电离辐射的生物学效应-医学辐射防护学教学课件.ppt
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1、电离辐射的生物学效应,电离辐射生物效应分类,按生物效应出现的时间,早期效应(early effect),迟发效应(late effect),按生物效应出现的个体,躯体效应(somatic effect),遗传效应(genetic effect),按生物效应出现的几率,随机性效应 (stochastic effects),确定性效应 (deterministic effect),电离辐射的细胞生物学效应,按时间分类,间期死亡(interphase death),电离辐射的杀伤效应,增殖死亡(reproductive death),按形式分类,凋亡(apoptosis),坏死(necrosis )
2、,电离辐射诱发细胞染色体畸变,染色体的特征,染色体的各部分名称,电离辐射引起的染色体改变,基本规律:断裂和重接,最初变化是断裂。,结局,原位重接,形成缺失、断片,发生互换重接,染色单体型畸变:当细胞处于S期或G2期受到电离辐射作用时,断裂可以发生在一条单体上,也可以发生在两条单体上,常见的染色单体畸变有以下类型:染色单体间隙、染色单体等点间隙、染色单体断裂,染色单体缺失、三射体、四射体。对评价辐射效应染色单体畸变意义不大。,染色体型畸变:处于G1期或G0期的细胞受到电离辐射作用时,因为这时染色体尚未复制,其中单根染色丝被击断,经S期复制后,在中期分裂细胞见到的是两条单体在同一部位显示变化,因此
3、导致的是染色体型畸变。按畸变在体内的转归,可以分为非稳定型畸变和稳定型畸变两类。前者包括双着丝粒、双着色环、和无着丝粒断片;后者包括相互易位,倒位和缺失。,染色体的辐射剂量估算,染色体对电离辐射具有高度的敏感性,即使受照剂量在0.05Gy,受照射后早期即可见畸变率增高。,通过建立的射线诱发染色体畸变剂量效应关系,在发生电离辐射事故时,可抽取受照者血液分离淋巴细胞体外培养,做染色体畸变分析,通过染色体畸变剂量效应关系估算受照剂量。但该方法只能用于比较均匀的急性照射,对不均匀和局部照射只能给出相当于均匀照射的剂量,也不能用于内照射、分次照射和慢性小剂量照射的剂量估算。,电离辐射的随机性效应,效应的
4、发生机率与受照剂量的大小呈正比,但效应的严重程度与受照剂量无关,不存在阈值剂量。,致癌效应的基础,基因组DNA损伤时辐射致癌的分子基础,射线的直接和间接作用引起DNA断裂,导致染色体畸变,进而诱发细胞突变。,肿瘤的单细胞起源学说,肿瘤发展的多阶段学说,经历“始动-促进-发展”三阶段。,肿瘤的始动可通过原癌基因的激活形成癌基因,导致过度表达,激活机制包括基因易位和重排、基因扩增、点突变及高表达等。,促进期的重要特征是可以促进细胞的分裂增殖,使被始动的干细胞克隆扩展成一个非终末细胞组成的病灶癌前病变。辐射是一种弱的促进因子。始动后再给予,致癌后果显著增强。在低浓度下,可起明显作用。通常可以逆转。,
5、经过始动与促进两个阶段,正常细胞出现转化,逐步发展为癌细胞,此期是朝恶性方向越来越快的发展,成了独立的和侵入性的发展阶段。,电离辐射致癌的评估方法,绝对危险和相对危险,照射组癌症发生率与对照组或参与人群癌症发生率之差,称为绝对危险(Absolute risk, AR),也称为超额绝对危险(excess absolute risk, EAR)。,两组发生率之比,称为相对危险(Relative risk, RR),相对危险的增加数RR-1,称为超额相对危险(ERR)。,计算单位剂量照射引起的危险称为危险系数(Risk coefficient)。EAR系数为单位剂量增加的例数,用10-6人年-1Sv
6、-1表示,即每106人年Sv的增加例数。ERR系数为单位剂量的增加百分比(%/Sv)。,ICRP-60的辐射致癌危险系数是以原爆人群癌症死亡的EAR年增加值和ERR值为基础,通过预测模型,向5个国家进行人群转移后得到的两性平均值。,辐射致癌的潜伏期,ICRP Publ. 60(1990),影响人类辐射致癌的因素,宿主因素: 遗传学易感性 性别与激素 年龄与时间因素: 环境及生活因素的复合作用: 剂量学因素:,电离辐射遗传效应,由生殖细胞的变异引起,辐射照射引起的遗传效应没有特异性,迄今没有人类资料肯定辐射所致遗传效应的发生,电离辐射的确定性效应,受照射生物机体产生效应的严重程度在阈值以上随剂量
7、的增加而增加,存在剂量阈值。通常为0.1-0.2Gy。,确定性效应包括除了癌症、遗传和突变以外的所有躯体效应和胚胎效应及不育症等。,出生前确定性效应,胚胎效应,自发性流产,各类畸形和脑发育异常,严重智力迟钝和智商下降,出生后的确定性效应,全身性放射损伤,皮肤的电离辐射效应,红斑 、脱毛、脱屑和表皮坏死,远期效应为表皮、汗腺、皮脂腺及毛囊萎缩,真皮纤维化,血管扩张,皮肤溃疡和皮肤癌等。,X射线或射线在面积10cm2引起皮肤红斑的剂量在一次短时间照射时约为68Gy,多次分割照射时大于30Gy。,性腺的电离辐射效应,精原干细胞,精原细胞,初级精母细胞,精子,10W,次级精母细胞,精细胞,卵原细胞(胚
8、胎期),卵母细胞(静止),未成熟的卵泡,接近成熟的卵泡,成熟的卵泡,成熟的 雌性,辐射对生殖细胞的损伤,在雄性中最危险的精 原干细胞,在雌性中最危险的是未成熟的卵泡。,男性暂时不育剂量的阈值,睾丸单次照射的吸收 剂量为0.15Gy,在迁延照射条件下,剂量率为0.4Gy/a ;永久性不育剂量的阈值为3.56Gy,剂量率的阈值 为2Gy/a。,在急性照射条件下,女性永久性不育剂量的阈值 为2.56Gy;在迁延照射条件下,永久性不育剂量率 的阈值为0.2Gy/a。辐射造成女性不育时,伴有与绝经 期相似的明显的激素水平改变。,眼晶体的电离辐射效应,射线损伤晶体上皮细胞,其分解产物沉积在晶体囊的下方,进
9、而病变向其他部位扩展使晶体产生混浊影响视力,产生白内障。,潜伏期在9个月-12年,平均2-4年,并且剂量越大,年龄越小,潜伏期越短,进行性白内障的例数增加。,诱发晶体混浊的阈剂量估计为0.52.0Gy(一次短时间照射)和5.0Gy(高度分割或延续照射的总剂量)。估计人类长期职业照射导致视力障碍的白内障的低LET照射剂量需要8Gy。,其他器官的损伤效应,产生确定性效应的近似吸收剂量阈值,电离辐射对寿命影响,动物研究发现,小鼠受照后寿命缩短与受照剂量相关,但在人类未得到证实。,儿童的确定性效应,接受相同剂量照射后出现的确定性效应比成年人更严重,而且可以出现生长发育障碍,激素水平低下,器官功能不足,
10、智力低下等。,在卫生部2006年颁发的放射诊疗管理规定中明确规定:不得将放射性核素显像检查和X射线胸部检查列入对婴幼儿及少年儿童体检的常规检查项目;对育龄妇女腹部或骨盆进行核素显像检查或X射线检查前,应问明是否怀孕;非特殊需要,对受孕后的815周的育龄妇女,不得进行下腹部放射影像检查。,小剂量低剂量率照射,低水平辐射是指低剂量、低剂量率的照射,就人群照射而言,低剂量指0.2Gy以内的低LET辐射或0.05Gy的高LET辐射,而低剂量率则指0.05mGy/min以内的各种照射。,小剂量刺激作用 适应性效应,电离辐射对造血和免疫系统的损伤,电离辐射对造血系统的影响,造血系统的组成及功能特点,造血干
11、细胞,造血祖细胞,原始造血前体细胞,成熟功能细胞,血液系统的辐射损伤特点,损伤出现迅速明显,恢复相对滞后缓慢。,损伤表现有时相性。,损伤程度与照射剂量平行。,损伤时相和程度与病程分期和病情轻重相关。,造血辐射损伤的主要环节是增殖分裂抑制。,辐射造血损伤有可恢复性。,血细胞数量减少与形态功能改变伴行。,电离辐射致出血综合征,辐射出血综合征(radiation hemorrhagic syndrome),当机体受到一定剂量射线照射后,可引起出血 现象,它在发生时间、出血、部位、严重程度、病理 变化、临床表现及发病机理等方面均有一定的特点和 规律。,病因,凝血功能障碍,血管通透性增加,血管脆性增加,
12、血小板数量和质量上的改变,血小板第三因子缺乏,凝血物质生成不足,血管内皮细胞的直接破坏、小血管扩张、透明质酸被分解 、毒性物质的集聚。,血小板的改变表现在以下几个方面:,血小板数量减少;,血小板形态的改变;,血小板凝血功能障碍;,血小板携带5-羟色胺功能障碍;,血小板对毛细血管的保护作用减弱。,出血的程度 度:只有实验室出血化验数据的变化。 度:可见散在性粘膜出血。 度:体表散在出血点或斑片状的较广泛 出血。 度:除体表外,身体其他各部位和器官 也出现大出血,可危及生命。,出血时间 出血多发生在极期即将到来之前。最初 为少数点状;极期加重,斑状或片状;恢复 期出血逐渐减轻、消退。 早期出血是由
13、于微血管神经反应所致的 血管通透性增加或其结构损伤、功能障碍所 致血管脆性增高、抵抗力降低;继而血小板 功能、形态、数量改变。,出血部位及范围 以皮肤、粘膜最多;其次各脏器,如 胃肠、肺等; 范围:点状或斑状出血,有时可发生 大面积或片状出血。,电离辐射对免疫系统的影响,免疫系统,免疫组织器官(骨髓、胸腺、脾脏、淋 巴结、扁桃体、小肠集合淋巴结等),免疫细胞(淋巴细胞、单核吞噬细胞、 中性粒细胞、嗜碱粒细胞、嗜酸粒细胞、 肥大细胞等),免疫分子(补体、免疫球蛋白、细胞因子 等),免疫系统的放射敏感性,免疫系统从总体上讲对电离辐射十分敏感,但免疫系统内的不同组织、不同细胞成分和不同免疫反应的放射
14、敏感性存在明显的差异。,淋巴样组织对辐射敏感,其中:BT细胞 潜在免疫活性细胞激活免疫活性细胞成熟免疫效应细胞 淋巴结、脾脏系统骨髓系统 体液免疫系统细胞免疫系统,基本规律,急性全身照射的免疫效应,急性全身照射对免疫功能的影响取决于照射剂量,一般在0.5Gy以上的剂量照射即可显示免疫的抑制作用,剂量愈大,抑制程度愈深,抑制持续时间愈久,半数致死剂量以上的照射可出现免疫功能的全面抑制。,慢性照射的免疫效应,长期受到较低剂量照射对免疫功能的影响,取决于每次照射剂量、照射量率和累积剂量以及动物种类和所观察的免疫学参数,当人累积剂量超过1.5Sv时,可出现以造血组织损伤为主并伴有其他组织改变的全身性疾
15、患。,对接触X射线工作的医务人员的免疫功能的检测,如介入放射学、微创外科工作人员,血液免疫学指标有一定的抑制作用。,放射损伤的临床疾病,外照射急性放射病(acute radiation sickness from external exposure)是指人体一次或短时间(数天)内分次受到大剂量电离辐射照射引起的全身性疾病。急性放射病仅在少数事故时受较大剂量照射才发生。,外照射急性放射病,病因,医疗照射,异常照射,核武器辐射,事故照射(accident exposure),应急照射(emergency exposure),临床表现,初期阶段,急性放射病的初期阶段是在受照射后数分钟至1或2日开始,
16、可持续1至数日。主要表现为神经和胃肠功能改变,特别是植物神经功能紊乱的症状。初期反应出现的时间和严重程度,在一定程度上有助于判断病情和估计预后。,各型急性放射病的初期反应,假愈期阶段,急性放射病的假愈期指初期的症状缓解或基本消失,无明显临床表现,但机体内部病理过程在继续发展的时期。假愈期的有无或长短是判断急性放射病严重程度的重要标志之一。,放射病类型与假愈期、外周血细胞的关系,极期阶段,极期是急性放射病各种症状、体征和实验室检查变化十分明显,即临床表现最为严重的时期,也是病人生存或死亡的关键时刻。受照射剂量越大,极期开始的越早。,造血功能障碍,骨髓增生程度明显减低,有核细胞数明显减少,网状细胞
17、、浆细胞、破骨细胞较正常增多,脂肪细胞、组织嗜碱细胞比值增加。,外周血白细胞极度减少,淋巴细胞绝对数下降。,严重感染,特点是在正常情况下寄居体内的非致病菌的内源感染。感染常是极期死亡的首要原因。,明显出血,出血也是常见的严重并发症,甚至可危及生命。,胃肠道症状,代谢紊乱,恢复期阶段,经过积极治疗,一般在放射损伤后58周开始恢复,患者各种症状减轻,食欲增加,体温恢复正常。,急性放射病分型,急性放射病的诊断,放射病的诊断最关键是准确地估算患者接受的剂量的大小,如能确定剂量的大小,放射病的诊断即可成立,并可对预后进行评估。,物理剂量估算,估算剂量要尽可能地了解放射源的类型、强度、患者受照体位、照射时
18、间等,可根据患者所戴个人剂量计了解患者所受照剂量,没有佩带个人剂量计的可取出手表中钻石估算剂量,并可根据全身各部位的剂量估算等效全身均匀剂量。,临床判断,根据病人初期反应,持续时间和严重程度判断患者伤情。,生物学参考指标,外周血淋巴细胞染色体畸变率分析、淋巴细胞微核率、外周血象是急性放射病诊断的重要参考指标。,染色体畸变率分析被认为是生物剂量计,急性放射病的治疗,治疗原则是针对病程的各期特点,采用中、西医对症综合治疗。治疗的关键是抗感染、抗出血、减轻造血功能的损伤,维持水、电解质平衡,输注血细胞悬液,加强营养,改善微循环,必要时采用同种骨髓移植等。,轻度骨髓型放射病的治疗,一般不需要特殊治疗。
19、,中度和重度骨髓型放射病的治疗,根据病情采取不同的保护性隔离措施,并针对各期不同的临床表现,制定相应的治疗方案。,极重度骨髓型、肠型和脑型放射病的治疗,特别注意尽早采取抗感染、抗出血等措施。对受照射8Gy以上的病人,有合适骨髓供者时,可考虑同种骨髓移植。,外照射慢性放射性损伤,外照射慢性放射病,外照射慢性放射病(chronic radiation sickness from external exposure)是指在较长时间内连续或间断受到超剂量限值的外照射,达到一定累积剂量后引起的以造血组织损伤为主并伴有其他系统改变的全身性疾病。,病因,医疗照射,职业照射,放射性武器的应用,临床表现,外周血
20、液的变化早于骨髓的变化,一般又以白细胞变化较早。,在白细胞总数改变的同时往往还伴有白细胞分类计数的改变,主要为中性粒细胞减少,淋巴细胞相对增多,生殖功能变化,内分泌系统,慢性放射病的诊断,诊断依据,照射史,受照射剂量,临床表现,实验室检查,结合健康档案,慢性放射病分为2度,度慢性放射病,有长期连续或间断超当量剂量限值照射史;,个人剂量0.15Gy/a ,或最大年剂量 0.25Gy,累积剂量 1.5Gy;,造血功能降低,外周血血象水平下降,可能伴有出血倾向;,可伴有下列一个系统客观检查异常:免疫力降低生殖功能降低肾上腺皮质功能降低甲状腺功能降低物质代谢紊乱。脱离射线和积极治疗后可减轻或恢复。,度
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