程度
随机性效应
指发生的几率与剂量大小有关的效应。 特点：效应严重程度与剂量大小无关，没有阈值。 从辐射防护的角度来看，任何大小的电离辐射对
受照剂量（Gy）
临床症状
＜0.10
无明显变化
0.10～0.25 无明显变化
血液学变化
— 淋巴细胞数略降后升高，逐渐恢复，
白细胞数变化不明显。
0.26～0.50
个别人（约2%）出现轻微症状：头 晕、乏力、食欲下降、睡眠障碍 等
电离辐射的生物学效应及放射防护
差异有关。
3．年龄 幼年和老年的辐射敏感性高于壮年。
4．生理状态 机体处于过热、过冷、过劳和饥饿等状态时，对辐射的耐
受性亦降低。
5．健康状况 身体虚弱和慢性病患者，或合并外伤时对辐射的耐受性亦
降低。
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13
（三）介质因素
细胞的培养体系中或机体体液中在照前含有辐射防护剂 （radioprotectant），如含SH基的化合物可减轻自由基反 应，促进损伤生物分子修复，能减弱生物效应，反之， 如含有辐射增敏剂（radiosensitizer），能增强自由基化 学反应，阻止损伤分子和细胞修复，能提高辐射效应。 目前，防护剂和增敏剂在临床放射治疗中都有应用，前 者为保护正常组织，后者为提高放疗效果。
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24
三、公众中个人的剂量限值
公众指非从事放射工作的人员，个人受到的年当量剂量， 不得超过放射工作人员剂量限值的 1/10。全身 ≤ 1 mSv . a-1；晶状体 ≤ 15 mSv . a-1；其他组织或器官 ≤ 50 mSv . a1。
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25
第六节 放射防护措施
目前科研和医疗等仪器中使用的辐射源有封闭源和开放 源两类。封闭源有各种射线装置、X线机、治疗用加速器 等，对人体的危害主要是外照射。开放源主要是在基础 和核医学中常用的各种放射性核素，对人体的危害主要 是内照射和体表污染，当然也有外照射。在使用开放源 的过程中，还有放射性"三废"处理的问题。
2．遗传效应（genetic effect） 受照射个体生殖细胞 突变，而在子代表现出的效应。
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8
（五）按效应的发生和照射剂量的关系分
1．确定性效应(determinate effect)：旧称非随机性效应 (no-stochastic effect)。指效应的严重程度（不是发生率） 与照射剂量的大小有关，效应的严重程度取决于细胞群 中受损细胞的数量或百分率。此种效应存在阈剂量。照 射后的白细胞减少、白内障、皮肤红斑、脱毛等均属于 确定性效应。
电离辐射的生物效应
电离辐射的生物效应
电离辐射是指能够将电子从原子或分子中剥离出来的辐射。
它具有高能量和较强的穿透力，可以对生物体产生一系列的生物效应，包括：
1. 细胞损伤：电离辐射可以直接与DNA分子相互作用，导致DNA断裂、甲基化、碱基修饰等损伤，进而引发突变和细胞
死亡。
2. 细胞遗传效应：电离辐射引起的DNA损伤可能会导致遗传
信息的改变，包括基因突变、染色体畸变等，进而导致遗传性疾病的发生。
3. 组织损伤：电离辐射对细胞和组织的损伤可以导致炎症反应、组织坏死等病理变化，影响器官和组织的正常功能。
4. 生殖细胞损伤：电离辐射对生殖细胞的损伤可能导致生育能力下降、遗传性疾病的发生以及遗传基因的改变。
5. 致癌性：电离辐射与DNA的不可修复损伤可能会导致细胞
的癌变，增加患癌症的风险。
需要注意的是，电离辐射的生物效应受到辐射剂量、辐射类型、照射方式等多种因素的影响。
低剂量辐射可能对生物体产生适应性反应，而高剂量辐射则更容易引起严重的生物效应。
因此，在使用电离辐射技术时，应严格控制辐射剂量，采取有效的防护措施，减少对生物体的损害。
辐射生物效应
辐射切防尔诺护贝利与核事安故全基础
总污染面积 (> 1 Ci/km2): 1 000 000 （一百万）km2 近地带 (<100 km): 重粒子沉积 ( Sr, Pu...） 远地带 (达到 2000 km) : 挥发性中成华分人的民沉共积和国(环I,境C保s)护部辐射防护与安全培训
照射急性放射病可分为3种类型： 骨髓型急性放射病，照射剂量范围为1~10 Gy，这是
临床上较多见的急性放射病，以骨髓等造血组织损伤为基 本病变，白细胞减少，感染及出血为主要临床表现，具有 典型的阶段性病程，可区分为初期、假愈期、极期和恢复 期。根据其严重程度可将其分为4度，即轻、中、重和极 重度，其受照剂量下限可大致分别被确定为1，2，4和6 Gy;
Commission on Radiological Protection)在其 建议书草案(征求意见稿,2006)中将确定性效应也
称为组织反应，确定性效应与组织反应作为同
义词在该建议书草案中使用。
中华人民共和国环境保护部辐射防护与安全培训
辐射防护与安全基础
中华人民共和国环境保护部辐射防护与安全培训
辐射防护与安全基础
脑型急性放射病,病程阶段性不明显，照
射剂量范围多在50 Gy以上，以脑组织 损伤为基本病变，临床出现意识障碍、 抽搐、震颤等中枢神经系统症状，通常 在1 -3天内-死亡
中华人民共和国环境保护部辐射防护与安全培训
辐射防护与安全基础
4号机组：事故前
切 尔 诺 贝 利 4号机组：事故后 核 事 故
危险估计2.8×10-2/Sv。
中华人民共和国环境保护部辐射防护与安全培训
辐射防护与安全基础
皮肤随机性效应
辐射生物效应
辐射生物效应
辐射生物效应是指物质或能量在生物体内造成的不良反应。
它是指辐射对人体和其他生物体的影响，这种影响可能是直接的，也可能是间接的。
辐射生物效应可以分为有害和有益两种，其中有害效应可以分为致癌效应、突变效应和免疫系统抑制效应等。
辐射有害生物效应的主要机制是由辐射能量直接或间接诱发的化学反应，如致癌、突变等。
致癌效应是指辐射能直接或间接地诱发细胞致癌变化，从而导致肿瘤的发生。
突变效应是指辐射能量诱发的基因突变，导致生物体在某些方面的变化。
免疫系统抑制效应是指辐射能量诱发免疫系统受损，从而导致不同程度的免疫功能障碍。
辐射有益生物效应是指辐射能量可以诱发一些有益的反应。
例如，辐射可以用于治疗一些癌症，这是一种被称为放射治疗的技术。
此外，辐射还可以用于诊断疾病，如X射线成像和
核磁共振成像等。
总之，辐射生物效应是指辐射对人类和其他生物体的影响，可以分为有害和有益两种。
有害效应包括致癌效应、突变效应和免疫系统抑制效应，而有益效应则包括放射治疗和诊断疾病等。
因此，在利用辐射能源时，应该遵守有关安全措施，以防止辐射对人体和环境造成潜在的危害。
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13、周围剂量当量H*(d)：相应于测量点处的扩展齐向场在 ICRU球内、逆扩展齐向场的半径上深度d处产生的剂量当量。 对强贯穿辐射，推荐d=10mm，此时H*(d)记为H*(10)。对弱贯 穿辐射，推荐d=0.07mm 。
遗传基因突变或染色体 变异所发生的各种疾病
确 定 效 应
机率 效应
‧辐射的确定效应
组织器官对辐射的敏感性（非机率效应）
敏感度
細 胞名称
谈到辐射的伤害时，要考虑的因素：
- 剂量高低。
高 胎儿、淋巴组织、 生殖腺、 骨髓、脾脏
- 身体受暴露的位置。
稍高
普通
- 急性或慢性曝露等三个条件。 低
（正在分裂中的細胞） 皮肤、水晶体、消化道 肝脏、血管
小于0.10 无可察觉症状，但迟延辐射病的产生可能发生
0.10-0.25 能引起血液中淋巴球的染色体变异。
0.25-1.00 可能发生短期的血球变化(淋巴球、白血球減少)，有时有眼结膜 炎的发生，但不致产生机能的影响。
15、深部个人当量剂量：与强贯穿性辐射齐向场相对方向上深 度d(10mm）处软组织的当量剂量称为深部个人当量剂量Hp(d) 或Hp(10)
16、浅表个人当量剂量：体表指定点下深度d(0.07mm）处软 组织的当量剂量称为浅表个人当量剂量Hs(d)或Hs(0.07)
二、电离辐射的生物效应
(一)游离辐射对细胞的效应
5、全身有效剂量E：是考虑人体组织或器官发生的辐射效应为
随机效应时，全身受到非均匀照射的情况下，人体各器官或组
织所接受的平均剂量当量(HT)与相应的权重因子的乘积之总和， 即
E WT HT WT WR DT ,R
T
T
R
6、待积剂量当量HT(τ):是在内照射情况下，人体某一器官或组织 由于单次摄入某种放射性核素，其后一定年现内将要累积的剂量 当量。以数学式表达为
• 在均匀、单向电离辐射场中，对某一给定的人体取向，如 皮肤敏感层的任何小块区域内所接受的剂量当量比有效剂 量当量大10倍以上，则此辐射称为弱贯穿辐射；如该小块 皮肤所接受的剂量当量与有效剂量当量之比值小于10，则
此辐射称为强贯穿辐射。
14、定向剂量当量 H‘(d) ：相应于测量点处的扩展场在ICRU球 内、指定方向的半径深度d处产生的剂量当量。对弱贯穿辐射， 推荐d=0.07mm，此时H‘(d)记为H’(0.07)。对强贯穿辐射，推 荐d=10mm。
photon
ep+
间接作用(占三分之二) photon
ep+
直接作用(占三分之一)
辐射所造成的细胞伤害反应
• 延迟细胞的正常循环，经过一段时间后回复正常 • 受损细胞失去分裂繁殖能力，最后死亡消失。 • 受损细胞不正常分裂繁殖，性细胞遗传物质变异影响
后代，体细胞不能正常繁殖形辐射能量很高时，受照 射细胞会立即肿胀破裂。
肌肉、骨骼、神经
（已经分化成熟的细胞）
因为人体的组织器官对辐射的敏感度不同，右表中显示有些器 官较易受到伤害有些则否。根据广岛、长崎的调查，若是全身 均匀受到急性曝露超过250毫西弗以上，就会开始出现受伤害的 症状 ，剂量越高。伤害程度愈大，甚至死亡。
急性全身曝露之确定效应症状
一次剂量 (西弗)
症状说明
一、几个基本概念
1、器官剂量：电离辐射授予的单位质量的器官或组织的总能量
以DT表示
DT
T
mT
2、辐射权重因子WR ： 随机性效应的概率不仅依赖于吸收剂量， 而且还依赖于产生这个剂量的辐射的种类与能量。在辐射防护
上，为了更好地反映剂量—效应关系，国际放射防护委员会
1990年建议书采用了一个表征辐射的“质”的校正因子，使某
HT ( )
0 0
HT
(
)d
7、待积有效剂量：人体全部组织或器官的待积当量剂量与 相应组织权重因子乘积之和。
E( ) WT HT ( )
T
8、 剂量负担： HC,T或Ec是反映一关键组人群或全世界人口 由于某一个持续的辐射源(如核电厂释放的放射性核素)的长
期照射而承受的剂量。它是对特定人群平均每人的某一器官
辐射伤害形成步骤
吸收辐射 游离/激活
主要低剂量效应 基因突变 诱发病症 胎儿效应
化学性损害
酵素修復 或
伤害形成
主要高剂量效应 杀害細胞
组织器官效应 全身效应
• （二）辐射对机体的影响
辐射剂量与效应
1、辐射的损伤效应
3、两类效应
辐射生物效应
躯 体 急性效应 效 应
慢性效应
遗传效应
皮肤繁盛红斑 骨髓、肺、消化道伤害 白血球減少 不孕 恶心、呕吐、腹泻 白內障 胎儿之影响 白血症 癌症机率
一组织或器官的吸收剂量的平均值(而不是某一点上的剂量)可
按质加权。此校正因子称为辐射权重因子。
3.器官当量剂量HT：量度不同种类及能量的辐射对人体个别器官 或组织造成影响的物理量。等于该辐射在组织或器官中的平均吸 收剂量乘以该辐射的权重因子
HT WR DT ,R
R
4、组织权重因子WT：表示不同器官受到不同当量剂量不均匀照 射时的综合因子
• 1、直接效应：使DNA分子受辐射游离或激发而导致巨 分子键的断裂
• 2、间接效应：与细胞内或环境中的水份子产生了自由 基或H2O2 等中间产物，再与重要分子起作用而造成细 胞伤害。由于细胞中水分子较多因此游离辐射对细胞 的间接作用占主要部分。
辐射的直接与间接作用
4 nm
H2O
OH .
R.
2 nm
(或组织)所受的当量剂量率或全身所受的有效剂量率在无限长
时间内的积分：
Hc,T 0 HT (t)dt
Ec 0 E(t)dt
9、集体当量剂量ST:表示一组人某指定的组织或器官所受的总 辐射照射的量。组织T的集体当量剂量的表达式为：Leabharlann dNST0
HT
dHT
dHT
10、集体有效剂量：是某一人群所受总有效剂量；其表达式为：
S E dN dE 0 dE
10、扩展场 ：由实际的辐射场导出的一个假设的辐射场。 在其中的整个有关体积内，光子注量及其角分布和能量分 布与参考点处实际辐射场相同。
11、扩展齐向场 ：由实际的辐射场导出的一个假设的辐射场。 在其中的整个有关体积内，光子注量及其能量分布与参考点处 实际辐射场相同，但光子注量是单向的。