輻射防護與放射損傷基礎知識主要內容第一節輻射防護基礎知識其次節放射損傷基礎知識第一節輻射防護基礎知識一、核輻射物理學基礎二、輻射源及其分類三、核和放射大事分級四、輻射防護體系一、核輻射物理學基礎

1、放射性⑴、原子結構原子核：占原子體積的1/10000

質子，中子，1.007277u，1.008665u電子：圍繞原子核旋轉，0.000548u1u=12/NA×1/12=1.6605655×l0-27kgNA=6.022045×l023是阿伏伽德羅常數原子序數：質子數，在元素周期表中的位置同位素：原子序數相同而質量數不同的核素殼層能級次序各能級的電子數滿殼層電子總數KLMNOPQ1s2s,2p3s,3p4s,3d,4p5s,4d,5p6s,4f,5d,6p7s,5f,6d,22,62,62,10,62,10,62,14,10,62,14,10,…21018365486電子的殼層結構鎢原子的能級示意圖能量單位:eV⑵放射性：不穩定的核素自發地放出射線，轉變為另一種核素，這種現象稱為放射性，這個過程稱為放射性衰變，這些核素稱為放射性核素。發出的射線種類：可能有α射線、β射線、γ射線，還可能有正電子，質子，中子等其他粒子。原子序數從84起的全部元素都是不穩定的，具有天然放射性；而原子序數小于84的元素只有少量的某些同位素是不穩定的，具有天然放射性；人工產生的同位素都是不穩定的，具有人工放射性。⑶放射性衰變：不穩定的重核元素趨向穩定的過程。例如：放射性衰變聽從指數規律。放射性活度：放射性核素在單位時間內衰變的個數。半衰期：放射性核素其原子核數目衰減到原來數目一半所需的時間T1/2=ln2/λ=0.693/λ衰變類型：α衰變β衰變γ躍遷和內轉換天然放射性系：釷系、鈾－鐳系和錒系感生放射性：核粒子轟擊較輕的元素可以產生放射性元素例如：2、電離輻射電離輻射：是指一切能引起物質電離的輻射總稱。輻射按與物質作用分類：電離輻射非電離輻射輻射按本質和性質分類：電磁輻射粒子輻射電磁輻射：以相互垂直的電場和磁場，隨時間變化而交變振蕩，形成向前運動的電磁波能引起電離的是X射線和γ射線粒子輻射：高能粒子通過消耗自身的動能把能量傳遞給其它物質

高速粒子、帶電粒子電磁輻射電離輻射粒子輻射X,γ射線α、β、中子質子、負π電磁輻射--波譜3、常用輻射量和單位⑴照耀量：是描述X（γ）射線電離空氣能力的量單位是C/kg，未定義專用名，曾用單位是倫琴（R），1R=2.58×10-4C/kg⑵汲取劑量：是描述射線與物質作用的基本量。它定義為單位質量受照耀物質汲取的輻射能量。曾用單位是拉德（rad），現在國際單位是焦耳/千克（J/kg），又稱戈瑞（Gray，符號是Gy），1Gy=1J/kg，1Gy=100rad當量劑量是描述輻射防護劑量學的基本量，是在嚴格意義上的汲取劑量。機體組織中某一點的當量劑量（H）等于某一組織或器官所接受的平均的汲取劑量（D），經過以輻射質的輻射權重因子（輻射品質Q）加權處理的汲取劑量：H＝D?Q?N，N為其他修正因數（ICRP指定N為1）單位為J/kg，專用名為希沃特（Sievert），符號為Sv，舊單位：雷姆，rem1Sv=1J/kg=100rem輻射類型Q值X、、射線1熱中子2.3快中子和質子10粒子20有效劑量E就是組織或器官的當量劑量HT與組織權重因子WT的乘積，并對全部器官或組織求和，即E=ΣWT·HT式中，HT、WT分別是器官或組織T的當量劑量和組織權重因子。組織權重因子是組織或器官T的隨機效應危險系數與全身均勻照耀總危險系數的比值。4、電離輻射與物質的相互作用帶電粒子與物質原子發生以下幾種作用：（1）與核外電子發生非彈性碰撞；（2）與原子核發生非彈性碰撞；（3）與原子核發生彈性碰撞；（4）與原子核發生核反應。X（γ）射線與物質主要發生三種作用機制：（1）光電汲取，主要發生在射線能量較低的情況，在10～30keV的能量范圍占優勢。（2）康普頓散射，康普頓效應的發生率與原子序數沒有太大關系，而主要取決于電子密度，在30keV～25MeV的能量范圍占優勢。（3）電子對效應，光子能量超過1.02MeV才能發生這種汲取其它還有相干散射、光核反應中子與原子核的相互作用分為兩大類：①散射：②汲取：包括輻射俘獲、核裂變、（n，α）和（n，p）反應等。對于某些重核（如235U和239Pu），其熱中子引起的核反應主要有兩種類型:1.“輻射俘獲”，即（n,γ）反應，例如235U（n,γ）236U;2.裂變反應，即235U俘獲熱中子后發生裂變中子在物質中有較強的貫穿能力。二、輻射源及其分類

1、放射源的種類放射治療使用的放射源主要有三類：（1）放射性同位素放出的α、β、γ線。（2）X射線治療機和各類加速器產生的不同能量的X射線。（3）各類加速器產生的電子束、質子束、中子束、負π介子束，以及其他重離子束等。照耀方式有兩種：（1）外照耀；（2）內照耀2、近距離治療用放射性同位素放射源來源釋放射線平均能量半衰期使用情況銥-192人工放射性同位素γ射線350KeV74天組織間插植和腔內照耀銫-137人工放射性同位素γ射線0.662MeV33年組織間插植和腔內照耀鈷-60人工放射性同位素γ射線1.25MeV5.25年外照耀鐳-226天然放射性同位素α、β、γ射線0.83MeV1590年已經禁用3、鈷-60治療機組成：（1）、一個密封的鈷-60放射源；（2）、一個源容器及防護機頭；（3）、具有開關的遮線器裝置；（4）、具有定向限束的準直器；（5）、支持機頭的治療機架；（6）、治療床；（7）、計時器及運動掌握系統；（8）、輻射平安及聯鎖系統。4、醫用直線加速器醫用電子加速器主要有電子感應加速器、電子直線加速器、電子回旋加速器。1937年第一臺1MV范德格喇夫加速器安裝在美國波士頓Huntington紀念醫院。1943年D.W.Kerst提出用電子感應加速器作放射治療。1949年安裝了第一臺20MV電子感應加速器。1944年V.I.Veksler提出訪用電子回旋加速方法,直到60年月才得到首次使用了22MeV的MM22型加速器。1946年D.W.Fry介紹了行波直線加速器，1952年安裝使用了第一臺8MV固定型射頻微波直線加速器。我國首臺醫用10MV直線加速器于1978年誕生。直線加速器保留了電子感應加速器的優點，克服了它的缺點，是目前放療中的主流設備。三、核和放射大事分級

1、輻射事故類型輻射事故是指放射源丟失、被盜、失控，或者放射性同位素和射線裝置失控導致人員受到意外的特別照耀。輻射事故的類型，按發生緣由可分為：責任事故、技術事故和其它事故。按其性質可分為超劑量照耀事故、表面污染事故、丟失放射性物質事故、超臨界事故和放射性泄露事故。按發生的途徑主要是核設施事故、核技術應用中發生事故、放射性物質運輸中的事故。（一）Ⅰ類放射源為極高危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾分鐘到1小時就可致人死亡;（二）Ⅱ類放射源為高危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾小時至幾天可致人死亡;（三）Ⅲ類放射源為危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾小時就可對人造成永久性損傷，接觸幾天至幾周也可致人死亡;（四）Ⅳ類放射源為低危險源。基本不會對人造成永久性損傷，但對長時間、近距離接觸這些放射源的人可能造成可恢復的臨時性損傷;（五）Ⅴ類放射源為極低危險源。不會對人造成永久性損傷。Co-60800Ci8Ci800mCi8mCi2.7μCi2、輻射事故的危害及產生危害途徑

危害途徑主要有：（1）來自輻射源或設施的直接外照耀（2）事故釋放的氣載放射性物質的直接外照耀（3）沉降于地面或物體表面上的放射性物質產生外照耀（4）皮膚和衣物的污染產生的照耀（5）吸入氣載放射性物質產生的內照耀（6）飲用受污染的水引起的內照耀（7）食入污染的食品引起的內照耀3、輻射事故分級《放射性同位素與射線裝置平安和防護條例》依據輻射事故的性質、嚴重程度、可控性和影響范圍等因素從重到輕將輻射事故分為：★格外重大輻射事故★重大輻射事故★較大輻射事故★一般輻射事故★格外重大輻射事故：指I類、II類放射源丟失、被盜、失控造成大范圍嚴重輻射污染后果，或者放射性同位素和射線裝置失控導致3人以上（含3人）急性死亡；★重大輻射事故：指I類、II類放射源丟失、被盜、失控或者放射性同位素和射線裝置失控導致2人以下（含2人）急性死亡或10人以上（含10人）急性重度放射病、局部器官殘疾；★較大輻射事故：指III類放射源丟失、被盜、失控或者放射性同位素和射線裝置失控導致9人以下（含9人）急性重度放射病、局部器官殘疾；★一般輻射事故：指IV類、V類放射源丟失、被盜、失控或者放射性同位素和射線裝置失控導致人員受到超過年劑量限值的照耀。四、輻射防護體系

1、輻射防護的基本原則輻射防護需遵循下述幾項原則：輻射實踐正當化輻射防護最優化個人劑量限值外照耀防護的基本方法：時間、距離、屏蔽

2、輻射防護體系的應用（1）職業照耀防護體系我國基本標準GB18871-2002規定，應對任何工作人員的職業照耀水平進行掌握，不能超過下述限值：由審管部門決定的連續5年內的年平均有效劑量20mSv；任何一年內的有效劑量50mSv；眼晶體的年當量劑量150mSv；四肢或皮膚的年當量劑量500mSv。（2）醫療照耀防護體系我國基本標準GB18871-2002中，對實踐正當性的表述是“對于一項實踐，只有在考慮了社會、經濟和其它有關因素之后，其對受照個人和社會所帶來的利益足以彌補其可能引起的放射危害時，該實踐才是正當的。”診斷方法劑量水平X光機胸透熒光屏檢查25--100mGy/分X光機拍片頭3--5mSv0.4—1.5mSv腰椎10--40mSv胸椎7--20mSvX射線斷層照相(CT)腹25mSv,腰椎35mSv,頭50mSv（3）公眾照耀防護體系年齡為16-18歲的人員，為了學習目的或培訓的目的有可能使用放射源而受到放射照耀，不能超過下述限值：年有效劑量6mSv；眼晶體的年當量劑量50mSv；四肢或皮膚的年當量劑量150mSv。公眾照耀劑量限值，不能超過下述限值：年有效劑量1mSv；特殊情況下，如果5個連續年的年平均劑量不超過1mSv，則某一單一年份的有效劑量可提高到5mSv；眼晶體的年當量劑量15mSv；四肢或皮膚的年當量劑量50mSv。慰問者及探視人員的劑量限值：患者的慰問者在患者診斷或治療期間所受的劑量不超過5mSv。其次節放射損傷基礎知識一、電離輻射損傷的化學基礎二、電離輻射損傷的分子生物學基礎三、放射損傷的影響因素四、生物劑量學指標五、輻射生物效應一、電離輻射損傷的化學基礎

1、自由基自由基是指能獨立存在的、含有一個或一個以上不配對電子的任何原子、分子、離子或原子團。自由基的特性：高反應性：帶有未配對電子，具有強烈的獵取或失去電子以成為配對電子的趨勢，因此化學性質活潑不穩定性：壽命短不穩定順磁性：當電子成對存在于同一軌道時，由于兩個電子的自旋方向相反，各自的相應磁矩相互抵消，對外不顯示磁性。2、直接作用與間接作用直接作用（directeffect）概念：電離輻射的能量直接沉積于生物大分子，引起生物大分子的電離和激發，破壞機體的核酸、蛋白質、酶等具有生命功能的物質，這種直接由射線造成的生物大分子損傷效應稱為直接作用。特點：生物效應與輻射能量沉積發生于同一生物大分子上。間接作用（indirecteffect）概念：電離輻射首先作用于水，使水分子產生一系列原初輻射分解產物（H·，OH·，水合電子等），再作用于生物大分子引起后者的物理和化學變化。特點：能量沉積和生物效應發生在不同分子3、氧效應與氧增強比①氧效應：是指受照耀的生物組織、細胞或生物大分子的輻射效應隨周圍介質中氧濃度上升而增加。氧+自由基→

過氧化物自由基(R00?)

在有氧條件下細胞放射敏感性增高，增高的幅度與氧濃度有關。②氧增強比（oxygenenhancementradio,OER）是指缺氧條件下引起肯定效應所需輻射劑量與有氧條件下引起同樣效應所需輻射劑量的比值。其公式是：

OER=

缺氧條件下產生肯定效應的劑量

有氧條件下產生同樣效應的劑量③氧效應的發生氣制：氧具有雙重作用。

氧固定假說：電離輻射在靶分子中誘發自由基，如果有氧存在，輻射產生的自由基飛快與氧分子結合，形成一種阻礙靶分子生物功能的集團ROO?。輻射O2RR?ROO?電子轉移假說：輻射→靶分子→游離電子（兩種可能）回到靶分子原位→自愈轉移到一個電子陷阱部位→靶分子損傷氧濃度對氧效應的影響:有氧條件下細胞放射敏感性增高氧分壓從0上升至1％，放射敏感性飛快增加增至21％或至100％時，敏感性處于坪值照耀時間對氧效應的影響:照耀前引入氧，表現出氧效應照耀后引入氧，無效氧效應生物學意義：很多實體瘤細胞是乏氧的，因而對放射治療有抗性，應用高壓氧艙可以提高腫瘤細胞的氧合量，或者放療前使用乏氧細胞增敏劑可以增加射線對腫瘤細胞的殺傷能力。4、靶學說和靶分子靶學說的要點是從生物物理學的角度，認為某些分子或細胞內的敏感結構（靶）被電離粒子擊中而引致生物效應的發生。靶學說指出了最終生物效應與原初生物物理變化存在精準的相依關系。雖然有多種靶學說，表述不是嚴格統一，但都具有以下基本點：（1）生物結構內存在著對輻射敏感的部分，稱為“靶”，其損傷將引起某種生物效應；（2）電離輻射以粒子簇的形式撞擊靶區，擊中概率遵循泊松分布；（3）單次或多次擊中靶區可產生某種放射生物效應，如生物大分子失活或斷裂。用靶學說的公式推算一些蛋白質、核酸、酶等生物大分子的分子量，所得結果與采納其它方法測得者較為吻合。但靶學說有很大的局限性，它所提出的條件和假定的情況與生物結構中的真實情況相比，過于簡潔和機械化，其適用范圍受到限制。單擊模型：生物大分子或細胞的敏感靶區被電離粒子擊中一次即足以引起生物大分子的失活或細胞的死亡，這就是所謂的單擊效應。因此，存活的概率是劑量的指數函數S/S0=e-D/D0S是大分子的原始數，S0為受D劑量照耀后仍存活的分子數。D0是大分子平均擊中一次所需要的劑量。多擊模型：有的生物分子和多數細胞的劑量存活曲線不呈指數下降，被認為其靶區需要受到二次或二次以上的擊中才會失活，這就是多擊效應。5、輻射增敏及輻射防護輻射增敏及輻射防護從本質上講都是用化學手段來修飾某一生物系統的放射敏感性。增加其放射敏感性或降低其輻射耐受性屬于輻射增敏；反之，降低其放射敏感性或增加其輻射耐受性屬于輻射防護。輻射增敏劑是指能夠增加機體或細胞的敏感性，在與射線合并應用時能增加照耀致死效應的化學物質。主要有DNA前體堿基類似物、乏氧細胞增敏劑、巰基抑制劑、類氧化合物等。輻射防護劑是指機體或某一生物系統受電離輻射照耀前后，早期給予某種化學物質能減輕其輻射損傷，促進其恢復的化學物質。主要是一些硫氫化合物。二、電離輻射損傷的分子生物學基礎

1、輻射所致DNA損傷

DNA是電離輻射的重要的靶分子之一。電離輻射對DNA結構的影響比較簡潔，其輻射分解產物也是多種多樣。從堿基損傷到糖基破壞，所導致的后果是：DNA斷裂鏈，DNA交聯及整個或部分高級結構的變化，最終影響其生物學功能。鏈斷裂是電離輻射所致DNA損傷中較常見的重要形式。單鏈斷裂：DNA雙螺旋結構中一條鏈斷裂；雙鏈斷裂：兩條互補鏈于同一對應處或相鄰處同時斷裂。DNA鏈間交聯：DNA雙螺旋結構中一條鏈上的堿基與其互補鏈上的堿基以共價鍵結合；DNA鏈內交聯：DNA分子同一條鏈上的兩個堿基相互以共價鍵結合；DNA－蛋白質交聯：DNA與蛋白質以共價鍵結合。2、輻射引起的DNA功能與代謝變化

電離輻射引起DNA結構的各種損傷之后，這些結構的損傷必將引起DNA功能轉變與代謝變化。輻射對噬菌體DNA感染性的滅活作用輻射對DNA轉化活力的影響輻射對DNA生物合成的抑制作用與機制輻射對DNA降解過程的作用3、染色質的輻射生物效應染色質是指真核細胞間期的核中DNA、組蛋白、非組蛋白以及少量RNA所組成的復合體。在細胞間期，核內的染色質常常伸展為一般光學顯微鏡看不到的不規章網狀結構。在有絲分裂期，染色質的細纖絲高度壓縮，濃集成為光學顯微鏡下可看到的深染的染色體。因此，染色質和染色體是細胞周期中不同時期的兩種不同形態，其化學本質是相同的。4、DNA輻射損傷的修復絕大多數正常細胞都能修復DNA單鏈斷裂。關于DNA雙鏈斷裂是否能夠得到修復的討論結果似乎不完全全都。近年來有不少資料證明，哺乳動物細胞大多數都能進行此種修復，但需要適宜的代謝條件和時間。損傷的堿基雖然可被修復，但只是部分修復，并非完全修復。細胞受電離輻射作用后經過一段時間保溫，可以觀察到DNA合成修復，這種合成不同于細胞增殖過程中的DNA復制，它的合成量相當低，與細胞周期沒有關系。回復修復：細胞對DNA的某些損傷可以用很簡潔的方式加以修復，在單一基因產物的催化下，一步反應就可以完成，這種修復方式叫做回復。其機制包括酶學光復活、單鏈斷裂重接及嘌呤的直接插入等。切除修復：切除修復的特點是將損傷部位（或連同其四周的肯定部位）切除，然后用正確配對的完好的堿基來替代。這是修復DNA損傷最為普遍的方式。其過程比直接回復要簡潔的多，有多種酶和基因參加。基本步驟可歸納為：識別，切除，修補，連接。三、放射損傷的影響因素

1、與輻射有關的因素(1)輻射的種類：電離密度和穿透能力(2)輻射劑量：一般情況存在劑量效應關系（非線性）(3)輻射的劑量率：單位時間接受的照耀劑量(4)分次照耀：效應低于一次照耀(5)照耀部位：腹部>盆腔>頭頸>胸部>四肢(6)照耀面積：照耀面積越大，效應越顯著(7)照耀方式：內照耀、外照耀（單向或多向）、混合照耀2、與機體有關的因素（1）種系的放射敏感性種系演化越高，機體組織結構越簡潔，放射敏感性越高（2）個體發育的放射敏感性敏感性隨個體發育過程而逐漸降低十日法規：對育齡婦女下腹部的X射線檢查都應當在月經周期第1天算起的10天內進行，以避開對妊娠子宮的照耀（3）不同器官、組織和細胞的放射敏感性Bergonie和Tribondeau定律（后面）

（4）亞細胞和分子水平的放射敏感性細胞核的敏感性高于胞漿DNA>mRNA>rRNA>tRNA>蛋白質Bergonie和Tribondeau定律：一種組織的放射敏感性與其細胞的分裂活動成正比，而與其分化程度成反比。

（1）高度敏感組織：淋巴組織、胸腺、骨髓、胃腸上皮、性腺、胚胎組織。（2）中度敏感組織：感覺器官、內皮細胞、皮膚上皮（3）輕度敏感組織：中樞神經系統；內分泌腺、心臟（4）不敏感組織：肌組織、軟骨和骨等3、與環境有關的因素（1）溫度：機體受照耀時，其內外環境溫度的轉變，可直接影響輻射生物學效應，稱其為溫度效應。進行放射治療之前，先提高腫瘤組織局部溫度，其放療療效有明顯提高。其緣由：①溫度造成動物體內氧狀況的轉變；②溫度引起體內新陳代謝水平的轉變；③在低溫或冰凍狀況下，溶液中自由基集中受阻。（2）氧：受照組織、細胞或溶液系統的輻射效應隨周圍介質中氧濃度的增加而增加，這種現象稱為氧增強效應。目前為提高腫瘤組織對輻射的敏感性，利用輻射“氧效應”這一特性提高放射治療效果。（3）化學物質在溶液體系中，由于其它物質的存在而使肯定劑量的輻射對溶質的損傷效應降低稱為防護效應。細胞的培育體系中或機體體液中在照前含有輻射防護劑，可減輕自由基反應，促進損傷生物分子修復，能減弱生物效應。反之，如含有輻射增敏劑，可增強自由基化學反應，阻止損傷分子和細胞修復，能提高輻射效應。四、生物劑量學指標生物劑量測定：用生物學方法對受照個體的汲取劑量進行測定。生物劑量計：與照耀劑量間呈良好量效關系的用來估算受照劑量的生物學體系。★外周血染色體畸變分析：染色體畸變是反映電離輻射損傷的敏感指標之一，可以借助離體照耀人外周血淋巴細胞建立染色體畸變的劑量-效應曲線，估算事故受照人員的受照劑量。★其它的生物劑量測定方法有早熟分散染色體（PCC）分析、CB法微核分析、穩定性染色體畸變（易位）分析、HPRT基因位點突變分析等。五、輻射生物效應

1、確定性效應確定性效應（deterministiceffect）：指發生生物效應的嚴重程度隨著電離輻射劑量的增加而增加的生物效應。這種生物效應存在劑量閾值，只要照耀劑量達到或超過劑量閾值效應肯定發生。

如照耀后的白細胞削減、白內障、皮膚紅斑脫毛等輻射皮膚損傷均屬于確定性效應。2、隨機性效應隨機性效應（stochasticeffect）：指生物效應的發生概率（而不是其嚴重程度）與照耀劑量的大小有關的生物效應。這種效應在個別細胞損傷（主要是突變