1、电离辐射生物学效应基础电离辐射生物学效应基础Ionizing radiation is ubiquitous.Air,water,soil,plants,animals,people,food,paper,machinery and buildings are radioactive.医学放射生物学医学放射生物学 研究研究电离辐射电离辐射对对机体机体（特别是人体）的各种细（特别是人体）的各种细胞、组织、器官和系统的胞、组织、器官和系统的作用规律和机理作用规律和机理的一门科学。为保障机体安全和健康，探索有效防护措施和提高临床放射治疗水平提供理论基础提供理论基础，使射线和核技术更好地为人类服务。第
2、一节辐射生物学效应基本概念辐射生物效应 （biological effect of ionizing radiation）电离辐射作用于机体后，其能量传递给机体的分子、细胞、组织和器官等基本生命物质和分子后，引起一系列复杂的物理、化学和生物学变化，由此所造成生物体组织细胞和生命各系统功能、调节和代谢的改变，产生各种生物学效应。电离辐射生物效应的种类电离辐射生物效应的种类 ICRP第60号建议书(1991)中，区分以下四个述语:变化变化:由辐射引起的某种生物学改变，可能有害，也可能无害;损伤损伤:表示某种程度的有害变化，这种损伤是指对细胞 有害，不一定是对受照射的人体有害;损害损害:指临床上可观
3、察到的有害效应，表现于 受照射的个体(躯体效应)或其后代（遗传效应）;危害危害:是一个复杂的概念，它将损害的概率、严重程度 和显现时间结合起来加以考虑。u 辐射种类l按与物质作用分类：按与物质作用分类：电离辐射（Ionizing Radiation）非电离辐射（Non-Ionizing Radiation）l按本质和性质分类：按本质和性质分类：电磁辐射(Electromagnetic Radiation)粒子辐射(Particle Radiation)p电离辐射与非电离辐射电离辐射与非电离辐射 电离辐射是指一切能引起物质电离的辐射总称。p电磁辐射（无形）电磁辐射（无形）以相互垂直的电场和磁场，
4、随时间变化而交变振荡，形成向前运动的电磁波 电离辐射(如X射线和 射线)非电离辐射(如无线电波、微波等)l粒子辐射（有形）粒子辐射（有形）高能粒子通过消耗自身的动能把能量传递给其它物质 高速粒子、带电粒子电电磁辐辐射电离辐射电离辐射粒子辐辐射X,射线射线、中子、中子质子、负质子、负电磁辐射-波谱传能线密度 与 相对生物效应 重重 点点一、传能线密度一、传能线密度 （linear energy transfer，LET）l定义：定义：带电电离粒子在其单位长度径迹单位长度径迹上消耗的平均能量平均能量（单位J/m）。lLET概念也适用于虽不是直接电离粒子，但通过次级带电粒子的X、射线和中子。与生物效
5、应的关系：正相关正相关 二、二、相对生物效能相对生物效能 （elative biological effectiveness,RBE）RBE X或射线引起某一生物效应所需剂量引起某一生物效应所需剂量所观察的电离辐射引起相同生物引起相同生物效应所需剂量效应所需剂量（一）（一）RBE的含义的含义 l RBE的大小随所比较的剂量不同而有些差别，最好在平均灭活剂量或平均致死剂量下比较。l意义：意义：主要是为了比较在剂量相同时，不同种类的电离辐射引起某一特定效应的效率的差别。即：剂量相剂量相同、辐射种类不同，产生的效应也不同；若要产生相同、辐射种类不同，产生的效应也不同；若要产生相同效应，则不同种类的辐
6、射所需的剂量就不同同效应，则不同种类的辐射所需的剂量就不同。（二）（二）LET与与RBE的关系的关系 RBE的变化是的变化是LET的函数（正相关）的函数（正相关）LET：100kev/um时；LET继续增加，RBE反而下 降，表明更多的射线并不能用于 引起生物效应上，反而被浪费了 原发作用 与与 继发作用一、原初作用（primary effect）l指从照射之时起到在细胞学上观察到可见损伤的这段时间内，在细胞中进行着辐射损伤的原初和强化过程原初和强化过程。包括物理、物理化学和化学物理、物理化学和化学三个阶段。此过程中辐射能量的吸收和传递、分子的激发和电离激发和电离、自由基的产生、化学键的断裂等
7、，都是在生物体内进行的。二、继发作用（secondary effect）：是指在原发作用发生的基础上，因原发作用形成的各种活性基团不断攻击生命大分子，导致生物显微结构的破坏，继而发生一系列生物学、生物化学的损伤效应。继发反应：继发反应：亚细胞亚细胞结构的结构的破坏破坏细胞内水解细胞内水解酶的释放酶的释放信号转导网络信号转导网络的改变或破坏的改变或破坏代谢的方向性和代谢的方向性和协调性的紊乱协调性的紊乱生物化学损伤生物化学损伤细胞、组织器官细胞、组织器官和系统的变化和系统的变化病理学病理学改变改变功能变化功能变化三、电离和激发Q 电离（作用）电离（作用）（ionization）生物组织分子被粒子
8、或光子流撞击，轨道电子击出，产生自由电子和带正电荷的离子，即形成离子对，这一过程称为电离（作用）。电离（作用）。Q 激发作用激发作用（excitation）电离辐射与组织分子相互作用，能量不足以击出电子，而使轨道电子从低能级跃迁到较高能级轨道，分子处于激发态激发态。激发分子很不稳定，容易向邻近分子或原子释放能量。四、水的电离和激发 l水的原初辐解产物：水的原初辐解产物：电离辐射作用于机体的水分子水分子，使水分子发生电离和激发，产生自由基和分子。这种反应称水的辐解反应，各种自由基和分子统称水的原水的原初辐解产物初辐解产物。l水合电子水合电子 游离的电子在碰撞过程中丧失其大部分能量，当其能量水平降
9、至100eV以下而未被捕获时，可吸收若干水分子而形成水合电子。l刺团刺团 水的原初辐射反应并非平均分布于空间，一般是在小的体积内成簇发生的，这种小的反应体积小的反应体积称为刺团，平均半径为1.5nm，每个刺团内含有6个自由基。直接作用 与 间接作用重重 点点一、直接作用（direct effect）l概念：概念：电离辐射的能量直接沉积于生物大分子能量直接沉积于生物大分子，引起生物大分子的电离和激发，破坏机体的核酸、蛋白质、酶等具有生命功能的物质，这种直接由直接由射线造成的生物大分子损伤效应射线造成的生物大分子损伤效应称为直接作用直接作用。l特点：特点：生物效应与辐射能量沉积发生于同一同一生物
10、大分子上。电离辐射对电离辐射对DNA分子损伤的直接作用分子损伤的直接作用直接作用直接作用二、间接作用（indirect effect）l概念：概念：电离辐射首先作用于水首先作用于水，使水分子产生一系列原初辐射分解产物原初辐射分解产物（H，OH，水合电子等），再作用于生物大分子再作用于生物大分子引起后者的物理和化学变化。l特点：特点：能量沉积和生物效应发生在不同分子不同分子电离辐射对电离辐射对DNA分子损伤的间接作用分子损伤的间接作用间接作用间接作用l电离辐射间接作用的四种效应1.稀释效应稀释效应（dilution effect）：指最大的相对效应发生在最稀释的溶液中。l一定剂量的电离辐射在溶液
11、中产生固定数量自由基，如果作用是间接的，那么失活的溶质分子数目就与溶液浓度无关，只与产生的自由基数量一致；若作用为直接的，则失活的溶质分子数将取决于受照溶液的溶质分子数，并与溶液浓度成正比。l在稀释溶液系统中，间接作用间接作用占主要地位2.温度效应温度效应（temperature effect）：指在一定实验条件下，受照射系统（如酶浓度）的辐射效应，随着周围温度升高而加重。因为温度升高，增加了自由基接近酶的机会，使酶分子损伤加重，反之亦然。对于恒温生物表面来讲（包括人体），通常条件下的照射所产生的辐射效应不受环境温度变化的影响。3.防护效应防护效应（protective effect）：指向受
12、照射的生物系统中引入某种或某几种物质具有能降低该系统的损伤程度的作用。辐射防护剂辐射防护剂（radioprotectors）：指有机体或某一种生物系统受辐照前或辐照后立 即给予某种物质，能减轻其辐射损伤，促进其修 复的物质。剂量降低系数剂量降低系数（dose reduction factor，DRF）DRF=有防护剂时，引起致死效应所需辐照剂量 无防护剂时，引起致死效应所需辐照剂量 表表4.5 WRWR27212721对正常组织的防护作用对正常组织的防护作用 被防护的组织被防护的组织 未被防护的组织未被防护的组织 骨髓 （2.43）脑 免疫系统（1.83.4）脊髓 皮肤 （22.4）小肠 （1
13、.82）结肠 （1.21.8）食道 （1.4）肾 （1.5）肝 （2.7）唾液腺 （2.0）睾丸 （2.1）4.氧效应氧效应（oxygen effect）氧效应氧效应：是指受照射的生物组织、细胞或生物大分子的辐射效应随周围介质中氧浓度周围介质中氧浓度升高而增加。氧+自由基 过氧化物自由基(R00)在有氧条件下细胞放射敏感性增高，增高的幅度与氧浓度有关。氧增强比氧增强比（oxygen enhancement radio,OER）是指缺氧条件下引起一定效应所需辐射剂量与有氧条件下引起同样效应所需辐射剂量的比值。其公式是：OER=缺氧缺氧条件下产生一定效应的剂量 有氧有氧条件下产生同样效应的剂量 氧
14、效应的发生机制氧效应的发生机制：氧具有双重作用。氧固定假说氧固定假说 ：电离辐射在靶分子中诱发自由基，如果有氧存在，辐射产生的自由基迅速与氧分子结合，形成一种妨碍靶分子生物功能的集团 ROO。辐射 O2 R R ROO电子转移假说：电子转移假说：辐射靶分子游离电子（两种可能）回到靶分子原位自愈 转移到一个电子陷阱部位靶分子损伤l 氧浓度对氧效应的影响F有氧条件下细胞放射敏感性增高 F氧分压从0上升至1，放射敏感性迅速增加 增至21或至100时，敏感性处于坪值l 照射时间对氧效应的影响F照射前照射前引入氧，表现出氧效应 F照射后照射后引入氧，无效 l氧效应生物学意义氧效应生物学意义：许多实体瘤细
15、胞是乏氧的，因而对放射治疗有抗性，应用高压氧舱高压氧舱可以提高肿瘤细胞的氧合量，或者放疗前使用乏氧细胞增敏剂乏氧细胞增敏剂可以增加射线对肿瘤细胞的杀伤能力。自 由 基l自由基自由基（free radical）：指含有一个或多个不配对电子不配对电子的原子、分子、离子或游离基团。l形成方式形成方式均裂（homolytic fission)l自由基的特性自由基的特性：l高反应性：高反应性：带有未配对电子，具有强烈的获取或失去电子以成为配对 电子的趋势，因此化学性质活泼l不稳定性：不稳定性：寿命短不稳定 l顺磁性：顺磁性：当电子成对存在于同一轨道时，由于两个电子的自旋方向 相反，各自的相应磁矩相互抵消
16、，对外不显示磁性。活性氧活性氧 氧化应激氧化应激 氧自由基氧自由基1.活性氧活性氧（reactive oxygen species,ROS）：是指含有氧的活性物质，可能是氧的某些代谢产物和一些经过生化反应而产生的含氧基团。主要有以氧的单电子还原产物、氧的双电子还原产物、烷烃过氧化物ROOH、均裂产物RO，ROO、处于激发态的氧。2.氧化应激氧化应激（Oxidative Stress）：是指具有活性的氧化中间产物（ROI）所引起的生物学反应称为氧化应激。3.氧自由基氧自由基（Oxygen free radical）：是指含有氧元素的自由基。氧自由基都是活性氧氧自由基都是活性氧，但活性氧不一定就是
17、氧自由基。如处于单线激发状态的氧（1O2）虽不是自由基，但其活性很高，从生物学意义上来讲属于活性氧。常用氧自由基常用氧自由基符号符号中文名中文名英文名英文名超氧阴离子Superoxide anion radicalHO2 氢过氧基Hydrogen peroxide radicalHO羟自由基Hydroxyl radicalRO氧有机自由基Oxygen organic free radicalROO有机过氧基Organic peroxide radical1O2 单线态氧Singlet oxygenL脂自由基Lipid free radicalLOO脂过氧基Lipid peroxide radi
18、cal2O222O自由基对生命大分子的作用 1 1）抽氢反应：）抽氢反应：自由基将有机分子中的H转移至自身，形 成有机自由基。HO+RH R+H2O H +RH R+H2 2)2)加成反应：加成反应：自由基加入至不饱和有机分子中双键部位 的反应 H+RCH=CH2 RCH CH2 H 3)3)歧化反应：歧化反应：既有氧化作用又有还原作用的自由基，易于发生。发生在自由基或自由基与有机 分子之间的单电子转移反应。O2-+O2-+2H+H2O2+O2 O2-+H2O2 O2+OH+OH-4)链式反应链式反应:在生物系统中脂质（RH）的过氢化就是 链式反应与支链反应。5)氧化还原反应氧化还原反应:O-
19、2在水溶液中主要起还原剂作用，使细胞色素C还原；也可以使Vc氧化，产 生半脱氢抗坏血酸自由基。机体的抗氧化功能（一）抗氧化酶过氧化氢酶（catalase,CATCAT）硒谷胱甘肽过氧化物酶（selenium dependent glutathione peroxidase,SeGSHPxSeGSHPx）、磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶（phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase,PHGSHPxPHGSHPx）谷胱甘肽转硫酶（nonseG SHPXSHPX）超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SODSOD）非特异性过
20、氧化物酶：（二）脂溶性抗氧化剂（二）脂溶性抗氧化剂维生素E 类胡萝卜素 泛醌 可消除1O2和2O阻断脂质过氧化作用 直接与活性氧起反应抑制脂质过氧化 可清除2O 可与脂自由基（L）或脂过氧基（LOO）反应（三）水溶性小分子抗氧化剂（三）水溶性小分子抗氧化剂维生素C（抗坏血酸）谷胱甘肽 2O2O与和HOH反应生成抗坏血酸自由基供氢体，同时也是OH2O的清除剂 H2O2和1（四）蛋白性抗氧化剂（四）蛋白性抗氧化剂l铜蓝蛋白铜蓝蛋白（ceruloplasmin）是人血浆的含铜蛋白，是细胞液的重要抗氧化剂之一，其作用主要在于防止过渡金属Fe 2+和Cu 2+催化H2O2形成OH。l清蛋白清蛋白 结合的
21、胆红素有效地清除 、和过氧基，还可以作为过氧化物酶还原H2O2和有机过氧化物的提氢体。21O2O 第二节辐射生物学效应的分类确定性效应 与 随机性效应重重 点点1.确定性效应确定性效应（deterministic effect）：指发生生物效应的严重程度随着电离辐射剂量的增加而增加随着电离辐射剂量的增加而增加的生物效应。这种生物效应存在剂量阈值存在剂量阈值，只要照射剂量达到或超过剂量阈值效应肯定发生。如照射后的白细胞减少、白内障、皮肤红斑脱毛等辐射皮肤损伤均属于确定性效应。2.随机性效应随机性效应（stochastic effect）：指生物效应的发生概率（而不是其严重程度）与照射剂量的大小有
22、关的生物效应。这种效应在个别细胞损伤（主要是突变）时即可出现，不存在剂量阈值不存在剂量阈值。如辐射致癌、遗传效应。外照射、内照射效应 局部照射、全身照射效应1.外照射外照射（external irradiation）：辐射源从体外对机体进行的照射。射线、中子、X射线等穿透力强，外照射的生物学效应强。2.内照射内照射（internal irradiation）：放射性核素通过各种途径进入机体，在机体内发射出射线产生的生物效应。内照射效应主要发生在放射性核素通过的途径和沉积部位的组织器官，但其效应可波及全身。内照射效应一般以射程短、电离强的、射线为主。3.局部照射局部照射（local irradi
23、ation）：当外照射的射线照射身体某一部位，引起局部组织的反应者称局部照射。当照射剂量和剂量率相同时，身体各部位的辐射敏感性依次为 腹部盆腔胸部头部四肢。4.全身照射全身照射（total body irradiation）：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，如照射剂量较大者(1Gy)则发展为急性放射病。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、肠型、脑型三种类型。躯体和遗传效应 近期与远期效应1.躯体效应躯体效应（somatic effect）：受照射个体体细胞损伤而致本身发生的各种效应称为躯体效应。又可区分为
24、全身效应（total body effect）和局部效应（local effect）。如辐射所致的骨髓造血障碍、白内障等。2遗传效应遗传效应（genetic effect）：受照射个体生殖细胞突变,而在子代身上表现出的效应称遗传效应。这是由于电离辐射造成受照者生殖细胞遗传物质的损伤，引起基因突变和染色体畸变，导致后代先天畸形、流产、死胎和某些遗传性疾病。辐射效应的分类按效应发生的个体按效应发生的个体按效应表现情况按效应表现情况按剂量按剂量-效应关系效应关系大剂量照射的大剂量照射的躯体效应躯体效应急性效应急性效应急性放射病急性放射病受照射远期发生的效应受照射远期发生的效应确定性效应确定性效应 白
25、血病白血病 癌症癌症 白内障白内障 不育不育随机性效应随机性效应基因突变基因突变发生在性细胞发生在性细胞：遗传效应遗传效应遗传性疾病遗传性疾病生长发育障碍生长发育障碍先天性畸形先天性畸形 特殊的躯体效应特殊的躯体效应宫内受照后宫内受照后 胚胎和胎儿的效应：致死性效应胚胎和胎儿的效应：致死性效应 先天性畸形先天性畸形 生长发育缺陷生长发育缺陷 远期恶性疾病的诱发远期恶性疾病的诱发1.近期效应近期效应（early effect）或者早期效应：或者早期效应：指电离辐射作用于生物机体后，辐射损伤效应在照射后短期(数周内)就出现的那些效应。如急性放射病，急性皮肤损伤等。2.远期效应远期效应（late e
26、ffect）或者远后效应：或者远后效应：指电离辐射作用于生物机体后，辐射损伤效应在照射后数月至数年才出现的那些效应（一般6个月以上）。如慢性放射病、致癌效应、放射性白内障、辐射遗传效应等。+1d+1d+2d+2d后果（1Gy）+4d+4d+5d+5d+9d+9d后果（1Gy）+20d+20d+39d+39d后果（局部5-20Gy）2000年9月，两名人员工作失误，加速器开机状态下进入辐照室，线束下总操作时间约2min，加速器附近工作时间4min。+4d+4d+9d+9d后果（局部5-20Gy）+28d+28d+38d+38d后果（局部5-20Gy）+50d+50d+53d+53d后果（局部5-
27、20Gy）+53d+53d+53d+53d辐射致癌的潜伏期白血病：白血病：1013年；年；甲状腺癌：甲状腺癌：20年；年；乳腺癌：乳腺癌：23年；年；一般潜伏期取一般潜伏期取25年。年。l 辐射旁效应辐射旁效应电离辐射引起受照细胞损伤或功能激活，产生的损伤或激活信号可导致其共同培养的未受照射细胞未受照射细胞产生同样的损伤或激活效应，称辐射旁效应辐射旁效应。机制尽管不清楚，但与受照细胞产生的活性氧活性氧、细细胞因子胞因子和细胞间缝隙连接通信细胞间缝隙连接通信（GJIC）关系密切。辐射旁效应辐射旁效应传统辐射效应：只有传统辐射效应：只有被照射的细胞才会有被照射的细胞才会有变化变化？l未直接受照射的
28、细胞未直接受照射的细胞表现出与直接受照射表现出与直接受照射细胞相细胞相类似类似的生物学的生物学终点变化终点变化辐射诱导的辐射诱导的旁效应旁效应因照射剂量和其它条件不同，因照射剂量和其它条件不同，可以是可以是损伤性效应损伤性效应，也可以是，也可以是保护性效应保护性效应。IR旁效应旁效应细胞间隙连接抑制剂细胞间隙连接抑制剂可减可减弱或消除某些辐射旁效应弱或消除某些辐射旁效应 转化的细胞与邻近的正常细胞转化的细胞与邻近的正常细胞可通过细可通过细胞间通讯而引起前者凋亡组织胞间通讯而引起前者凋亡组织细胞共培养体系的研究表明，受照射细胞细胞共培养体系的研究表明，受照射细胞与未受照射细胞共培养时，因与未受照
29、射细胞共培养时，因受照射剂量受照射剂量不同，未受照射细胞可出现不同的改变不同，未受照射细胞可出现不同的改变。用共培养的上清培养液处理未照射的细胞，用共培养的上清培养液处理未照射的细胞，也发生同样的旁效应增殖反应也发生同样的旁效应增殖反应 EL-4（T淋巴淋巴细细胞株）胞株）IRJ774A.1（巨噬（巨噬细细胞株）胞株）EL-401234567893H-TdR(cpm103)01361224Time(h)0.075Gy2Gy 第三节影响电离辐射生物效应的主要因素 重重 点点（一）与（一）与辐射有关辐射有关的因素的因素1.辐射的种类种类：电离密度和穿透能力2.辐射剂量剂量：一般情况存在剂量效应关系
30、（非线性）3.辐射的剂量率剂量率：单位时间接受的照射剂量4.分次分次照射：效应低于一次照射 5.照射部位部位：腹部盆腔头颈胸部四肢 6.照射面积面积：照射面积越大，效应越显著7.照射方式方式：内照射、外照射（单向或多向）、混合照射（二）与（二）与机体有关机体有关的因素的因素 1、种系的放射敏感性、种系的放射敏感性 种系演化越高，机体组织结构越复杂，放射敏感性越高 2、个体发育的放射敏感性、个体发育的放射敏感性 敏感性随个体发育过程而逐渐降低 十日法规：十日法规：对育龄妇女下腹部的X射线检查都应当在月经周 期第1天算起的10天内进行，以避免对妊娠子宫的照射 3、不同器官、组织和细胞的放射敏感性、
31、不同器官、组织和细胞的放射敏感性 Bergonie 和 Tribondeau 定律4、亚细胞和分子水平的放射敏感性、亚细胞和分子水平的放射敏感性 细胞核的敏感性高于胞浆 DNA mRNA rRNA tRNA 蛋白质 l放射敏感性放射敏感性l 生物系统对辐射作用的反应性或灵敏性。l 当一切照射条件严格一致时，机体组织、器官、细胞和分子对辐射作用反应强弱或速度快慢不同，若反应强、速度快，则敏感性高。反之亦然l Bergonie和和Tribondeau定律定律：一种组织的放射敏感性放射敏感性与其细胞的分裂活动成正比分裂活动成正比，而与其分化程度成反比分化程度成反比。1.高度敏感组织：高度敏感组织：淋
32、巴组织、胸腺、骨髓、胃肠上皮、性腺、胚胎组织。2.中度敏感组织：中度敏感组织：感觉器官、内皮细胞、皮肤上皮 3.轻度敏感组织：轻度敏感组织：中枢神经系统；内分泌腺、心脏 4.不敏感组织：不敏感组织：肌组织、软骨和骨等（三）（三）与与介质有关介质有关的因素的因素1.温度温度：机体受照射时，其內外环境温度的改变，可直接影响辐射生物学效应，称其为温度效应温度效应。进行放射治疗之前，先提高肿瘤组织局部温度，其放疗疗效有明显提高。其原因：温度造成动物体內氧状況的改变；温度引起体内新陈代谢水平的改变；在低温或冰冻状況下，溶液中自由基扩散受阻。2.氧氧：受照组织、细胞或溶液系统的辐射效应随周围介质中氧浓度的
33、增加而增加，这种现象称为氧增强效应氧增强效应。目前为提高肿瘤组织对辐射的敏感性，利用辐射“氧效应”这一特性提高放射治疗效果。3.化学物质化学物质 在溶液体系中，由于其它物质的存在而使一定剂量的辐射对溶质的损伤效应降低称为防护效应防护效应。细胞的培养体系中或机体体液中在照前含有辐射防护剂辐射防护剂，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，如含有辐射增敏剂辐射增敏剂（radiosensitizer），可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。77低水平辐射生物效应低水平辐射生物效应及其研究进展及其研究进展7879低水平辐射：低水平辐射：指指0.2 Gy以内
34、的低以内的低 LET 辐射或辐射或0.05 Gy以内的高以内的高LET 辐射辐射(剂量率在剂量率在0.05 mGy/min以内的各种辐以内的各种辐射射)。低水平辐射与癌症发生（致癌）低水平辐射与癌症发生（致癌）低水平辐射与癌症治疗（治癌）低水平辐射与癌症治疗（治癌）80低水平辐射与癌症发生低水平辐射与癌症发生l不同观点的争论不同观点的争论l美国能源部美国能源部10年研究计划年研究计划l流行病学调查资料流行病学调查资料81一、不同观点的争论焦点一、不同观点的争论焦点辐射效应是否辐射效应是否线性无域线性无域还是还是线性有域？线性有域？这一问题在学术团体间和一般媒体上进这一问题在学术团体间和一般媒体
35、上进行了不断的讨论，迄今尚无一致的结论。行了不断的讨论，迄今尚无一致的结论。主要的争论焦点是主要的争论焦点是辐射致癌是否存在剂辐射致癌是否存在剂量阈值量阈值。这一问题的切实解决，对社会。这一问题的切实解决，对社会经济发展、人类健康生活和科学技术应经济发展、人类健康生活和科学技术应用都将产生重要的影响。用都将产生重要的影响。82线性无阈学说线性无阈学说（Linear No-Threshold Hypothesis，LNT）辐射的健康危险性与剂量成线性关系，辐射的健康危险性与剂量成线性关系，效应无剂量阈值效应无剂量阈值.LNTLNT模型假设，以自然辐射水平（模型假设，以自然辐射水平（2.4mSv/
36、2.4mSv/年）年）为原点，发生癌症的风险与辐射剂量呈正性直线关系。为原点，发生癌症的风险与辐射剂量呈正性直线关系。任何剂量无论多低，均会带来一定的健康危险性任何剂量无论多低，均会带来一定的健康危险性 每单位剂量的危险度是衡定的每单位剂量的危险度是衡定的 危险性是随剂量增加而提高危险性是随剂量增加而提高 右侧取自右侧取自NCRP 136号报告对同一资料的分析，号报告对同一资料的分析，X轴高度压缩，轴高度压缩，以致阈值和兴以致阈值和兴奋效应被掩盖奋效应被掩盖。左侧取自。左侧取自UNSCEAR 1994报告报告,在在200 mSv以下可见明显的兴以下可见明显的兴奋效应奋效应；该报告认为，；该报告
37、认为，“在在03 Sv范围内出现有统计学意义的上升性曲线范围内出现有统计学意义的上升性曲线”。对日本原爆幸存者白血病资料的对日本原爆幸存者白血病资料的两种分析两种分析放射生物放射生物学研学研究的核心究的核心问题问题之一是之一是辐辐射射剂剂量量与与生物效生物效应应的的关关系系 84美国核学会立场声明美国核学会立场声明(1999年4月于波士顿)无足够的依据支持无足够的依据支持以 LNT 假说估计低水平辐射对健康的影响需要对以往的研究作全面分析，并进行新的研究，以驳斥以驳斥LNT假说假说应启动跨越多学科的探讨应启动跨越多学科的探讨低水平辐射健康效应的新研究项目85二、美国能源部二、美国能源部10年研
38、究计划年研究计划 未来百年人类面临的照射主要来自医学检未来百年人类面临的照射主要来自医学检查、废物处理、恐怖事件以及与核武器、核查、废物处理、恐怖事件以及与核武器、核能生产相关的环境因素，能生产相关的环境因素，均为低剂量、低剂均为低剂量、低剂量率、低量率、低 LET 辐射辐射。因此，。因此，该计划集中于该计划集中于以上三方面以上三方面 辐射效应的研究，可以采用以往辐射效应的研究，可以采用以往50年所没有的研究手段和技术，更加深入地年所没有的研究手段和技术，更加深入地探讨问题的本质。探讨问题的本质。-US DOE 10-year LDR Research Program,1998US DOE 1
39、0-year LDR Research Program,199886计划的资助预算计划的资助预算l第第1 3年：每年年：每年2.24千万，共计千万，共计6.72千万千万l第第4 6年：每年年：每年2.56千万，共计千万，共计7.68千万千万l第第710年：每年年：每年1.86千万，共计千万，共计7.44千万千万l总计总计 2亿亿 1千千 8百百 40万万（进行中项目（进行中项目106个，结题个，结题54个）个）87三、辐射流行病学调查三、辐射流行病学调查l切尔诺贝利事故切尔诺贝利事故l高空飞行人员（高空飞行人员（3项调查，项调查，68,061人）人）l英国核工业职工（英国核工业职工（19461
40、997年年 51,367人）人）l居室氡与肺癌居室氡与肺癌(EU 13项调查）项调查）l高本底地区健康调查高本底地区健康调查88地地 点：前苏联点：前苏联切尔诺贝利切尔诺贝利 原原 因：核电站泄漏及爆炸因：核电站泄漏及爆炸辐射源：辐射源：131I、134Cs、137Cs当场死亡人数：当场死亡人数：31人人2006年报告：累计死亡人数年报告：累计死亡人数 56人人剂量：相当于广岛、长崎两枚原子弹辐射量的剂量：相当于广岛、长崎两枚原子弹辐射量的 100倍倍后果：后果：47名工人、名工人、9名儿童患甲状腺癌名儿童患甲状腺癌切尔切尔诺贝诺贝利事故利事故（1986.4.261986.4.26）：89切尔
41、诺贝利事故的切尔诺贝利事故的评价评价2006年切尔诺贝利论坛的结论是该地年切尔诺贝利论坛的结论是该地区居民无须顾忌不良健康效应。区居民无须顾忌不良健康效应。事故发生之初，事故发生之初，T.D.Luckey曾预言曾预言“这将是一次对这将是一次对辐射兴奋效应学说辐射兴奋效应学说的的天然实验天然实验”。雷帕乔利博士说：切尔诺贝利事故对健康雷帕乔利博士说：切尔诺贝利事故对健康 最主要的副作用不是辐射，而是恐惧。最主要的副作用不是辐射，而是恐惧。90高本底地区健康调查高本底地区健康调查阳江高本底辐射地区阳江高本底辐射地区是两块分开的区域，总面是两块分开的区域，总面积约为积约为500km2，放射性来，放射
42、性来源于附近山上的花岗岩，源于附近山上的花岗岩，经过长期雨水冲刷，独居经过长期雨水冲刷，独居石微粒不断地沉积在附近石微粒不断地沉积在附近两片洼地，使这两块地区两片洼地，使这两块地区的放射性本底升高。的放射性本底升高。91 长期居住人口：长期居住人口：8万多人万多人 高本底程度：高本底程度：约为邻近的恩平县的约为邻近的恩平县的 3 倍倍 适应性反应指标：外周血淋巴细胞受大剂量适应性反应指标：外周血淋巴细胞受大剂量 UV射线作用后其射线作用后其UDS增高，增高，受大剂量受大剂量X射线作用后其染色射线作用后其染色 体畸变率降低。体畸变率降低。最近的报告：该地区人群中最近的报告：该地区人群中40-70
43、岁的癌症高发年龄岁的癌症高发年龄 段的段的居民癌症死亡率显著低居民癌症死亡率显著低于相应对照地区。于相应对照地区。调查结调查结果：果：92低水平辐射免疫效应低水平辐射免疫效应与癌症治疗与癌症治疗93重要概念重要概念适应性反应：适应性反应：先给予机体（细胞）低剂量辐射，随后给予先给予机体（细胞）低剂量辐射，随后给予大剂量辐射时，其有害作用减轻。大剂量辐射时，其有害作用减轻。保护剂量：保护剂量：D1 攻击剂量：攻击剂量：D2 表现形式：表现形式：整体水平、细胞水平、分子水平整体水平、细胞水平、分子水平一、低剂量辐射免疫效应一、低剂量辐射免疫效应小鼠受低剂量率（20 Gy/min）慢性照射，累积剂量
44、 1.1 Gy（D1），照射结束后 40日，给予 1.5 Gy X射线（D2），检查精母细胞染色单体断裂，低剂量率慢性照射诱导明显的细胞遗传学适应性反应.(Cai L,et al.1995).低水平辐射诱导精母细胞适应性反应低水平辐射诱导精母细胞适应性反应1.75Gy25mGy+1.75Gy 75mGy+1.75Gy100mGy+1.75Gy0102030405060Time interval before HDR6h12h24hC57BL/6小鼠低剂量辐射抑癌实验小鼠低剂量辐射抑癌实验（照射结束后6个月观察结果）HDR=1.75 Gy x 4(李修义等，1998)低剂量辐射抑癌效应机制低剂量
45、辐射抑癌效应机制照射结束后照射结束后1个月检查个月检查 对照 75mGy4 1.75Gy4 (75mGy+1.5Gy)4 NK 100 116.5 63.7(1)93.2(2)IL-2 100 119.1 56.2(1)77.9(2)IFN 100 101.6 75.0(1)94.5(2)M 100 162.8(1)97.2 147.9(1,2)(1)与对照组比较P0.010.001；(2)与1.75Gy 4组比较P0.050.01 李秀娟等，1999细细胞免疫和体液免疫胞免疫和体液免疫杀伤肿杀伤肿瘤瘤细细胞的胞的协调协调作用作用 98电电离离辐辐射照射后免疫射照射后免疫细细胞信胞信号号通路的
46、通路的变变化化 100101JIN shunzi，2003细细胞毒胞毒T T淋巴淋巴细细胞相胞相关关抗原抗原4 4（cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4,CTLA-4cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4,CTLA-4）又名CD152，是一种白细胞分化抗原，是T细胞上的一种跨膜受体，与CD28共同享有B7分子配体，而CTLA-4与B7分子结合后诱导T细胞无反应性，参与免疫反应的负调节。基因重组的CTLA-4 Ig可在体内外有效、特异地抑制细胞和体液免疫反应，对移植排斥反应及各种自身免疫性疾病有显著
47、的治疗作用，毒副作用极低，是目前被认为较有希望的新的免疫抑制药物 Dose-effect curves of CD28 and CTLA-4 expressionon thymocytes 72h after WBIWhole-body X-irradiation dose,Gy.1110%of control050100150200250300CD28CTLA-4-102APCTLC APCTLCLDRHDRUp-regulationof T cell activityDown-regulationof T cell activityIL-12B7-1/2CD28IL-10IL-12B7-1
48、/2CTLA4IL-10103二、低水平辐射与癌症治疗二、低水平辐射与癌症治疗 （动物实验研究）（动物实验研究）项目名称：项目名称：低剂量低剂量X 射线在优化肿瘤射线在优化肿瘤 放射放射-基因治疗方案中的作用基因治疗方案中的作用 104提取重组质粒及鉴定提取重组质粒及鉴定建立荷瘤动物模型建立荷瘤动物模型向移植肿瘤内引入重组质粒向移植肿瘤内引入重组质粒结合低剂量结合低剂量X射线全身照射优化放疗方案射线全身照射优化放疗方案筛选最佳治疗方案筛选最佳治疗方案抑瘤机制的探讨抑瘤机制的探讨技术路线技术路线105材料与方法材料与方法&重组质粒：重组质粒：pEgr-IL18-B7.1&细细 胞胞 株：小鼠株：
49、小鼠Lewis 肺癌细胞肺癌细胞&实验动物：实验动物：C57BL/6J近交系小鼠近交系小鼠 健康，雌性健康，雌性 体重体重1821g LDRLDRHDRHDR平均生存时间平均生存时间C Co on nt tr ro ol l2 2 G Gy y X X 6 62 2 X X (2 2 G Gy y +0 0.0 07 75 5 G Gy y X X 2 2 )2 2 X X (E E1 18 8B B +2 2 G Gy y X X 3 3 )2 2 X X (E E1 18 8B B +2 2 G Gy y +0 0.0 07 75 5 G Gy y X X 2 2 )01020304050
50、$#*Mean survival time(day)Group实验结果实验结果107肿瘤体积变化肿瘤体积变化(mm3)0246810121416182022242628300500100015002000#*Tumor volume(mm3)Time(day)Control 2Gyx x6 2x x(2Gy+0.075Gyx x2)2x x(E18B+2Gyx x3)2x x(E18B+2Gy+0.075Gyx x2)X实验结果实验结果108Growth of Lewis lung carcinoma in C57BL/6J mice with transfer of pEgr-IL18-B7
