辐射生物学效应跟防护.docx
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辐射生物学效应跟防护
《航空航天生理学》教案首页
第13次课授课时间2009-03-16教案完成时间:
2009-03-04
课程名称
航空航天生理学
年级
2005年级
专业、层次
空军临床医学专业、5年制本科
教员姓名
马进
专业技术职务
教授
授课方式(大、小班)
大班
学时
2
授课题目(章、节)
第六章辐射环境与防护
第三节辐射的生物效应第四节航空航天活动的辐射防护
基本教材或主要参考书
《航空航天生理学》余志斌主编,第四军医大学出版社,2008
教学目的与要求:
目的:
1.掌握电离辐射与非电离辐射的生物学效应,了解作用机制
2.掌握电离辐射与非电离辐射的防护
重点:
辐射生物学效应航空航天活动中辐射防护方法
大体内容与时间安排,教学方法:
方法:
理论讲解、教学幻灯、板书
时间安排
第一节课:
第三节辐射的生物效应
第二节课:
第四节航空航天活动的辐射防护总结复习:
5min
教研室审阅意见:
(教学组长签名)
年月日
(教研室主任签名)
年月日
基本内容
辅助手段和时间
分配
第三节辐射的生物效应
故事引出辐射生物学效应
辐射与生物体发生作用后,发生生物体吸收能量、引起细胞损伤,直至导致放射病死亡的多种生物效应。
对其的认识,是付出生命的代价后逐步获得的,尤其是二次世界大战后(两次原子弹爆炸,长崎与广岛),引起了世界各国的重视,今天对辐射生物效应已经有了较全面的认识。
一.辐射生物效应的分类
(一)按效应出现的范围
分为躯体效应(somaticeffects)与遗传效应(geneticeffects)。
躯体效应指出现在受照者本身的效应,遗传效应指影响受照者后代的效应。
(二)按效应出现的时间
分为近期效应(short-termeffects)与远期效应(long-termeffects)。
近期效应又分为急性效应(acuteeffects)与慢性效应(chroniceffects)。
急性效应如急性放射病与急性皮肤放射损伤,慢性效应如慢性放射病与慢性皮肤放射损伤。
远期效应一般发生在受照射后几年到几十年之间,如辐射所致肿瘤、白内障,以及辐射遗传效应等。
(三)按效应发生规律的性质
分为随机效应(stochasticeffects)与非随机效应(non-stochasticeffects)。
随机效应是指效应的发生几率与受照射的剂量大小相关,而效应的严重程度与剂量大小无关的一类辐射效应,一般认为它不存在剂量的阈值,但接受的剂量愈低,发生该效应的几率也愈小,如辐射遗传效应与辐射致癌效应。
非随机效应是指效应的严重程度与剂量大小相关的效应,它存在剂量阈限,受照射量在阈值剂量以下时,效应不会出现。
如辐射致白内障、辐射致不孕症和皮肤放射损伤。
二.电离辐射生物效应
(一)电离辐射生物效应的机理
辐射的生物效应是一个非常复杂的过程。
即物理阶段、物理化学阶段、化学阶段、生物阶段。
其过程极为复杂,目前尚未完全明了。
目前认为,机体吸收辐射能量以后,首先发生分子水平的变化,特别是生物大分子的损伤。
在其损伤作用机理中,包括直接作用和间接作用。
直接作用是指辐射直接作用于具有生物活性的大分子,如核酸、蛋白质(包括酶类)等,使其发生激发、电离或化学键的断裂而造成分子结构和性质的改变,从而导致组织细胞发生一系列的生理功能障碍,进而导致机体正常功能与代谢作用的障碍。
间接作用是指辐射作用于体液中的水分子,引起水分子的电离与激发,形成化学性质非常活泼的一系列产物,如自由基和水化电子,然后再通过这些产物间接作用造成生物分子损伤。
自由基及水化电子具有很强的氧化还原能力。
通过上述两种作用机理,可以使生物大分子发生多种改变,如分子构型发生变化或某一基团被破坏等。
在离体条件下照射生物大分子,如酶和脱氧核糖核酸(DNA)等,通过直接作用或间接作用,都可以产生有机自由基。
对酶分子来说,可能导致分子构型变化,或破坏某一氨基酸的残基,或使疏基氧化,或使酶的活性中心破坏;对DNA分子来说,可能引起单链或双链断裂、交联,或破坏某种硷基。
由于DNA分子在细胞辐射损伤中的重要性,所以有人把DNA看作是电离辐射对细胞作用的“靶”物质。
DNA的分子损伤和代谢障碍可以导致细胞分裂延迟、染色体变化和结构的破坏。
在生物大分子损伤的基础上,细胞代谢发生变化,细胞功能及其基本结构遭到破坏,从而引起亚细胞及细胞水平的损伤效应,导致组织器官损伤和个体损伤。
机体的细胞、组织和器官一方面受到辐射能的损伤和破坏,并通过神经体液的作用引起继发损伤;另一方面,生物分子和细胞也有修复、再生和代偿能力。
损伤和修复斗争的结果决定机体的预后。
在损伤修复后,还可能在生物大分子DNA中存在突变的基因,可能出现远期效应,如致癌效应或遗传效应等。
(二)电离辐射对人体健康的危害
人体受电离辐射作用后,可发生急性与慢性放射病或受到远期的影响。
1.急性放射病
它是由于短期内受到大剂量照射所致,如核武器爆炸、原子反应堆意外事故等即可遇到这种情况。
根据受照剂量的大小可引起轻度(100~200rad)、中度(200~400rad)、重度(400~600rad)和极重度(数千拉德)急性放射病。
临床上可区分为造血型、肠型和脑型放射病。
造血型放射病的主要症状为全血细胞减少症、感染和出血:
肠型放射病的主要症状为严重的呕吐和腹泻;脑型放射病的主要症状为定向障碍、共济失调、谵妄及昏迷等。
2.慢性放射病在较长时间内、多次受到超过容许剂量的照射所致。
因不遵守防护规则,受放射治疗不当而发生,也可由急性放射病转变而成。
它的表现有局部与全身性损害:
①局部损害最为常见,可有皮肤发红、萎缩、毛发脱落甚至溃烂导致恶性肿瘤;部分患者还可出现视力减退、视物模糊、眼睑干燥等现象,少数亦可有晶体混浊即白内障等疾患。
②全身损害主要表现为神经系统机能与器质性的改变,如反射机能减退、感觉障碍及神经衰弱等症状;由于内分泌障碍,可出现性欲减退、阳萎、精子生成异常、肾上腺皮质和甲状腺功能减低等表现;血象的改变可出现骨髓性与淋巴性白血病,血小板减少性紫癫与再生障碍性贫血,并具有明显的出血倾向,易出现继发性感染,还可能出现消化系统与呼吸系统的病变。
3.远期影响主要表现为致癌作用和对遗传的影响。
①电离辐射暴露所引起的肿瘤约占5%。
电离辐射引起的肿瘤有皮肤癌、骨肉瘤、肺癌、白血病、甲状腺癌和恶性淋巴瘤等。
②电离辐射对遗传的影响,主要是指对受照者生育力与后代的影响,如男性的阳萎、精子变性,女性闭经、妊娠中断和胎儿畸形等。
(三)辐射与其他应激因素的复合效应
在航空航天活动中,人体受到的是多种因素的复合作用,因此,在研究电离辐射的生物效应时,应该考虑到其他因素的相互影响,综合衡量其生物学效应。
复合因素在作用效果上可有显著差异,而且不同因素采取不同的组合,其作用效果也不一致,可有增强、协同和拮抗等效果。
1.辐射与气体条件的相互作用动物暴露于低氧环境时,由于低氧刺激使机体造血功能增强,故可提高动物对辐射的耐力。
机体受到辐射后,再暴露于低氧环境中,机体对低氧的耐力也会有短暂提高。
在放射病的急性期暴露于低氧环境,可以提高存活率。
但在放射病的潜伏期暴露于低氧环境,则存活率下降。
总之,辐射与低氧基本上是对抗作用,氧分压低于正常可提高辐射耐力,氧分压高于正常则导致辐射耐力降低。
2.辐射与温度条件的相互作用寒冷与高温均可导致辐射病加剧,降低机体对辐射的耐力。
如动物在高温或低温环境中受到半数致死剂量的辐射时,其存活率降低、寿命缩短。
但机体已适应寒冷环境后再受到辐射时,机体对辐射的耐力有轻度提高。
3.辐射与重力条件的相互作用短时超重对辐射耐力的影响效果不确定,与个体有关;但长时间的超重则导致辐射耐力降低。
失重可增强辐射的生物效应。
振动对辐射效应的影响与振动作用的方式、时间及振动的频率有关。
三.非电离辐射的生物医学效应
非电离辐射能量较低,它们作用于人体也会产生不同程度的损伤作用。
航空航天活动中,较重要的非电离辐射是紫外光、短波辐射与微波辐射,前者来源于太阳辐射,后者主要来源于飞行器的通讯与遥测设备。
(一)紫外辐射效应
紫外线被物体吸收后可以产生光化学反应,其生物效应主要是由于其光化学反应所致。
紫外辐射在人体组织中的贯穿能力很低,外照射引起的生物效应局限于皮肤与眼睛。
1.皮肤效应红斑是最常见的紫外照射的皮肤效应。
皮肤在受到紫外线照射后1~8小时内会发生红斑,红斑效应出现的快慢与程度的轻重与照射量的大小、被照者的敏感程度有关。
根据紫外照射后红斑反应的严重程度可分为四级:
一级红斑:
刚刚能观察到的红斑,24小时后皮肤可完全复原,其对应的照射剂量称作最小红斑剂量。
二级红斑:
与中等的晒斑类似,3~4小时后减退。
但留下色素沉着。
三级红斑:
伴有水肿和触痛的严重红斑反应,红斑持续数日,色素沉着明显,有鳞片状脱皮。
四级红斑:
水肿较三级更严重,有水疱形成。
能产生红斑效应的紫外线波长范围约在290~330nm之间,长波紫外线产生的红斑更严重些,这可能是由于长波紫外线在表皮中的贯穿较深。
皮肤着色、晒黑或角质层加厚,可使最小红斑剂量至少增加一个数量级。
长期受紫外线照射会加速皮肤老化,使皮肤干燥、粗糙、松弛和出现黑色素沉着。
长期暴露于波长小于320nm的紫外辐射会增加发生皮肤癌的危险。
扁平细胞癌是最常见的光致皮肤癌类型,大部分发生在手部和后颈部等局部受照部位。
2.眼部效应过量的紫外照射可导致眼角膜结膜炎,但很少引起持久性的视觉损伤。
角膜炎的发生通常在受照射后6~12小时内,潜伏期长短与照射的严重程度呈反比。
结膜炎的发生较角膜炎缓慢,可在眼睑周围的面部皮肤伴随出现红斑。
动物实验表明,大剂量的紫外照射亦可导致动物发生白内障。
红外线也有此效应,可使眼晶状体浑浊,引起白内障。
3.灭菌作用细菌受紫外照射后,由于体内蛋白质分子受到光化学作用的破坏而死亡。
紫外杀菌效率最高的波长约在250nm左右。
4.抗佝偻作用紫外线的抗佝偻作用是由于紫外线可以使皮肤中的7-去氢胆固醇分子转化为维生素D3,后者可促进骨骼的钙化。
抗佝偻作用的最有效紫外线波长范围约为290~330nm。
(二)微波与短波辐射效应
事例引出微波与短波辐射对人体的效应
1.效应发生的机理微波与短波辐射作用于生物机体时,由于其电场与组织内分子原有的电场之间的相互作用,可使组织内分子的动能和势能改变并进行能量交换。
由此引起各种生物学效应。
(1)致热效应机体组织吸收辐射能量后,可使组织温度升高,继而引起机体的功能改变。
它是由于微波与短波辐射可激励细胞内液及细胞外液中的电解质、极化的蛋白质和水的分子,使它们发生旋转、振动、扭曲等运动,并使分子间摩擦而转化为热能。
因为生物机体的含水组织能强烈地吸收辐射能量,所以含水多的组织,如肌肉、皮肤、内脏等,受致热效应的影响也更加明显。
(2)非致热效应机体被暴露于不致引起体温升高的辐射强度下,亦可出现某些功能改变,特别是诱发心血管和神经系统的功能紊乱。
关于引起非致热效应的机理曾提出过各种假说,如场致力效应、光化学效应、电磁共振效应等,但尚处于理论设想阶段。
由于引起致热效应所需的辐射功率通常较非致热效应为高,故不排除在有致热效应的同时,也有非致热效应的存在。
一般认为,功率大于1mW/cm2即可引起致热与非致热的复合效应,功率低于1mW/cm2只引起非致热效应。
2.对人体健康的影响
对人体的影响取决于辐射与人体间相互作用的情况。
若被完全透射或反射,则对受辐射机体无影响,只有当辐射通过组织并被吸收时,才能对机体产生影响。
微波与短波辐射穿透组织的深度与波长及频率有关,频率越高、波长越短,穿透的深度也越浅。
以微波为例,20000~300
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- 辐射生物学 效应 防护
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