第四章内照射损伤效应优秀课件.ppt
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1、第四章内照射损伤效应第1页,本讲稿共64页第一节 放射性核素内照射的毒性和内照射损伤特点 一、一般概念 核素将可通过各种环节和多种途径进入人体,造成放射性核素内污染(internal contamination of radionuclides)。内污染的放射性核作为辐射源(radiation source)对人体产生的照射,称为内照射(internal exposure)。第2页,本讲稿共64页一、一般概念内照射生物效应(biological effects of internal exposure):内照射引发某些生物指标的变化(如染色体畸变)。放射性核素内照射损伤(injury of i
2、nternal exposure):放射性核素内照射所致具有临床意义的病理学损伤的总称。包括:内照射放射病(radiation sickness from internal exposure)内照射诱发的恶性肿瘤及遗传危害。第3页,本讲稿共64页一、一般概念毒性是指毒物造成机体损伤的性能。以一定时间内引起实验动物50%死亡所需的剂量或浓度(即半数致死剂量或半数致死浓度,median lethal dose,LD50 or median lethal concentration,LC50)作为衡量化学物质急性毒性的尺度。第4页,本讲稿共64页二、放射性核素的毒性放射性核素的毒性是其电离辐射作用所
3、致机体损伤的性能。以LD50表达放射性核素的急性毒性,以放射性比活度(specific radioactivity,Bq.g-1或Bq.kg-1)反映它的毒性;用吸收剂量评价放射性核素的生物效应。第5页,本讲稿共64页二、放射性核素的毒性放射性核素的毒性分级,一般是以年摄入量限值AIL为基准原则,分为极毒,高毒,中毒和低毒四级。由表4-1可见,放射性核素的毒性大于放射性核素;放射性核素的毒性大小依其能量高低、衰变速率快慢及核素滞留靶器官或组织等因素而异。第6页,本讲稿共64页三、内照射损伤的特点 病程分期不明显:内照射剂量是逐渐累积或叠加,故病程分期不明显,多迁延成慢性损伤过程或诱发肿瘤。损伤
4、部位的选择性:体内非均匀性分布的放射性核素引起,分为源器官或源组织(source organ or source+)和靶器官或靶组织(target organ or target tissue)进入和排出途径的局部损伤:首过效应(first-pass effect)第7页,本讲稿共64页四、内照射损伤的分类 1.按效应发生时间的早晚:近期效应,在摄入后数周内发生;远期效应在摄入后数月、数年或数十年后出现。第8页,本讲稿共64页四、内照射损伤的分类2.按受照后效应发生的个体:躯体效应(somatic effects),显现在受照射者自身的辐射效应,分为急性,亚急性和慢性损伤;遣传效应(genet
5、ic effect),发生受照射者的后裔。怀孕期间来自母体的放射性核素而引起胚胎和胎儿的损伤,是躯体损伤的特殊情况。第9页,本讲稿共64页四、内照射损伤的分类3.从辐射防护角度出度:随机性效应(stochastic effects):指发生概率(而非严重程度)与剂量大小有关的效应,并假定不存在剂量阈值。遗传效应和某些躯体效应如恶性肿瘤为随机性效应,它是与个别细胞损伤有关,小于剂量限值的照射也不能排除发生的可能性。第10页,本讲稿共64页四、内照射损伤的分类确定性效应(deterministic effects):指严重程度随剂量而变化的效应并且可能存在剂量阈值。其生物学本质是较大剂量(超阈剂量
6、)射线对细胞群体的损伤作用,即以细胞生存和增殖能力的丧失程度,表达辐射损伤效应的严重性。第11页,本讲稿共64页第二节 内照射确定性效应 一、内照射急性放射病 内照射急性放射病:一次或短期内数次摄入放射性核素的量超过几十至几百个年摄入量限值(AIL),放射性核素滞留在靶器官或靶组织对机体内照射引起的急性全身性疾病。第12页,本讲稿共64页二 主要靶器官的损伤 骨髓损伤:分叶粒细胞减少,再生障碍性贫血(aplastic anemia),骨髓衰竭(bone marrow failure);骨骼损伤:初期骨质更新过程增强,继而成骨组织减少,成骨细胞和破骨细胞几乎消失,后期可出现骨质疏松,病理性骨折。
7、第13页,本讲稿共64页二 主要靶器官的损伤肺损伤:难溶性放射性气溶胶,可滞留于肺泡壁上和肺淋巴结内,累积剂量达10Gy 以上时能引起放射性肺炎(radiation pneumonitis)肺水肿;晚期出现肺纤维化(pulmonary fibrosis)。胃肠道损伤:难溶性核素可引起胃肠功能紊乱,胃肠炎及溃疡,便血。严重时水电解质平衡紊乱,菌血症,称为胃肠道损伤症候群。第14页,本讲稿共64页二 主要靶器官的损伤肾脏损伤:肾小管上皮细胞变性,坏死,肾小球坏死,急性肾功能衰竭。一般是早期间质水肿,晚期时肾曲管上皮萎缩,间质纤维增生。由皮质向髓质扩展,最终引起肾硬化。肝脏损伤:特点是肝细胞退行性变
8、,灶性营养不良和坏死。晚期出现间质纤维增生和肝硬化。第15页,本讲稿共64页二 主要靶器官的损伤甲状腺和其它内分泌腺损伤:滤泡上皮细胞空泡形成,肿胀和胞核崩解,继而间质纤维增生,滤泡内胶质减少,甲状腺吸碘率降低。甲状旁腺肿大:亲骨性核素的慢性损伤,可因P、Ca代谢异常伴有甲状旁腺肿大。垂体萎缩及营养不良性改变。第16页,本讲稿共64页三、特质代谢异常 ATP生物合成被抑制;核酸与核蛋白分解代谢增强,DNA和RNA因解聚而含量降低,解聚效应可随放射性核素摄入量的增加而加强。蛋白质分解代谢加强,合成抑制,体内氮负平衡。第17页,本讲稿共64页三、特质代谢异常糖代谢障碍,早期肝糖原增高和高血糖症,随
9、着病程发展,肝脏糖原合成量减少,糖的分解和氧化过程障碍。脂肪代谢失常,脂血症,肝、肾脂肪浸润,酮血症和酮尿症。水、盐代谢障碍,尿量先多后少;水肿;血无机盐CI、K、Ca和Na离子含量变化;骨组织中Ca和P代谢失常。第18页,本讲稿共64页四、免疫功能障碍 内照射诱发免疫反应具有时相性:抑制相与刺激相或正常交替出现,但最多见淋巴细胞减少,细胞免疫和体液免疫功能受抑制,导致感染和自身免疫。第19页,本讲稿共64页五 体细胞染色体畸变chromosome aberration 外周血淋巴细胞或骨髓细胞染色体畸变是公认的评价机体辐射损伤的生物剂量计。双着丝粒体(dicentrics)和着丝粒环(rin
10、g):判定急性损伤程度;易位(translation):应用FISH检测,回顾性剂量重建。第20页,本讲稿共64页六 致畸效应(Teratogenesis)致畸效应:是妊娠母体摄入放射核素使胚胎受到内照射,干扰了高分化、高辐射敏感性胚胎的正常发育。辐射致畸效应可因胚胎发育阶段不同而异:受精卵(配子)植入前后受照射,胚胎死亡或 不能植入;器官形成期受照,主要器官发育异常,畸形;胎儿期受照,出生后生长发育障碍和畸形,随机性效应发生的概率增高。第21页,本讲稿共64页第三节 内照射随机性效应 体细胞突变能导致细胞恶性转化,辐射致癌(radiation carcinogenesis)生殖细胞突变,则可
11、使后代发生遗传性疾病,即遗传效应(hereditary effects)。第22页,本讲稿共64页一、辐射致癌效应 1.放射性核素内照射的致癌效应已被人群辐射流行病学、动物实验和体外诱发细胞恶性转化研究所证实:226Ra发光涂科作业工人及接受226Ra治疗病人发生的骨骼恶性肿瘤;接受224Ra治疗强直性脊椎炎及关节炎病人发生的骨肉瘤;早年接受钍造影剂检查后病人发生的各种肿瘤;铀矿工吸入氡及其子体发生的肺癌;临床治疗用131I病人发生的甲状腺癌;居室氡所致的肺癌,受氢弹爆炸裂片碘内污染的马绍尔群岛的居民,切尔诺贝利核电站事故周围居民的甲状腺癌 第23页,本讲稿共64页一、内照射致癌效应病理:放射
12、性核素内照射诱发的肿瘤,多是上皮组织的各种癌,间叶组织的肉瘤和造血组织的白血病(leukemia);部位:内照射诱发肿瘤与核素滞留部位具有一致性,如骨骼和肺肿癌;与化学致瘤相比具有多发性和广谱性;潜伏期(latency)长短受剂量等多种因素影响;第24页,本讲稿共64页内照射致癌机理辐射致癌的机理比较复杂。一般肿瘤的发生经历始动(initiation)、促进(promotion)和发展(progression)等多阶段过程。始动为快速不可逆的过程,而促进是长时间发生作用并可逆转的过程。第25页,本讲稿共64页辐射致癌的机理体细胞突变学说(somatic cell mutation theory
13、):DNA断裂或重组,形成新的异常序列或结构,使体细胞发生基因突变的染色体畸变,最终导致细胞的恶性转化。辐射诱发细胞内原癌基因激活,抑癌基因失活和参与细胞周期调节的重要基因(ras,prb,p53,p21,p16等)表达失衡,在辐射致癌中起重要作用。病毒激活,免疫功能低下和免疫监视失衡,内分泌失调等均可能在辐射致癌中起一定作用。第26页,本讲稿共64页影响内照射致癌效应的因素 最主要的是器官或组织辐射敏感性,吸收剂量和剂量率。吸收剂量:在一定剂量范围内肿癌的发生率随剂量增大而增加,可能有阈剂量。剂量率:低LET辐射内照射诱发肿瘤概率随剂量率降低而相应地减少,低至一定程度则不发生;剂量率不同,诱
14、发的肿瘤类型也有差别。高LEL的粒子致癌概率不随剂量率的降低而减少,这与粒子损伤难以修复、剂量率降低对杀死效应减少而恶性转化概率增多有关。高LET辐射(,中子)与低LET辐射(r、)比较,单位剂量诱发癌瘤的概率更高。第27页,本讲稿共64页影响内照射致癌效应的因素Dm:骨髓的平均剂量;Ds:骨表面下010mm范围的平均剂量;Db:骨平均剂量;Dm/Db和Ds/Db:分别表示两个骨组织靶部位的平均剂量因子;VDm/Db和VDs/Db分别表示体积分布型放射性核素所致两个靶部位的平均剂量因子,SDm/Db和SDs/Db分别表示表面分布型放射性核素两个靶部位的平均剂量因子。第28页,本讲稿共64页影响
15、内照射致癌效应的因素亲骨型辐射源,在相同骨平均剂量下,无论是表面(171Tm、143Pr、90Y)或体积分布(45Ca、90Sr、32P)型核素,其骨表面及骨内膜平均剂量总是高于骨髓腔,故诱发骨肉瘤高于白血病。亲骨性辐射源更如此。239Pu平均剂量及平均剂量因子显著地高于226Ra(表4-5),故 239Pu诱发骨肉瘤高于226Ra;239Pu诱发骨肉瘤多于白血病。第29页,本讲稿共64页影响内照射致癌效应的因素氡致肺癌靶细胞是叶支气管和段支气管基底细胞;微剂量学(microdosimetry):根据放射性核素在特定器官或组织中的微观分布模型,测定或计算辐射在数微米范围的靶细胞、细胞组分及生物
16、大分子上的能量损失及沉积规律,以有关微剂量学参数更准确地描述与解释辐射所致的生物效应。第30页,本讲稿共64页影响内照射致癌效应的因素线能Y是单次能量沉积事件授予某一体积的能量除以该体积的平均弦长L所得的商,即Y=/L,单位为J、m-1,常用单位为Kev.m-1。比能Z是辐射授予某体积的能量除以该体积的质量m所得商,即Z=/m,单位为Gy。第31页,本讲稿共64页二、遗传效应(hereditary or genetic effects)遗传效应:受照射者生殖细胞遗传物质的突变导致受照者后裔蒙受的危害效应。遗传 物质的突变,包括基因突变和染色体畸变。基因突变(genic mutation):DN
17、A碱基顺序中基因位点的改变,又称为点突变(point mutation)。基因突变有显性和隐性之分,前者在子一代即可出现,后者则在子二代后方可能出现。第32页,本讲稿共64页基因突变受精卵异常,胚胎早期死亡,即显性致死突变(dominant lethal mutation)率明显增高。初级精母细胞比精原细胞和精细胞对氚更敏感。第33页,本讲稿共64页生殖细胞染色体畸变 生殖细胞染色体对电离辐射有高度的敏感性。睾丸精原细胞染色体的损伤效应是一项很有意义的指标。最有遗传意义的是稳定性畸变,主要为初级精母细胞染色体相互易位(chromosomal translocation)易位频率与剂量相关,易位
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