核醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與放射防護(hù)醫(yī)學(xué)輻射防護(hù)學(xué)

核醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與放射防護(hù)醫(yī)學(xué)輻射防護(hù)學(xué)第1頁/共78頁

第一章緒論第2頁/共78頁核醫(yī)學(xué)是核技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。核醫(yī)學(xué)的內(nèi)容及其特點：臨床核醫(yī)學(xué)診斷

X線檢查(radiology)

超聲檢查(ultrasound)

MRI檢查

(magneticresonanceimage)

解剖成像SPECT/CTPET/CT功能成像第3頁/共78頁器官功能測定、體外放射分析(RIA)等。治療：甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)（hyperthyreosis）甲狀腺癌(thyroidcarcinoma)轉(zhuǎn)移性骨痛(multisitemetastaticpain)骨腫瘤(bonecancer)第4頁/共78頁實驗核醫(yī)學(xué)核素示蹤技術(shù)(radionuclidetracertechnique)體外放射分析法(radioimmunoassay)放射自顯影術(shù)(radioautogram)第5頁/共78頁

影像醫(yī)學(xué)、核醫(yī)學(xué)和放射醫(yī)學(xué)三個不同的研究和應(yīng)用方向難以截然分開，共同點均為利用核技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中進(jìn)行臨床診療和基礎(chǔ)研究工作。

這些研究工作均需要進(jìn)行放射防護(hù)安全方面的理論知識。第6頁/共78頁核醫(yī)學(xué)與放射防護(hù)發(fā)展簡史第7頁/共78頁1895年WilhelmRoentgen發(fā)現(xiàn)X線1896年HenriBecquerel發(fā)現(xiàn)放射性核素1898年Mariecurie和PierreCurie提取

polonium和radium

1934年Joliet和Curie發(fā)現(xiàn)人工放射性核素1938年32P治療白血病、1941年131I治療甲亢、1946年131I治療甲癌。核醫(yī)學(xué)方面第8頁/共78頁1949年發(fā)明了第一臺閃爍掃描儀1949年有了商品γ-照相機(jī)

1964年DavidKuhl和Edwards研制了第一臺SPECT

1975年研制了第一臺PET

第9頁/共78頁放射防護(hù)方面慘痛的代價Mariecurie和女兒均死于放射引起的白血病20世紀(jì)初的鐳(Ra)事件

多次核事故以及核災(zāi)難的發(fā)生第10頁/共78頁放射防護(hù)事業(yè)的發(fā)展歷程1913年德國首先成立倫琴學(xué)會發(fā)布了有關(guān)指南

1925年召開了第一屆國際放射學(xué)大會，并成立—國際輻射單位與測量委員會（internationalcommissiononradiationunitsandmeasurements，ICRU）1928年成立了第一個國際組織“X線和鐳的防護(hù)委員會”第11頁/共78頁1950年成立國際輻射防護(hù)委員會（internationalcommissiononradiologicalprotection，ICRP）

之后相繼成立了IAEA、UNSCEAR、ICNIRP、ABCC-RERF等國際性組織和研究機(jī)構(gòu)第12頁/共78頁聯(lián)合國UnitedNationsIAEAUNSCEAR獨立的非政府國際組織ICRP輻射劑量出版物機(jī)構(gòu)環(huán)境保護(hù)醫(yī)療照射防護(hù)放射生物效應(yīng)ICRU推薦劑量和單位測量方法提供有關(guān)參數(shù)ICNIRP提供健康指導(dǎo)推薦曝露限值值發(fā)布出版物輻射防護(hù)相關(guān)國際組織第13頁/共78頁我國放射防護(hù)事業(yè)的發(fā)展法行政法規(guī)部門規(guī)章技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報告導(dǎo)則指南國家標(biāo)準(zhǔn)化管理局全國各有關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會全國人民代表大會國務(wù)院各部委我國放射防護(hù)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)圖第14頁/共78頁法律《中華人民共和國職業(yè)病防治法》《中華人民共和國放射性污染防治法》

行政法規(guī)《放射性同位素與射線裝置安全和防護(hù)條例》《中華人民共和國民用核設(shè)施安全監(jiān)督管制條例》

《中華人民共和國核材料管理條例》

《核電廠核事故應(yīng)急管理條例》《突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急條例》

第15頁/共78頁部門規(guī)章衛(wèi)生部、國家環(huán)境保護(hù)總局、國防科工委，以及公安部等，這些有關(guān)部委局先后制定頒發(fā)了一批有關(guān)放射工作許可制度及放射防護(hù)管理辦法、核與放射事故管理規(guī)定、放射工作人員職業(yè)健康管理辦法、放射防護(hù)器材與含放射性產(chǎn)品管理辦法、核動力廠設(shè)計及運行安全規(guī)定、城市放射性廢物管理辦法、放射環(huán)境管理辦法、放射性物質(zhì)運輸管理辦法等等

《放射性同位素與射線裝置安全許可管理辦法》《放射診療管理規(guī)定》《放射工作人員職業(yè)健康管理辦法》

第16頁/共78頁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

以我國《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB18871—2002）最重要，派生出了一大批各種放射防護(hù)次級專項標(biāo)準(zhǔn)，包括國家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、各類行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。

技術(shù)報告和導(dǎo)則指南沒有強制性效力，乃是有關(guān)機(jī)構(gòu)、組織和專家所撰寫的，屬于進(jìn)一步具體詮釋各有關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)，以增加對法律、法規(guī)的理解。第17頁/共78頁第二章核輻射的物理基礎(chǔ)第18頁/共78頁

原子結(jié)構(gòu)、X射線與核素

元素（element）的基本單位是原子，原子由原子核和核外電子構(gòu)成。

原子核內(nèi)有不同數(shù)目的質(zhì)子（proton，P）和中子（neutron，N）

，統(tǒng)稱為核子（nucleon）。

原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)目和中子數(shù)目之和為原子核的質(zhì)量數(shù)，用“A”表示，因此，整個原子核內(nèi)中子數(shù)目N=A－Z。

原子結(jié)構(gòu)第19頁/共78頁核素、同位素和同質(zhì)異能素

一般情況下原子核處于最低能量狀態(tài)，稱為基態(tài)（groundstate）。當(dāng)受到高能量粒子轟擊或核內(nèi)部發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，原子可暫處于高能量狀態(tài)，稱之為激發(fā)態(tài)（excitedstate）。激發(fā)態(tài)不會持久，將迅速釋放能量，而恢復(fù)至基態(tài)，這種能量的釋放過程稱為躍遷（transition）。

基態(tài)和激發(fā)態(tài)

groundstateexcitedstate第20頁/共78頁核素、同位素和同質(zhì)異能素的概念

質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)相同，能量狀態(tài)相同的一類原子的集合稱為核素（nuclide）。

核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同，即在元素周期表中處于同一位置，但中子數(shù)不同的核素互稱為某元素的同位素（isotope）

。

質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)均相同，但能量狀態(tài)不同的核素稱為同質(zhì)異能素（isomer）

。第21頁/共78頁穩(wěn)定性核素和放射性核素

原子核內(nèi)的核子之間存在著引力，稱為核力（nuclearforce），為短程力，受核子數(shù)目的影響。

除了核力外，還存在靜電斥力，該力為長程力，不受核子數(shù)目影響，但與電荷量有關(guān)。

P﹕N=1﹕0～1.5時，核力與靜電斥力基本平衡，原子核處于穩(wěn)定狀態(tài)。處于穩(wěn)定狀態(tài)的核素稱為穩(wěn)定性核素（stablenuclide）。

第22頁/共78頁

當(dāng)原子核內(nèi)部處于不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生了能級的變化，轉(zhuǎn)化為另一種核素。這種自發(fā)的核內(nèi)結(jié)構(gòu)或能量的變化過程稱為核衰變（nucleardecay），變化過程中釋放的具有一定能量的粒子稱為放射線（radiation）。釋出放射線的核素稱為放射性核素（radio-nuclide）。

第23頁/共78頁原子核的衰變、裂變與聚變

核衰變類型與規(guī)律1.α衰變（alphadecay）原子核內(nèi)要釋放2個質(zhì)子和2個中子組成的稱之為“α”粒子。

2.β衰變（betadecay）

當(dāng)核內(nèi)質(zhì)子、中子比例不當(dāng)時，質(zhì)子和中子將產(chǎn)生相互轉(zhuǎn)換，達(dá)到核內(nèi)調(diào)整結(jié)構(gòu)的目的。其特點是原子的質(zhì)量數(shù)不變，只有原子序數(shù)改變（相差1），分為β-和β+

和電子俘獲三種形式。

第24頁/共78頁（1）βˉ衰變

主要發(fā)生在中子相對過多的核素。中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子，釋放負(fù)電子，稱為βˉ粒子。

（2）β+衰變

主要發(fā)生在中子數(shù)相對不足的核素，核內(nèi)由質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子，釋放正電子，稱為β+粒子。

第25頁/共78頁

（3）電子俘獲（electroncapture，EC）

對于中子數(shù)相對較少某些核素，原子核從核外內(nèi)層的電子殼層俘獲一個電子，使核內(nèi)的一個質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子，同時釋放一個中微子，隨后較外層的電子躍入內(nèi)層軌道填補空穴。由于外層能級高于內(nèi)層能級，因此，多余能量以電磁輻射（即特征X射線）形式釋放?；蛘咴撃芰總鬟f給另一殼層電子，使之脫離軌道逸出，稱為俄歇電子（augerelectron）。

第26頁/共78頁（4）γ躍遷與內(nèi)轉(zhuǎn)換現(xiàn)象

經(jīng)過α或β衰變的核素，在衰變的過程中可能導(dǎo)致原子核處于高能的激發(fā)態(tài)，核內(nèi)多余能量以電磁輻射形式釋放后返回基態(tài)，該過程稱為γ躍遷。

有時在核內(nèi)多余能量釋放過程中，也可能將能量傳遞給核外殼層電子，使之脫離其運行軌道而逸出，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。逸出的電子稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換電子（internalconversionelectron）

X射線和γ射線都是光子，它們的不同之處：γ射線來源于核內(nèi)能量釋放，而X射線為核外電子躍遷過程中的能量釋放。

第27頁/共78頁放射性核素衰變規(guī)律及其度量

核衰變是隨機(jī)性的，單位時間衰變的原子核數(shù)目與核的總數(shù)成正比，并且隨著時間的增長，遵循一定的規(guī)律而減少。

物理半衰期(physicalhalflife，T1/2):指放射性核素的原子核數(shù)目衰變到原來的一半所需要的時間。λ稱為衰變常數(shù)（decayconstant），是放射性核素衰變的特征參數(shù)，表征單位時間原子核發(fā)生衰變的速率。第28頁/共78頁

放射性活度、放射性比活度與放射性濃度

放射性活度（A）是指在一定的時間（dt）內(nèi)處于特定能態(tài)的一定量的放射性核素發(fā)生自發(fā)衰變（dN）的期望值。國際制單位為Bq，Bq其表示每秒內(nèi)核衰變的次數(shù)，1Bq表示每秒有1次衰變。舊有單位為居里（Ci），1Ci=3.7×1010Bq

單位質(zhì)量中所含的放射性活度稱為比活度或比放射性。一般用Bq/kg或Bq/mol為單位。

單位容積溶液中所含放射性活度稱為放射性濃度，以Bq/ml或Bq/L為單位。第29頁/共78頁核裂變與核聚變反應(yīng)

原子核的核裂變反應(yīng)是目前獲得核能的主要途徑一些重核如果分裂成二個中等質(zhì)量的原子核時，會同時釋放出中子和能量，這一過程稱為原子核裂變（nuclearfission）。

自發(fā)裂變是原子核在沒有入射粒子轟擊的情況下自行發(fā)生的核裂變。誘發(fā)裂變是在入射粒子的轟擊下重核發(fā)生的裂變。第30頁/共78頁由兩個氫原子合為一個氦原子，就叫核聚變。

第31頁/共78頁放射線與物質(zhì)作用的物理基礎(chǔ)

電離與激發(fā)作用

帶電粒子與物質(zhì)的核外電子發(fā)生靜電作用，如果導(dǎo)致物質(zhì)中的原子失去軌道電子形成正負(fù)離子對，稱為電離（ionization）作用。

傳能線密度(linearenergytransfer，LET)是指帶電粒子穿過物質(zhì)時，在其單位長度徑跡上所轉(zhuǎn)移的能量。如果帶電粒子使照射物質(zhì)軌道電子從內(nèi)層躍遷至外層，整個原子處于能量較高的激發(fā)態(tài)，此過程稱為激發(fā)（excitation）作用。帶電粒子與物質(zhì)的相互作用第32頁/共78頁

散射與吸收

帶電粒子受到物質(zhì)原子核庫倉電場作用而發(fā)生方向偏折和能量的改變，稱為散射（scattering），只改變運動方向而能量不變者稱為彈性散射（elasticscattering）。

如果射線通過物質(zhì)時，由于各種作用的機(jī)制，導(dǎo)致帶電粒子的動能全部喪失而不復(fù)存在的過程稱為吸收（absorption）。第33頁/共78頁β粒子在介質(zhì)中受到阻滯而急劇減速，部分能量甚至全部能量轉(zhuǎn)化為電磁輻射，稱為軔致輻射（bremsstrahlung）。其發(fā)生的幾率與β能量及介質(zhì)的原子序數(shù)成正比。因此在放射防護(hù)中要注意，β粒子吸收體和屏蔽應(yīng)采用低密度材料，如有機(jī)玻璃、鋁或塑料等。

軔致輻射與湮沒輻射

β+通過物質(zhì)時和核外電子相互作用，消耗能量而相互結(jié)合，同時轉(zhuǎn)化為兩個方向相反，能量各為0.511MeV的γ光子而自身消失，這種過程稱為湮沒輻射（annihilationradiation）

第34頁/共78頁X、γ射線與物質(zhì)的相互作用

光電效應(yīng)：光子與介質(zhì)原子的軌道電子碰撞，把能量全部交給軌道電子，使之脫離原子，光子消失，這一作用能夠過程稱為光電效應(yīng)(photoelectriceffect)。脫離軌道的電子稱為光電子。

康普頓效應(yīng)：能量較高的光子與核外電子碰撞，將一部分能量傳遞給電子，使之脫離原子軌道成為高速運行的電子，而光子本身能量降低，運行方向發(fā)生改變，成為康普頓效應(yīng)(Comptoneffect)。

電子對生成：當(dāng)光子能量大于1.022MeV時，在物質(zhì)原子核電場作用下轉(zhuǎn)化為一個正電子和一個負(fù)電子，稱為電子對生成(electronpairproduction)。第35頁/共78頁第三章人體輻射計量學(xué)第36頁/共78頁輻射的基本概念

輻射是不需要介質(zhì)參與而進(jìn)行能量傳遞的一種現(xiàn)象。性質(zhì)分類：電磁輻射其本質(zhì)是電磁波，X射線、γ

射線和紫外線等。粒子輻射如α粒子、β粒子、中子等。作用分類：電離輻射可以產(chǎn)生電離作用非電離輻射不產(chǎn)生電離作用狹義的輻射僅指電離輻射。

第37頁/共78頁電離輻射計量學(xué)

X射線或γ射線照射dm質(zhì)量空氣時便與空氣中的原子相互作用，部分放射線損失的能量被原子中的電子獲得而使原子電離，當(dāng)這些獲能電子被完全吸收時所產(chǎn)生的同種符號離子（或帶電荷原子）的總電荷量（dQ）稱為照射量（exposure，X）。

照射量(X)

照射量的國際單位(SI)是庫侖/千克(C/kg)，目前照射量的測量僅適用能量在10keV～3MeV范圍內(nèi)的X射線和γ射線，其他放射性粒子不能用照射量來度量。單位時間內(nèi)的照射量稱為照射量率(exposurerate)。第38頁/共78頁

吸收劑量(D)

吸收劑量(absorbeddose，D)指單位質(zhì)量物質(zhì)所接受的電離輻射的平均能量。

dm為被照射物質(zhì)的質(zhì)量，dE為其吸收的輻射能。

吸收劑量(D)是放射領(lǐng)域內(nèi)一個非常重要的量，它適用于任何類型的電離輻射和任何被照射的物質(zhì)，并適用于內(nèi)、外照射。吸收劑量的國際單位(SI)為：J/kg，專用名稱：戈瑞(gray,Gy),1Gy=1J/kg。舊制單位是拉德(rad)。1Gy=100rad同樣也存在吸收劑量率(Gy/s)第39頁/共78頁

比釋動能（K）

比釋動能(kineticenergyreleasedinmass，kerma，K)指不帶電致電離粒子與物質(zhì)相互作用時，在單位質(zhì)量的物質(zhì)中產(chǎn)生的帶電粒子的初始動能的總和。

dEtr是不帶電致電離粒子在特定物質(zhì)的體積內(nèi)釋放出來的所有帶電粒子的初始動能總和；dm為所考慮的物質(zhì)質(zhì)量。

比釋動能的單位與吸收劑量相同

第40頁/共78頁

當(dāng)量劑量(equivalentdose，HT,R)就是吸收劑量與輻射權(quán)重因數(shù)(radiationweightingfactor,WR)的乘積。

當(dāng)量劑量(HT,R)

HT,R為R類輻射在組織或器官T中所受到的當(dāng)量劑量；DT,R為R類輻射在組織或器官中所致的平均吸收劑量；WR為R類輻射的輻射權(quán)重因數(shù)。

專用單位希沃特(Sievert，Sv)

第41頁/共78頁表3-2不同輻射類型的輻射權(quán)重因數(shù)WR

輻射類型

能量范圍WR

光子

所有能量1

電子和介子

所有能量1

中子

＜10keV510keV～100keV10100keV～2MeV202MeV～20MeV10

＞20MeV5

質(zhì)子(反沖質(zhì)子除外)

＞2MeV5α粒子、裂變碎片、重核20第42頁/共78頁有效劑量（E）

是指全身受到均勻照射或不均勻照射時，將不同組織當(dāng)量劑量（HT，R）與組織權(quán)重因數(shù)加權(quán)的平均值。

表3-3組織權(quán)重因數(shù)(WT)

專用單位希沃特(Sievert，Sv)第43頁/共78頁

待積劑量

待積劑量（committeddose）指放射性核素進(jìn)入體內(nèi)的劑量積分估算，根據(jù)待積劑量的概念還可以推倒出待積吸收劑量、待積當(dāng)量劑量和待積有效劑量等。

待積當(dāng)量劑量（committedequivalentdose,HT（τ））指單次攝入的放射性物質(zhì)在其后的τ年內(nèi)對所關(guān)心的器官或組織所造成的總劑量累積值。

第44頁/共78頁待積有效劑量(committedeffectivedose，E(τ))

如果單次攝入R類放射性核素對人體器官或組織（T）造成的待積當(dāng)量劑量HT（τ）乘以相應(yīng)的權(quán)重因子WT，隨后對所涉及的器官或組織（T）求積，

HT（τ）為積分至τ時間時組織（T）的待積當(dāng)量劑量；WT為組織T的組織權(quán)重因數(shù)。

第45頁/共78頁比釋動能K當(dāng)量劑量H輻射場(照射量X)空氣待積劑量核素進(jìn)入體內(nèi)待積當(dāng)量劑量待積有效劑量）吸收劑量D有效劑量E電離輻射源常用電離輻射量間相互關(guān)系第46頁/共78頁非電離輻射計量學(xué)

電磁輻射計量

電磁輻射來源

自然界，如雷電、臺風(fēng)、太陽的黑子活動與黑體輻射等人工電磁輻射,如一些醫(yī)療設(shè)備、電腦、微波爐、手機(jī)、收音機(jī)、電視廣播發(fā)射機(jī)和衛(wèi)星通訊裝置等。

無線電波、微波、紅外線、可見光和紫外線等一般稱為非電離輻射或稱電磁輻射。

頻率極高的X射線和γ射線可造成人體組織的間接電離，歸在電離輻射的范疇。第47頁/共78頁公式：電磁波頻率（frequency，f）、波長（wavelength，λ）與波速（wavevelocity，c），h為Plank常數(shù)。λZEH平面電磁波空間傳播圖第48頁/共78頁電場中某點的電荷受到的電場力與它所帶電量的比值稱為電場強度(electricfieldintensity，E)，電場強度的國際單位是牛頓/庫侖(N/C)或伏特/米(V/m)。磁場強度（magneticfieldintensity，H）指磁場中單位磁極所受到的力。它的國際單位制（SI）是安培/米（A/m）。電場強度和磁場強度第49頁/共78頁電磁波能流密度

電磁波傳播的能量稱為電磁輻射能，在單位時間內(nèi)通過垂直于傳播方向的單位面積上的電磁波能量稱為電磁波能流密度（energyflowdensity，S），能流密度是矢量，如果在一個時間周期內(nèi)求得能流密度的平均值又稱為平均能流密度。它的國際單位是瓦（特）/米2，W/m2。S=EH

電磁輻射場所遠(yuǎn)區(qū)場（感應(yīng)場）S=EH=E2/377

近區(qū)場（輻射場）電場強度與磁場強度的大小沒有確定的比例關(guān)系。第50頁/共78頁比吸收率

比吸收率（specificabsorptionrate，SAR）指單位受照組織吸收的電磁輻射能量，它的國際單位是瓦特/千克（W/kg），

核磁共振計量

磁感應(yīng)強度

描述靜磁場常用磁感應(yīng)強度（magneticinduction，B）表示，磁感應(yīng)強度指在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，所受的安培力F跟電流I和導(dǎo)線長度L乘積的比值。第51頁/共78頁B=F/IL

磁感應(yīng)強度的國際單位是特斯拉(T)，T的含義是牛頓/安培?米(N/A?m)。1T=1N/A?

m

在高斯單位制中，磁感應(yīng)強度的單位是高斯(Gauss，Gs)，高斯與特斯拉（T）的關(guān)系為：1T=104Gs。第52頁/共78頁第四章電離輻射生物學(xué)作用原理

第53頁/共78頁

電離輻射對生物體作用的化學(xué)基礎(chǔ)自由基等活性基團(tuán)

自由基(freeradical)是指能夠獨立存在、具有一個或多個未配對電子的原子、分子、離子或原子團(tuán)。如

較分子氧的化學(xué)性質(zhì)更為活潑的氧衍生物或其代謝產(chǎn)物統(tǒng)稱為活性氧(reactiveoxygenspecies)。如等等第54頁/共78頁

概括說大部分含氧自由基是活性氧，但活性氧不一定都是自由基。

氧的單電子還原物，如O2-

和O-，及HO2·和HO·；氧的雙電子還原物H2O2；烷烴過氧化物ROOH及其均裂產(chǎn)物RO·和ROO·；處于激發(fā)態(tài)的氧、單線態(tài)氧和羥基化合物。自由基作用的化學(xué)基礎(chǔ)

抽氫反應(yīng)(hydrogenabstraction)；加成反應(yīng)(additionreaction);

電子俘獲(electroncapture);

還原反應(yīng)(reductionreaction);

過氧化反應(yīng)(peroxidationreaction);

歧化反應(yīng)(dismutationreaction)。

第55頁/共78頁

NO及氮的其他氧化物或含氮的自由基（硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和氨氮等）統(tǒng)稱活性氮（reactivenitrogenspecies,RNS），左旋精氨酸(L-Arg)與氧分子在一氧化氮合酶作用下,分步驟產(chǎn)生NO?；钚缘母拍?/p>

生物體的各類抗氧化體系(略)第56頁/共78頁自由基等活性基團(tuán)對生物分子的損傷作用

破壞細(xì)胞膜，使膜脂質(zhì)過氧化，引起膜結(jié)構(gòu)的破壞；使細(xì)胞蛋白質(zhì)氧化、脫氫，造成蛋白質(zhì)的失活、結(jié)構(gòu)改變、化學(xué)鏈的斷裂，或使蛋白質(zhì)交聯(lián)和聚合，從而影響蛋白質(zhì)的正常功能；使糖鏈的斷裂和失活；引起核酸的損傷，造成細(xì)胞死亡。第57頁/共78頁水的輻射分解

水的輻射分解和水分子的自發(fā)性電離有本質(zhì)的區(qū)別。前者產(chǎn)生?OH和H?，后者形成OH+和H+。

除電離和激發(fā)外，在有些例子中激發(fā)所需的能量超過電離所需的能量。這種能量狀態(tài)稱為超激發(fā)。水分子的原初變化中27%電離，26%激發(fā)，47%超激發(fā)。第58頁/共78頁

不斷與水分子碰撞，使水分子放出電子，產(chǎn)生次級電離，這些電子在自身運動中逐步喪失能量而被水分子俘獲，生成水負(fù)離子H2O-，不穩(wěn)定的H2O-在水中解離成氫自由基H·和OH-。

當(dāng)電子能量降到100eV以下而未被俘獲時，會吸收若干水分子形成水合電子

eaq_，自由基和水合電子統(tǒng)稱為水的原發(fā)輻射降解產(chǎn)物。

水的原發(fā)輻射降解產(chǎn)物常在小體積內(nèi)成簇發(fā)生，這種小反應(yīng)體積稱為刺團(tuán)（spur）。第59頁/共78頁電離輻射生物學(xué)作用時間效應(yīng)

時間（s）發(fā)生過程物理階段10-1810-16~10-1710-1510-14快速粒子通過原子電離作用H2O~~~H2O++e-電子激發(fā)H2O~~~H2O*離子~分子反應(yīng)，如H2O+H2O+→HO·+H3O+物理化學(xué)階段10-1410-12化學(xué)階段<10-1210-10<10-710-710-3e-在水合作用前與高濃度的活性溶質(zhì)反應(yīng)；e-、HO·、H·及其他基團(tuán)與活性溶質(zhì)反應(yīng)；刺團(tuán)*（Spur）內(nèi)自由基相互作用，核酸損傷；自由基擴(kuò)散與均勻分布，脂質(zhì)過氧化開始；eaq-、HO·、H·與低濃度活性溶質(zhì)反應(yīng)生物化學(xué)階段10-3~101自由基反應(yīng)大部分完成、DNA損傷開始修復(fù)，潛在效應(yīng)形成早期生物學(xué)階段數(shù)小時數(shù)天原核和真核細(xì)胞分裂受抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)和胃腸道損傷顯現(xiàn)遠(yuǎn)后生物效應(yīng)階段數(shù)月至數(shù)年若干年造血障礙、晚期腎損傷、肺纖維樣變性腫瘤和遺傳效應(yīng)分子振動導(dǎo)致激發(fā)態(tài)解離:H2O*→

H.+

HO·轉(zhuǎn)動馳豫，離子水合作用e-→

第60頁/共78頁電離輻射的原發(fā)作用和繼發(fā)作用

前四個階段可在極短時間內(nèi)完成，又稱電離輻射的原發(fā)作用(initialaffect),后兩個階段指在生物大分子損傷的基礎(chǔ)上，初始損傷進(jìn)一步加重，細(xì)胞和組織的功能結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，生理功能障礙，進(jìn)而導(dǎo)致組織和器官的一系列病理改變乃至出現(xiàn)臨床癥狀，甚至機(jī)體死亡，此過程稱繼發(fā)作用(secondaryaffect)。

第61頁/共78頁

直接作用（directeffect）是指射線將能量直接傳遞給生物分子，使其電離和激發(fā)，損害核酸、蛋白質(zhì)、酶和脂類等生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。

電離輻射的直接作用和間接作用

間接作用（indirecteffect）指射線的能量直接沉積于生物體中的水分子，而不是生物分子，輻射沉積的能量引起水分子發(fā)生輻射分解，進(jìn)而產(chǎn)生自由基等活性基團(tuán)，這些自由基等活性基團(tuán)可誘發(fā)生物分子損傷，它是通過水的輻射降解產(chǎn)物間接作用于生物分子引起損傷的。第62頁/共78頁輻射所引起的DNA損傷輻射與生物體的靶輻射作用于細(xì)胞的靶主要有DNA和細(xì)胞膜。

堿基的破壞或脫落堿基的放射敏感性順序為T>C>A>G

糖基的破壞DNA鏈上不穩(wěn)定位點的形成特異性的核酸內(nèi)切酶識別和切割堿基或糖基損傷部位形成DNA鏈斷裂。DNA鏈的斷裂SSB和DSB的形成。DNA交聯(lián)鏈內(nèi)交聯(lián)和鏈間交聯(lián)。第63頁/共78頁DNA損傷的特點

染色質(zhì)損傷

DNA損傷的非隨機(jī)性嘧啶二聚體和鏈斷裂在DNA上的非隨機(jī)分布DNA蛋白質(zhì)交聯(lián)的組分選擇性染色體的脆性部位DNA損傷的復(fù)雜性第64頁/共78頁輻射所引起的膜損傷

可引起膜的脂質(zhì)過氧化，產(chǎn)生新的自由基，造成級聯(lián)式反應(yīng)，加重膜的損害。

造成膜蛋白和膜結(jié)合酶的變性與失活。

氧化糖蛋白上的羥基，產(chǎn)生毒性物質(zhì)。

使膜的流動性和導(dǎo)電性發(fā)生改變。第65頁/共78頁靶數(shù)學(xué)模型細(xì)胞存活曲線描述輻射劑量與細(xì)胞存活分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系。1.00.10.03712345Dose(Gy)D0DqD0是使SF下降63%所需的劑量，代表平均致死劑量或平均滅活劑量。表示細(xì)胞內(nèi)在放射敏感性的主要參數(shù)。Dq是克服曲線肩部所需劑量。也稱閾劑量，表示細(xì)胞損傷修復(fù)能力的大小。第66頁/共78頁

單靶單擊模型（onetargetandone-hitmodel）

多靶單擊模型（moretargetandone-hitmodel）

線性—平方模型（linearquadraticmode，簡稱LQ模型）

第67頁/共78頁相對生物效能與輻射敏感性

相對生物效能(relativebiologicaleffectiveness，RBE)是以250keVX射線或固定能量的γ射線引發(fā)某種生物效應(yīng)所需劑量與所研究的輻射引發(fā)相同生物效應(yīng)(種類與程度均同)需要的劑量的比值。

或通常情況下，RBE與LET呈正相關(guān)關(guān)系。第68頁/共78頁

輻射敏感性

輻射敏感性(ionizingradiationsensitivity，IRS)指各種生物有機(jī)體對輻射敏感的程度。

組織輻射敏感性與其細(xì)胞的分裂活動成正比而與其分化程度成反比。

影響因素：細(xì)胞：細(xì)胞種類、細(xì)胞所處細(xì)胞周期時相、細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞內(nèi)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與DNA構(gòu)象、細(xì)胞對自由基的清除或耐受能力和對輻射損傷的修復(fù)能力有關(guān)。

M期>G2期>G1期>S期第69頁/共78頁生物體

輻射敏感性受生物體的進(jìn)化程度、種屬、不同的發(fā)育階段、不同的組織器官等因素的影響。

種系輻射敏感性與進(jìn)化程度成正比，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜的生物體對輻射越敏感。脊椎動物，哺乳類輻射敏感性高于鳥類、魚類、兩棲類和爬行類；哺乳動物，人、狗、豚鼠輻射敏感性高于兔、大鼠、小鼠。

隨個體發(fā)育趨向成熟而逐漸降低，胚胎、幼體、成體的輻射敏感性依次降低。第70頁/共78頁

同一生物有機(jī)體內(nèi)各種細(xì)胞和